EP2101316A1 - Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit geräuschgedämpfter Kabine - Google Patents

Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit geräuschgedämpfter Kabine Download PDF

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EP2101316A1
EP2101316A1 EP09003015A EP09003015A EP2101316A1 EP 2101316 A1 EP2101316 A1 EP 2101316A1 EP 09003015 A EP09003015 A EP 09003015A EP 09003015 A EP09003015 A EP 09003015A EP 2101316 A1 EP2101316 A1 EP 2101316A1
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EP
European Patent Office
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frequency
work machine
cab
machine according
driver
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EP09003015A
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English (en)
French (fr)
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Ralf Bultschnieder
Max Grosse Hündfeld
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Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Original Assignee
Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a self-propelled agricultural working machine such as a tractor, a forage harvester, a combine harvester or the like having a driver's cab and a noise source outside the cab, from which vibration is transferable to the cab.
  • Such a work machine is off, for example US 2001/0044 685 A1 known.
  • a driver's cab is connected to the chassis via three actively controlled air bearings, which represent transmission paths for noise and vibrations that occur when driving over bumps from the chassis to the driver's cab.
  • the effect of the three air bearings can be coordinated in such a way that gradients are compensated within certain limits and the cab retains a horizontal orientation even on sloping ground.
  • the noise damping effect of the air bearings is not coordinated, so that transmitted via the air bearing structure-borne noise and transmitted through the air sound in the cab overlap.
  • the noise level in the cabin can therefore easily reach a disturbing level for the driver.
  • EP 1 800 955 A2 proposes for noise damping in the cab of a work machine, an inner lining, communicate in the cavity resonators in the lining with the interior of the cabin.
  • Such cavity resonators act by appropriate spectral components of the cabin noise to excite the resonators to vibrate and the vibration is damped in the resonator.
  • Prerequisite for the effectiveness is that the resonance frequencies of the resonators coincide with the frequencies to be damped. Since the resonators are much smaller than the cabin itself, a damping of low natural vibrations of the cabin is not possible.
  • the effectiveness of the noise attenuation is limited by the strength of the coupling between cabin and resonators.
  • the object of the invention is to provide a self-propelled agricultural machine, which allows the noise level in the To effectively limit the driver's cab also in the performance of noisy work.
  • the object is achieved in that in a self-propelled agricultural machine with a driver's cab and a noise source outside the cab, from which a vibration on a first way in the cab is transferable, a compensator with a matched to the phase and amplitude of the transmitted vibration Phase and amplitude is drivable to emit a sound vibration that compensates for the transmitted into the cab vibration.
  • a compensator with a matched to the phase and amplitude of the transmitted vibration Phase and amplitude is drivable to emit a sound vibration that compensates for the transmitted into the cab vibration.
  • an agricultural machine can also have several sources of noise, each of which, as proposed here, can be attenuated on its own or together with others.
  • the compensator element is part of a second transmission path from the noise source to the driver's cab, whose phase shift and / or damping / amplification can be adjusted. So can the movement of the compensator Changes in the vibration behavior of the noise source to account even before they have spread into the cabin, in contrast to the passive damping via resonators, which are only then excited and can be effective when the noise has already reached the cabin.
  • the transmitter comprises a frequency sensor arranged on a periodically moved element of the noise source and a first frequency generator tunable by means of a frequency of the element detected by the frequency sensor.
  • This frequency generator is expediently on tuned the strongest noise frequency of the noise source; Depending on the structure of the noise source, this can be the detected frequency as well as a harmonic of it.
  • the transmitter further comprises at least one second tunable frequency generator tuned to a harmonic of the tuning frequency of the first frequency generator.
  • phase shift and / or attenuation for both frequencies should be independently adaptable. If such an adaptation does not take place continuously, but only at certain times, changes in the amplitude and phase relationship of the two frequencies in the driver's cab are perceptible. Although this shields the driver from normal operating noise, changes in the operating noise, which provide information about possible faults or other events requiring a response, remain clearly perceptible.
  • the noise source comprises a crop processing, oscillating or rotating element, such as a chopper drum, and the frequency sensor is arranged to detect the frequency of movement of that element.
  • the tuning frequency can of the first frequency generator expediently be n times the rotational frequency of the rotating element.
  • the tuning frequency should be tunable to cab cavity mode since noise whose frequency matches such cavity mode tends to be resonantly amplified in the cab and thereby achieve a disturbing volume level if no appropriate countermeasure is taken.
  • cavity modes can be particularly effectively suppressed because there are no run-time effects that can lead to locally different suppression, i. the phases of the standing wave to be suppressed and the wave emitted by the compensator element are location-independent.
  • At least the frequency of the basic mode of the driver's cab is in the tuning range of the frequency generator.
  • a microphone may be provided for recording the noise level in the cab and a control circuit for adapting phase shift and / or damping / amplification of the adaptive second transmission path based on the recorded noise level.
  • a control circuit may operate continuously to minimize the noise level at all times; however, it may also be appropriate to operate them only from time to time and fixed phase shift values during operation and / or damping / amplification thereafter to make changes in the noise generated by the noise source audible.
