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Einrichtung zum Messen von Einflußgrößen für die Regelung der Arbeitsorgane
von Erntemaschinen, insbesondere Mähdrescher Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Messen von Einflußgrößen, die für die Regelung der Arbeitsorgane von Erntemaschinen,
insbesondere Mähdrescher, weiterverarbeitet werden.
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Derartige Regeleinrichtungen haben den Zweck, bisher manuell durchgefhrte
Steuerungsvorgänge zu automatisieren, um dadurch die Bedienungsperson zu entlasten
oder gar zu ersetzen und den Arbeitsprozeß zu optimieren.
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Es sind Meß- und Regeleinrichtungen bekannt worden, mit denen beispielsweise
bei einem Mähdrescher die Schichthöhe des im Förderschacht befindlichen Erntegutes
durch Fiihler abgetastet und gemessen wird. Die Größe der Schichthöhe ist ein Maß
für den Erntegutdurchsatz. Um eine gleichmäßige Auslastung und optimale Leistung
der
Mähdrescherorgane zu erreichen, wird beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit der
Erntemaschine in Abhängigkeit von der gemessenen Schichthöhe des anfallenden Erntegutes
automatisch geregelt. In gleicher Weise ist es auch möglich, unter Verwendung bekannter
Mittel der Regeltechnik, die Drehzahl der Dreschtrommel zu beeinflussen. Bei diesen
bekannten Regeleinrichtungen werden nur die Eigenschaften des Ernteguts innerhalb
der Erntemaschine erfaßt. Die Messung erfolgt also erst dann, wenn bereits Organe
der Erntemaschine auf das Erntegut eingewirkt haben. In vielen Fällen mag dies von
Vorteil sein. Es gibt jedoch Steuerungsprozesse, für die solche Messungen nicht
geeignet sind. Eine Vollautomatisierung des Mähdrescherbetriebes ist deshalb mit
den bekannten Mitteln noch nicht möglich. Für einen fahrerlosen Betrieb ist es erforderlich,
beispielsweise auch die Mähdrescherhaspel selbsttätig zu verstellen. Mit den bekannten
Einrichtungen sind jedoch die für die Haspelverstellung maßgebenden Kriterien nicht
zu erfassen. Die automatische Haspelverstellung ist nicht nur beim vollautomatisierten,
fahrerlosen Mähdrescher interessant, sondern auch bei den Maschinen herkömmlicher
Bauart. Die richtige Einstellung der Haspel ist für verlustarmen Schnitt und gleichmäßigen
Einzug von entscheidender Bedeutung. Die meisten Fahrer sind nicht in der Lage,
eine optimale Einstellung aufgrund der gegebenen Verhältnisse vorzunehmen. Das Erfassen
der Kriterien und das Zuordnen
erfordert viel Erfahrung und Einfühlungsvermögen.
Vielfach wird die Haspel erst verstellt, wenn erhebliche Störungen auftreten.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte
Regeleinrichtung unter Vermeidung der genannten Nachteil le zu ergänzen und die
Voraussetzungen für einen vollautomatischen Betrieb der Erntemaschine, insbesondere
der Mähdrescherhaspel, zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Erntemaschine
einen oder mehrere Meßfühler aufweist, durch welche die Bestandsverhältnisse (Höhe,
Dichte, Feuchtegehalt u. dgl.) des von den Arbeitsorganen der Erntemaschine noch
nicht erfaßten Erntegutes abtastbar sind.
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Vorteilhafterweise sind die Meßfühler an der Vorderseite der Erntemaschine
vor deren Arbeitsorganen angeordnet. Dabei kann sich ein Meßfühler über die ganze
Breite der Erntemaschine oder nur über einen Abschnitt erstrecken. Um bei Bestandsunterschieden
eine Mittelung zu erreichen, sind die Meßfühler über mehrere Abschnitte verteilt
angeordnet. Zum gleichen Zweck können auch zwei
Meßfühler mit in
einer vertikalen Ebene sich kreuzenden Taststrahlen verwendet werden.
