DE10241216A1 - Nachweiseinrichtung zum Nachweis eines Gutstaus in einer Erntemaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachweiseinrichtung zum Nachweis eines Gutstaus in einer Erntemaschine (10). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass in den Antriebsstrang eines Gutförderelements (34) der Erntemaschine (10) eine mechanische Überlastkupplung (54) eingefügt ist, die bei Überschreitung eines definierten Drehmoments akustische und/oder mechanische Schwingungen erzeugt, die durch einen Sensor der Nachweiseinrichtung nachweisbar sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Nachweiseinrichtung zum Nachweis eines Gutstaus in einer Erntemaschine.
- In der
DE 199 18 552 A wird eine Erntemaschine mit einer Erntegutaufnahmevorrichtung beschrieben, die mit einer verstellbaren, den Fluss des Ernteguts nach oben begrenzenden Niederhaltevorrichtung für das Erntegut ausgestattet ist. Im Falle eines Erntegutstaus, der durch einen Verstopfungssensor erkannt wird, wird die Niederhaltevorrichtung selbsttätig angehoben, um beim Reversieren das Ausstoßen des verstopften Ernteguts zu erleichtern. Der Verstopfungssensor erfasst das Antriebsmoment einer der Zuführwalzen oder der Häckseltrommel eines Feldhäckslers. In einer anderen Ausführungsform misst der Verstopfungssensor das Drehmoment an der Welle der oberen Schrägfördererwalze eines Mähdreschers. Die beschriebenen Verstopfungssensoren können zwar Verstopfungen innerhalb der Erntemaschine nachweisen, sind jedoch nicht eingerichtet, Verstopfungen des Erntevorsatzes zu detektieren. - In der nachveröffentlichten Europäischen Patentanmeldung
EP 02100450.2 DE 199 18 552 A ein zusätzlicher Sensor vorgesehen, der elektrisch mit der Erntemaschine zu verbinden ist. Es ist somit ein gewisser Aufwand erforderlich, um einen Gutstau erkennen zu können. - Aus der
US 5 070 682 A ist ein akustischer Detektor zum Fühlen von Luftschall bekannt geworden, der in den Gutzuführungsmechanismus eines Feldhäckslers eindringende Steine nachweisen soll. - Dieser Detektor ist nicht zur Erkennung eines Gutstaus geeignet.
- Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird darin gesehen, eine verbesserte Vorrichtung zur Erkennung eines Gutstaus in einem Erntevorsatz oder einer Erntemaschine bereitzustellen, die sich durch geringen Aufwand und Zuverlässigkeit auszeichnet.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
- Es wird vorgeschlagen, in den Antriebsstrang eines Gutförderelements der Erntemaschine eine Überlastkupplung einzufügen, die im Falle einer durch einen Gutstau bedingten Überschreitung eines festgelegten Drehmoments den Antriebsstrang auftrennt und akustische bzw. mechanische Schwingungen erzeugt. Die Nachweiseinrichtung ist mit einem Sensor ausgestattet, der gegebenenfalls diese Schwingungen empfängt und sie unter Verwendung einer geeigneten analogen und/oder digitalen Signalverarbeitung nachweist. Eine mit dem Sensor verbundene Steuerungseinrichtung kann den Bediener der Erntemaschine im Falle eines Gutstaus akustisch und/oder optisch informieren oder sogar selbsttätig geeignete Maßnahmen zur Beseitigung des Gutstaus durchführen, insbesondere den Antrieb des Gutförderelements abschalten, eine Niederhaltevorrichtung einer Pickup bzw. Haspel eines Schneidwerks anheben und/oder den Antrieb des Gutförderelements reversieren.
- Auf diese Weise erhält man eine relativ einfach aufgebaute und preiswerte Nachweiseinrichtung für einen Gutstau. Es ist nur ein einziger Sensor erforderlich, der mit beliebig vielen Überlastkupplungen zusammenwirken kann.