  • an oscillatable wall surface of the driver's cab can be coupled to a resonator which can be excited at the oscillation frequency of the wall surface.
  • a resonator which can be excited at the oscillation frequency of the wall surface.
  • the resonator is attenuated more strongly than the wall surface in order to continuously withdraw vibrational energy from it.
  • a window pane of the driver's cab and, as the resonator, a windshield wiper mounted on the pane can be considered as an oscillatable wall surface.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a self-propelled forage harvester 1 as an example of a working vehicle according to the invention.
  • the forage harvester 1 is equipped with a chassis 4, a vehicle frame 6, a front mounted on the vehicle frame 6 dividendvorsatz 8, which serves to pick up crop from the ground and for feeding the material into a conveyor channel, and a chopper 10, a Nachbeschreiber 12 and a Chute 14, which are successively arranged in the conveyor channel, a motor 16 for driving the chassis 4 and the moving parts of the notesvorsatzes 8, the Humbleseltechniks 10 and the Nachbelixers 12 and a driver's cab 18th
  • the component of the forage harvester 1, which makes the strongest contribution to its operating noise audible in the driver's cab 18, is a chopper drum of the chopper plant 10.
  • an angle encoder 20 is arranged, which per revolution or per integer Fraction of a revolution of the cutterhead delivers a signal pulse.
  • These signal pulses are received by a control circuit of the motor 16, not shown, to regulate its performance so that the rotational speed of the cutterhead despite varying load on the cutterhead by the different crop flow remains in a predetermined range.
  • Fig. 2 shows a typical spectrum of operating noise audible in the cab 18 in the form of a bar graph with a resolution of three bars per octave.
  • the cutterhead rotates at a speed controlled by the control circuit of the motor 16 from 30 to 35 Hz (1800 to 2100 rpm), corresponding to the bar at the left edge of the diagram.
  • this only makes a small contribution to the operating noise; by far the majority of the noise power is attributed to frequencies in the range of 80 to 6000 Hz. In this frequency range, three beams at 250, 500 and 1000 Hz are particularly noticeable, which are significantly more powerful than their neighbors.
  • Chopping drums with six, twelve or 18 knife groups are also common; for these would become Intensity peaks of the noise at correspondingly shifted frequencies result.
  • the invention provides to selectively suppress the blade frequency and their harmonics by a noise is superimposed on the operating noise that propagates as structure-borne noise in forage harvester 1 from the chopper 10 to the driver's cab 18 or directly as airborne sound, on a further transmission path, said second transmission path is adjusted in terms of phase shift and damping / amplification in order to achieve in the driver's cab an antiphase superimposition of the transmitted noise on the different ways.
  • Such a second transmission path may be implemented in different ways, for example in the form of a hydraulic line containing a hydraulic fluid excited to vibrate in contact with a diaphragm on the chopper drum and having its vibrations transmitted directly to a wall or wall portion of the cab 18 as a compensator element ,
  • a conduit may be length-adaptable to achieve phasing, for example it may include as adjustable attenuator a constriction of adjustable cross-section.
  • Fig. 3 Preferred is an implementation of the second transmission path in electronic form, as in Fig. 3 shown.
  • the figure shows the arranged on the shaft of the cutterhead angle sensor 20 and schematically designated 21 transmission path for body or airborne sound.
  • the angle encoder 20 delivers one pulse per revolution of the chopper shaft to a phase difference detector 22.
  • This forms together with a voltage controlled oscillator 24 and a frequency divider 26 a known PLL loop whose oscillator 24 is coupled to the rotation of the chopping drum phase signal with the n- times the rotational frequency of the chopper drum supplies.
  • the frequency divider 26 here consists of three successive stages, a 1: 2 divider 26a, at the output of the second harmonic knife frequency can be tapped, a 1: 2 divider 26b, the output of which supplies the fundamental frequency of the knife, and a 1: 9-divider that delivers the cutterhead frequency.
  • the frequency divider 26c can be omitted if an angle encoder 20 is used, which provides nine pulses per revolution of the chopper shaft.
  • control circuit 32a, 32b or 32c Each have a signal input connected via a narrow-band filter 34a, 34b, 34c to a microphone 36 in the driver's cab 18.
  • the outputs of the amplifiers 30a, 30b, 30c are connected to a loudspeaker 38 as a compensation element in the driver's cab 18.
  • control circuits 32a, b, c these respectively vary the phase shifts and gains given to the RC elements and amplifiers 28a, b, c, and 30a, b, c, respectively, to the signal level at its input and thus the operating noise in the Cabin 18 to minimize.
  • the control circuits 32 do not need to constantly operate in the tuning mode, but once found optimal phase delays and gains can be maintained over long time intervals. Changes in the operating noise, which can provide the driver with important information about the function of the forage harvester 1, are thus not shielded from him.