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Zum Abtasten des stehenden Ernteguts ist es insbesondere für die
selbsttätige Haspelverstellung von Vorteil, den oder die Meßfühler am vorderen Ende
einer schwenkbaren Tragvorrichtung für die Mähdrescherhaspel vor dem Rotationskreis
der Haspel anzuordnen. Gemäß der Erfindung sind der oder die Meßfühler in Eintauchtiefe
der Haspel und parallel zur Drehachse der Haspel angeordnet.
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Für die vertikale Verstellung der Haspel sind Stellzylinder mit Hilfe
einer an sich bekannten elektrohydraulischen Drei- oder Zweipunktregelung von den
Meßfiihlern aus ansteuerbar.
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Um den Unterschied der Hebelarme von MeßfUhler und Haspel, der sich
auf die Vertikalbewegung auswirkt, zu kompensieren, ist der Meßfühler mit einem
Arm an der Tragvorrichtung der Haspel angelenkt, wobei der Arm über ein flexibles
Stellorgan mit dem Stellzylinder verbunden ist.
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Zur Auslösung verschiedener Funktionen und Vorgänge, die bei Unterschreiten
eines vertikalen Mindestabstandes der Haspel vom Schneidwerk erforderlich sind,
ist ein Grenztaster vorgesehen,
durch den bei einer vorwählbaren
Tiefstlage der Haspel ein Signal ausgelöst wird. Zur Einhaltung dieses Mindestabstandes
steht der Grenztaster über bekannte Mittel der Regeltechnik mit einer Schaltvorrichtung
zum Ausschalten der Senkbewegung der Haspel in Verbindung. In gleicher Weise ist
der Grenztaster mit einer Vorrichtung zum Verschwenken der Haspelzinken in die Stellung
"Lagergetreideaufnahme" verbunden. Das Verschwenken der-Haspeizinken bei Tiefstlage
der Haspel kann auch mechanisch über einen Endanschlag und ein Gestänge erfolgen.
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Bei Erntemaschinen mit automatischer Schneidwerkshöhenregelung ist
es zweckmäßig, den Grenztaster mit einer Schaltvorrichtung zum Umschalten von Schneidwerk-Lageregelung
auf Schneidwerk-Tastregelung zu verbinden.
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Um beim übergang auf Lagergetreideaufnahme die Fahrgeschwindigkeit
der Erntemaschine rechtzeitig zu verringern, steht der Grenztaster mit dem Fahr-Variator
der Erntemaschine in Wirkverbindung.
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Zum selbsttätigen Wenden der Erntemaschine am Ende des Feldes ist
der Grenztaster mit einer Vorrichtung zum Einschalten der Wendeautomatik gekoppelt.
Um das Bestandsende sicher bestimmen
zu können, ist zusätzlich zum
Meßfühler eine Referenzmeßstelle im Schnittbereich des Schneidwerks vorgesehen,
die ebenfalls mit der Einschaltvorrichtung der Wendeautomatik gekoppelt ist.
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Zur automatischen Steuerung der Horizontalverstellung der Haspel
und zur Korrektur der Drehzahlzuordnung ist zusätzlich ein Meßfühler zur Feststellung
der Halmneigung des stehenden Erntegutes angeordnet.
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Vorteilhafterweise besteht der Meßfühler aus einer Vorrichtung, die
einen Taststrahl aussendet, der von dem geneigten Halm reflektiert wird, wobei die
Abweichung des reflektierten Strahles von der Richtung des ausgesandten Strahles
vom MeßfUhler registriert wird und als Maß für die Halmneigung dient.
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Um die richtige Lage der Haspel zum Schneidwerk in horizontaler Richtung
entsprechend der Halmneigung einzustellen, ist der Halmneigungs-Meßfühler mit dem
Stellzylinder für die horizontale Haspelverstellung gekoppelt. Zweckmäßigerweise
ist der Meßfühler für die Halmneigung mit dem Meßfühler für die Halmhöhe- kombiniert,
wobei der Taststrahl für die Halmhöhe in horizontaler Richtung und der Taststrahl
für die Halmneigung von oben nach unten verläuft und beide Taststrahlen von einer
gemeinsamen Ouelle ausgehen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß aufgrund der erfindungsgemäßen Bestandserfassunq des unbearbeiteten Erntegutes
alle Einflußgrößen berücksichtigt werden können, die ftir einen vollautomatischen
Betrieb der Erntemaschiene von Bedeutung sind. Steuerungsvorgänge, die hisher nur
von Hand und oft fehlerhaft durchgeführt wurden, können mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung optimiert erden. Dadurch wird ein sterunnsfreier und schonender Betrieb
der Prheitsorgane und eine Leistungssteigerung der Erntemaschine erzielt.
