DE102008036378A1

DE102008036378A1 - Landwirtschaftliche Erntemaschine

Info

Publication number: DE102008036378A1
Application number: DE200810036378
Authority: DE
Inventors: Michael Haverkamp; Ludger Hugenroth
Original assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Current assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-02-11

Abstract

Landwirtschaftliche Erntemaschine (2), insbesondere selbstfahrender Feldhäcksler (1) mit unterschiedlichen Arbeitsorganen und mit wenigstens einem eine Motorsteuerung umfassenden Antriebsmotor (14) zum Antreiben wenigstens eines Arbeitsorgans und einer Steuer- und Regeleinrichtung (19) zur Vorgabe der Fahrgeschwindigkeit, wobei das Betreiben der landwirtschaftlichen Erntemaschine (2) bei vermindertem Erntegutdurchsatz und vorgegebener Fahrgeschwindigkeit mit einer Mindest-Motordrehzahl (n) bewirkt wird, die die benötigte, das erforderliche Drehmoment (M) aufweisende Motorleistung (P) zur Verfügung stellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere ein selbstfahrender Feldhäcksler, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Antriebsmotoren von selbstfahrenden landwirtschaftlichen Erntemaschinen wie etwa Feldhäckslern, Mähdreschern oder dergleichen werden im Feldeinsatz grundsätzlich dauernd mit voller Antriebsleistung betrieben, d. h. der durch Drehzahl und Leistung definierte Arbeitspunkt des Motors bewegt sich auf einer Kennlinie, die einen ansteigenden Ast bei niedrigen Drehzahlen, in dem die Leistung mit der Drehzahl zunimmt und einem abfallenden Ast, mit abnehmender Leistung, bei hohen Drehzahlen aufweist. Es ist leicht nachvollziehbar, dass die Leistung die beispielsweise eine Häckseleinheit eines Feldhäckslers vom Motor abfordert, proportional zum Erntegutdurchsatz und infolge dessen proportional zur Fahrgeschwindigkeit und zur Dichte des Ernteguts auf dem Bearbeitungsfeld ist, während die für die Fortbewegung des Feldhäckslers benötigte Leistung im wesentlichen zu seiner Fahrgeschwindigkeit proportional ist. Der Fahrer hat die Möglichkeit, über die Verteilung der Motorleistung auf Fahrantrieb oder Arbeitsorgane, die Fahrgeschwindigkeit zu beeinflussen.
Die Drehzahl des Antriebsmotors eines Feldhäckslers ist in der Regel beim Erntebetrieb konstant. Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist jedoch unnötig hoch, wenn der Antriebsmotor mit höheren Drehzahlen betrieben, aber bei geringeren Durchsätzen nur wenig belastet wird. Andererseits besteht bei kleineren Drehzahlen die Gefahr des Steckenbleibens des Antriebsmotors oder der Bildung von Gutstauungen im Auswurfkanal, wenn höhere Erntegutdurchsätze zu verarbeiten sind.
Wird die Erntemaschine bei geringen Erntegutdurchsätzen nur wenig belastet, kann die Drehzahl des Antriebsmotors vermindert werden, um Kraftstoff zu sparen. Dies wirkt sich jedoch auch auf die Vortriebsgeschwindigkeit der Erntemaschine aus, was es für den Bediener des Transportfahrzeuges schwierig oder unmöglich macht, synchron neben dem Feldhäcksler her zu fahren. Der Einsatz von Tempomaten, um die Erntemaschine mit einer konstanten Fahrgeschwindigkeit zu betreiben, die vom Fahrer des Transportfahrzeuges einzuhalten ist, bedeutet bei geringen Erntegutdurchsätzen gleichfalls einen erhöhten Kraftstoffverbrauch.
Aus der DE 199 21 466 ist es bekannt, die Vortriebsgeschwindigkeit des Feldhäckslers vom jeweiligen Erntegutdurchsatz abhängig zu gestalten. Dabei wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors konstant gehalten. Nachteilig wird sich jedoch auch hier die Vortriebsgeschwindigkeit bei variierendem Erntegutbestand ändern, was wiederum die Synchronität der Fahrgeschwindigkeit von Erntemaschine und Transportfahrzeug behindert. Im Weiteren ist nachteilig, dass eine aufwendige Sensorik zur Erfassung des Erntegutdurchsatzes notwendig ist.
