DE3213713A1 - Erkennungsgeraet fuer steine in erntemaschinen - Google Patents

Description

Erkennungsgerät für Steine, .in. Ernt.exnas.ch.inen

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf landwirtschaftliche Erntemaschinen und betrifft im besonderen ein Gerät zum Erkennen von Fremdkörpern, beispielsweise Steinen, in dem von solchen Maschinen verarbeiteten Erntegut.

Die im Zusammenhang mit Fremdkörpern auftretenden Schwierigkeiten bei der Verarbeitung von Erntegut, das von über ein Feld gezogenen landwirtschaftlichen Geräten verarbeitet wird, sind allgemein bekannt. In der US-PS 3 964 o42 ist ein magnetisches Erkennungssystem bekannt, um das Vorhandensein von eisenhaltigen Gegenständen im Erntegut festzustellen und die Maschine vor Beschädigungen zu schützen.

Weiterhin sind aus den US-PSn 3 675 66o und 3 8o5 798 akustisch aktivierte Erkennungssysteme bekannt, die theoretisch in der Lage sind, sowohl eisenhaltige Fremdkörper, als auch nicht eisenhaltige Fremdkörper, wie z.B. Steine, zu erkennen. Die bekannten Geräte besitzen insofern schwerwiegende Beschränkungen in ihrer Anwendung, als sie auf das Geräusch hin ansprechen, das aus dem mechanischen Betrieb der Maschine selbst entsteht. Solches, auf Betriebsfehler zurückzuführendes Ansprechverhalten

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verursacht unerwünschte Unterbrechungen und Pausen Im Erntevorgang/ gegen deren Beseitigung man bisher schon beträchtliche Anstrengungen unternommen hat.

Ein Versuch zur Beseitigung der beschriebenen Schwierigkeiten besteht darin, die Geräuscharten, die von tatsächlich vorhandenen Fremdkörpern erzeugt werden und die auf den Maschinenbetrieb selbst zurückgehen, elektronisch zu unterscheiden durch Anwendung elektronischer Filter- und Vergleichsschaltungen. Diese bekannten Methoden konnten sich jedoch nicht als vollständig zufriedenstellend erweisen, und zwar möglicherweise deshalb, weil die tatsächlichen Eigenschaften der Störgeräusche so unvorhersehbar sind, daß die Auwahl letztlich darin besteht, entweder falsche Anzeigen zu akzeptieren oder auf zutreffende Anzeigesignala verzichten zu müssen, weil sie fehlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein. Möglichkeit anzugeben, um die vorbeschriebenen Nachteile und Beschränkungen bekannter Erkennungsgeräte mindestens teilweise zu beseitigen, insbesondere ein Erkennungsgerät so auszuführen, daß das Fremdkörpergeräusch von dem Eigengeräusch des Maschinenbetriebs getrennt wahrgenommen werden kann.

Allgemein besteht die erfindungsgemäße Lösung der vorgenannten Aufgabe in einem Fühler oder Aufnehmer, der in einem Bereich der Maschine angeordnet wird, welcher seinerseits bereits gegenüber dem von der Maschine oder von außerhalb der Maschine erzeugten Geräusch akustisch isoliert ist oder sich demgegenüber leicht· isolieren läßt.

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Im einzelnen besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß ein Steindetektor für Erntemaschinen einen akustischen Sensor aufweist, der im Innern einer Zuführungswalze angeordnet ist und elektronische Signale in Abhängigkeit von durch Gegenstände auf der Oberfläche der Walze entstehenden Stößen erzeugt. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die elektronischen Signale aus dem akustischen Sensor weiterzuleiten bzw. zu übertragen. An die übertragereinrichtung ist eine Signalverarbeitungsschaltung angeschlossen, die auf das Signal aus dem Sensor anspricht und einen Folgesteuerbetrieb auslöst, um die Schneidmesser oder andere empfindliche Werkzeuge der Erntemaschine zu schützen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Darin zeigen

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht eines Feldhäckslers mit einer darin angeordneten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig, 2 einen Teilschnitt durch eine Zuführungswalze

des Feldhäckslers nach Fig. 1 zur Veranschaulichung der Lage des akustischen Sensors und des Signalumformers,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Signalumformers

bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild der elektronischen Erkennungsschaltung nach der Erfindung.