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weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind der
folgenden Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausfijhrungsbeisniel darstellt,
zu entnehmen. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht von Schneidwerk und Haspel eines
'lähdreschers, Fiq. 2 eine Draufsicht auf den mähdrescher nach Fig. 1, Fig. 3 ein
Blockschaltbild für die vertikale Hast,elverstelluni und
Fig. 4
ein Funktionsschema des Halmneigungsmeßfühlers.
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An einem Schneidwerk 1 eines nicht näher dargestellten Mähdreschers
ist eine Haspel 2 in einer Tragvorrichtung 3 drehbar gelagert. Die Tragvorrichtung
3 ist in bekannter Weise über Gelenkglieder am Schneidwerk 1 angelenkt. Mit Hydraulikzylinder
4, die zwischen Schneidwerk 1 und Tragvorrichtung 3 angeordnet sind, ist die Haspel
2 gegenüber dem Schneidwerk 1 je nach Höhe des Erntegutes verstellbar. Mit weiteren
Hydraulikzylindern 5 ist die Haspel 2 in Längsrichtung der Erntemaschine horizontal
verstellbar.
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Am vorderen Ende der Tragvorrichtung 3 ist ein Arm 6 um eine horizontale,
quer zur Fahrtrichtung liegende Achse 7 schwenkbar angeordnet. Das vordere Ende
des Armes 6 trägt einen Meßfühler in Form einer Lichtschranke 8. Anstelle der Lichtschranke
8 könnte auch ein mechanischer oder elektrischer Fühler oder irgend eine andere
Meßschranke verwendet werden. Die Lichtschranke 8 ist parallel zur Drehachse der
Haspel 2 angeordnet und besteht aus einem Senderteil 9 und einem Empfängerteil lo.
Dabei ist der Senderteil 9 auf der einen Seite und der Empfängerteil lo auf der
anderen Seite der Tragvorrichtung 3 angeordnet, so daß sich die Lichtschranke über
die ganze Breite vor der Haspel 2 erstreckt. Die Lichtschranke kann jedoch auch
nur über einen kurzen Abschnitt, wie in Fig. 2 dargestellt, geführt werden. Um Mittelwerte
zu erhalten,
können mehrere Schranken über mehrere Abschnitte verteilt
oder auch zwei Schranken mit in einer vertikalen Ebene sich kreuzenden Strahlen
eingesetzt werden. Der vertikale Abstand der Lichtschranke 8 von der Unterkante
der Haspel 2 wird so eingestellt, daß die Haspel 2 die gewünschte Eintauchtiefe
e in das Erntegut erreicht. Da die Haspel 2 und die Lichtschranke 8 an verschieden
langen Hebelarmen angeordnet sind, muß die Vertikalbewegung der Lichtschranke 8
unter Umständen korrigiert werden. Hierzu ist am Arm 6 ein flexibles Stellorgan
11 befestigt, dessen anderes Ende am Hydraulikzylinder 4 angebracht ist. Eine das
Stellorgan 11 umgebende, flexible Hülle 12 ist mit einem Ende an einer Kolbenstange
13 des Hydraulikzylinders 4 angeordnet, während das andere Ende an der Tragvorrichtung
3 befestigt ist.
