DE10100522A1 - Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktion einer Arbeitsmaschine - Google Patents
Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktion einer ArbeitsmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktion einer insbesondere landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (10), mit mindestens einem Sensor (48, 50, 54, 56), der zur Bereitstellung eines Signals eingerichtet ist, das eine Information über ein Geräusch enthält, das von wenigstens einem beweglichen Element der Arbeitsmaschine (10) verursacht wird. Es wird eine das Signal des Sensors (48, 50, 54, 56) empfangene Rechnereinrichtung (46) vorgeschlagen, die betreibbar ist, anhand des vom Sensor (48, 50, 54, 56) bereitgestellten Signals und eines Vergleichswerts einen Signalwert zu erzeugen. Auf diese Weise können Fehlermeldungen erzeugt werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Über
wachung der Funktion einer insbesondere landwirtschaftlichen
Arbeitsmaschine, mit mindestens einem Sensor, der zur
Bereitstellung eines Signals eingerichtet ist, das eine
Information über ein Geräusch enthält, das von wenigstens einem
beweglichen Element der Arbeitsmaschine verursacht wird.
Zum Schutz vor Umgebungseinflüssen werden landwirtschaftliche
Maschinen mit immer aufwändigeren, schalldichten Kabinen ausge
stattet. Auf verschiedenen Wegen wird zwar versucht, dem
Bediener ein Bild über den Maschinenzustand zu geben, wie
beispielsweise durch Warnanzeigen für Drehzahlen und den
Hydraulikflüssigkeitsdruck. Durch die schallisolierende Kabine
kann der Bediener aber die Überwachungs- und Kontrollfunktion
für die Maschine schlechter als bei einer Maschine mit offenem
Arbeitsplatz aufnehmen, da er eventuell von nicht korrekt
arbeitenden Teilen der Maschine verursachte Geräusche weniger
gut wahrnehmen kann.
In der DE 422 32 161 A wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der
Eigenschwingungen verursachenden Parameter beschrieben, die
eine Hilfestellung bei der Konstruktion rotierender Arbeits
organe bilden soll, beispielsweise von Dresch- oder Häcksel
trommeln. Die zu untersuchende Trommel wird dazu an einem Dreh-
oder Translationsschwinger befestigt und in Bewegung versetzt.
Hier wird somit das Schwingungsverhalten der Trommeln außerhalb
der Maschine untersucht, was dem Bediener der Maschine bei der
Arbeit keine Unterstützung geben kann.
In der BG 33 743 ist eine Einrichtung zur physikalisch-
mechanischen Untersuchung von Arbeitselementen eines
Traubenpflückers beschrieben. Schwingungen des Geräts werden
erfasst und auf einem Oszillographen zur Anzeige gebracht.
Außerdem ist es bekannt, Mähdrescher mit Schwingungsaufnehmern
zu versehen, die Verlustkörner erfassen. Die Signale der
Schwingungsaufnehmer werden ausgewertet und zur Anzeige des
Verlustanteils herangezogen. Dadurch wird aber keine
Überwachung beweglicher Elemente des Mähdreschers ermöglicht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen,
eine verbesserte Einrichtung zur Überwachung der Funktion einer
landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine zur Verfügung zu stellen,
die eine frühzeitige Erkennung von Fehlern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patent
anspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen
Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise
weiterentwickeln.
Es wird vorgeschlagen, eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine
mit einer Rechnereinrichtung auszustatten, die von wenigstens
einem Sensor mit einem Signal versorgt wird, das eine
Information über ein Geräusch enthält, das durch die Bewegung
bzw. Schwingung eines Elements der Arbeitsmaschine verursacht
wird. Die Rechnereinrichtung verwendet das Signal und einen
Vergleichswert, um einen Signalwert bereitzustellen, der eine
Information darüber enthält, ob die Arbeitsmaschine korrekt
arbeitet, oder ob ein Fehler vorliegt.
Obwohl bei sich im Frühstadium befindlichen Schäden die
Funktion der Bauteile noch gewährleistet ist und daher durch
die üblicherweise vorhandene Sensorik der Schaden nicht erkannt
wird, sind sie oft durch ungewöhnliche Geräusche erkennbar. Ein
sensibles Ohr kann sie als kratzende, knackende, schlagende,
pfeifende, brummende oder dröhnende Geräusche aus dem normalen
Geräuschspektrum der Maschine heraus erkennen. Diese Geräusche
werden dadurch verursacht, dass die geschädigten Teile nicht
mehr ordnungsgemäß in ihren Bewegungsbahnen geführt werden oder
sogar davon abweichen. Dadurch können Bauteile zu ungewollten
Vibrationen angeregt werden, verschiedene Baugruppen in
ungewollter Weise aneinander reiben oder schlagen, aber auch
andere Bauteile und -gruppen zu ungewollten Schwingungen
anregen. Es ist auch möglich, dass auf diese Weise Bauteile zu
Resonanzschwingungen angeregt werden, die mit dem geschädigten
Teil nicht unmittelbar mechanisch verbunden sind.