Die EP 1 609 349 beschreibt eine selbstfahrende Erntemaschine bei der die Drehzahl oder Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors selbsttätig abhängig von einem gemessenen Erntegutdurchsatz steuerbar ist, wobei eine konstante Erntegeschwindigkeit vorgebbar ist. Auch hier ist es nachteilig, dass eine aufwendige Sensorik zur Messung des Erntegutdurchsatzes erforderlich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine landwirtschaftliche Erntemaschine vorzuschlagen, die bei Unterschreiten eines maximalen Auslastungsgrades, eine Reduzierung der Motorleistung realisiert, um einen kraftstoffsparenden Betrieb zu ermöglichen, wobei die Vortriebsgeschwindigkeit im Erntebetrieb unabhängig vom Erntegutdurchsatz vorgebbar ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüche Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Es wird vorgeschlagen, das Betreiben der landwirtschaftlichen Erntemaschine bei reduzierten Erntegutdurchsatz und vorgegebener Fahrgeschwindigkeit mit einer Antriebsmotordrehzahl zu bewirken, die die benötigte das erforderliche Antriebsmoment aufweisende Antriebsmotorleistung zur Verfügung stellt. Die Motorleistung des Antriebsmotors wird dadurch an das jeweils erforderliche Drehmoment angepasst, so dass beim Betrieb des Antriebsmotors in einem Teillastbereich ein verminderter Kraftstoffverbrauch realisierbar ist. Gleichzeitig bleibt die Vortriebsgeschwindigkeit der Erntemaschine im Erntebetrieb konstant und vorgebbar und die Synchronität der Fahrgeschwindigkeiten zwischen Erntemaschine und Transportfahrzeug erhalten. Zudem kann der Einsatz von aufwendiger Sensorik zur Durchsatzmessung unterbleiben.
Indem die Leistungsabgabe bei vorgegebener Fahrgeschwindigkeit in wenigstens zwei schaltbaren Motorleistungsstufen bewirkt wird, kann eine an einen verminderten Erntegutdurchsatz anpasste Leistungsabgabe erfolgen und damit eine Kraftstoffreduzierung bei konstanter Vortriebsgeschwindigkeit erreicht werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Motordrehzahl innerhalb der wenigstens zwei Motorleistungsstufen ein unterhalb vom maximalen Drehmoment des Antriebsmotors liegendes aufzubringendes Solldrehmoment zugeordnet, so dass sichergestellt ist, dass auch bei einem verminderten Erntegutdurchsatz noch ein ausreichendes Drehmoment vom Antriebsmotor aufgebracht wird. Vorzugsweise basiert die Zuordnung des bei einer Motordrehzahl aufzubringenden Drehmomentes auf Expertenwissen, so dass eine optimale Leistungsabgabe des Antriebsmotors angepasst insbesondere an die jeweiligen Erntebedingungen in einem Bereich niedrigen Kraftstoffbereichs möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in jeder der wenigstens zwei Motorleistungsstufen in einem Drehzahlbereich liegende Drehzahlen ein gleiches Soll-Drehmoment aufbringen, so dass ein unnötig häufiges Umschalten zwischen den Motorleistungsstufen vermeidbar ist, welches eine besondere Beanspruchung des Antriebsmotors und eine unangenehme Geräuschkulisse für den Bediener der Erntemaschine bedeuten würde.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn die Leistungsabgabe in der jeweiligen Motorleistungsstufe innerhalb eines Drehzahlbereichs niedrigen Kraftstoffverbrauchs erfolgt, so dass verhindert werden kann, dass trotz Umschaltung in eine andere Motorleistungsstufe und reduzierter Leistungsabgabe der Antriebsmotor in einem Drehzahlbereich erhöhten Kraftstoffbereichs betrieben wird.
Dadurch, dass der Drehzahlbereich niedrigen Kraftstoffverbrauchs innerhalb der wenigstens zwei Motorleistungsstufen nach oben durch eine obere Motordrehzahlgrenze und nach unten durch eine untere Motordrehzahlgrenze begrenzt ist, kann individuell der Bereich der optimalen Leistungsabgabe definiert werden. Um eine besonders kraftstoffsparende Umsetzung bei einem verminderten Erntegutdurchsatz zu erreichen, liegt die obere Motordrehzahl etwa bei 10–15% unterhalb der maximalen Motorleistung und die untere Motordrehzahl etwa bei 15–25% unterhalb der maximalen Motorleistung. Diese Werte können bei unterschiedlichen Motoren divergieren.