- Der Sensor ist vorzugsweise ein akustischer Sensor (Mikrofon), auf den die von der Überlastkupplung erzeugten Schwingungen durch Luftschall (akustisch) und/oder Körperschall (mechanisch) übertragen werden. Vorzugsweise findet ein kommerziell verfügbarer Klopfsensor Verwendung, wie er an Motoren zur Erkennung unerwünschter Klopfgeräusche benutzt wird. Ein derartiger Klopfsensor kann auch zur Steuerung anderer Elemente der Erntemaschine dienen, bei einem Feldhäcksler beispielsweise zur Einstellung des Abstands zwischen der Häckseltrommel und einer Gegenschneide. Auf derartige Klopfsensoren werden die von der Überlastkupplung erzeugten Schwingungen hauptsächlich mechanisch, d.h. durch Körperschall übertragen.
- Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Nachweiseinrichtung besteht darin, dass sie auch zur Erkennung eines Gutstaus in einem Erntevorsatz, beispielsweise einer Pick-Up oder einem Maisgebiss oder einem Schneidwerk oder Maispflücker eines Mähdreschers geeignet ist. Dazu wird die Überlastkupplung in den Antriebsstrang des Erntevorsatzes eingefügt. Die Überlastkupplung kann sich auf der Erntemaschine oder auf dem Erntevorsatz befinden. Der Sensor ist in der Regel an der Erntemaschine angebracht, was die Verlegung zusätzlicher Leitungen oder Bereitstellung einer drahtlosen Verbindung zum Erntevorsatz erspart, obwohl es auch möglich wäre, den Sensor am Erntevorsatz zu befestigen. Die von der Überlastkupplung erzeugten Schwingungen werden – in der Regel mechanisch – durch den Rahmen des Erntevorsatzes und über das Einzugsgehäuse auf die Erntemaschine übertragen, wo sie vom Sensor erfasst werden.
- Als mechanische Überlastkupplung kommen alle Ausführungsformen in Frage, die beim Überschreiten eines festgelegten Drehmoments im Antriebsstrang nachweisbare Schwingungen erzeugen. Geeignet sind beispielsweise Nockenschaltkupplungen und Sternratschen.
- In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine Erntemaschine mit einer erfindungsgemäßen Nachweiseinrichtung in Seitenansicht und in schematischer Darstellung, -
2 eine schematische Draufsicht auf die Antriebselemente der Erntemaschine, -
3 ein Beispiel einer analogen Signalverarbeitungsschaltung der Nachweiseinrichtung und -
4 einen Schnitt durch eine Überlastkupplung. - In der
1 ist eine Erntemaschine in der Art eines selbstfahrenden Feldhäckslers10 dargestellt, in der eine Nachweisvorrichtung zum Nachweis eines Gutstaus vorgesehen ist. Der Feldhäcksler10 baut sich auf einem Rahmen12 auf, der von vorderen und rückwärtigen Rädern14 und16 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers10 erfolgt von einer Fahrerkabine18 aus, von der aus eine Erntegutaufnahmevorrichtung20 einsehbar ist. Mittels der Erntegutaufnahmevorrichtung20 vom Boden aufgenommenes Gut, z. B. Mais, Gras oder dergleichen wird über Zuführwalzen30 , die innerhalb eines Einzugsgehäuses32 angeordnet sind, einer Häckseltrommel22 zugeführt, die es im Zusammenwirken mit einer Gegenschneide46 in kleine Stücke häckselt und es einer Fördervorrichtung24 aufgibt. Das Gut verläßt den Feldhäcksler10 zu einem nebenherfahrenden Transportfahrzeug oder Anhänger über einen drehbaren Austragsschacht26 . Zwischen der Häckseltrommel22 und der Fördervorrichtung24 erstreckt sich eine Nachzerkleinerungsvorrichtung28 , durch die das zu fördernde Gut der Fördervorrichtung24 tangential zugeführt wird. - Die Erntegutaufnahmevorrichtung
