BE1029248B1 - Verfahren und Anordnung zur Messung des Durchsatzes einer Erntemaschine - Google Patents

Abstract

Der Durchsatz einer Erntemaschine (10), in der Erntegut durch Vorpresswalzen (30, 32) einer mit Messern besetzten Häckseltrommel (22) zugeführt wird, wird mittels einer elektronischen Steuereinheit (42) anhand folgender Schritte bestimmt: - Erfassen einer tatsächlichen Schnittlänge des Ernteguts stromab der Häckseltrommel (22), - Erfassen des Abstandes zwischen zusammenwirkenden Vorpresswalzen (30, 32) und - Berechnen des Durchsatzes anhand der erfassten Schnittlänge und des Abstandes.

Description

Mod 1 BE2022/0008 Verfahren und Anordnung zur Messung des Durchsatzes einer Erntemaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine.

Stand der Technik Feldhäcksler dienen zur Ernte von ganzen Pflanzen oder ihren Teilen, die im Betrieb mittels eines Erntevorsatzes von einem Feld aufgenommen, durch Vorpresswalzen zusammengedrückt und einer Messertrommel zugeführt werden, deren Häckselmesser die Pflanzen im Zusammenwirken mit einem Gegenmesser zerschneiden.

Anschließend werden die zerschnittenen Pflanzen oder -teile optional einem Konditionierwalzenzusammenbau zugeführt und durch eine Nachbeschleunigungseinrichtung in einen Auswurfkrümmer gefördert, der sie auf ein Transportfahrzeug überlädt.

Die geernteten Pflanzen dienen in der Regel als Viehfutter oder zur Biogaserzeugung.

Es sind Anordnungen beschrieben worden, die dazu dienen, den vom Feldhäcksler aufgenommenen und verarbeiteten Erntegutdurchsatz zu erfassen.

Der gemessene Durchsatz dient u.a. zur Ertragskartierung, zur Geschwindigkeitssteuerung, zur massenbezogenen Zugabe eines Siliermittels oder zur Kontrolle eines Überladevorgangs (um den Transportwagen mit einer vorbestimmten Menge an Erntegut zu beladen). Hierzu liegen verschiedene Ansätze vor, von denen sich in der Praxis insbesondere die Erfassung der Position einer oberen Vorpresswalze bewährt hat, die gegen die Kraft einer Feder nach oben beweglich ist (DE 195 24 752 A1). Mit steigendem Durchsatz bewegt sich die obere Vorpresswalze nach oben und anhand der Position und der Drehgeschwindigkeit der oberen

Vorpresswalze wird der Volumendurchsatz oder -fluss, d.h. das vom Feldhäcksler je Zeiteinheit aufgenommene Volumen des Ernteguts, gemessen.

Im Stand der Technik wird üblicherweise durch einen Bordcomputer ein Kalibrierfaktor anhand von Daten, die bei einer Wägung des Ernteguts gewonnen wurden, und des zugehörigen, anhand der Vorpresswalzenposition gemessenen Volumendurchsatzes berechnet und zur Berechnung des Massendurchsatzes verwendet (s.

DE 10 2010 043 854 A1). Ein Problem bei der Durchsatzmessung anhand der Position der oberen Vorpresswalze liegt darin, dass die Erfassung der Fördergeschwindigkeit der Erntegutmatte anhand der Drehgeschwindigkeit der oberen Vorpresswalze fehlerbehaftet sein kann, denn abhängig von der Art des Ernteguts, dessen Feuchtigkeit, des Abstands zwischen den Vorpresswalzen bzw. der sich daraus ergebenden Andruckkraft und der Abnutzung der Mitnehmer der Vorpresswalze kann sich ein mehr oder weniger großer Schlupf zwischen der Erntegutmatte und den Vorpresswalzen ergeben. Je nach vorhandenem Schlupf wird anhand der Drehzahl der Vorpresswalzen ein größerer Durchsatz errechnet als tatsächlich vorhanden ist. Im Stand der Technik wird zur Durchsatzmessung ein konstanter Korrekturfaktor einprogrammiert oder durch den Bediener eingegeben, welcher den Schlupf repräsentiert. Dieser Korrekturfaktor hängt jedoch von den im vorhergehenden Absatz aufgeführten Parametern ab und ist daher veränderlich. Der eingegebene Korrekturfaktor ist somit nicht immer korrekt.

Ein anderer Ansatz zur Verbesserung der Genauigkeit der Durchsatzmessung findet sich in D. Ehlert, Advanced Throughput Measurement in Forage Harvesters, Biosystem Engineering 2002, 83, S. 47 — 53, wo diskutiert wird, die Fôrdergeschwindigkeit des Ernteguts durch einen Radarsensor unter Verwendung des Dopplereffekts oder nicht rutschender Sensorwalzen zu erfassen.