  • the filters 34 may each have a fixed pass band corresponding to 36 times, 18 times and 9 times the control bandwidth of the cutterhead, respectively; to achieve a higher selectivity and tunable filters can be used, the pass band is centered at the frequency of a reference signal supplied to them, which in the case of the filter 34a to the output of the oscillator 24, the filter 34b to the output of the frequency divider 26a and the filter 34c may be the output signal of the frequency divider 26b.
  • the noise suppression device of Fig. 3 is particularly useful applicable when the blade frequency or one of their harmonics is the same resonant frequency of a cavity mode of the cab 18, since in such cases, the noise level in the cabin when it is not actively attenuated, can achieve very high values by resonance peaking. In particular, low cavity modes, especially the fundamental mode, with the structure of the Fig. 3 very effectively damped.
  • FIG. 4 Another tool for noise reduction in the cabin is in FIG. 4 shown.
  • One at one Windshield wiper 40 of the cab includes a wiper blade 42 pivotally movable on an arm 41 and an electric motor 43 for driving the movement of the arm 41 on an opposite side of the disk 40.
  • the motor 43 is connected to the disk 40 via a spring, here in FIG Form of a dissipative rubber buffer 44 which allows vibration of the motor 43 with respect to the disc 40 with a resonant frequency similar to a natural frequency of the disc 40.
  • the disk 40 when excited resonantly by operating noise, simultaneously also causes the motor 43 to vibrate, thereby depriving the disk 40 of vibrational energy and dissipating it in the rubber pad 44. This reduces the swing stroke of the disc 40 and, as a result, its noise emission.
  • a corresponding damping effect is also achievable when the armature 45 of the motor 43 is suspended in an axially movable manner with respect to its stator 46.
  • An attenuation of the armature oscillation is then realized by means of the armature 45 carrying and deflected by its vibration springs; It is also conceivable to dampen the armature oscillation by currents induced between armature 45 and stator 46.
  • the motor 43 is arranged here in the middle of the disc 40. This allows a continuously rotating wiping movement without reversal of direction, which simplifies the mechanical construction or the electrical control of the motor 43.
  • the motor 43 is at the midpoint the disc 40 also at the point where the fundamental vibration of the disc 40 reaches its highest amplitude and therefore most effectively attenuated by the windshield wiper.

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Abstract

Eine selbstfahrende landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einer Fahrerkabine (18) und einer Geräuschquelle (10) außerhalb der Fahrerkabine (18), von der eine Schwingung auf einem ersten Weg (21) in die Fahrerkabine (18) übertragbar ist, weist ein Kompensatorelement (38) auf, das mit einer an die Phase und Amplitude der übertragenen Schwingung angepassten Phase und Amplitude antreibbar ist, um eine Schallschwingung zu emittieren, die die in die Fahrerkabine (18) übertragende Schwingung kompensiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbst fahrende landwirtschaftliche Arbeitsmaschine wie etwa einen Traktor, einen Feldhäcksler, einen Mähdrescher oder dergleichen mit einer Fahrerkabine und einer Geräuschquelle außerhalb der Fahrerkabine, von der eine Schwingung in die Fahrerkabine übertragbar ist.
  • Eine solche Arbeitsmaschine ist zum Beispiel aus US 2001/0044 685 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Arbeitsmaschine ist eine Fahrerkabine mit dem Fahrgestell über drei aktiv gesteuerte Luftlager verbunden, die Übertragungswege für Geräusche und Erschütterungen, die beim Überfahren von Bodenunebenheiten auftreten, vom Fahrgestell zur Fahrerkabine darstellen. Die Wirkung der drei Luftlager kann zwar dergestalt koordiniert werden, dass Gefälle in gewissen Grenzen ausgeglichen wird und die Fahrerkabine auch auf abschüssigem Untergrund eine horizontale Orientierung beibehält. Die Geräuschdämpfungswirkung der Luftlager ist jedoch nicht koordiniert, so dass sich über die Luftlager übertragener Körperschall und über die Luft übertragener Schall in der Fahrerkabine überlagern. Insbesondere wenn die Arbeitsmaschine für geräuschintensive Arbeiten eingesetzt wird, kann der Geräuschpegel in der Kabine daher leicht ein für den Fahrer störendes Maß erreichen.
  • EP 1 800 955 A2 schlägt zur Geräuschdämpfung in der Fahrerkabine einer Arbeitsmaschine eine Innenauskleidung vor, bei der Hohlraumresonatoren in der Auskleidung mit dem Innenraum der Kabine kommunizieren. Derartige Hohlraumresonatoren wirken, indem geeignete Spektralanteile des Kabinengeräuschs die Resonatoren zum Schwingen anregen und die Schwingung im Resonator bedämpft wird. Voraussetzung für die Wirksamkeit ist, dass die Resonanzfrequenzen der Resonatoren mit den zu bedämpfenden Frequenzen übereinstimmen. Da die Resonatoren wesentlich kleiner als die Kabine selbst sind, ist eine Bedämpfung niedriger Eigenschwingungen der Kabine nicht möglich. Außerdem ist die Effektivität der Geräuschdämpfung durch die Stärke der Kopplung zwischen Kabine und Resonatoren begrenzt. Je größer die Öffnungen zwischen beiden sind, um so mehr Schwingungsenergie kann zwar in die Resonatoren eintreten, aber um so niedriger ist auch die Güte der Resonatoren, d.h. um so geringer ist der Anteil der eingespeisten Schwingungsenergie, die tatsächlich in den Resonatoren vernichtet wird. Daher ist die Leistungsfähigkeit dieses bekannten Konzepts begrenzt.