Um durch das Schalten der Motorleistungsstufen eine signifikante, zu einer deutlichen Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führende Drehzahlverringerung zu erreichen, sollte bei gleicher Motordrehzahl innerhalb der Motorleistungsstufen die Differenz zwischen der Motorleistung der ersten zur wenigstens zweiten Motorleistungsstufe mindestens 10 KW betragen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in die jeweils nächst tiefere Motorleistungsstufe geschaltet, wenn die Ist-Motordrehzahl, die innerhalb einer Motorleistungsstufe liegende obere Motordrehzahlgrenze überschreitet, so dass die Leistungsabgabe in einem Drehzahlbereich niedrigen Kraftstoffverbrauchs erfolgen kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Schalten in die nächst höhere Motorleistungsstufe, wenn die Ist-Motordrehzahl, die innerhalb einer Motorleistungsstufe liegende untere Motordrehzahlgrenze unterschreitet, so dass im Falle eines sich erhöhenden Erntegutdurchsatzes eine ausreichende das erforderliche Drehmoment aufweisende Motorleistung zur Verfügung steht.
Zur besonderen Entlastung des Bedieners der Erntemaschine ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Umschalten zwischen den Motorleistungsstufen automatisch mittels einer Steuer- und Regeleinrichtung erfolgt. Um dem Bediener jedoch in besonderen Situationen eine Entscheidungsfreiheit bei der Motorsteuerung zu belassen, ist es zudem denkbar, dass das Umschalten manuell vom Bediener über eine Bedienvorrichtung vornehmbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die landwirtschaftliche Erntemaschine zumindest eine Motordrehzahlmess- und eine Motordrehzahlanzeigeeinheit auf und Mittel vorhanden sind, die ein Betreiben der Erntemaschine bei vorgegebener Fahrgeschwindigkeit und verminderten Erntegutdurchsatz nach der niedrigst möglichen Motordrehzahl bei einem vorhandenen Drehmoment durch Schalten von Motorleistungsstufen in der Weise zulassen, dass die landwirtschaftliche Erntemaschine einen verminderten Erntegutdurchsatz bei konstanter Fahrgeschwindigkeit bearbeitet.
Indem die Steuer- und Regeleinrichtung eingerichtet ist, mit dem Antriebsmotor der Norm nach dem standardisierten Protokoll SAE J1939 zu kommunizieren, kann eine Motorsteuerung mit einem vorgebbaren bei einer Motordrehzahl vorhandenen Soll-Drehmoment besonders einfach realisiert werden, da dieses Protokoll das vom Motor abgegebene Drehmoment oder eine Obergrenze des vom Motor abgebbaren Drehmoments als Steuerparameter vorsieht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche und werden nachfolgend anhand von einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1: eine erfindungsgemäße landwirtschaftliche Erntemaschine in Seitenansicht
2: ein Diagramm mit Detaildarstellung verschiedener Motorleistungsstufen des Antriebsmotors
3: ein Ablaufdiagramm mit Darstellung der Schaltung zwischen verschiedenen Motorleistungsstufen bei vorgegebener Erntefahrgeschwindigkeit
1 zeigt eine als selbstfahrender Feldhäcksler 1 ausgeführte landwirtschaftliche Erntemaschine 2 in Seitenansicht und Schnittdarstellung. Frontseitig in Fahrtrichtung FR gesehen ist dem Feldhäcksler 1 ein Vorsatzgerät 3 zugeordnet, welches im Erntebetrieb des Feldhäckslers 1 das Erntegut 4 aufnimmt, gegebenenfalls zerkleinert und den nachfolgenden Einzugs- und Vorpresswalzen 5 zuführt. Die Einzugs- und Vorpresswalzen 5 leiten das Erntegut 4 der nachgeordneten und rotierenden Häckseltrommel 6 zu, deren umlaufenden Häckselmesser 7 das Erntegut 4 an einer Gegenschneide 8 zerkleinern. Das zerkleinerte Erntegut 4 wird sodann an eine Nachzerkleinerungseinrichtung 9 übergeben. Der Nachbeschleuniger 10 beschleunigt das zerkleinerte Erntegut 4 und fördert es über einen horizontal und vertikal verstellbaren Auswurfkrümmer 11 und eine diesem verschwenkbar zugeordnete Auswurfkrümmerklappe 12 zur Regelung der Wurfweite des Erntegutstrahls auf eine nicht abgebildete, dem Auswurfkrümmer 11 zugeordnete Transportvorrichtung.