Die Überwachungseinrichtung ersetzt gleichsam das Ohr des sich
in der schallisolierten Kabine befindlichen Bedieners. Auf
diese Weise können Hinweise auf Verschleiß oder Risse,
ungenügende Schmierung von Lagerstellen, defekte Lager, Brüche
oder Deformierungen von Bauteilen, gelöste oder gebrochene
Schraub-, Schweißverbindungen oder andere Verbindungen oder
Unwuchten in beweglichen Elementen der Arbeitsmaschine bereits
in einem sehr frühen Stadium gewonnen werden. Sich lockernde
Verbindungen, wie Schrauben und Muttern, führen zu
Veränderungen des Schwingungsverhaltens, und entsprechende
Maßnahmen können anhand des von der Rechnereinrichtung
bereitgestellten Signalwerts eingeleitet werden, noch bevor ein
Schaden eintritt.
Es wäre denkbar, das Signal des Sensors und den Vergleichswert
zur Erzeugung des Signalwerts zu verwenden; insbesondere zur
Verminderung der benötigten Rechenkapazität der Rechnerein
richtung ist aber bevorzugt, aus dem Signal des Sensors einen
Parameter abzuleiten, der mit dem Vergleichswert zur Erzeugung
des Signalwerts dient. Vorzugsweise wird ein Vergleich zwischen
dem Signal (oder einem daraus abgeleiteten Parameter) und dem
Vergleichswert durchgeführt. Es sind aber auch andere
mathematische Operationen zur Erzeugung des Signalwerts
anwendbar.
Der Sensor ist vorzugsweise derart angeordnet, dass er das
Geräusch erfasst, das durch die Bewegung und/oder Schwingung
eines angetriebenen Elements der Arbeitsmaschine erzeugt wird.
Er kann somit direkt mit dem angetriebenen Element
zusammenwirken, und auf beliebige Weise seine Geräusche
erfassen, beispielweise mechanisch, optisch oder induktiv. Das
angetriebene Element ist vorzugsweise ein Gutförderelement
und/oder ein Gutbearbeitungselement, z. B. eine Häcksel- oder
Dreschtrommel. Alternativ oder zusätzlich kann derselbe oder
ein anderer Sensor auch Geräusche eines angetriebenen oder
nicht angetriebenen Elements, z. B. des Siebkastens, einer
Seitenwand eines Mähdreschers oder eines tragenden Elements,
erfassen. Ein derartiges Element erzeugt im Fehlerfall andere
Geräusche als im Normalfall, welche durch den Sensor
nachgewiesen werden können.
Da die Übertragung akustischer Schwingungen eng verbunden mit
mechanischen Schwingungen ist, kann für die direkte oder
indirekte Signalaufnahme jede Art von Sensor oder Sensoren
verwendet werden, die zur Aufnahme von Körperschall,
Luftschall, mechanischen Schwingungen oder irgendeiner anderen
direkt oder indirekt mit diesen Schwingungen zusammenhängenden
physikalischen Größe geeignet sind, wie zum Beispiel ein- oder
mehrdimensionale Beschleunigungsaufnehmer, Körper- und/oder
Luftschallmikrofone. Als Sensor wird somit vorzugsweise ein
akustischer Sensor (Mikrofon) oder ein Bewegungssensor
(Schwingungsaufnehmer, z. B. Körperschallsensor) verwendet,
der eine Information über die auf ihn wirkende Beschleunigung
bzw. seine Geschwindigkeit oder Lage liefert. Aber auch alle
Formen von Sensoren für Druck- und/oder Zugspannungen und/oder
Vibrationen sind verwendbar.