  • Aufgabe der Erfindung ist, eine selbst fahrende landwirtschaftliche Arbeitsmaschine zu schaffen, die es erlaubt, den Geräuschpegel in der Fahrerkabine auch bei der Verrichtung von geräuschintensiven Arbeiten wirksam zu begrenzen.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer selbst fahrenden landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine mit einer Fahrerkabine und einer Geräuschquelle außerhalb der Fahrerkabine, von der eine Schwingung auf einem ersten Weg in die Fahrerkabine übertragbar ist, ein Kompensatorelement mit einer an die Phase und Amplitude der übertragenen Schwingung angepassten Phase und Amplitude antreibbar ist, um eine Schallschwingung zu emittieren, die die in die Fahrerkabine übertragene Schwingung kompensiert. Indem die von dem Kompensatorelement abgestrahlte Schwingung die von außen übertragene auslöscht, kann der Schallpegel in der Kabine merklich reduziert werden. Da das Kompensatorelement angetrieben und nicht rein passiv durch die in der Kabine vorhandenen Schwingungen angeregt wird, kann eine erheblich stärkere Wirkung erreicht werden als bei einem passiven Resonator mit einer Kopplungsöffnung vergleichbarer Größe.
  • Selbstverständlich kann eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine auch mehrere Geräuschquellen aufweisen, deren jede wie hier vorgeschlagen für sich allein oder gemeinsam mit anderen bedämpfbar ist.
  • Vorzugsweise ist das Kompensatorelement Teil eines zweiten Übertragungsweges von der Geräuschquelle zur Fahrerkabine, dessen Phasenverschiebung und/oder Dämpfung/Verstärkung anpassbar sind. So kann die Bewegung des Kompensatorelements Änderungen im Schwingverhalten der Geräuschquelle Rechung tragen, noch bevor diese sich in die Kabine ausgebreitet haben, im Gegensatz zur passiven Dämpfung über Resonatoren, die erst dann angeregt werden und wirksam werden können, wenn das Geräusch die Kabine bereits erreicht hat.
  • Indem die auf den verschiedenen Wegen übertragenen Anteile des Kabinengeräuschs einander gegenseitig auslöschen, kann ein Geräuschpegel in der Kabine erreicht werden, der niedriger ist als der Geräuschpegel, der aus der Übertragung vom Geräusch auf einen einzigen der Übertragungswege resultieren würde.
  • Während Fahrgeräusche bedingt durch die meist unperiodische Kontur des befahrenen Untergrunds von Natur aus breitbandig sind, hat das Spektrum von Maschinenarbeitsgeräuschen bedingt durch die Periodizität der die Geräusche verursachenden Maschinenbewegungen meist eine kleine Zahl von schmalbandigen Intensitätsspitzen. Eine wirksame Geräuschunterdrückung im Frequenzbereich dieser Leistungsspitzen kann daher genügen, um den Geräuschpegel in der Kabine deutlich zu reduzieren.
  • Um eventuell lastbedingten Frequenzschwankungen der Maschinenbewegung Rechnung zu tragen, genügt es, wenn der Übertrager einen an einem periodisch bewegten Element der Geräuschquelle angeordneten Frequenzsensor und einen anhand einer von dem Frequenzsensor erfassten Frequenz des Elements abstimmbaren ersten Frequenzgenerator umfasst. Dieser Frequenzgenerator ist zweckmäßigerweise auf die stärkste Geräuschfrequenz der Geräuschquelle abgestimmt; dabei kann es sich - je nach Aufbau der Geräuschquelle - um die erfasste Frequenz als auch um eine Harmonische von ihr handeln.
  • Vorzugsweise umfasst der Übertrager ferner wenigstens einen zweiten abstimmbaren Frequenzgenerator, der auf eine Harmonische der Abstimmfrequenz des ersten Frequenzgenerators abgestimmt ist.
  • Um eine wirksame Geräuschunterdrückung der beiden Frequenzen zu ermöglichen, sollten Phasenverschiebung und/oder Dämpfung für beide Frequenzen unabhängig voneinander adaptierbar sein. Wenn eine solche Adaptierung nicht kontinuierlich, sondern nur zu bestimmten Zeiten stattfindet, sind Veränderungen im Amplituden- und Phasenverhältnis der beiden Frequenzen in der Fahrerkabine wahrnehmbar. Dadurch ist der Fahrer zwar vom normalen Betriebsgeräusch abgeschirmt, Veränderungen des Betriebsgeräuschs, die ihm Aufschluss über eventuelle Störungen oder andere eine Reaktion erfordernde Ereignisse liefern, bleiben jedoch deutlich wahrnehmbar.