Im Ausführungsbeispiel sind die Häckseltrommel 6 und der Nachbeschleuniger 10 über einen gemeinsamen Antriebsriemen 13 mit einer als Dieselmotor 14 ausgeführten Antriebseinheit 15 verbunden. Zur schlupfarmen Übertragung der Antriebsenergie wird der Antriebsriemen 13 dauerhaft von einer oder mehreren Spanneinrichtungen 16 über Spannrollen 17 vorgespannt. Zudem werden in an sich bekannte und deshalb nicht dargestellter Weise das Vorsatzgerät 3, die der Häckseltrommel 6 vorgeordneten Einzugs- und Vorpresswalzen 5 und die Nachzerkleinerungseinrichtung 9 von der Antriebseinheit 15 angetrieben. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die erfindungsgemäße landwirtschaftliche Erntemaschine 2 mit zwei oder mehr Antriebseinheiten gleicher oder unterschiedlicher Leistungsklassen ausgestattet ist. Der Dieselmotor 14 ist über eine SAE J1939-Schnittstelle an einen CAN-Bus 18 angeschlossen, über den eine Steuer- und Regeleinrichtung 19 und eine Bedien- und Anzeigeneinheit 20 in der Fahrerkabine 21 miteinander in Verbindung stehen. Eine SAE-Schnittstelle dosiert den dem Motor 14 zugeführten Kraftstoff entsprechend einer über den CAN-Bus 18 empfangenen Sollwertvorgabe. Um während des Erntebetriebes trotz Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors eine konstante Erntebetriebsgeschwindigkeit zu erreichen ist eine an sich bekannte und hier nicht dargestellte Fahrgeschwindigkeitssteuerung, auch Tempomat genannt, vorhanden. Zudem sind in der Fahrerkabine 21 zumindest ein Fahrhebel 22 zur manuellen Veränderung der Fahrgeschwindigkeit des Feldhäckslers 1 sowie wenigstens ein weiteres Bedienelement 23 zur Veränderung Motorleistung P angeordnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Funktionen des Fahrhebels 22 und des Bedienelementes 23 auch in einem einzigen Bedienhebel integriert sein können und über eine Bedien- und Anzeigeneinheit 20 anwähl- und editierbar sind. Eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit, die mit der Steuer- und Regeleinrichtung 19 zur Steuerung des Antriebsmotors 14 in Verbindung steht, ist in der Lage durch geeignete nicht dargestellte Eingangssignale die Steuerung des Antriebsmotors 14 zu beeinflussen.
Zur Erläuterung des Verhaltens des Motors 14 und seiner Steuerung kann davon ausgegangen werden, dass beim Abernten einer Fläche mit konstanter Erntegutdichte die für den Fahrantrieb und den oben genannten Arbeitsorganen benötigte Antriebsleitung zur Fahrgeschwindigkeit und damit zur Drehzahl n linear proportional ist, wobei die Wahl der Schnittlänge und eine Berg- und/oder Talfahrt des Feldhäckslers die Motordrehzahl n während des Erntebetriebes beeinflussen. Bei herkömmlich ausgeführten Feldhäckslern 1 wird beim Betrieb des Feldhäckslers 1 in der Regel so vorgegangen, dass über das Bedienelement 23 zunächst die Motordrehzahl n eingestellt wird, bei welcher die maximale Motorleistung P verfügbar ist. Im Diagramm der 2 ist beispielhaft der Zusammenhang zwischen Motordrehzahl n, der Motorleistung P und das aufzubringende Drehmoment M beschrieben. Eine Motorkennlinie, die den Zusammenhang zwischen Drehzahl n, Motorleistung P und aufzubringendes Drehmoment Nm bei Volllast des Antriebsmotors darstellt, ist mit 25 bezeichnet. Diese Volllast-Kennlinie hat einen Scheitelpunkt bei ca. 1.800 U/min und kreuzt bei 2.000 U/min die Abregelkennlinie 26 und gibt beispielhaft eine maximale Leistung von 500 KW bei einem Drehmoment M von 5000 Nm ab. In diesem Scheitelpunkt liegt die Fahrgeschwindigkeit des Feldhäckslers 1 bei maximal verarbeitbarem Erntegutdurchsatz beispielhaft bei 6 km/h. Wird die Erntemaschine 2 bei geringen Erntegutdurchsätzen nur wenig belastet und wird weniger Drehmoment M und entsprechend weniger Leistung P der Häckseltrommel abgefordert, verschiebt sich der Arbeitspunkt auf der Motorkennlinie 25 zu höheren Drehzahlen. Dies bedeutet, dass das zur Verfügung stehende Drehmoment M nicht vollständig benötigt wird und somit bezogen auf das zu bearbeitende Erntegut zu einem hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch des Antriebsmotors 14 führt. Eine Reduzierung der Drehzahl n würde aufgrund der bereits oben beschriebenen Proportionalität von Drehzahl und Fahrgeschwindigkeit auch zu einer ungewünschten Verringerung der Fahrgeschwindigkeit des Feldhäckslers 1 führen, welches insbesondere das synchrone Fahren von Erntemaschine 2 und zugeordnetem Transportfahrzeug nachteilig behindern würden.