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In Fig. 1 ist ein Feldhäcksler einer Bauart angedeutet, bei dem die Erfindung angewendet werden kann. Es versteht sich, daß sich die Erfindung nützlich auch zum Schutz anderer landwirtschaftlicher Maschinen einsetzen läßt, wobei auch andere Uberwachungs- und Alarmauslösegeräte vorhanden sein können, die nicht mit dem Schutz von Landmaschinen gegen Beschädigungen aufgrund von hereingeführten Fremdkörpern und Steinen zu tun haben. Der in Fig. 1 dargestellte Feldhäcksler dient als Beispiel einer landwirtschaftlichen Maschine und ist in seinen Einzelheiten insbesondere bekannt aus der US-PS 3 523 411.

Der Feldhäcksler nach Fig. 1 besitzt einen auf Rädern abgestützten Gehäuserahmen 1o mit einemdarin gelagerten Schneidmesserkopf 18, Eine an der Stele 12 schwenkbar gelagerte Aufnehmereinheit 11 wird teilweise durch den Fahrrahmen 13 abgestützt, mit dem die Erntemaschine an ein nicht gezeigtes geeignetes Zugfahrzeug angeschlossen wird. Die Erntemaschine enthält außerdem wenigstens eine Gruppe von ZufÜhrungs- oder Einzugswalzen 14, 15, die zur Drehung um im wesentlichen zueinander parallele Achsen 14a und 15a im Gehäuserahmen 1o gelagert sind. Der Messerkopf 18 ist im Gehäuserahmen 1o unter einem Abstand von den Walzen 14 und 15 auf' einer Welle 18a drehbar, um das von den Einzugswalzen 14 und 15 abgegebene Material klein zu häckseln. An den rückwärtigen Abschnitt des Gehäuserahmens 1o ist ein zunächst nach oben und dann waagerecht verlaufender Abwurfbogen 2o angeschlossen.

Die Aufnehmereinheit 11 umfaßt eine auf einer Welle 21a drehbare Haspel 21 mit mehreren radial gerichteten Aufnehmerzinken 22, die unter seitlichen Abständen zueinander angeordnet sind. Eine

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Mehrzahl von unter seitlichem Abstand zueinander angeordneter, nicht gezeigten Abstreifgliedern, zwischen denen die Zinken bei Drehung der Haspel 21 sich hindurchbewegen/ heben das Erntegut ih den Einflußbereich einer herkömmlichen Förderschnecke 24 an. Die Förderschnecke 24 ist mit schraubenförmigen Schneckenflügeln entgegengesetzter Steigung versehen, um das Erntegut von beiden Seiten des Schneckeneingangs in Richtung zur Mitte und folglich zum Einlaß in die Einzugswalzen 14 und 15 zu befördern. Die Förderschnecke 24 ist auf einer Welle 24a drehbar gelagert und kann einen Aufbau besitzen, wie er im einzelnen in der US-PS 3 324 639 gezeigt und beschrieben ist.

Obwohl in Fig. 1 eine Aufnehmereinheit 11 dargestellt ist, versteht sich, daß auch ein Mähbalken oder ein Reihenschneid-Vorsatzgerät benutzt werden kann, um Erntegut den Einzugswalzen 14 und 15 zuzuführen. Bei dem dargestellten Vorbaugerät wird das zu zerkleinernde Erntegut von der Haspel 21 und der Querförderschnecke 24 der Aufnehmereinheit 11 erfaßt und den Einzugswalzen 14 und 15 zugeführt, über die Einzugswalzen 14 und wird das Erntegut in verdichteter, matteähnlicher Form in zeitlich bestimmter Zuführungsmenge dem Messerkopf 14 zugeführt, um dort von der rotierenden Gruppe von Schneidmessern, z.B. im Schneidmesser 18b, gehäckselt und schließlich über den Abwurfbogen 2o in einen nicht gezeigten Ladewagen oder ein anderes geeignetes Behältnis überführt zu werden.