  • Bei einer bevorzugten Anwendung umfasst die Geräuschquelle ein Erntegut verarbeitendes, oszillierendes oder rotierendes Element wie zum Beispiel eine Häckseltrommel, und der Frequenzsensor ist angeordnet, um die Bewegungsfrequenz dieses Elements zu erfassen.
  • Wenn das rotierende Element mit einer ganzen Zahl n von Werkzeugen besetzt ist, kann die Abstimmfrequenz des ersten Frequenzgenerators zweckmäßigerweise das n-fache der Drehfrequenz des rotierenden Elements sein.
  • Die Abstimmfrequenz sollte auf eine Hohlraummode der Fahrerkabine abstimmbar sein, da Geräusche, deren Frequenz mit einer solchen Hohlraummode übereinstimmt, dazu neigen, in der Fahrerkabine resonant verstärkt zu werden und dadurch einen störenden Lautstärkepegel zu erreichen, wenn keine geeigneten Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Darüber hinaus lassen sich Hohlraummoden besonders wirksam unterdrücken, da keine Laufzeiteffekte auftreten, die zu lokal unterschiedlicher Unterdrückung führen können, d.h. die Phasen der zu unterdrückenden stehenden Welle und der vom Kompensatorelement abgestrahlten Welle sind ortsunabhängig.
  • Vorzugsweise liegt wenigstens die Frequenz der Grundmode der Fahrerkabine im Abstimmbereich des Frequenzgenerators.
  • Um eine Geräuschunterdrückung in einem geschlossenen Regelkreis zu ermöglichen, kann ein Mikrofon zum Aufzeichnen des Geräuschpegels in der Kabine und eine Steuerschaltung zum Adaptieren von Phasenverschiebung und/oder Dämpfung/Verstärkung des adaptierbaren zweiten Übertragungswegs anhand des aufgezeichneten Geräuschpegels vorgesehen sein. Eine solche Steuerschaltung kann kontinuierlich in Betrieb sein, um den Geräuschpegel zu jeder Zeit zu minimieren; es kann aber auch zweckmäßig sein, sie nur von Zeit zu Zeit zu betreiben und während des Betriebs festgelegte Werte der Phasenverschiebung und/oder Dämpfung/Verstärkung anschließend beizubehalten, um Änderungen des von der Geräuschquelle erzeugten Geräuschs hörbar zu machen.
  • Als unterstützende geräuschunterdrückende Maßnahme kann eine schwingfähige Wandfläche der Fahrerkabine an einen bei der Schwingfrequenz der Wandfläche anregbaren Resonator gekoppelt sein. Indem sich Energie, die ansonsten nur die Schwingung der Wandfläche anregt, auf die Wandfläche und den Resonator verteilt, wird die Schwingungsamplitude der Wandfläche und damit der Geräuschabstrahlung reduziert.
  • Vorzugsweise ist der Resonator stärker als die Wandfläche gedämpft, um dieser fortlaufend Schwingungsenergie zu entziehen.
  • Als schwingfähige Wandfläche kommt insbesondere eine Fensterscheibe der Fahrerkabine und als Resonator ein an der Scheibe angebrachter Scheibenwischer in Betracht.
  • Weiter Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Feldhäckslers als Beispiel einer erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine;
    Fig. 2
    ein typisches Spektrum des Kabinengeräuschs eines Feldhäckslers mit bzw. ohne Geräuschdämpfung gemäß der Erfindung;
    Fig. 3
    ein Blockdiagramm eines adaptierbaren Übertragers; und
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung einer Hilfs-Geräuschdämpfungsvorrichtung.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines selbst fahrenden Feldhäckslers 1 als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Arbeitsfahrzeug. Der Feldhäcksler 1 ist ausgestattet mit einem Fahrwerk 4, einem Fahrzeugrahmen 6, einem vorn am Fahrzeugrahmen 6 montierten Aufnahmevorsatz 8, der zum Aufnehmen von Erntegut vom Boden und zum Einspeisen des Materials in einen Förderkanal dient, sowie einem Häckselwerk 10, einem Nachbeschleuniger 12 und einem Auswurfkrümmer 14, die nacheinander in dem Förderkanal angeordnet sind, einem Motor 16 zum Antrieb des Fahrwerks 4 sowie der beweglichen Teile des Aufnahmevorsatzes 8, des Häckselwerks 10 und des Nachbeschleunigers 12 und einer Fahrerkabine 18.
  • Die Komponente des Feldhäckslers 1, die den stärksten Beitrag zu dessen in der Fahrerkabine 18 hörbarem Betriebsgeräusch leistet, ist eine Häckseltrommel des Häckselwerks 10. An einer Welle der Häckseltrommel ist ein Winkelgeber 20 angeordnet, der pro Umdrehung oder pro ganzzahligem Bruchteil einer Umdrehung der Häckseltrommel einen Signalimpuls liefert. Diese Signalimpulse werden von einer nicht dargestellten Steuerschaltung des Motors 16 empfangen, um dessen Leistung so zu regeln, dass die Drehzahl der Häckseltrommel trotz variierender Belastung der Häckseltrommel durch den unterschiedlich starken Erntegutstrom in einem vorgegebenen Bereich bleibt.