Um die einzelnen bewegten Teile der Maschine zu überwachen,
wäre es angebracht, alle diese Elemente mit geeigneten Sensoren
und Kontrolleinrichtungen auszustatten. Das ist durchaus
möglich, würde aber eindeutig einen recht hohen technischen
Aufwand darstellen. Die besten Ergebnisse können erreicht
werden, wenn eine Reihe von Sensoren in der Nähe von
Lagerstellen der kritischsten und/oder wichtigsten Baugruppen
angeordnet werden. Um aber den Aufwand zu reduzieren, wird eine
möglichst geringe Anzahl an Sensoren angestrebt. Günstige
Positionen für diese Sensoren sind dann Knotenstellen, an denen
Kräfte möglichst vieler zu überwachender beweglicher Baugruppen
zusammenlaufen. Das können z. B. Knoten im Tragwerksystem des
Rahmens sein. Aber auch die Anordnung eines Luftschallmikrofons
in einem zentralen Bereich ist möglich. Ebenso könnten mehrere
Mikrofone um die Maschine verteilt werden (z. B. vorn links,
vorn rechts, hinten links, hinten rechts). Die genaue
Positionierung der Sensoren oder des Sensors kann nicht
allgemein vorgegeben werden. Sie ist abhängig von der
jeweiligen Struktur der Maschine und muss für jeden
Maschinentyp speziell ermittelt werden.
Der Sensor kann somit vom zu überwachenden Element beabstandet
an der Arbeitsmaschine angeordnet sein, wobei die akustische
Schwingung des Elements akustisch oder mechanisch auf den
Sensor übertragen wird, beispielsweise durch das Fahrgestell
oder andere das zu überwachende Element tragende oder damit
direkt oder indirekt mechanisch verbundene Teile der
Arbeitsmaschine.
Vorzugsweise ist die Rechnereinrichtung eingerichtet, eine
Fehlermeldung abzugeben, falls das Signal des Sensors auf einen
Fehler der Arbeitsmaschine hindeutet. Eine Fehlermeldung kann
abgegeben werden, wenn ein aus dem Signal des Sensors
abgeleiteter Parameter außerhalb eines bestimmten Intervalls um
den Vergleichswert des Parameters liegt, insbesondere um einen
Betrag vom Vergleichswert abweicht, der größer als ein
Schwellenwert ist. Der Parameter ist insbesondere die Frequenz
und/oder Amplitude einer Schwingung. Es wird somit nicht
unbedingt nur ein Fehlersignal abgegeben, wenn eine Schwingung
um einen ersten Schwellenwert stärker als vorgesehen ist,
sondern auch um einen zweiten (gegebenenfalls vom ersten
Schwellenwert verschiedenen) Schwellenwert schwächer ist, denn
eine zu schwache, vom Sensor erfasste Schwingung kann auch
einen Hinweis auf einen Fehler enthalten. Auf diese Weise
lassen sich auch Verschiebungen in Eigenfrequenzen von
Bauteilen oder Baugruppen feststellen, die aus einer
fehlerhaften, veränderten Bauteilstruktur resultieren.
Anstelle nur einen oder mehrere diskrete Parameter zu berechnen
und mit dem Vergleichswert oder Vergleichswerten zu
vergleichen, kann auch eine Information über die Bewegung des
Elements, die über eine bestimmte Zeit aufgenommen wurde, oder
ein durch Fourier-Analyse daraus errechnetes Frequenzspektrum
mit einem Vergleichswert verglichen werden. Bei Abweichungen
zwischen der Information über die Bewegung bzw. dem
Frequenzspektrum und dem Vergleichswert wird eine Fehlermeldung
abgegeben.
Es muss sich bei den Vergleichswerten nicht unbedingt um Werte
einer fehlerfreien Arbeitsmaschine handeln, da auch denkbar
ist, Werte abzuspeichern, die einer Arbeitsmaschine mit einem
bekannten Defekt entsprechen. In diesem Fall kann ein Fehler
leicht identifiziert werden. Selbstverständlich ist auch
möglich, die vom Sensor gemessenen Werte (oder daraus
abgeleitete Parameter) mit mehreren Vergleichswerten, die
Arbeitsmaschinen mit bekannten Fehlern entsprechen, zu
vergleichen.
Eine - nicht näher spezifizierte - Fehlermeldung kann zwar
hilfreich sein, Schäden an der Arbeitsmaschine zu vermeiden,
jedoch wäre ein Hinweis, an welcher Stelle der Fehler liegt, in
vielen Fällen hilfreich. Es wird daher vorgeschlagen, dass die
Rechnereinrichtung betreibbar ist, das von dem wenigstens einem
Sensor bereitgestellte Signal einem Element der Arbeitsmaschine
zuzuordnen. Die Zuordnung eines Signals zu einem Element kann
auf verschiedene Weisen geschehen:
Das jeweilige Element kann anhand der Position eines Sensors ermittelt werden, wenn letzterer eingerichtet ist, nur die Bewegung eines einzigen Elements zu erfassen. So kann ein geeigneter Bewegungssensor die Bewegung nur eines Rotations förderers oder einer Gutbearbeitungstrommel erfassen.