Im Zusammenhang mit der vorgenannten, den Feldhäcksler betreffenden US-PS 3 523 411 ist klar, daß in Fig. 1 der Übersicht halber nur ein Bodenrad 25 dargestellt ist. Außerdem sind mehrere Keilriemen und andere Antriebselemente für die Haspel 21, die Förderschnecke 24 und die Einzugswalzen 14 und und deren Antrieb bezüglich der Antriebswelle 18a für den

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Messerkopf 18 der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht gezeigt. Diese Antriebseinrichtungen ergeben sich aus der genannten Patentschrift und sind auch so für den Fachmann leicht verständlich als Antriebsmittel zur Erzielung geeigneter Drehzahlen in den durch die Pfeile A, B, C, D und E angedeuteten Drehrichtungen. Bei Einhaltung dieser Drehrichtungen gelangt das Erntegut über die Haspel 21 in die Förderschnecke 24 entlang der Förderwege M und N sowie auf dem Weg 0 in die Einzugswalzen 14 und 15. Nach dem Verlassen der Einzugswalzen 14 und 15 gelangt das Gut auf dem Förderweg P zum Messerkopf 18, und das gehäckselte Gut folgt dann den Förderwegen Q und R zwischen dem rotierenden Messerkopf 18 und der Führungswand 26 und schließlich aufwärts entlang dem Wegabschnitt S in das Förderrohr 27 und entlang dem Weg T durch den Abwurfbogen 2o. Auf den Förderwegabschnitten N und 0 in Richtung auf die Einzugswalzen 14 und 15 gelangt das Erntegut Über eine besonders geformte Bodenplatte 3o, die in Fig. 1 in ihren allgemeinen Umrissen mit unterbrochenen Linien angedeutet ist.

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die Abmessungen und Verhältnisse entsprechend Fig. 1 und auch entsprechend den anderen Zeichnungen nur zum Zweck der klaren Darstellung gewählt worden sind und deshalb nicht notwendigerweise auch tatsächlichen Abmessungen oder Größenverhältnissen entsprechen müssen.

Bei zahlreichen Arbeiten unter Verwendung von landwirtschaftlichen Werkzeugen und Geräten, z.B. beim Säen,.Pflanzen, Mähen, Rächen usw. besteht die Möglichkeit, daß Steine und andere nicht zerbrechliche Fremdkörper von der Aufnehmereihheit 11 erfaßt und aufgenommen werden und in die Nähe des Messerkopfes 18 gelangen, wo sie dort beträchtlichen Schaden anrichten können.

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Um derartige Beschädigungen während des Erntebetriebs zu verhindern, ist es erwünscht, in dem vom Erntegut in Richtung des Messerkopfes 18 zurückzulegenden Förderweg M-N-O-P einen Steindetektor anzuordnen. Der Steindetektor wird an einer solchen Stelle angeordnet, daß ausreichend Zeit verbleibt, um manuell oder automatisch den Schneidvorgang anzuhalten oder die Steine aus der Maschine herauszubefordern, bevor sie den Messerkopf 18 erreichen. Auch das Zugfahrzeug läßt sich leicht automatisch oder vom Maschinenführer anhalten, sobald der Detektor einen Alarm ausgelöst hat.

Um eine solche Erkennung der Gegenwart von Steinen oder anderen harten Gegenständen innerhalb des Erntegutes zu ermöglichen, ist auf einem inneren Steg 36 der Einzugswalze 15 ein akustischer Sensor 32 angeordnet, was weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 2 näher beschrieben wird.