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Aus dem Blockschaltbild nach Fig. 3 ist die Anordnung der Schalt-
und Steuerelemente für die vertikale Haspelverstellung ersichtlich. Der Hydraulikzyiinder
4 ist durch Hydraulikleitungen 14 und 15 mit einem Magnetventil 16 verbunden. Das
Magnetventil 16 hat drei Schaltstellungen a,b undc, die durch Magnetspulen 17 und
18 geschaltet werden. Vom Magentventil 16 führt eine Druckleitung 19 zu einer Hydropumpe
20 und eine Saugleitung 21 zum Tank 22. Die Magnetspulen 17 und 18 liegen in einem
Stromkreis 23, an den auch der durch eine Lichtschranke gebildete Meßfühler 8
angeschlossen
ist. Vom Meßfühler 8 führt eine elektrische Steuerleitung 24 zu einem Magnetschalter
25, der die Stromführung zur Magnetspule 17 unterbricht. In gleicher Weise ist der
Meßfühler 8 über eine Steuerleitung 26 mit einem Magnetschalter 27 verbunden, der
die Stromführung zur Magnetspule 18 unterbricht.
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Zum Ausschalten der Senkbewegung der Haspel 2 ist ein Grenztaster
28 vorgesehen, der im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aus einem federbelasteten
Endschalter 29 besteht, der über einen an der Kolbenstange 13 angeordneten Nocken
30 mechanisch betätigt wird. Im Blockschaltbild nach Fig. 3 ist der Grenztaster
28 an den Stromkreis 23 angeschlossen und steht mit einem Relais 31 in Verbindung.
Das Relais 31 betätigt über eine Steuerleitung 32 einen der Magnetspule 18 zugeordneten
Schalter 33.
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Anstelle des Endschalters 29 können auch ein oder mehrere an der
Haspel angebrachte Bodenfühler oder sonstige Abstandsmeßvorrichtungen verwendet
werden.
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Während des Betriebes der Erntemaschine bildet die obere Begrenzung
des stehenden Erntegutes eine Leitlinie für den Meßfühler 8. Wird die Lichtschranke
des Meßfühlers 8 von den Spitzen der Halme durchbrochen, so wird von der Lichtschranke
ein Steuerimpuls
ausgelöst und der Schalter 25 über die Steuerleitung
24 geschlossen. Die Magnetspule 17 steht unter Strom und bringt das Magnetventil
16 in die Schaltstellung a. Dadurch kann von der Pumpe 20 aus Ol in den Hydraulikzylinder
4 fließen und die Haspel 2 wird in vertikaler Richtung nach-oben bewegt. Befindet
sich die Lichtschranke des Meßfühlers 8 über den Spitzen der Halme, so daß die Lichtschranke
nicht unterbrochen ist, so wird der Schalter 27 über die Steuerleitung 26 angesteuert
und der Stromkreis zur Magnetspule 18 geschlossen. Die Magnetspule 18 bewegt das
Magnetventil 16 in die Schaltstellung c und die Haspel 2 wird durch den Hydraulikzylinder
4 so lange abgesenkt, bis die Lichtschranke des Meßfühlers 8 wieder durchbrochen
wird. Auf diese Weise pendelt sich die Haspel 2 auf eine Höhe über dem Schneidwerk
1 ein, bei der die vorgeschriebene Eintauchtiefe e eingehalten wird.
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Fährt die Erntemaschine in eine Bestandslücke, die beispielsweise
durch niedergedrücktes, am Boden liegendes Erntegut entstanden ist, so wird die
Haspel infolge der nicht unterbrochenen Lichtschranke des Meßfühlers 8 so weit abgesenkt-,
bis der Nocken 30 der Kolbenstange 13 auf den Endschalter 29 trifft, der den Stromkreis
zum Relais 31 schließt und dadurch das Relais 31 in Tätigkeit setzt. Durch das Relais
31 wird der Schalter 32 geöffnet und die Stromzufuhr zur Magnetspule 18 gesperrt.
Dadurch wird das
Magnetventil 16 durch eine Rückstellfeder selbsttätig
wieder in seine Ausgangsstellung b zurückgeführt und der Ulfluß vom und zum Hydraulikzylinder
4 gesperrt. Die Haspel 2 verbleibt in ihrer durch entsprechende Anordnung des Nockens
30 vorwählbaren Tiefstlage über dem Schneidwerk 1.