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Betreiben der landwirtschaftlichen Erntemaschine 2 bei reduzierten Erntegutdurchsatz und konstant vorgebbarer Fahrgeschwindigkeit mit einer Antriebsmotordrehzahl n zu bewirken, die die benötigte das erforderliche Drehmoment M aufweisende Antriebsmotorleistung P zur Verfügung stellt. Bewirkbar ist dies dadurch, dass die Leistungsabgabe bei vorgegebener Erntefahrgeschwindigkeit in Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ erfolgt, wobei die Erntegeschwindigkeit mittels nicht näher dargestellter Fahrantriebssteuerung, auch Tempomat genannt, auf einen konstanten Wert gehalten wird. Das in 2 dargestellte Diagramm der 2 zeigt beispielhaft 6 Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ die angesteuert werden können, in denen der Motor 14, losgelöst von einem speziellen Typ, seine Leistung P abgibt. Die Anzahl der Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ ist variabel und kann somit kleiner insbesondere aber auch größer sein. Innerhalb der Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ ist jeder Drehzahl n ein nicht näher dargestellter Wert für ein aufzubringendes Soll-Drehmoment M zugeordnet. Vorteilhaft basiert das vom Motor 14 bei einer bestimmten Drehzahl n aufzubringende Soll-Drehmoment M auf Expertenwissen, das beispielhaft durch umfassende Praxistests ermittelt worden ist, so dass entsprechend der Erntebedingungen im Erntebetrieb genügend Leistung P und Drehmoment M für die Bewältigung des Erntegutdurchsatzes vorhanden ist. Erfindungsgemäß sind diese Werte wiederabrufbar in der Steuer- und Regeleinrichtung 19 hinterlegt. Um eine signifikante Kraftstoffeinsparung erreichen zu können, sollten die Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ nicht zu eng gestuft sein, so dass eine Motorleistungsstufe LS_max – LS₅ wenigstens 10 KW Leistungsdifferenz gegenüber der nächst tieferen oder höheren Motorleistungsstufe LS_max – LS₅ aufweisen sollte.
Der Drehzahlbereich K, begrenzt nach oben durch einen oberen Grenzwert G₁ und begrenzt nach unten durch einen unteren Grenzwert G₂, bezeichnet jeweils innerhalb der Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ Motorzustände mit gleichem spezifischen niedrigen Kraftstoffverbrauch, wobei die Kraftstoffverbrauchswerte zur unteren Drehzahlgrenze G₁ hin abnehmen. Im vorliegenden Beispiel liegt der untere Grenzwert G₂ bei 1800 U/min und der obere Grenzwert G₁ bei 1900 U/min, wobei der niedrigste spezifische Kraftstoffverbrauch bei einer Motordrehzahl n von 1800 U/min liegt. Die Annahme anderer Werte ist denkbar. Dies bedeutet, dass wenn im Falle einer im Volllastbetrieb arbeitenden Erntemaschine 2 sich die Leistungsabnahme der Erntemaschine 2 reduziert, so verschiebt sich der Arbeitspunkt vom Scheitelpunkt zu höheren Drehzahlen. Wird nun mittels des Motordrehzahlsensors 27 ermittelt, dass der obere Drehzahlgrenze G₁ von 1900 U/min erreicht oder überschritten ist, so erfolgt ein Signal an die Steuer- und Regeleinrichtung 19, die automatisch den Motor 14 entlang der Pfeilrichtung P1 von der höchsten Motorleistungsstufe LS_max in die nächst tiefere Motorleistungsstufe LS₁ schaltet. Die Motorleistung P ist innerhalb dieser Motorleistungsstufe LS₁ aufgrund des niedrigeren aufzubringenden Soll- Drehmomentes M niedriger, so dass der Arbeitspunkt entlang der Pfeilrichtung P2 wieder zu einer geringeren Motordrehzahl n verschoben wird. Aufgrund der vorhandenen an sich bekannten und deshalb hier nicht näher dargestellten Tempomatsteuerung kann vom Bediener eine gewünschte konstante Fahrgeschwindigkeit der Erntemaschine 2 trotz unterschiedlichen Erntegutdurchsatzes vorgegeben werden. Sollte sich der Erntegutdurchsatz weiterhin vermindern und die benötigte Leistung P weiter sinken, nimmt auch nach Umschalten in die Motorleistungsstufe LS1 die Motordrehzahl weiter zu. Im Fall, dass dann der obere Grenzwert G₁ erreicht bzw. überschritten wird, schaltet die Steuer- und Regeleinrichtung 19 automatisch in die nächst tiefere Motorleistungsstufe LS₂, wodurch die Motordrehzahl n wieder sinkt bis ein stationärer Arbeitspunkt erreicht wird. Aufgrund der vorhandenen Tempomatsteuerung bleibt die Fahrgeschwindigkeit der Erntemaschine jeweils auf den vom Bediener voreingestellten Wert konstant.