  • Fig. 2 zeigt ein typisches Spektrum des in der Fahrerkabine 18 hörbaren Betriebsgeräuschs in Form eines Balkendiagramms mit einer Auflösung von drei Balken pro Oktave. Die Häckseltrommel rotiert mit einer von der Steuerschaltung des Motors 16 geregelten Drehzahl von 30 bis 35 Hz (1800-2100 U/min), entsprechend dem Balken am linken Rand des Diagramms. Wie man sieht, leistet dieser nur einen kleinen Beitrag zum Betriebsgeräusch; der bei weitem überwiegende Teil der Geräuschleistung entfällt auf Frequenzen im Bereich von 80 bis 6000 Hz. In diesem Frequenzbereich fallen drei Balken bei 250, 500 und 1000 Hz besonders auf, die deutlich leistungsstärker sind als ihre Nachbarn. Sie resultieren aus der Tatsache, dass die Häckseltrommel mit neun in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Gruppen von Messern bestückt ist, d.h. sie entsprechen der Grundfrequenz des Betriebsgeräuschs der Messer sowie deren zweiter und vierter Harmonischer in den Frequenzbändern 9x(30-35)Hz=270-315 Hz, 18x(30-35)Hz=540-630 Hz bzw. 36x(30-35)Hz=1080-1260 Hz. Es sind auch Häckseltrommeln mit sechs, zwölf oder 18 Messergruppen gebräuchlich; für diese würden sich Intensitätsspitzen des Geräuschs bei entsprechend verschobenen Frequenzen ergeben.
  • Reduziert man die Intensität dieser Spektralanteile auf die der Nachbarfrequenzen, wie jeweils durch hohle und schraffiert ausgefüllte Bereiche der Balken in Fig. 2 angedeutet, so genügt dies, um den Geräuschpegel zum Beispiel von ca. 92 auf ca. 85 dB(A) zu drücken.
  • Die Erfindung sieht vor, die Messerfrequenz und deren Harmonische selektiv zu unterdrücken, indem zu dem Betriebsgeräusch, das sich als Körperschall in Feldhäcksler 1 vom Häckselwerk 10 zur Fahrerkabine 18 oder auch direkt als Luftschall ausbreitet, auf einem weiteren Übertragungsweg ein Geräusch überlagert wird, wobei dieser zweite Übertragungsweg hinsichtlich Phasenverschiebung und Dämpfung/Verstärkung angepasst ist, um in der Fahrerkabine eine gegenphasige Überlagerung der auf den verschiedenen Wegen übertragenen Geräusche zu erzielen. Ein solcher zweiter Übertragungsweg kann auf unterschiedliche Weise implementiert sein, zum Beispiel in Form einer Hydraulikleitung, die ein in Kontakt mit einer Membran an der Häckseltrommel zu Schwingungen angeregtes Hydraulikfluid enthält und dessen Schwingungen sich direkt auf eine Wand oder ein Wandstück der Kabine 18 als Kompensatorelement übertragen. Eine solche Leitung kann längenanpassbar sein, um eine Phasenabstimmung zu erreichen, sie kann als anpassbares Dämpfungsglied beispielsweise einen Engpass von einstellbarem Querschnitt enthalten.
  • Bevorzugt ist eine Implementierung der zweiten Übertragungsstrecke in elektronischer Form, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Figur zeigt den an der Welle der Häckseltrommel angeordneten Winkelgeber 20 und schematisch den mit 21 bezeichneten Übertragungsweg für Körper- oder Luftschall. Der Winkelgeber 20 liefert einen Impuls pro Umdrehung der Häckselwelle an einen Phasendifferenzdetektor 22. Dieser bildet zusammen mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 24 und einem Frequenzteiler 26 einen an sich bekannten PLL-Regelkreis, dessen Oszillator 24 ein an die Drehung der Häckseltrommelphase gekoppeltes Signal mit dem n-fachen der Drehfrequenz der Häckseltrommel liefert. Im vorliegenden Fall ist n gleich der vierfachen Messergruppenzahl, d.h. n=4 x 9 = 36, so dass das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 24 auf die vierte Harmonische des Messergeräuschs abgestimmt ist.
  • Der Frequenzteiler 26 besteht hier aus drei hintereinander geschalteten Stufen, einem 1:2-Teiler 26a, an dessen Ausgang die zweite Harmonische der Messerfrequenz abgreifbar ist, einem 1:2-Teiler 26b, dessen Ausgang die Grundfrequenz der Messer liefert, und einem 1:9-Teiler, der die Häckseltrommelfrequenz liefert. Der Frequenzteiler 26c kann entfallen, wenn ein Winkelgeber 20 verwendet wird, der neun Impulse pro Umdrehung der Häckselwelle liefert.