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Mit dem Ausschalten der Senkfunktion der Haspel 2 bei Tiefstlage
können gleichzeitig andere Funktionen bzw. Vorgänge ausgelöst werden. So kann beispielsweise
zu diesem Zeitpunkt die Stellung der Haspelzinken 33 für die Lagergetreideaufnahme
selbsttätig verändert werden. Damit die Haspelzinken 33 das am Boden liegende Erntegut
besser erfassen können, werden üblicherweise die Zinken mit Hilfe eines Handhebels
34 (Fig. 1) in eine flachere Stellung verschwenkt (gestrichelte Darstellung). Für
die wahlweise automatische oder manuelle Verstellung der Zinken 33 ist der Handhebel
34 geteilt ausgeführt. Der Handhebel 34 umgreift ein Hebelteil 35 und kann zur Umstellung
auf Automatik durch Zug entgegen einer Feder 36 außer Eingriff mit dem Hebelteil
35 gebracht werden. Das Hebelteil 35 ist mit dem üblichen Schwenkmechanismus für
die Zinkenverstellung verbunden. Am Hebelteil 35 greift im Abstand von seiner Schwenkachse
7 eine Stellstange 37 an, die in einer Lagerbüchse 38 der Tragvorrichtung 3 längsverschiebbar
gelagert
ist. Das andere Ende der Stellstange 37 weist einen Auflaufnocken
39 auf, der mit einer schrägen Gleitfläche 40 des Stellorganes 11 zusammenwirkt.
Wenn sich die Haspel 2 ihrer tiefsten Stellung nähert, befindet sich die Gleitfläche
40 im Bereich des Auflaufnockens 39. Die Stellstange 11 wird infolge der schrägen
Gleitfläche 40 gegen die Kraft einer Feder 41 nach unten gedrückt und das Hebelteil
35 im Uhrzeigersinn verschwenkt. Die Haspelzinken 33 werden dadurch in ihre flache
Stellung zur Aufnahme des Lagergetreides gebracht. Die Zinkenverstellung ist beendet,
sobald der Nocken 30 der Kolbenstange 13 den Endschalter 29 erreicht hat und die
Senkbewegung der Haspel 2 und damit auch die Längsbewegung des Stellorgans 11 ausgeschaltet
ist.
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Bei Erntemaschinen mit automatischer Schneidwerkhöhenverstellung
ist es vorteilhaft, den Ausschaltvorgang der Haspelsenkbewegung zum automatischen
Umschalten von Schneidwerk-Lageregelung auf Schneidwerk-Tastregelung zu benutzen.
Die Lageregelung des Schneidwerks ist beim normalen Schneidvorgang eingeschaltet,
während beim übergang auf Lagergetreideaufnahme die Tastregelung eingeschaltet werden
muß. Es ist außerdem zweckmäßig, beim übergang auf Lagergetreideaufnahme die Fahrgeschwindigkeit
der Erntemaschine zu vermindern. In gleicher Weise ist auch bei Erntemaschinen mit
automatischer Lenkeinrichtung der
übergang von Normalschnitt auf
Lagergetreideaufnahme für die Steuerungsvorgänge der automatischen Lenkung von Bedeutung.
Der die Halmwand abtastende Meßfühler würde beim Durchfahren einer Bestandslücke
eine Lenkbewegung auslösen, sobald er keine Berührung mehr mit der Halmwand hat
und es würde zu einer Fehlsteuerung kommen. Deshalb ist es sehr vorteilhaft, gleichzeitig
mit dem Ausschalten der Haspel-Senkbewegung die Lenkung auf Geradeausfahrt der Erntemaschine
einzustellen. Die Koppelung all dieser Schaltvorgänge mit dem Ausschaltvorgang der
Haspel-Senkbewegung kann mechanisch oder elektrisch in bekannter Weise durchgeführt
werden.
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Ist die Erntemaschine am Ende des Feldes angekommen, so wird infolge
des fehlenden Erntegutbestandes der Meßfühler 8 in gleicher Weise wie bei Bestandslücken
die Senkbewegung der Haspel 2 auslösen und sie über den Endschalter 29 wieder beenden.