20 ist in diesem Ausführungsbeispiel als so genannte Pick-up ausgebildet und als selbstständige Einheit ausgestaltet. Allerdings könnte es sich bei dieser Erntegutaufnahmevorrichtung20 ebenso um ein Zusatzaggregat handeln, das z.B. an den Frontbereich eines Schneidwerks eines Mähdreschers angeflanscht wird. Die Erntegutaufnahmevorrichtung20 stützt sich bei der Feldarbeit über Stützräder40 auf dem Erdboden ab. Die Aufgabe der Erntegutaufnahmevorrichtung20 besteht darin, auf dem Boden in Schwaden abgelegtes Erntegut verschiedenster Art und Beschaffenheit aufzunehmen und es dem Feldhäcksler10 zur weiteren Bearbeitung zuzuführen. Hierzu wird die Erntegutaufnahmeeinrichtung20 während des Erntebetriebes mit geringem Abstand zum Erdboden über das Feld bewegt, während sie zum Transport auf einer Straße oder auf Wegen angehoben wird. - Zu der Erntegutaufnahmevorrichtung
20 gehört eine Fördervorrichtung34 in Form einer Förderschnecke, die auf an sich bekannte Weise das aufgenommene Gut von den Seiten der Erntegutaufnahmevorrichtung20 zu einer in der Mitte gelegenen, nicht gezeigten Abgabeöffnung fördert, hinter der die Zuführwalzen30 folgen, ein wie die Fördervorrichtung rotativ angetriebenen Aufnehmer36 , der unterhalb der Fördervorrichtung34 angeordnet ist und mit seinen Förderzinken das Gut vom Erdboden anhebt, um es der Fördervorrichtung34 zu übergeben, und ein Niederhalter38 in Form eines über dem Aufnehmer36 angeordneten Bleches. Alternativ könnte der Niederhalter38 walzenförmig sein oder mehrere Stäbe aufweisen. Die Drehachsen der Fördervorrichtung34 und des Aufnehmers36 verlaufen parallel zueinander und zum Erdboden und quer zur Fahrtrichtung des Feldhäckslers10 . - Die Fördervorrichtung
34 und der Aufnehmer36 werden beim Erntebetrieb mechanisch durch den Verbrennungsmotor des Feldhäckslers10 angetrieben, wie anhand der2 erkennbar ist, auf die nun Bezug genommen wird. Der Feldhäcksler10 umfasst einen Verbrennungsmotor110 , der über ein Kegelradgetriebe112 eine hydrostatische Pumpe114 und eine hydraulische Hilfspumpe116 antreibt. Das Kegelradgetriebe112 treibt über eine hydraulisch betätigte und elektronisch gesteuerte Hauptkupplung120 einen Antriebsriemen118 an. Der Riemen treibt die Häckseltrommel22 und das Gebläse24 des Feldhäckslers10 an. Der Antrieb der Häckseltrommel22 ist außerdem über eine übliche elektrisch betätigbare Kupplung122 mit einem Schnittlängengetriebe124 für die Zuführwalzen30 verbunden, das die Zuführwalzen30 antreibt. Ein hydraulischer Reversiermotor126 ist mit dem Schnittlängengetriebe124 gekuppelt, um beim Reversieren die Zuführwalzen30 anzutreiben. Der Reversiermotor126 wird mit hydraulischem Druck gespeist, der von der Hilfspumpe116 geliefert und dem Reversiermotor126 über ein elektromagnetisch betätigtes Ventil128 zugeführt wird. Ein elektromagnetisch betätigtes Ventil130 steuert die Fluidverbindung zwischen der Pumpe116 und der Hauptkupplung120 . Eine Steuerung44 steuert die Ventile128 und130 sowie die Kupplung122 . Anzumerken ist, dass das Schnittlängengetriebe124 in einer anderen Ausführungsform mit einem Planetengetriebe versehen sein kann, das mittels eines Hydraulikmotors eine stufenlose Einstellung der Schnittlänge von der Bedienerkabine18 aus ermöglicht. Es wird diesbezüglich auf die Offenbarung derDE 198 12 500 A Bezug genommen, die durch Verweis in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. - Zum Antrieb der Erntegutaufnahmevorrichtung