Fig, 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einzugswalze 15, die auf einer Welle 15a gelagert ist und in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung hier Anwendung findet. An der Innenseite der Walze 15 ist an einem Versteifungssteg 34 der piezoelektrische, akustische Sensor 32 befestigt. Der Sensor 32 ist in der Lage, auf Gegenstände anzusprechen, die auf irgendeinen Abschnitt der Oberfläche der Walze 15 auftreffen, da der Steg eine direkte akustische Ankopplung an die vielfältigen Flächenbereiche auf der Oberseite oder Außenseite der Walze gewährleistet. Die Walze 15 ist jedoch gegenüber Geräuschen, die vom Feld und von der Maschine erzeugt werden, durch stoßdämpfende Aufnahmen bzw. Lagerteile 38 und 4o stoß-isoliert, welche den Walzenkörper 15 gegenüber der Welle 15a isolieren.

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Einrichtungen zum übertragen elektronischer Signale aus dem akustischen Sensor 32 sind betriebsmäßig angeschlossen. Obwohl derartige Einrichtungen bekannte faseroptische Geräte oder ein bekanntes Schleifringgerät enthalten können, kommen bei einer bevorzugten Ausführungsform eine rotierende Wicklung 42 und eine ortsfeste Wicklung 46 zur Anwendung.

Die Transformatorwicklung 42 besitzt eine im allgemeinen zylindrische Form und ist mitdrehend auf der Einzugswalze 15 angeordnet und über eine Leitung 44 an den piezo-elektrischen Sensor 42 angeschlossen. Die Transformatorwicklung 46 ist ebenfalls zylindrisch ausgeführt, jedoch ortsfest auf dem Rahmen des Mähdreschers angeordnet. Der Luftspalt 5o wird klein genug gehalten, um eine einwandfreie Signalübertragung von der Wicklung 42 auf die Wicklung 46 zu gewährleisten, und wird andererseits groß genug gehalten, um zum Zweck einer unbehinderten Drehbewegung der Einzugswalze das notwendige mechanische Spiel zu ermöglichen. Die über den Spalt hinweggehende Signalübertragung findet trotz der Drehbewegung der einen Wicklung statt, wobei der Luftspalt gleichzeitig einen Hochpasseffekt liefert, mit dem die niedrigen Frequenzen abgeblockt werden, die häufig für den Betrieb der Maschine und die vom Feld stammenden Geräusche charakteristisch sind. Das Kabel 52 dieat zur Verbindung der ortsfesten Transformatorwicklung 56 mit der in Fig. 4 schematisch gezeigten Signalverarbeitungsschaltung.

In Fig. 3 sind die Transformatorwicklungen 42 und.46 vor dem Einbau in die Erntemaschine perspektivisch dargestellt. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zylindrische rotierende Wicklung 4 2 und die zylindrische ortsfeste Wicklung 46 zueinander koaxial, wobei die rotierende Wicklung 42 einen

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größeren Durchmesser aufweist, so daß sie mit ihrer Innenfläche der Außenfläche dar ortsfesten Wicklung 46 gegenüberliegt. Beide Wicklungen werden durch den Luftspalt 5o voneinander getrennt. Die rotierende Wicklung 42 ist aus Drahtwindungen 54 entsprechend der Darstellung in Ring- oder Torusform gewickelt, während die ortsfeste Wicklung 46 mit Drahtwindungen 56 entsprechend der Darstellung in Umfangsrichtung gewickelt ist. Diese besonderen Wicklungsformen können bei bestimmten Anwendungsformen auch variiert werden.

Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild für die elektronische Signalverarbeitungsschaltung zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung. Der piezo-elektrische, akustische Sensor 32, der über ein Kabel 44 an die rotierende Wicklung 42 angeschlossen ist, erzeugt ein elektronisches Signal, sobald ein akustischer Schlag oder Stoß auf die Einzugswalze stattfindet, wobei dies Signal über den Luftspalt 5o in die ortsfeste Wicklung 46 übertragen wird. Ein Kabel 52 leitet das übertragene Signal einem Verstärker 58 zu, von dem aus das Signal mittels eines Filters 6o, eines weiteren Verstärkers 62, einer Vergleichseinrichtung oder einem Komparator 64 zugeleitet wird. Der Komparator 64 erzeugt nur dann einen Signalausgang, wenn das Eingangssignal größer ist als eine Bezugsspannung 66, wodurch zwischen einem echten Steinaufprall und Hintergrundgeräuschen unterschieden wird.