Bei Erntemaschinen mit einer automatischen Einrichtung zum Wenden am Feldende kann
mit dem Ausschalten der Haspel-Senkbewegung ein Signal zum Einschalten einer Wendeautomatik
42 (Fig. 2) ausgelöst werden. Um für diese Einschaltfunktion der Wendeautomatik
das Bestandsende sicher zu bestimmen, ist zusätzlich eine Referenzmeßstelle 43 unmittelbar
am Schneidwerk 1 erforderlich. Erst wenn dort, eventuell zeitverzögert, auch kein
Halmgut registriert wird,
soll die Wendeautomatik 42 über eine
an sich bekannte Rechenschaltung 44 in Gang gesetzt werden. Zur Erfassung des Halmgutes
an der Referenzmeßstelle 43 kann ebenfalls eine Lichtschranke oder ein mechanischer
Fühler verwendet werden. Die Ausbildung und Anordnung der einzelnen Schalt- und
Steuerelemente für das Ein- und Ausschalten der Wendeautomatik kann mit den aus
der Regel- und Steuertechnik bekannten Mitteln erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ergänzt werden durch einen
Halmneigungsmesser zur Aussteuerung der Horizontalverstellung und zur Korrektur
der Drehzahl zuordnung. In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Halmneigungsmessers
dargestellt. Als Maß für die Neigung des Halmes dient der Abstand a eines reflektierten
Lichtstrahles vom Sender 45. Vorzugsweise wird der Halmneigungsmesser mit dem Meßfühler
8 (Fig. 1) kombiniert, wobei dann der Meßstrahl von oben kommt. Die vom Halmneigungsmesser
ausgelösten Signale werden zum Ansteuern eines nicht dargestellten Magnetventils
für die Betätigung des Hydraulikzylinders 5, der die Horizontalverstellung der Haspel
2 bewirkt, verwendet.
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Vor der Haspel 2 können noch zusätzliche Meßfühler angeordnet sein,
die zur Erfassung weiterer Einflußgrößen dienen, um damit
eine
weitgehende automatische Prozeßsteuerung der Erntemaschine zu erreichten. Dabei
müssen die Informationen der Meßfühler durch die im Ausführungsbeispiel nach Fig.
2 verwendete Rechenschaltung 44 einander so zugeordnet werden, daß sich zumindest
als Summe ein Maß für die erfaßten Einflußgrößen ergibt. So kann die Fahrgeschwindigkeit
und/oder die Dreschspaltweite des Mähdreschers beispielsweise vom Korn-Stroh-Verhältnis
beeinflußt werden. Das Korn-Stroh-Verhältnis muß jedoch zuvor über die Rechenschaltung
44 aus den gemessenen Größen wie Halmneigung, Bestandshöhe und Länge des Fruchtstandes
errechnet werden. Dabei kann zur Bestimmung der Länge des Fruchtstandes eine optische
Meßeinrichtung dienen. In gleicher Weise ist es möglich, die Bestandsdichte aus
Ahrendichte, Ahrenmasse, Halmdicnte ud Halmmasse zu errechnen und zur Regelung der
Fahrgeschwindigkeit oder einer anderen Funktion des Mähdreschers zu verwenden. Die
für die Ahrendichte ausschlaggebenden Einzel größen können durch Lichtabsorbtion
oder Ultraschallabsorbtion gemessen und an die Rechenschaltung 44 weitergegeben
werden. Auch der Feuchtegehalt und der Grüngutanteil des Erntegutes kann beispielsweise
zur Steuerung des Dreschprozesses verwendet werden. Während der Feuchtegehalt durch
elektrische Widerstandsmessung oder durch kapazitive Messungen bestimmt werden kann,
läßt sich der Grüngutanteil durch photometrische
Refrenzmessungen
im Bereich des Schneidwerks ermitteln. Mit Hilfe der Rechenschaltung 44 läßt sich
auch die Haseldrehzahl in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit der Erntemaschine
verändern. Wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt, wird die Drehzahl eines
nicht angetriebenen Hinterrades der Erntemaschine mit einem Impulsgeber 46 ermittelt
und über die Rechenschaltung 44 an ein Magnetventil bzw. einen Steuerzylinder zur
Betätigung eines Drehzahlvariators 47 der Haspel 2 weitergeleitet.