Letztlich wird jedoch eine Anzahl an empirisch — in Feld- oder Laborversuchen — ermittelter Konstanten verwendet, welche gewisse mechanische Ernteguteigenschaften (insbesondere die Abhängigkeit der Verdichtbarkeit vom Druck und von der Feuchtigkeit) repräsentieren, um anhand der Position der Vorpresswalzen den Massendurchsatz zu bestimmen. Zudem gehen Zusammenhänge zwischen der Position der Vorpresswalze und der wirkenden Federkraft in die letztlich zur Bestimmung des Massendurchsatzes verwendete Gleichung ein. Die mechanischen Eigenschaften des Ernteguts hängen jedoch von der Sorte der geernteten Pflanzen, von deren Feuchte und von deren Reifegrad ab, während die Federn auch nicht unbedingt lineare Kraftkennlinien aufweisen, sodass die auf einem Feld anzutreffenden Eigenschaften sich jedoch in der Praxis beträchtlich von den Eigenschaften des Ernteguts unterscheiden können, die zuvor ermittelt wurden, sei es auf einem anderen Feld oder im Labor und auch die Nichtlinearitäten der Federn zu Fehlern führen. Mit anderen Worten leidet dieser Ansatz unter fehlender Genauigkeit.

Zur Schnittlängenkontrolle finden sich im Stand der Technik der Ansatz, Eigenschaften des Ernteguts zu erfassen und anhand eines abgespeicherten Zusammenhangs zwischen einer jeweils gemessenen Eigenschaft und der Auswirkung auf die Schnittlänge eine Korrektur an der Geschwindigkeit der Vorpresswalzen vorzunehmen, um u.a. den Schlupf auszugleichen (DE 10 2012 207 591 B3), und der Vorschlag, die tatsächliche Schnittlänge anhand einer auf das geschnittene Erntegut blickenden Kamera und eines Bildverarbeitungssystems zu erkennen und darauf basierend die Geschwindigkeit der Vorpresswalzen anzusteuern (EP 1 671 530 Al, EP2 098 109 Al). Es wird demnach eine Regelschleife aufgebaut, bei der ein Soll- und ein Istwert der Schnittlänge als Regelparameter für eine Ansteuerung der Geschwindigkeit der Vorpresswalzen dienen. Eine explizite Berechnung des Schlupfes oder der Fördergeschwindigkeit der Erntegutmatte stromauf der Häckseltrommel ist jedoch nicht vorgesehen, geschweige denn eine darauf basierende Korrektur des Durchsatzes.

Aufgabe Es wäre demnach wünschenswert, bei einer Erntemaschine, in welcher der Durchsatz anhand der Position einer Vorpresswalze erfasst wird, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ermittlung eines Durchsatzes des Ernteguts zu ermöglichen.

Lösung Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre der Patentansprüche 1 und 6 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.

Ein Verfahren zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine, in der Erntegut durch Vorpresswalzen einer mit Messern besetzten Häckseltrommel zugeführt wird, umfasst folgende, durch eine elektronische Steuereinrichtung durchgeführte Schritte: - Erfassen einer tatsächlichen Schnittlänge des Ernteguts stromab der Häckseltrommel (22) mit dem Erntegut zusammenwirkenden Sensor ; - Erfassen des Abstandes zwischen zusammenwirkenden Vorpresswalzen (30, 32) mittels eines Sensors (44), und - Berechnen des Durchsatzes durch die Steuerinrichtung (42) anhand der erfassten Schnittlänge und des Abstandes.

Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, die tatsächliche Schnittlänge des Ernteguts durch einen stromab der Häckseltrommel mit dem Erntegut zusammenwirkenden Sensor zu erfassen.

In dieser Schnittlänge ist eine Information über die aktuelle Fördergeschwindigkeit des Ernteguts stromauf der Häckseltrommel und somit auch über den jeweils wirkenden Schlupf zwischen der Erntegutmatte und den Vorpresswalzen enthalten.

Eine Information hinsichtlich der Fördergeschwindigkeit bzw. des Schlupfes wird somit nicht durch einen eingegebenen Parameter, der nicht immer richtig sein muss, berechnet bzw. anhand gemessener Ernteguteigenschaften abgeschätzt, sondern in Form der tatsächlichen Schnittlänge gemessen. Hierauf basierend und anhand des gemessenen Abstands zwischen den Vorpresswalzen wird der Durchsatz errechnet.

5 Die tatsächliche Schnittlänge kann mittels einer Bildverarbeitung ermittelt werden, der ein Signal einer stromab der Häckseltrommel auf das Erntegut blickenden Kamera zugeführt wird.

Die Bildverarbeitung kann eine Schnittlängenverteilung der Partikel des geschnittenen Ernteguts erkennen.

Beispielsweise kann der Durchsatz Dvol anhand der Gleichung Dvol = b*a* fHT*n*1 berechnet werden, wobei b die Breite der Vorpresswalzen, a deren Abstand, fHT die Drehzahl der Häckseltrommel, n die Anzahl der um den Umfang der Häckseltrommel verteilten Messer und 1 die Schnittlänge ist. Es kann noch ein Korrekturfaktor vorgesehen sein, um eventuelle andere Fehler, z.B. Nichtlinearitäten der Federn, auszugleichen.