Das Ausgangssignal aus dem Komparator 64 gelangt dann in eins Treiberstufe 68, über die in einer Steuerschaltung 7o eine Steuerfolge ausgelöst wird. Die Steuerschaltung 7o kann entweder benutzt werden, um die Maschinenbewegung anzuhalten, damit eine Beschädigung der Schneideinheit vermieden wird oder um einen Ablenkmechanismus zu betätigen, der die Steine daran

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hindert, bis zum Messerkopf zu gelangen.

In jedem Fall sorgt die vorliegende Erfindung für die wichtiye Punktion des Schutzes der Schneidmesser vor Beschädigung, wobei unnötige Abschaltungen der Maschine und ein Erntegutverlust durch falsche bzw. unnötige Betätigung von Ablenkeinrichtungein ausgeschaltet werden. Bei Untersuchungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf dem Feldeinsatz hat sich ergeben, daß der Erkennungsgrad zwischen 98 und 1oo % liegt und keine falschen Alarme ausgelöst werden, wenn der Feldhäcksler über eine Versuchsstrecl·e mit Testgegenständen gefahren wird.

Vorstehend ist ein Abfühlgerät beschrieben, das in einem Maschinenbereich angeordnet ist, der selbst bereits gegenüber von der Maschine selbst oder auch außerhalb von dieser erzeugten Geräuschen akustisch isoliert ist oder auf einfache Weise demgegenüber isoliert werden kann. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht in der gezeigten und beschriebenen Art angewendet zu werden braucht und auch bei anderen Erntemaschinen mit Vorteil zum Schutz gegiin Beschädigungen von Steinen und ähnlichen Geräten eingesetzt werden kann.

Leerseite

Claims (6)

1. Steindetektor zur Anwendung in Erntemaschinen, in denen Einzugswalzen das Erntegut in Richtung auf ein Schneidgerät befördern,

dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kerns einer Einzugswalze (15) eine akustische Abfühleinrichtung (32) befestigt ist, um in Abhängigkeit von Schlägen oder Stoßen aufgrund harter Gegenstände auf die Oberfläche der Walze (15) elektronische Signale zu erzeugen,

daß eine Übertragungseinrichtung (42, 46) zur Weiterleitung der aus der akustischen Abfühleinrichtung (32) erzeugten elektronischen Signale vorgesehen ist, und daß an die übertragungseinrichtung (42, 46) eine Signalverarbeitungsschaltung (58 bis 7o) angeschlossen ist, die in Abhängigkeit von dem von der Abfühleinrichtung erzeugten Signal anspricht und eine Steuerfolge auslöst, um das Schneidmesser (18, 18b) der Erntemaschine zu schützen.

2. Steindetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragereinrichtung eine mit der Einzugswalze (15) verbundene und mitdrehende, rotierende Wicklung (42) umfaßt, die an die akustische Abfühleinrichtung (32) angeschlossen ist,

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sowie eine am Rahmen (48) der Erntemaschine angeschlossene ortsfeste Wicklung (56), die mit einer Oberfläche in dichter Nähe, jedoch mit mechanischem Abstandsspiel, zu einer zugeordneten Oberfläche der rotierenden Wicklung (42) angeordnet ist.

3. Steindetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Abfühleinrichtung (32) an der Innenseite, insbesondere an der Innenseite des Walzenmantels der Einzugswalze (15) befestigt ist.

4. Steindetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Abfühleinrichtung mit einer Mehrzahl von Bereichen auf der Walzenoberfläche über den Walzenquerschnitt akustisch gekoppelt ist.

5. Steindetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Walzenoberfläche, an die die akustische Abfühleinrichtung (32) angeschlossen ist, mit Hilfe akustischer Isoliermittel (3 8, 4o) von dem Rahmen der Erntemaschine isoliert ist.

6.Steindetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Abfühleinrichtung aus einem piezo-elektrischen Sensor besteht.