Das jeweilige Element kann anhand der Position eines Sensors ermittelt werden, wenn letzterer eingerichtet ist, nur die Bewegung eines einzigen Elements zu erfassen. So kann ein geeigneter Bewegungssensor die Bewegung nur eines Rotations förderers oder einer Gutbearbeitungstrommel erfassen.
Auch kann einem Element bei näherungsweise bekannter
Bewegungsfrequenz und/oder -amplitude das Signal eines Sensors
zugeordnet werden. Die Rechnereinrichtung ermittelt anhand der
Frequenz oder Amplitude eines Signalanteils dessen Quelle, und
ordnet diesen Signalanteil dem jeweiligen Element zu. Im
Fehlerfall ist das Element somit leicht nachweis- und zur
Anzeige bringbar.
Eine derartige Zuordnung einer Schwingung zu einem beweglichen
Element ist insbesondere dann problematisch, wenn mehrere
Elemente näherungsweise ähnliche Drehzahlen und/oder
Bewegungsamplituden aufweisen. In einem solchen Fall bietet es
sich an, dem Element einen Drehzahlsensor zuzuordnen, der die
Drehfrequenz des Elements erfasst. Derartige Drehzahlsensoren
werden in modernen Arbeitsmaschinen bei wichtigeren Bauteilen
standardmäßig elektronisch gemessen. Vom Datenbus kann daher
schon ein Teil der benötigten Informationen gelesen werden.
Davon ausgehend sind über die bekannten Übersetzungs
verhältnisse im gesamten Antriebssystem die Drehzahlen oder
Bewegungsfrequenzen aller vorhergehenden und folgenden
beweglichen Baugruppen bekannt. Bei der Berechnung kann der
Schlupf mit berechnet werden. Wenn notwendig, können oder
müssen zusätzliche Drehzahlsensoren installiert werden. Das
Signal des Drehzahlsensors wird der Rechnereinrichtung
zugeführt, die dem Element die Signalanteile des Bewegungs-
und/oder Schwingungssensors zuordnet, die mit der vom
Drehzahlsensor gemessenen Drehfrequenz korrelieren.
Es wäre auch denkbar, den gemessenen Parameter mit einem oder
mehreren Parametern zu vergleichen, die Arbeitsmaschinen mit
bestimmten Fehlern entsprechen, also als Vergleichswert den
Wert einer defekten Maschine zu verwenden. Beispielsweise
könnte ein bei einer defekten Lagerung gemessener,
abgespeicherter Parameter mit dem gemessenen Parameter
verglichen werden, was einen unproblematischen Nachweis einer
defekten Lagerung erlaubt. Auch bei einer Ausführungsform, bei
der eine über einen bestimmten Zeitraum erfasste Bewegung oder
ein Frequenzspektrum mit einem Vergleichswert erfolgt, kann ein
Vergleich mit Vergleichswerten erfolgen, die defekten Maschinen
mit bestimmten Fehlern entsprechen, was eine einfache und
schnelle Erkennung des Fehlers erlaubt.
Nachdem die Rechnereinrichtung ermittelt hat, welchem Element
der Arbeitsmaschine ein Fehler zugeordnet werden kann, erfolgt
bevorzugt mittels einer Anzeigeeinrichtung eine entsprechende
Fehlermeldung, wobei das als fehlerhaft erkannte Element dem
Bediener z. B. durch Piktogramme, akustische Signale oder
Schriftzeichen angezeigt wird.
Auch wenn man die Fehlerursache nicht immer bis ins letzte
Detail lokalisieren kann, kann dem Bediener zumindest ein
Hinweis auf den Fehler gegeben werden. Als Weiterführung einer
einfachen Fehleranzeige wäre eine Art Online-Hilfe möglich, bei
der der Bediener ausgehend von den automatisch erhaltenen
Informationen mögliche Quellen und verschiedene Schritte zur
weiteren Fehlersuche bis hin zu Hilfen zur Reparatur
vorgeschlagen bekommt. Dieses von Handbüchern auf den
Bordcomputer übertragene Prinzip könnte die Grenzen der
automatischen Fehlerlokalisierung weiter ausdehnen und die
Fehlersuche für den Fahrer wesentlich vereinfachen.
