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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Messung und/oder Überprüfung des
Abstands zwischen einer Gegenschneide und einem gegenüber der
Gegenschneide bewegbaren Häckselmesser,
mit einem Schwingungssensor, der eingerichtet ist, vom Häckselmesser
in der Gegenschneide erzeugte mechanische Schwingungen zu erfassen,
und einer mit dem Schwingungssensor verbundenen elektronischen Auswertungseinrichtung.
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Bei Feldhäckslern ist der Abstand zwischen den
Häckselmessern
und der Gegenschneide eine für
die Schnittqualität
und die zum Schneiden aufzubringende Leistung wichtige Größe. Derartige
Gegenschneiden sind in der Regel durch Elektromotore gegenüber der
Häckseltrommel
verstellbar angeordnet. Es wurden eine Reihe von Einrichtungen vorgeschlagen
(
DE 41 34 957 A ,
DE 43 35 786 A ,
EP 0 706 752 A ),
bei denen an der Gegenschneide ein Klopfsensor angebracht ist, dessen
Ausgangssignal eine Funktion des Abstands zwischen der Gegenschneide und
den Häckselmessern
ist. Bei diesen Einrichtungen wird das Ausgangssignal des Klopfsensors
einem Tiefpass zugeführt
und anhand der Amplitude entschieden, ob sich die Gegenschneide
hinreichend nahe an den Häckselmessern
befindet oder nicht. Als nachteilig ist anzusehen, dass die Wahl
der Amplitude, bei welcher der Abstand als richtig anzusehen ist, sehr
kritisch ist. Wird sie zu klein gewählt, ist der Abstand zu groß; wird
sie zu groß gewählt, sind
Kollisionen der Häckselmesser
mit der Gegenschneide denkbar. Die Amplitude der Signale des Klopfsensors hängt aber
auch von anderen Bedingungen ab, wie dem Zustand des Sensors etc..
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Zur Messung des Abstands zwischen
der Gegenschneide und den Häckselmessern
sind weiterhin magnetische Sensoren bekannt, die einen mit der Gegenschneide
verbundenen Permanentmagneten und eine Induktionsspule umfassen,
in denen durch die vorbeistreichenden Häckselmesser eine EMK induziert
wird, die verstärkt und
detektiert wird. Bei einer derartigen Einrichtung, die in der
EP 0 943 888 A beschrieben
wird, werden die Induktionsspannungen einer Frequenzanalyse unterzogen.
Die höherfrequenten
Anteile des Signalspektrums werden zu den niederfrequenten Anteilen
ins Verhältnis
gesetzt. Der auf diese Weise bestimmte Quotient erhält eine
Information über
den Abstand zwischen Gegenschneide und Häckselmessern. Als nachteilig
ist die Notwendigkeit der Verwendung eines Permanentmagneten anzusehen,
der Funktionsstörungen
eines in der Nähe
der Gegenschneide angeordneten Metalldetektors bedingen kann.
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In der
DE 199 03 153 C wird vorgeschlagen, die
durch die Häckselmesser
auf die Gegenschneide ausgeübten
Kräfte
zu messen und anhand der Messwerte die Schärfe der Häckselmesser zu bestimmen.
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In dem Aufsatz „Messverfahren zur Feststellung
des Schärfezustandes
der Paarung Häckselmesser/Gegenschneide
eines Feldhäckslers" von A. Heinrich
und G. Bernhardt, erschienen in Conference: Agricultural Engineering,
Tagung Halle/Saale, 10. und 11. Oktober 2002 (VDI-MEG) auf den Seiten 325 – 330 wird
ein anderes Verfahren zur Bestimmung der Schärfe von Häckselmessern vorgeschlagen.
Es wird die Beschleunigung der Gegenschneide erfasst und einer Frequenzanalyse
zugeführt.
Anhand des Oberwellenspektrums ist feststellbar, ob die Häckselmesser
noch hinreichend scharf sind oder nicht.
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Die beiden zuletzt genannten Referenzen zeigen
Möglichkeiten
auf, die Schärfe
von Häckselmessern
zu bestimmen, jedoch geben sie keinen Hinweis auf die Messung des
Abstands zwischen Gegenschneide und Häckselmessern.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende
Problem wird darin gesehen, eine gegenüber dem beschriebenen Stand
der Technik verbesserte Einrichtung zur Bestimmung des Abstands
zwischen einer Gegenschneide und gegenüber der Gegenschneide bewegbaren Häckselmessern
bereitzustellen.
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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.