20 dient eine abnehmbare Gelenkwelle132 , die sich zwischen dem Schnittlängengetriebe124 und der Rückseite der Erntegutaufnahmevorrichtung20 erstreckt. Über die Gelenkwelle132 werden die Fördereinrichtung34 und der Aufnehmer36 angetrieben. - Die relative Lage der Fördervorrichtung
34 zum Aufnehmer36 könnte unveränderlich sein, sie ist durch die Lagerung der Fördervorrichtung34 an Hebelarmen jedoch in der Regel veränderbar. Die genannten Hebelarme auf beiden Seiten sind durch Federn belastet, um die Fördervorrichtung34 auf das Gut zu drücken. Die Position des Niederhalters38 kann zwischen der Betriebsstellung, in der der Niederhalter38 in1 mit durchgehenden Linien gezeichnet ist, und in der der Niederhalter38 mit dem Aufnehmer36 zusammenwirkt, und einer Außerbetriebsstellung, in der der Niederhalter mit dem Bezugszeichen38' gekennzeichnet ist, verstellt werden. Dazu dient ein Hydraulikzylinder42 (der auch durch einen Elektomotor ersetzt werden könnte), der eingerichtet ist, den Niederhalter38 entsprechend um eine horizontale, quer zur Fahrtrichtung des Feldhäckslers10 verlaufende Achse43 zu drehen. Die Außerbetriebsstellung des Niederhalters38 erweist sich im Reversierbetrieb, in dem die Zuführwalzen30 , die Fördervorrichtung34 und der Aufnehmer36 (optional auch die Häckseltrommel22 ) durch in gegenüber normalem Erntebetrieb umgekehrter Drehrichtung betrieben werden, als hilfreich, um verstopftes Material auswerfen zu können. Das Reversieren geschieht durch den hydraulischen Reversiermotor132 am Schnittlängengetriebe124 . Auch wenn ein innerhalb einer der Zuführwalzen30 angeordneter, nicht eingezeichneter Metalldetektor anspricht und den Antrieb der Zuführwalzen30 abschaltet, ist ein Reversieren zweckmäßig. - Um den Niederhalter
38 selbsttätig zwischen der Betriebsstellung und der Außerbetriebsstellung bewegen und den Reversierbetrieb aktivieren zu können, ist die Steuerung44 bereitgestellt. Sie ist (vorzugsweise über einen CAN-Bus) mit einem oder mehreren Klopfsensoren48 an der Gegenschneide46 und einem elektromagnetisch gesteuerten Ventil50 verbunden, das die Beaufschlagung des Hydraulikzylinders42 steuert. Der Klopfsensor48 dient zum automatischen Einstellen des Abstands zwischen der Gegenschneide46 und der Häckseltrommel22 , da er die beim Auftreffen der Messer der Häckseltrommel22 auf die Gegenschneide46 entstehenden Geräusche nachweist. Außerdem ist die Steuerung44 ebenfalls über den CAN-Bus mit der Kupplung124 , den Ventilen128 und130 (s.2 ), einer Anzeigeeinrichtung52 im Sichtbereich des Bedieners in der Fahrerkabine18 und einem Drehmomentsensor56 verbunden, der zur Messung des Drehmoments einer Zuführwalze30 eingerichtet ist. - In den Antriebsstrang der Fördervorrichtung
34 ist zwischen der Fördervorrichtung34 und der Gelenkwelle132 , die sie mit dem zu ihrem mechanischen Antrieb dienenden Schnittlängengetriebe124 an der Seite des Einzugsgehäuses32 des Feldhäckslers verbindet, eine Überlastkupplung54 in Form einer Nockenschaltkupplung eingefügt. Eine Ausführungsform der Überlastkupplung wird weiter unten anhand der4 erläutert. Die Überlastkupplung54 trennt den Antriebsstrang der Fördervorrichtung34 auf, wenn das von der Überlastkupplung54 übertragene Drehmoment einen festgelegten, durch die Überlastkupplung54 bestimmten Grenzwert überschreitet. In einem derartigen Fall, der in der Regel durch einen Gutstau in der Fördervorrichtung34 bedingt ist, der sich insbesondere durch eine übermäßige Menge an aufgenommenem Gut ergibt, erzeugt die Überlastkupplung54 mechanische Schwingungen in Form eines Ratterns. Diese werden durch den Rahmen der Erntegutaufnahmeeinrichtung20 und das Einzugsgehäuse32 auf den Klopfsensor48 übertragen. - Die Steuerung