Wenn der Erntegutdurchsatz wieder zunimmt und die abgefragte Leistung P sich erhöht, verschiebt sich der Arbeitspunkt zu niedrigeren Motordrehzahlen n. Wird der untere Grenzwert G₂, vorliegend 1800 U/min erreicht oder unterschritten, schaltet die Steuer- und Regeleinrichtung 19 entlang der Pfeilrichtung P3 in die nächst höhere Motorleistungsstufe LS₁. Mit zunehmenden Erntegutdurchsatz wiederholt sich dieser Prozess bis zum Erreichen der Motorleistungsstufe LS_max, die den Volllastbetrieb darstellt. Hier nicht näher dargestellt, weisen in der jeweiligen Motorleistungsstufe LS_max – LS₅ einzelne innerhalb eines Drehzahlbereichs liegende Motordrehzahlen n das gleiche aufzubringende Soll-Drehmoment M auf, um ein zu häufiges Umschalten zwischen den Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ zu verhindern, welches eine z. T. unangenehme Geräuschkulisse für den Bediener 28 der Erntemaschine 2 bedeuten würde, wenn jeder Motordrehzahl n ein eigener Soll-Drehmomentwert M zugeordnet wäre, welches aber im Rahmen der Erfindung liegt. Denkbar ist, dass wenn die Erntemaschine mit sehr geringen Erntegutmengen beaufschlagt wird und die Leistungsabgabe in der untersten Motorleistungsstufe LS1 erfolgt, dem Bediener 28 über eine Bedien- und Anzeigeneinheit 20 der Vorschlag unterbreitet wird, die über die Tempomatfunktion regelbare Erntefahrgeschwindigkeit zu erhöhen, um eine höhere Auslastung der Erntemaschine zu erreichen.
Um in besonderen Erntesituationen reagieren zu können, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung der Bediener 28 mittels des in der Fahrerkabine 21 angeordneten Bedienelementes 23 das Umschalten zwischen den Motorleistungsstufen LS_max – LS₅ manuell bewirken. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die jeweils aktuelle Motorleistungsstufe LS1–LS5 dem Bediener auf einer Bedien- und Anzeigeeinheit 20 zur Anzeige gebracht, damit dieser ständig über den aktuellen Status informiert ist. Zudem ist denkbar, dass die erfindungsgemäße Motorsteuerung automatisch aktiviert bzw. deaktiviert wird, wenn mittels geeigneter hier nicht näher erläuterter Sensoren festgestellt wird, dass die Erntemaschine 2 sich nicht mehr bzw. wieder im Volllastbetrieb befindet. Denkbar ist zudem, dass dieser Vorgang manuell vom Bediener 28 über geeignete Bedienelemente 23 aktiviert bzw. deaktiviert werden kann, so dass der Bediener 28 in bestimmten Erntesituationen manuell in die Motorsteuerung manuell eingreifen kann.