Der Vergleichswert des Signals (oder eines Parameters des
Signals) kann fest abgespeichert sein, z. B. in einem ROM
abgelegt. Da sich die von einer Arbeitsmaschine abgegebenen
Geräusche aber über ihre Lebenszeit verändern können, und
häufig auch von der Art des verarbeiteten Guts abhängen, kann
ein statischer Vergleichswert zu unrichtigen Fehlermeldungen
führen. Neue Maschinen sind nicht identisch, wenn sie vom Band
laufen. Maßtoleranzen von Bauteilen, Toleranzen in den
Anzugsmomenten von Verschraubungen, Materialtoleranzen und
vieles mehr verursachen Unterschiede im Sollgeräusch einer
neuwertigen Maschine. Es ist daher bevorzugt, die Signale von
den Sensoren bei einer fehlerfreien (insbesondere bei der
jeweiligen) Maschine beispielsweise zu Beginn eines
Arbeitsvorgangs aufzunehmen und als Vergleichswert in einem mit
der Rechnereinheit verbundenen Speicher abzulegen. Die
Rechnereinheit kann auch ein neuronales Netzwerk umfassen, das
in der Lage ist, selbst zu erlernen, wie das Spektrum einer
einwandfrei arbeitenden Arbeitsmaschine aussieht. Die Sensoren
können auch die Qualitätskontrolle bei der Fertigung
unterstützen.
Die Überwachungseinrichtung muss nicht unbedingt immer aktiv
sein und die Arbeitsmaschine auf Schäden überwachen. Es kann
auch ausreichen, wenn sie das Geräuschspektrum der
Arbeitsmaschine gelegentlich analysiert, zum Beispiel beim
Wenden am Ende eines Felds. Die Überwachungseinrichtung kann in
dieser Ausführungsform mittels einer (in der Regel vorhandenen)
Einrichtung zur Erfassung der Position der Arbeitsmaschine
verbunden werden, beispielsweise einer GPS-Einrichtung.
Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung kann grundsätzlich
an jeder Arbeitsmaschine mit beweglichen Elementen Verwendung
finden, insbesondere an landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen.
Beispielsweise seien selbstfahrende Arbeitsmaschinen, wie
Traktoren, Mähdrescher, Feldhäcksler und Baumwollpflücker
genannt. Sie kann aber auch an gezogenen oder angebauten
Arbeitsmaschinen Verwendung finden, zum Beispiel an
Erntevorsätzen wie Maispflückern, Maisgebissen oder
Schneidwerken. Auch Düngerstreuer und angebaute, gezogene oder
selbstfahrende Sprühfahrzeuge können mit der
Überwachungseinrichtung ausgerüstet werden.
In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine halbschematische Seitenansicht eines
landwirtschaftlichen Axialmähdreschers,
Fig. 2 ein Flussdiagram der Überwachungseinrichtung des
Mähdreschers,
Fig. 3 ein Beispiel für von einem Sensor aufgenommene
Signale, und
Fig. 4 ein Beispiel eines aus den Signalen der Fig. 3
errechneten Frequenzspektrums.
Fig. 1 zeigt einen landwirtschaftlichen Mähdrescher 10 mit
einem Fahrgestell 12 und sich von diesem erstreckenden
Bodenlaufrädern 14, an dessen Beispiel die Erfindung erläutert
wird. Eine Erntegutbergungsvorrichtung 16 in Form eines
Schneidwerks wird verwendet, Erntegut aufzunehmen und es einem
Schrägförderer 18 zuzuführen. Das Erntegut wird vom
Schrägförderer 18 einer Leittrommel 20 zugeführt. Die
Leittrommel 20 leitet das Erntegut nach oben durch einen
Einlassübergangsbereich 22 an eine Axialtrennvorrichtung 24
weiter.
Die Axialtrennvorrichtung 24 drischt und trennt das geerntete
Gut. Korn und Spreu fallen durch Roste am Boden der
Axialtrennvorrichtung 24 in ein Reinigungssystem 26. Das
Reinigungssystem 26 entfernt die Spreu und führt das saubere
Korn einem (nicht gezeigten) Kornelevator zu. Der Kornelevator
legt das saubere Korn in einem Korntank 28 ab. Das saubere Korn
im Korntank 28 kann durch eine Entladeschnecke 30 in einen
Anhänger oder Lastwagen entladen werden. Gedroschenes, vom Korn
befreites Stroh wird aus der Axialtrennvorrichtung 24 durch
einen Auslass 32 heraus zu einer Abgabetrommel 34 geführt. Die
Axialtrennvorrichtung 24 umfasst ein zylindrisches Rotorgehäuse
38 und einen im Rotorgehäuse 38 angeordneten Rotor 39. Die
Abgabetrommel 34 wirft das Stroh am rückwärtigen Ende des
Mähdreschers 10 aus.