44 ist eingerichtet, während des Erntebetriebs die Signale vom Klopfsensor48 und vom Drehmomentsensor56 zu überwachen. Weist das Signal des Drehmomentsensors56 darauf hin, dass ein Schwellenwert überschritten ist, was auf einen Gutstau an den Zuführwalzen30 deutet, wird über das Ventil130 und die Hauptkupplung120 der mechanische Antrieb der Häckseltrommel22 , der Zuführwalzen30 , der Fördervorrichtung34 und des Aufnehmers36 abgeschaltet, der Niederhalter38 durch Betätigen des Ventils50 angehoben und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne reversiert, indem die Kupplung122 aufgetrennt und über das Ventil128 der Reversiermotor126 aktiviert wird. Außerdem wird der Bediener über die Anzeigeeinrichtung52 über den Gutstau informiert. - Analog wird verfahren, sobald der Klopfsensor
48 von der Überlastkupplung54 erzeugte Signale empfängt. Dazu ist zwischen den Klopfsensor48 und die (digitale) Steuerung44 eine analoge Signalverarbeitungsschaltung geschaltet, wie sie in der3 dargestellt ist. Die Signalverarbeitungsschaltung umfasst einen Verstärker68 , dessen Eingang mit dem Klopfsensor48 verbunden ist. Das verstärkte Signal wird einem Bandfilter62 zugeführt, der nur Frequenzen durchlässt, wie sie durch die Überlastkupplung54 im Klopfsensor48 erzeugt werden. Die gefilterten Signale werden in einem Gleichrichter64 gleichgerichtet und in einem Komparator66 mit einem Vergleichswert verglichen. Der Komparator66 führt der Steuerung44 ein entsprechendes Signal zu, falls die Signale des Klopfsensors den Schwellenwert überschreiten, d.h. von einem Gutstau ausgegangen werden kann. Es wäre auch möglich, die in4 dargestellte analoge Signalverarbeitungs schaltung durch eine digitale Signalverarbeitung (die in Form eines in der Steuerung44 laufenden Prozesses oder mittels einer externen Schaltung realisiert sein kann) zu ersetzen, der ein digitalisiertes Signal des Klopfsensors48 zugeführt wird. Die digitale Signalverarbeitung könnte die Funktion der in3 dargestellten analogen Signalverarbeitungsschaltung ausführen, um das vom Klopfsensor48 bereitgestellte Signalspektrum auf Frequenzen zu analysieren, die für eine ausgekoppelte Überlastkupplung54 charakteristisch sind. - Weist das Ausgangssignal der Signalverarbeitung darauf hin, dass das Drehmoment der Überlastkupplung den Grenzwert überschritten hat, wird – wie im Fall eines Gutstaus der Zuführwalzen
30 – der normale Antrieb der Häckseltrommel22 , der Zuführwalzen30 , der Fördereinrichtung34 und des Aufnehmers36 abgeschaltet, der Niederhalter38 angehoben, der Bediener über die Anzeigeeinrichtung52 informiert und der Reversierbetrieb eingeleitet. Auch im Fall eines Ansprechens des Metalldetektors geht die Steuerung44 entsprechend vor, d.h. sie schaltet die genannten Elemente ab, hebt den Niederhalter an und beginnt – nach einer zeitlichen Verzögerung – zu reversieren. Dadurch erreicht man, dass das Anheben des Niederhalters38 zeitlich vor dem Einleiten des Reversierens liegt. Bei Gleichzeitigkeit kann es eventuell zu Verstopfern beim Reversieren kommen. Der Bediener kann den normalen Erntebetrieb manuell einleiten, nachdem der Gutstau behoben ist. Der normale Erntebetrieb kann nach einer bestimmten Reversierzeit auch selbsttätig durch die Steuerung44 wieder aufgenommen werden. Anzumerken ist, dass das Signal des Klopfsensors48 auch zum Nachweis des Vorhandenseins eines Gutflusses dienen kann, wie in derDE 102 11 800 offenbart, deren Inhalt durch Verweis mit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. - In der