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Die vorliegende Erfindung macht sich
die Tatsache zu Nutze, dass die von dem Häckselmesser oder den Häckselmessern
angeregten mechanischen Schwingungen der Gegenschneide nicht nur unterschiedliche
Amplituden, sondern auch unterschiedliche Frequenzspektren aufweisen,
wenn sich der Abstand zwischen Gegenschneide und Häckselmessern ändert. Die
mechanischen Schwingungen werden durch einen Schwingungssensor an
der Gegenschneide oder angrenzenden Bauteilen erfasst und die vom
Schwingungssensor bereitgestellten Signale werden einer Auswertungseinrichtung
zugeführt.
Dort wird eine Frequenzanalyse durchgeführt. Anhand des Ergebnisses
der Frequenzanalyse wird eine Information über den Abstand zwischen der
Gegenschneide und dem Häckselmesser
erzeugt. Die erfindungsgemäße Einrichtung
kann den Abstand messen, d.h. einen Abstandsmesswert erzeugen und/oder
den Abstand überprüfen, d.h.
mit einem Sollwert vergleichen.
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Auf diese Weise erhält man eine
Information über
den Abstand zwischen der Gegenschneide und dem Häckselmesser, die von der Amplitude
des Signals des Schwingungssensors unabhängig und deshalb weniger fehlerbehaftet
ist. Zusätzlich
kann die Auswertungseinrichtung aber auch die Amplituden der Signale
des Schwingungssensors bei der Bestimmung der Abstandsinformation
berücksichtigen.
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Der Schwingungssensor ist vorzugsweise ein
Schwingungssensor, der die Beschleunigung der Gegenschneide erfassen
kann. Derartige Schwingungssensoren können die Bewegung einer federnd oder
anderweitig elastisch aufgehängten
Masse gegenüber
der Gegenschneide erfassen. Zur Erfassung der mechanischen Schwin gungen
der Gegenschneide kann aber auch ein Mikrofon oder ein beliebiger
anderer geeigneter Schwingungssensor verwendet werden.
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Das Frequenzspektrum des vom Schwingungssensor
bereitgestellten Signals enthält
auch eine Information über
die Schärfe
der Häckselmesser.
Diese Information kann von der Auswertungseinrichtung aus dem Signal
des Schwingungssensors extrahiert werden. Ist anhand dieser Information
erkennbar, dass die Schärfe
der Messer einen Schwellenwert unterschreitet, kann dem Bediener
ein entsprechender Hinweis gegeben werden, so dass er einen Schleifvorgang
durchführen
oder veranlassen kann und/oder es wird selbsttätig ein Schleifvorgang durchgeführt.
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Die Auswertungseinrichtung liefert
ein Signal, das eine Information über den Abstand zwischen der
Gegenschneide und dem Häckselmesser
enthält. Bei
dieser Information kann es sich um einen konkreten Abstandswert
handeln und/oder nur um eine Information, ob die Gegenschneide sich
hinreichend nahe an und/oder weit von den Häckselmessern befindet. Diese
Information kann dazu verwendet werden, einem Bediener auf optische,
akustische oder andere Weise einen Hinweis zu geben, falls eine Neueinstellung
der Position der Gegenschneide sinnvoll ist. Alternativ oder zusätzlich kann,
wenn von der Auswertungseinrichtung eine Information bereitgestellt
wird, die darauf hinweist, dass eine Verstellung der Gegenschneide
sinnvoll ist, ggf. auch während
des Häckselbetriebs
eine selbsttätige
Verstellung der Gegenschneide gegenüber dem Häckselmesser bzw. umgekehrt
durchgeführt
werden. Durch den stets optimalen Schneidspalt nutzen die Häckselmesser
langsamer ab, so dass sie seltener geschliffen werden müssen und
ihre Standzeit verlängert
wird.
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Bei der Entscheidung, ob eine Verstellung der
Gegenschneide sinnvoll ist, kann auch die – vorzugsweise ebenfalls aus
dem Frequenzspektrum des Signals des Schwingungssensors abgeleitete – Information über die
Schärfe
der Häckselmesser
berücksichtigt werden,
da auch die Schärfe
das Frequenzspektrum der Schwingungen der Gegenschneide beeinflusst.
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Auch Parameter des jeweils gehäckselten Ernteguts
können
die Schwingungen der Gegenschneide beeinflussen. So kann trockenes
Erntegut wesentlich härter
als weiches Erntegut sein, was unterschiedliche Schwingungsspektren
der Gegenschneide bedingt. Außerdem
kann der jeweils günstigste
Abstand zwischen Gegenschneide und Häckselmesser von Erntegutparametern
abhängen.