Die Bedienung des Mähdreschers 10 erfolgt von einer
Fahrerkabine 36 aus. In der Fahrerkabine 36 ist auch eine
Rechnereinrichtung 46 angeordnet, die mit verschiedenen
Sensoren verbunden ist:
Ein Sensor 48 ist an der Axialtrennvorrichtung 24 angebracht und erfasst Schwingungen des Rotorgehäuses 38. In der Nähe der Abgabetrommel 34 ist am Fahrgestell 12 ein Sensor 50 befestigt, der von ihr verursachte Schwingungen der sie tragenden Teile des Fahrgestells 12 erfasst. In der Nähe eines Ventilators 52 der Reinigungseinrichtung ist am Fahrgestell 12 ein Sensor 54 angeordnet. Ein Drehzahlsensor 58 erfasst die Drehzahl des Rotors 39 induktiv durch einen am Rotor 39 angebrachten Permanentmagneten 60. Ein Sensor 56 ist oberhalb des Reinigungssystems 26 am Fahrgestell 12 angebracht. Die Sensoren 48, 50, 54 und 56 sind an sich bekannte Sensoren, die zur Erzeugung von Signalen eingerichtet sind, die eine Information über die von den Sensoren 48, 50, 54 und 56 aufgenommenen Schallwellen enthalten. Es kann sich insbesondere um akustische oder Beschleunigungs-Sensoren handeln.
Ein Sensor 48 ist an der Axialtrennvorrichtung 24 angebracht und erfasst Schwingungen des Rotorgehäuses 38. In der Nähe der Abgabetrommel 34 ist am Fahrgestell 12 ein Sensor 50 befestigt, der von ihr verursachte Schwingungen der sie tragenden Teile des Fahrgestells 12 erfasst. In der Nähe eines Ventilators 52 der Reinigungseinrichtung ist am Fahrgestell 12 ein Sensor 54 angeordnet. Ein Drehzahlsensor 58 erfasst die Drehzahl des Rotors 39 induktiv durch einen am Rotor 39 angebrachten Permanentmagneten 60. Ein Sensor 56 ist oberhalb des Reinigungssystems 26 am Fahrgestell 12 angebracht. Die Sensoren 48, 50, 54 und 56 sind an sich bekannte Sensoren, die zur Erzeugung von Signalen eingerichtet sind, die eine Information über die von den Sensoren 48, 50, 54 und 56 aufgenommenen Schallwellen enthalten. Es kann sich insbesondere um akustische oder Beschleunigungs-Sensoren handeln.
Der Sensor 48 stellt aufgrund seiner Lage primär
(hauptsächlich) eine Information über die Bewegung des
Rotorgehäuses 38 und somit durch vom drehenden Rotor 39
verursachte Schwingungen bereit. Analog stellt der Sensor 50
primär eine Information über von der Abgabetrommel 34
verursachte Schwingungen des Fahrgestells 12 bereit. Der Sensor
54 stellt primär Informationen über die vom Ventilator 52
verursachten Schwingungen bereit. Der Sensor 56 stellt eine
Information über die Schwingungen des Fahrgestells bereit, die
von allen beweglichen Elementen des Mähdreschers 10 verursacht
werden.
Die Sensoren 48, 50, 54, 56 und 58 sind elektrisch (oder
optisch), vorzugsweise über eine Busleitung, mit der
Rechnereinrichtung 46 verbunden. Die Rechnereinrichtung 46
digitalisiert die analogen Signale der Sensoren, wertet sie aus
und gibt dem Bediener in der Fahrerkabine 36 auf einer
Anzeigeeinrichtung 62 eine Fehlermeldung, wenn aus den Signalen
ein Fehler des Mähdreschers 10 erkennbar ist.
Eine mögliche Arbeitsweise der Rechnereinrichtung 46 ist in
Fig. 2 dargestellt. Nach dem Start in Schritt 100 werden im
Schritt 102 die Signale der Sensoren 48, 50, 54, 56 und 58 über
eine bestimmte Zeit T aufgenommen, beispielsweise über 10
Sekunden. Dabei wird der Spannungsverlauf der von den Sensoren
48, 50, 54, 56 und 58 gelieferten Signale von der
Rechnereinrichtung als Funktion der Zeit abgespeichert. Als
Beispiel kann sich der in Fig. 3 dargestellte Kurvenverlauf
ergeben, bei dem das Sensorsignal über die Zeit dargestellt
ist.