  • An den Ausgängen des Oszillators 22 und der 1:2-Teiler 26a, 26b sind jeweils RC-Glieder 28a, 28b, 28c und Verstärker 30a, 30b, 30c angeschlossen, deren Phasenverzögerung bzw. Verstärkungsfaktor von einer Steuerschaltung 32a, 32b bzw. 32c vorgegeben ist. Diese Steuerschaltungen 32a, 32b, 32c haben jeweils einen über einen schmalbandigen Filter 34a, 34b, 34c mit einem Mikrofon 36 in der Fahrerkabine 18 verbundenen Signaleingang. Die Ausgänge der Verstärker 30a, 30b, 30c sind an einen Lautsprecher 38 als Kompensationselement in der Fahrerkabine 18 angeschlossen.
  • In einem Abstimmbetriebsmodus der Steuerschaltungen 32a, b, c variieren diese jeweils die den RC-Gliedern und Verstärkern 28a, b, c, bzw. 30a, b, c vorgegebenen Phasenverschiebungen und Verstärkungsfaktoren, um den Signalpegel an ihrem Eingang und damit das Betriebsgeräusch in der Kabine 18 zu minimieren.
  • Da die Phase der Messerbewegung über den Winkelgeber 20 erfasst wird und die Ausbreitungsbedingungen des Schalls zwischen dem Häckselwerk 10 und der Fahrerkabine 18 im Laufe der Zeit nicht wesentlich variieren, brauchen die Steuerschaltungen 32 nicht ständig im Abstimmbetriebsmodus zu arbeiten, sondern einmal gefundene optimale Phasenverzögerungen und Verstärkungsfaktoren können über lange Zeitintervalle beibehalten werden. Änderungen des Betriebsgeräuschs, die dem Fahrer wichtige Informationen über die Funktion des Feldhäckslers 1 liefern können, werden somit nicht vor ihm abgeschirmt.
  • Wenn während des Betriebs des Feldhäckslers überhaupt jemals eine erneute Optimierung erforderlich wird, kann sich diese auf die Verstärkungsfaktoren beschränken, da diese je nach verarbeitetem Erntegut und Stärke des Erntegutstroms variieren können. Die bei der Schallausbreitung auftretenden Phasenverzögerungen ändern sich im Wesentlichen nicht.
  • Die Filter 34 können jeweils ein festes Durchgangsband entsprechend dem 36-fachen, dem 18-fachen bzw. dem 9-fachen der Regelbandbreite der Häckseltrommel haben; um eine höhere Trennschärfe zu erzielen können auch abstimmbare Filter verwendet werden, deren Durchgangsband jeweils um die Frequenz eines ihnen zugeführten Referenzsignals zentriert ist, bei dem es sich im Fall des Filters 34a um das Ausgangssignal des Oszillators 24, beim Filter 34b um das Ausgangssignal des Frequenzteilers 26a und beim Filter 34c um das Ausgangssignal des Frequenzteilers 26b handeln kann.
  • Die Geräuschunterdrückungsvorrichtung der Fig. 3 ist besonders zweckmäßig dann anwendbar, wenn die Messerfrequenz oder eine ihrer Harmonischen gleichzeitig Resonanzfrequenz einer Hohlraummode der Fahrerkabine 18 ist, da in solchen Fällen der Geräuschpegel in der Kabine, wenn er nicht aktiv gedämpft wird, durch Resonanzüberhöhung sehr hohe Werte erreichen kann. Insbesondere niedrige Hohlraummoden, vor allem die Grundmode, sind mit dem Aufbau der Fig. 3 sehr effektiv dämpfbar.
  • Ein weiteres Hilfsmittel zur Geräuschdämpfung in der Kabine ist in Figur 4 gezeigt. Ein an einer Scheibe 40 der Kabine angeordneter Scheibenwischer umfasst ein an einem Arm 41 schwenkend bewegbares Wischerblatt 42 und an einer entgegen gesetzten Seite der Scheibe 40 einen Elektromotor 43 zum Antreiben der Bewegung des Arms 41. Der Motor 43 ist mit der Scheibe 40 über eine Feder, hier in Form eines dissipierenden Gummipuffers 44 verbunden, der eine Schwingung des Motors 43 in Bezug auf die Scheibe 40 mit einer Resonanzfrequenz ähnlich einer Eigenschwingfrequenz der Scheibe 40 zulässt. So regt die Scheibe 40, wenn sie durch Betriebsgeräusch resonant angeregt wird, gleichzeitig auch den Motor 43 zum Schwingen an, wodurch der Scheibe 40 Schwingungsenergie entzogen und in dem Gummipuffer 44 dissipiert wird. Dadurch reduziert sich der Schwingungshub der Scheibe 40 und infolge dessen auch ihre Geräuschabstrahlung.
  • Eine entsprechende Dämpfungswirkung ist auch erreichbar, wenn der Anker 45 des Motors 43 axial beweglich in Bezug zu dessen Ständer 46 aufgehängt ist. Eine Dämpfung der Ankerschwingung ist dann mit Hilfe von den Anker 45 tragenden und durch seine Schwingung ausgelenkten Federn realisierbar; denkbar ist auch, die Ankerschwingung durch zwischen Anker 45 und Ständer 46 induzierte Ströme zu dämpfen.