4 ist eine Schnittzeichnung durch eine geeignete Überlastkupplung54 in ihrer Drehmomentübertragungsposition dargestellt. Die dargestellte Überlastkupplung läuft nach Eintritt einer Überlastung mit einem verminderten Ratschenmoment um. Die in der4 dargestellte Überlastkupplung54 besteht im wesentlichen aus einer Kupplungshülse201 , in der eine Kupplungsnabe202 gehalten ist. In der Kupplungsnabe202 sind Mitnehmerkörper206 radial beweglich geführt und durch von Federn208 nach innen beaufschlagte Stütznocken207 radial nach außen gehalten. Die Kräfte der Federn208 stützen sich an der radialen Außenseite gegen Endanschläge eines gemeinsamen Bolzens209 ab, wodurch ein vollkommener Ausgleich der Federkräfte gegeben ist. In der Kupplungshülse201 sind gleichmäßig auf dem Umfang verteilt Ausnehmungen210 vorgesehen, in denen je zwei Wälzkörper203 gehalten sind. Die Ausnehmungen210 sind mit mittig angeordneten Nocken205 versehen, die als Anschläge für die Wälzkörper203 nach Eintritt eines Überlastungsfalles dienen, in dem die Wälzkörper203 von den Kopfteilen204 der Mitnehmerkörper206 mitgenommen werden. Die in Umfangsrichtung wirksame Länge der Ausnehmungen10 wird durch die Verschiebung eines der Wälzkörper203 bis zum Nocken205 soweit verringert, dass die Kupplung mit einem verminderten Ratschmoment umläuft. Durch Absenken der Drehzahl lässt sich ein Zustand erreichen, bei dem die Kopfteile204 der Mitnehmerkörper206 in der Lage sind, die aus ihren Endpositionen verschobenen Wälzkörper203 in die Drehmomentübertragungsposition zurückzuschieben und damit den Kopfteilen204 zu ermöglichen, die Drehmomentübertragungsposition zwischen zwei Wälzkörpern203 wieder einzunehmen. Bei einer Überschreitung des vorgegebenen Drehmoments erzeugen die Mitnehmerkörper206 , die gegen die Wälzkörper203 stoßen, Ratterschwingungen, die vom Klopfsensor48 aufgenommen und von der Steuerung44 nachgewiesen werden.
Claims (7)
- Nachweiseinrichtung zum Nachweis eines Gutstaus in einer Erntemaschine (
10 ), dadurch gekennzeichnet, dass in den Antriebsstrang eines Gutförderelements (34 ) der Erntemaschine (10 ) eine mechanische Überlastkupplung (54 ) eingefügt ist, die bei Überschreitung eines definierten Drehmoments akustische und/oder mechanische Schwingungen erzeugt, die durch einen Sensor der Nachweiseinrichtung nachweisbar sind. - Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein akustischer Sensor, insbesondere ein Klopfsensor (
48 ) ist. - Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Sensors auch zur Steuerung anderer Elemente der Erntemaschine (
10 ) heranziehbar ist. - Nachweiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein an der Gegenschneide (
46 ) einer Häckseltrommel (22 ) angeordneter Klopfsensor (48 ) ist. - Nachweiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastkupplung (
54 ) in den Antriebsstrang einer Erntegutaufnahmevorrichtung (22 ) eingefügt ist. - Nachweiseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastkupplung (
54 ) an der Erntegutaufnahmevorrichtung (20 ) angeordnet ist, und dass sich der Sensor an der Erntemaschine (10 ) befindet. - Nachweiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastkupplung (
54 ) eine Nockenschaltkupplung ist.
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