In 3 ist die Leistungsanpassung durch Schalten des Antriebsmotors in den bereits in 2 dargestellten Leistungsstufen LS bei reduziertem Erntegutdurchsatz beispielhaft anhand eines Ablaufdiagramms 29 dargestellt. Die X-Achse zeigt ein Zeitfenster von t₀ – t_x. Die Y-Achse ist in drei Bereiche B1–B3 unterteilt. Der erste Bereich B1 stellt die jeweilige Motordrehzahl n des sich im Erntebetrieb befindenden Antriebsmotors innerhalb eines Zeitfensters t₀ – t_x dar. Entsprechend der vorhergehenden Figuren ist der Drehzahlbereich K nach oben durch einen oberen Grenzwert G₁ und nach unten durch einen unteren Grenzwert G₂ begrenzt und bezeichnet jeweils innerhalb der in 3 beispielhaft dargestellten zehn Motorleistungsstufen LS₁–LS₁₀ Motorzustände mit gleichem spezifischen Kraftstoffverbrauch, wobei die Kraftstoffverbrauchswerte zur unteren Drehzahlgrenze G₂ hin abnehmen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Anzahl der Leistungsstufen LS₁–LS₁₀ und Leistungsgrenzen G₁, G₂ einstellbar sind. Im vorliegenden Beispiel liegt der untere Grenzwert G₂ bei 1800 U/min und der obere Grenzwert G₁ bei 1900 U/min, wobei der niedrigste spezifische Kraftstoffverbrauch bei einer Motordrehzahl n von 1800 U/min liegt. Damit aufgrund von sich ändernden Erntebedingungen bei reduziertem Erntegutdurchsatz innerhalb des festgelegten Drehzahlbereichs zwischen 1800 U/min und 1900 U/min auftretende Motordrehzahlschwankungen keinen Einfluss auf die Erntefahrgeschwindigkeit nehmen, wird die Erntefahrgeschwindigkeit wie im Bereich B3 dargestellt, mittels Fahrantriebssteuerung, auch Tempomat genannt, konstant gesteuert, hier beispielhaft auf einen Wert von ca. 6 km/h. Im Punkt K₁ von Bereich B1 befindet sich der Antriebsmotor beispielhaft in der ersten Motorleistungsstufe LS₁, wobei die Motordrehzahl des Antriebsmotors die untere Drehzahlgrenze G₂ unterschreitet. Das Unterschreiten der unteren Motordrehzahlgrenze G₂ bewirkt nun, dass innerhalb einer nicht näher definierten kurzen Zeitspanne t der Antriebsmotor schnell in die jeweils nächst höhere Leistungsstufe LS₂–LS₁₀ hochgeschaltet wird, um konsequent ein weiteres Absinken der Motordrehzahl n des Antriebsmotors unterhalb der festgelegten unteren Drehzahlgrenze G₂ zu vermeiden, welches zum Abwürgen des Antriebsmotors führen würde. Die Zeitspanne t für das jeweilige Hochschalten in die jeweils nächst höhere Motorleistungsstufe LS₂–LS₁₀ ist variabel und kann vom Bediener über eine hier nicht näher dargestellte Bedien- und Anzeigeneinheit in eine nicht dargestellte Steuer- und Regeleinheit wiederabrufbar hinterlegt werden. Vorliegend ist der Antriebsmotor bis in die Motorleistungsstufe LS₉ hoch geschaltet worden, damit der Antriebsmotor den erforderlichen Leistungsbedarf innerhalb eines kraftstoffsparenden Drehzahlbereichs K zur Verfügung stellen kann. Nach dem erforderlichen schnellen Hochschalten des Antriebsmotors in die Leistungsstufe LS₉ ist die Leistungsanforderung an den Antriebsmotor jedoch nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne t wieder geringer, so dass die Motordrehzahl n die obere Motordrehzahlgrenze G₁ im Punkt K₂ überschreitet, was wiederum zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch des Antriebsmotors führt. Entsprechend wird der Antriebsmotor nun in die jeweils nächst tiefere Motorleistungsstufe LS₈ – LS₁ geschaltet, bis die Motordrehzahl n wieder die obere Drehzahlgrenze G1 unterschreitet hat. Dabei erfolgt das Herunterschalten in die jeweils tiefere Motorleistungsstufe LS₈ – LS₁ in einem gegenüber dem Hochschaltvorgang längerem Zeitintervall, um starke unter Umständen für den Bediener unangenehme Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors zu vermeiden.