In Schritt 104 wird aus den abgespeicherten, von den Sensoren
48, 50, 54, 56 und 58 gelieferten Signalwerten durch eine
Fourier-Analyse oder -Transformation ein Frequenzspektrum
errechnet. Unterschiedlichen Frequenzen wird ein Amplitudenwert
zugeordnet, wobei auch negative, eine Phaseninformation
beinhaltende Frequenzwerte möglich sind. Ein derartiges
Frequenzspektrum ist in Fig. 4 angedeutet.
Bei bestimmten Frequenzen sind Maxima der Amplituden
nachweisbar, wie in Fig. 4 erkennbar. Die Breite der Maxima
ist in der Regel von der Zeit T abhängig; sie wird um so
geringer, je länger T ist. Die einzelnen Maxima lassen sich den
Bewegungen und/oder Schwingungen der Elemente des Mähdreschers
10 zuordnen. Die Drehfrequenz des Rotors 39 kann die
Rechnereinrichtung durch die Signale des Drehzahlsensors 58
unproblematisch ermitteln. Signale mit Komponenten, deren
Frequenz bei Vielfachen der Drehfrequenz des Rotors 39 liegen,
können somit dem Rotor 39 zugeordnet werden. Den übrigen
Elementen des Mähdreschers 10 lassen sich die Komponenten über
ihre wenigstens näherungsweise bekannten Frequenzen und/oder
durch die Lage des jeweiligen Sensors zuordnen. Der
Rechnereinrichtung 46 liegen nach Schritt 104 somit
Frequenzspektren der vier Sensoren 48, 50, 54 und 56 vor, die
nacheinander untersucht werden. Zwischen den durch periodische
Bewegungen der Gutförder- und Gutbearbeitüngselemente des
Mähdreschers 10 bedingten Maxima ist ein stochastischer
Untergrund vorhanden, der zumindest teilweise durch den
Materialfluss bedingt ist. Die Signale der Sensoren 48, 50, 54
und 56 lassen sich somit in periodische, durch die Maschine
(Mähdrescher 10) bedingte Anteile und in stochastische, durch
den Gutfluss bedingte Anteile aufteilen, die auf diese Weise
unterscheidbar und separat analysierbar sind.
In Fig. 2 ist zur Vereinfachung nur die Untersuchung eines
einzelnen Frequenzspektrums wiedergegeben, z. B. die des
Sensors 56. Die Frequenzspektren der anderen Sensoren werden in
analoger Weise untersucht.
In Schritt 106 wird das erste Maximum des Frequenzspektrums
gesucht. Dann folgt Schritt 108, in dem untersucht wird, ob die
Differenz zwischen der Amplitude des Maximums und einem
abgespeicherten Vergleichswert größer als ein erster
festgelegter, abgespeicherter Schwellenwert (Schwelle 1) ist.
Der erste Schwellenwert ist negativ. Es wird also abgefragt, ob
die Schwingungsamplitude wesentlich größer als der
Vergleichswert ist. Gleichzeitig wird abgefragt, ob die
Differenz zwischen der Amplitude des Maximums und einem
abgespeicherten Vergleichswert kleiner als ein zweiter
abgespeicherter Schwellenwert (Schwelle 2) ist. Ist die
Amplitude abzüglich des Sollwerts größer als der zweite
Schwellenwert, deutet das auf zu große Schwingungen hin, ist
die Amplitude abzüglich des Sollwerts kleiner als der erste
Schwellenwert, spricht das für einen nicht ordnungsgemäßen
Antrieb des Elements, was z. B. durch einen defekten
Treibriemen verursacht sein kann. In beiden Fällen wird in
Schritt 110 eine Fehlermeldung abgegeben.
Falls Schritt 108 ergibt, dass die Amplitude im Sollbereich
liegt, folgt Schritt 112, in dem untersucht wird, ob der
Absolutbetrag der Differenz zwischen der Frequenz des Maximums
(fmax) und einer abgespeicherten Sollfrequenz (fsoll) größer als
ein Schwellenwert ist. Falls die tatsächliche Frequenz zu weit
von der Sollfrequenz abweicht, könnte ein Fehler vorliegen, so
dass in Schritt 114 ebenfalls eine Fehlermeldung abgegeben
wird. Anhand der Lage des Maximums und/oder der Position des
Sensors, von dem das die Fehlermeldung verursachende
Frequenzspektrum stammt, kann in Schritt 110 und Schritt 114
auf der Anzeigeeinrichtung 62 ein Hinweis gegeben werden, bei
welchem Element des Mähdreschers 10 ein Fehler vorliegen kann.