  • Der Motor 43 ist hier in der Mitte der Scheibe 40 angeordnet. Dies erlaubt eine kontinuierlich rotierende Wischbewegung ohne Richtungsumkehr, was den mechanischen Aufbau oder die elektrische Ansteuerung des Motors 43 vereinfacht. Darüber hinaus befindet sich der Motor 43 am Mittelpunkt der Scheibe 40 auch an dem Punkt, an dem die Grundschwingung der Scheibe 40 ihre höchste Amplitude erreicht und daher am wirksamsten durch den Scheibenwischer dämpfbar ist.
  • Zwar ist die Erfindung oben speziell in Bezug auf einen Feldhäcksler beschrieben worden, doch liegt für den Fachmann auf der Hand, dass sie auch an anderen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, wie etwa an einem Mähdrescher zum Dämpfen der Übertragung von Betriebsgeräuschen der Dreschtrommel, der Schüttelböden oder anderer periodisch bewegter Aggregate des Mähdreschers einsetzbar ist.
    • Bezugszeichen
    • 1.
    Feldhäcksler
    4.
    Fahrwerk
    6.
    Fahrzeugrahmen
    8.
    Aufnahmevorsatz
    10.
    Häckselwerk
    12.
    Nachbeschleuniger
    14.
    Auswurfkrümmer
    16.
    Motor
    18.
    Fahrerkabine
    20.
    Winkelgeber
    21.
    Übertragungsweg
    22.
    Phasendifferenzdetektor
    24.
    VCO
    26.
    Frequenzteiler
    28.
    RC-Glied
    30.
    Verstärker
    32.
    Steuerschaltung
    34.
    Filter
    36.
    Mikrofon
    38.
    Lautsprecher
    40.
    Scheibe
    41.
    Arm
    42.
    Wischerblatt
    43.
    Motor
    44.
    Gummipuffer
    45.
    Anker
    46.
    Ständer

Claims (13)

  1. Selbstfahrende landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einer Fahrerkabine (18) und einer Geräuschquelle (10) außerhalb der Fahrerkabine (18), von der eine Schwingung auf einem ersten Weg (21) in die Fahrerkabine (18) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompensatorelement (38) mit einer an die Phase und Amplitude der übertragenen Schwingung angepassten Phase und Amplitude antreibbar ist, um eine Schallschwingung zu emittieren, die die in die Fahrerkabine (18) übertragende Schwingung kompensiert.
  2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensatorelement (38) Teil eines zweiten von der Geräuschquelle (10) zur Kabine (18) verlaufenden Übertragungsweges ist, dessen Phasenverschiebung und/oder Dämpfung/Verstärkung anpassbar sind.
  3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungsweg einen an einem periodisch bewegten Element der Geräuschquelle angeordneten Frequenzsensor (20) und einen anhand einer von dem Frequenzsensor (20) erfassten Frequenz des Elements abstimmbaren ersten Frequenzgenerator (24, 26a, 26b) umfasst.
  4. Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungsweg ferner wenigstens einen zweiten abstimmbaren Frequenzgenerator (24, 26a; 24) umfasst, der auf eine Harmonische der Abstimmfrequenz des ersten Frequenzgenerators (24, 26a, 26b) abgestimmt ist.
  5. Arbeitsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschquelle (10) ein landwirtschaftliches Erntegut verarbeitendes oszillierendes oder rotierendes Element umfasst und dass der Frequenzsensor (20) angeordnet ist, um die Bewegungsfrequenz dieses Elements zu erfassen.
  6. Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Element mit einer ganzen Zahl n von Werkzeugen besetzt ist und die Abstimmfrequenz des ersten Frequenzgenerators (24, 26a, 26b) das n-fache der Drehfrequenz des rotierenden Elements ist.
  7. Arbeitsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Element eine Häckseltrommel ist und die Werkzeuge Messer der Häckseltrommel sind.
  8. Arbeitsmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmfrequenz auf eine Hohlraummode der Fahrerkabine (18) abstimmbar ist.
  9. Arbeitsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraummode die Grundmode der Fahrerkabine (18) ist.
  10. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mikrofon (36) zum Aufzeichnen des Geräuschpegels in der Kabine (18) und eine Steuerschaltung (32a, 32b, 32c) zum Adaptieren von Phasenverschiebung und/oder Dämpfung/Verstärkung des zweiten Übertragungswegs anhand des aufgezeichneten Geräuschpegels.
  11. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine schwingfähige Wandfläche (40) der Fahrerkabine (18) an einen bei der Schwingfrequenz der Wandfläche (40) anregbaren Resonator (43) gekoppelt ist.
  12. Arbeitsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (43) stärker als die Wandfläche (40) gedämpft ist.
  13. Arbeitsmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingfähige Wandfläche eine Fensterscheibe (40) und der Resonator ein an der Scheibe (40) angebrachter Scheibenwischer (43) ist.
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