Grobes Erntegut, wie z.B. dünne
Baumstämme,
kann einen größeren Abstand
zwischen Gegenschneide und Häckselmesser
erfordern als feineres Erntegut, wie z.B. Gras. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird daher die Auswertungseinrichtung mit einer Information über mindestens
einen Parameter des Ernteguts beaufschlagt, die bei der Entscheidung,
ob eine Verstellung der Gegenschneide sinnvoll ist, berücksichtigt
wird. Die Information über
den Erntegutparameter kann vom Bediener durch eine Eingabeeinrichtung
manuell und/oder akustisch eingegeben werden. Denkbar ist auch,
sie durch einen geeigneten Erntegutparametersensor zu erfassen und
den Messwert des Erntegutparametersensors der Auswertungseinrichtung
zuzuführen.
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Die Auswertungseinrichtung unterzieht
die Signale des Schwingungssensors vorzugsweise zunächst einer
Fouriertransformation, um das Frequenzspektrum abzuleiten. Anschließend kann
ein Vergleich mit Referenzdaten erfolgen, der eine Entscheidung
ermöglicht,
ob eine Verstellung der Gegenschneide sinnvoll ist.
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In den Zeichnungen ist ein nachfolgend
näher beschriebenes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
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1 eine
Erntemaschine, an der die erfindungsgemäße Einrichtung verwendbar ist,
in Seitenansicht und in schematischer Darstellung und
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Eine in 1 gezeigte Erntemaschine 10 in der
Art eines selbstfahrenden Feldhäckslers
baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von vorderen und rückwärtigen Rädern 14 und 16 getragen
wird. Die Bedienung der Erntemaschine 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus,
von der aus eine Erntegutaufnahmevorrichtung 20 einsehbar
ist. Mittels der Erntegutaufnahmevorrichtung 20 vom Boden
aufgenommenes Gut, z. B. Mais, Gras oder dergleichen wird einer
mit Häckselmessern 48 besetzten
Häckseltrommel 22 zugeführt, die
es in kleine Stücke
häckselt
und es einer Fördervorrichtung 24 aufgibt.
Das Gut verlässt
die Erntemaschine 10 zu einem nebenher fahrenden Anhänger über einen
drehbaren Austragsschacht 26. Zwischen der Häckseltrommel 22 und der
Fördervorrichtung 24 erstreckt
sich eine Nachzerkleinerungsvorrichtung 28, durch die das
zu fördernde
Gut der Fördervorrichtung 24 tangential
zugeführt
wird.
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Zwischen der Erntegutaufnahmevorrichtung 20 und
der Häckseltrommel 22 wird
das Gut durch untere Vorpresswalzen 30, 32 und
obere Vorpresswalzen 34, 36 transportiert. Die über den
Umfang der Häckseltrommel 22 verteilten
Messer wirken mit einer Gegenschneide 38 zusammen, um das
Gut zu häckseln.
Die Gegenschneide 38 ist mit einer Verstelleinrichtung 40 versehen,
die zum Verfahren der Gegenschneide 38 in horizontaler
Richtung auf die Häckseltrommel 22 zu
und von ihr fort eingerichtet ist. Sie dient zum Einstellen des
Schneidspalts. An der Gegenschneide 38 ist ein Schwingungssensor 42 angeordnet.
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Die Einrichtung zur Messung des Abstands zwischen
Gegenschneide 38 und den Häckselmessern 48 der
Häckseltrommel 22 ist
in der 2 detaillierter
dargestellt. Der an der Gegenschneide 38 befestigte Schwingungssensor 42 umfasst
eine an Federn 50 aufgehängte Masse 52, deren
Position durch einen Positionssensor 54 erfassbar ist,
der beispielsweise kapazitiv oder induktiv arbeitet. Wird die Gegenschneide 38 beschleunigt,
wird auch das daran vorzugsweise abnehmbar befestigte Gehäuse 56 des Schwingungssensors 42 beschleunigt,
während die
Masse 52 aufgrund ihrer Massenträgheit zunächst stationär bleibt
und sich aufgrund der Aufhängung
an den Federn 50 erst verzögert in Bewegung setzt. Die
Relativbewegung zwischen Gehäuse 56 und
Masse 52 wird durch den Positionssensor 54 nachgewiesen.
In der 2 erfasst der
Schwingungssensor 42 in der Verstellrichtung der Gegenschneide 38 verlaufende
Schwingungen. Es wäre auch
denkbar, alternativ oder zusätzlich
die Schwingungen in der dazu senkrechten, in 2 in vertikaler Richtung verlaufenden
Richtung nachzuweisen. Auch die Schwingungen in Längsrichtung
der Gegenschneide 38 könnten
nachgewiesen werden. Anstelle des dargestellten Schwingungssensors 42 könnte auch
ein konventioneller Klopfsensor verwendet werden, da er ebenfalls
zum Nachweis von Schwingungen geeignet ist.