Auch in Schritt 112 könnte ein unterer und ein oberer, vom
unteren verschiedener Schwellenwert für den erlaubten Bereich
der Abweichung von der Sollfrequenz verwendet werden, analog
Schritt 108.
Bei einer zu großen Breite der Maxima könnte ebenfalls eine
Fehlermeldung abgegeben werden, da sie für einen Fehler durch
eine ungleichmäßige Bewegung der Elemente oder einen
fehlerhaften Antrieb spricht.
Ergibt Schritt 112, dass die Frequenz des Maximums zumindest
etwa näherungsweise mit dem Vergleichswert übereinstimmt, folgt
Schritt 116, in dem abgefragt wird, ob alle Maxima überprüft
wurden. Ist das der Fall, folgt wieder Schritt 102.
Anderenfalls folgt Schritt 118, in dem das nächste Maximum
gesucht wird, auf den wieder Schritt 108 folgt.
Im Ergebnis ermöglicht die aus den Sensoren 48, 50, 52, 54 und
58 und der Rechnereinrichtung 46 aufgebaute Überwachungseinrichtung
eine einfache Überwachung des Mähdreschers 10 auf
sich nicht erwartungsgemäß bewegende Elemente und somit eine
frühzeitige Erkennung eventueller Fehler.
Claims (13)
1. Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Funktion einer
insbesondere landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (10),
mit mindestens einem Sensor (48, 50, 54, 56), der zur
Bereitstellung eines Signals eingerichtet ist, das eine
Information über ein Geräusch enthält, das von wenigstens
einem beweglichen Element der Arbeitsmaschine (10)
verursacht wird, gekennzeichnet durch eine das Signal des
Sensors (48, 50, 54, 56) empfangende Rechnereinrichtung
(46), die betreibbar ist, anhand des vom Sensor (48, 50,
54, 56) bereitgestellten Signals und eines Vergleichswerts
einen Signalwert zu erzeugen.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Signal des Sensors (48, 50, 54,
56) eine Information über die Geräusche enthält, die von
einem angetriebenen Element der Arbeitsmaschine (10)
verursacht werden, insbesondere eines Gutbearbeitungs-
und/oder Gutförderelements.
3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (48, 50, 54, 56) ein
akustischer Sensor oder ein Bewegungssensor ist.
4. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (48, 50, 54, 56)
an einem direkt oder indirekt mechanisch mit dem Element
verbundenen Teil der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine
(10) angebracht ist, wobei Geräusche und/oder Bewegungen
und/oder Schwingungen des Elements akustisch und/oder
mechanisch auf den Sensor übertragen werden.
5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinrichtung (46)
betreibbar ist, bei einer über einem Schwellenwert
liegenden Abweichung eines Parameters des Signals des
Sensors (48, 50, 54, 56), insbesondere der Frequenz
und/oder der Amplitude des Signals, von dem Vergleichswert
eine Fehleranzeige abzugeben.
6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert einer
einwandfreien Arbeitsmaschine (10) entspricht.
7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert einer
fehlerhaften Arbeitsmaschine (10) entspricht.
8. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinrichtung (46)
betreibbar ist, das von wenigstens einem Sensor (48, 50,
54, 56) bereitgestellte Signal einem Element der Arbeits
maschine (10) zuzuordnen.
9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rechnereinrichtung (46) betreib
bar ist, das Signal dem jeweiligen Element der
Arbeitsmaschine (10) anhand der Position des Sensors (48,
50, 54, 56) und/oder anhand des Signals des Sensors (48,
50, 54, 56) zuzuordnen, insbesondere anhand der Amplitude
und/oder des Frequenzspektrums.
10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rechnereinrichtung (46) Signale
von einem Drehzahlsensor (58) erhält, der einem
rotierenden Element (32) der Arbeitsmaschine (10)
zugeordnet ist, und dass die Rechnereinrichtung (46) ein
mit der vom Drehzahlsensor (58) gemessenen Drehzahl
korreliertes Signal dem rotierenden Element (32) zuordnet.
11. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinrichtung (46)
betreibbar ist, eine Information auszugeben, welchem
Element ein Fehler zuzuordnen ist.
12. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichswerte der
Signale vom Sensor (48, 50, 54, 56) aufgenommen und durch
die Rechnereinrichtung (46) abspeicherbar sind.
13. Arbeitsmaschine (10), insbesondere landwirtschaftliche
Arbeitsmaschine mit einer Überwachungseinrichtung nach
einem der Ansprüche 1 bis 12.
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