Es liegt im Rahmen des Könnens des Fachmanns die beschriebene landwirtschaftliche Erntemaschine in nicht dargestellter Weise abzuwandeln, um die beschriebenen Effekte abzuwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1: Selbstfahrender Feldhäcksler
2: Landwirtschaftliche Erntemaschine
3: Vorsatzgerät
4: Erntegut
5: Einzugs- und Vorpresswalzen
6: Häckseltrommel
7: Häckselmesser
8: Gegenschneide
9: Nachzerkleinerungseinrichtung
10: Nachbeschleuniger
11: Auswurfkrümmer
12: Auswurfkrümmerklappe
13: Antriebsriemen
14: Dieselmotor
15: Antriebseinheit
16: Spanneinrichtung
17: Spannrolle
18: CAN-Bus
19: Steuer- und Regeleinrichtung
20: Bedien- und Anzeigeneinheit
21: Fahrerkabine
22: Fahrhebel
23: Bedienhebel
24: Eingabe- und Anzeigeneinheit
25: Motorkennlinie
26: Abregelkennlinie
27: Motordrehzahlsensor
28: Bediener
29: Ablaufdiagramm
n: Motordrehzahl
M: Drehmoment
P: Motorleistung
LS_max – LS₁: Motorleistungsstufen
K: Drehzahlbereich
K₁: Schnittpunkt
K₂: Schnittpunkt
G₁: Oberer Grenzwert
G₂: Unterer Grenzwert
P₁: Pfeilrichtung
P₂: Pfeilrichtung
P₃: Pfeilrichtung
FR: Fahrtrichtung
B1–B3: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19921466 [0005]
- EP 1609349 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- SAE J1939 [0020]
- SAE J1939 [0027]

Claims

Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere selbstfahrender Feldhäcksler mit unterschiedlichen Arbeitsorganen und mit wenigstens einem eine Motorsteuerung umfassenden Antriebsmotor zum Antreiben wenigstens eines Arbeitsorgans und einer Steuer- und Regeleinrichtung zur Vorgabe der Fahrgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben der landwirtschaftlichen Erntemaschine (2) bei verminderten Erntegutdurchsatz und vorgegebener Fahrgeschwindigkeit mit einer Mindest-Motordrehzahl (n) bewirkt wird, die die benötigte das erforderliche Drehmoment (M) aufweisende Motorleistung (P) zur Verfügung stellt.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsabgabe in wenigstens zwei schaltbaren Motorleistungsstufen (LS_max – LS₁) bewirkt wird.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Motordrehzahl (n) innerhalb der wenigstens zwei Motorleistungsstufen (LS_max – LS₁) ein unterhalb vom maximalen Drehmoment (M) des Antriebsmotors (14) liegendes aufzubringendes Soll-Drehmoment (Nm) zugeordnet ist.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innerhalb einer Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) vom Antriebsmotor bei einer Motordrehzahl (n) aufzubringende Soll-Drehmoment (M) auf Expertenwissen basiert.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der wenigstens zwei Motorleistungsstufen (LS_max – LS₁) in einem Drehzahlbereich (K) liegende Drehzahlen (n) ein gleiches Soll-Drehmoment (M) aufbringen.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsabgabe in der jeweiligen Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) innerhalb eines Drehzahlbereichs (K) niedrigen Kraftstoffverbrauchs erfolgt.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlbereich (K) niedrigen Kraftstoffverbrauchs innerhalb der wenigstens zwei Motorleistungsstufen (LS_max – LS₁) nach oben durch eine obere Motordrehzahlgrenze (G₁) und nach unten durch eine untere Motordrehzahlgrenze (G₂) begrenzt ist.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Motordrehzahlgrenze (G₁) etwa 10–15% unter der Motordrehzahl (n) der maximalen Motorleistung (P) liegt und die untere Motordrehzahlgrenze (G₂) etwa 15–25% der maximalen Motorleistung (P) liegt.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Leistungsabgabe beim Umschalten von einer Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) zur nächsten Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) bei gleicher Motordrehzahl n wenigstens 10 KW beträgt.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Ist-Motordrehzahl (n), die innerhalb einer Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) liegende obere Motordrehzahlgrenze (G₁) überschreitet, in die nächst tiefere Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) geschaltet wird.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Ist-Motordrehzahl (n) die innerhalb einer Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) liegende untere Motordrehzahlgrenze (G2) unterschreitet, in die nächst höhere Motorleistungsstufe (LS_max – LS₁) geschaltet wird.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler, nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten zwischen den Motorleistungsstufen (LS_max – LS₁) automatisch mittels einer Steuer- und Regeleinrichtung (19) erfolgt oder manuell vom Bediener (28) über eine Bedien- und Anzeigeneinheit (20) vornehmbar ist.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler, nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die landwirtschaftliche Erntemaschine zumindest eine Motordrehzahlmess- und eine Motordrehzahlanzeigeeinheit (27, 24) umfasst und die Steuer- und Regeleinrichtung (19) eingerichtet ist, ein Betreiben der Erntemaschine (2) bei vorgegebener Fahrgeschwindigkeit und verminderten Erntegutdurchsatz nach der niedrigst möglichen Motordrehzahl (n) bei einem vorhandenen Drehmoment (M) zu ermöglichen.
Landwirtschaftliche Erntemaschine, insbesondere Feldhäcksler, nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (19) eingerichtet ist, mit dem Antriebsmotor (14) der Norm SAE J1939 zu kommunizieren.