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Wie in der Zeichnung angedeutet,
können Schwingungssensoren 42, 42' an beiden Enden
der Gegenschneide 38 (oder an beliebigen Positionen dazwischen)
angeordnet sein. Die Ausgangssignale der Positionssensoren 54 der
Schwingungssensoren 42, 42' werden einer Auswertungseinrichtung 46 zugeführt, die
beispielsweise in der Fahrerkabine 18 angeordnet ist. Die
Auswertungseinrichtung umfasst einen Analog/Digitalwandler 58,
der die ankommenden Signale digitalisiert. Sie werden anschließend digital
verarbeitet, was durch einen Mikroprozessor erfolgen kann, der die
nachfolgenden Funktionen Fouriertransformation 60, Vergleich
mit einem Referenzspektrum 62 und einen Treiber 64 für die Motoren
der Verstelleinrichtung 40 realisiert. Es ist aber auch denkbar,
den genannten Funktionen jeweils spezielle Schaltkreise zuzuordnen.
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Das digitalisierte Signal von den
Schwingungssensoren 42 wird zunächst einer Fouriertransformation 60 unterzogen,
so dass man ein Frequenzspektrum erhält. Letzteres kann regelmäßig aktualisiert
werden. Das Frequenzspektrum der Schwingungssensoren enthält Informationen über den
Abstand zwischen der Gegenschneide 38 und den Häckselmessern 48 und über ihre Schärfe, da
beide Größen die
in der Gegenschneide 38 angeregten mechanischen Schwingungen
beeinflussen. In einem Speicher 66 ist ein Referenzspektrum
abgelegt, dass einem bei scharfen Messern und optimalem Abstand
zwischen Gegenschneide 38 und Häckselmessern 48 entsprechenden
(vorzugsweise mit den vorhandenen Mitteln aufgenommenen) Frequenzspektrum
entspricht. Es erfolgt im Verarbeitungsschritt bzw. in der Schaltung 62 ein
Vergleich zwischen dem Referenzspektrum aus dem Speicher 66 und
dem gemessenen Spektrum, dessen Ergebnis eine Information darüber enthält, ob sich
die Gegenschneide 38 hinreichend nahe an den Häckselmessern 48 befindet
oder näher
heran zu bringen bzw. davon fort zu verstellen ist.
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Bei dem Vergleich 62 wird
zusätzlich
eine Information eines Erntegutparametersensors 68 berücksichtigt.
Der Erntegutparametersensor 68 ist in der dargestellten
Ausführungsform
am Auswurfschacht 26 angeordnet und kann z. B. die Feuchte des
Ernteguts erfassen, wobei Mikrowellen Verwendung finden können. Andere
Erntegutparameter, wie die Art des Ernteguts, können durch eine in der Fahrerkabine 18 angeordnete
Eingabeeinrichtung 78 eingegeben werden und werden ebenfalls
beim Vergleich 62 berücksichtigt.
Dazu können
im Speicher 66 den jeweiligen Erntegutparametern zugeordnete Spektren
abgelegt sein, die zum Vergleich 62 entsprechend den aktuellen
Erntegutparametern abgerufen werden.
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Abhängig vom Ergebnis des Vergleichs 62 wird
dem Bediener in der Fahrerkabine 18 über eine Anzeigeeinrichtung 70 eine
Bestätigung
gegeben, falls der Abstand zwischen der Gegenschneide 38 und
den Häckselmessern 48 hinreichend
exakt eingestellt wurde. Erweist sich hingegen eine Verstellung
als sinnvoll, werden über
die Treiber 64 die Verstelleinrichtungen 40 aktiviert,
von denen jeweils ein an einem Ende der Gegenschneide 38 angeordnet ist.
Die Verstelleinrichtungen 40 umfassen Motoren, die zum
Drehen von Gewindewellen 72 betreibbar sind. Die Gewindewellen 72 durchdringen
mit der Gegenschneide 38 verbundene Gewindeelemente 74, so
dass die Verstelleinrichtungen 40 die Gegenschneide 38 in
Richtung auf die Häckseltrommel 22 zu
und von ihr fort verstellen können.
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Anhand der Unterschiede in den Amplituden, Spektren
und/oder zeitlichen Verläufe
der Signale der Schwingungssensoren 42, 42' können die
beiden Verstelleinrichtungen 40 unterschiedlich angesteuert werden,
um beide Enden der Gegenschneide 38 in optimalen Abstand
von den Häckselmessern 48 zu bringen.
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Anhand des Vergleichs 62 kann
außerdem festgestellt
werden, ob die Häckselmesser 48 noch hinreichend
scharf sind. Ist das nicht der Fall, kann durch die Auswertungseinrichtung 46 selbsttätig eine Schleifeinrichtung 76 in
Betrieb gesetzt werden.