Der Durchsatz kann, ggf. nach Multiplikation mit einer (sensorisch, z.B. bei einem Kalibriervorgang, erfassten oder eingegebenen) Massendichte p georeferenziert abgespeichert werden und/oder zur Kontrolle eines Überladevorgangs (d.h. zu erkennen, wenn eine andere Stelle des Transportfahrzeugs mit Erntegut zu beladen ist oder wenn es komplett gefüllt ist) dienen und/oder zur Steuerung der Zugabe eines Siliermittels verwendet und/oder zur Kontrolle der Vortriebsgeschwindigkeit der Erntemaschine verwendet werden.

Die Erntemaschine ist insbesondere ein Feldhäcksler, bei welchem der Sensor den Abstand zwischen durch eine von einer Feder und/oder einem Hydraulikzylinder gegeneinander vorgespannten Vorpresswalzen erfasst, zwischen denen das Erntegut hindurchgeführt wird.

Ausführungsbeispiel In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Feldhäcksler in einer schematischen Seitenansicht, und Fig. 2 ein Flussdiagramm, nach dem eine elektronische Steuereinheit des Feldhäckslers arbeitet.

Ein in der Figur 1 gezeigter selbstfahrender Feldhäcksler 10 baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von angetriebenen vorderen Rädern 14 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 16 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus ein zur Ernte stängelartiger Pflanzen geeigneter Erntevorsatz 20 einsehbar ist. Mittels des Erntevorsatzes 20, der in der dargestellten Ausführungsform ein reihenunabhängig arbeitendes Maisgebiss ist, vom Boden aufgenommenes Gut, z. B. Mais, Getreide oder dergleichen, wird durch in einem Einzugszusammenbau 36 angeordnete, obere Vorpresswalzen 30 und untere Vorpresswalzen 32 einer Häckseltrommel 22 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einer Fördervorrichtung 24 aufgibt. Das Gut verlässt den Feldhäcksler 10 zu einem nebenher fahrenden Anhänger über eine in ihrer Position verstellbare Austrageinrichtung

26. Zwischen der Häckseltrommel 22 und der Fördervorrichtung 24 erstreckt sich ein Konditionierwalzenzusammenbau 28, durch die das zu fördernde Gut der Fördervorrichtung 24 tangential zugeführt wird. Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben — wenn nicht anders erwähnt -, wie vorn, hinten, links und rechts auf die Vorwärtsrichtung V des Feldhäckslers 10, die in der Figur 1 von rechts nach links verläuft. Der Feldhäcksler 10 umfasst eine elektronische Steuereinrichtung 42, die mit einem Speicher 60, einer Bedienerschnittstelle 58 mit einer Anzeige und Eingabemitteln und einem Sensor 44 verbunden ist, welcher den Volumendurchsatz des

Ernteguts durch den Feldhäcksler erfasst.

Der Sensor 44 ist über ein flexibles Element 46, z.B. ein Seil, mit der rückwärtigen oberen Vorpresswalze 30 mechanisch verbunden.

Das flexible Element 46 ist dazu um eine Umlenkrolle 48 geführt, die jedoch auch entfallen könnte.

Die oberen Vorpresswalzen 30 sind an beiden Enden jeweils an einer Schwinge 52 abgestützt, die durch eine Feder 50 nach unten vorgespannt ist.

Die Steuereinrichtung 42 ist zudem mit einem Antrieb 54 der Vorpresswalzen 30, 32 und einem Drehzahlsensor 56 zur Erfassung der Drehzahl der Häckseltrommel 22 verbunden, sowie einer Positionsbestimmungseinrichtung 62 zum Empfang von Signalen von Satelliten eines Positionsbestimmungssystems wie GPS, Glonass und/oder Galileo.

Es wird nun auf die Figur 2 verwiesen, in welcher der Betrieb der elektronischen Steuereinheit 42 beim Erntebetrieb dargestellt ist.

Nach dem Start im Schritt 100 wird im Schritt 102 die aktuelle Schnittlänge des gehäckselten Ernteguts erfasst.

Hierzu wird die elektronische Steuereinrichtung 42 (oder eine davon räumlich und/oder elektrisch getrennte Bildverarbeitung) mit einem Bildsignal von einer auf das gehäckselte, durch eine Beleuchtungseinrichtung 64 beleuchtete Erntegut blickenden Kamera 66 beaufschlagt.

Die Kamera 66 und die Beleuchtungseinrichtung 64 sind an der Oberseite des Auswurfkrümmers 26 in einem Gehäuse 68 angeordnet und blicken durch eine transparente Scheibe (nicht gezeigt), die in eine Öffnung an der Oberseite des Auswurfkrümmers 26 eingelassen ist, auf das Erntegut.

Die Steuereinrichtung 42 oder die Bildverarbeitung erkennen einzelne Erntegutpartikel in dem Bild und erfassen (in der Regel anhand mehrerer Bilder) eine Schnittlängenverteilung, wie es an sich aus EP 1 671 530 A1, EP 2 098 109 Al und EP 3 646 703 A1 bekannt ist.

Es können somit nach einer Vorverarbeitung einzelne Partikel identifiziert und deren Länge gemessen werden, oder man verwendet ein selbstlernendes System wie z.B. ein neuronales Netzwerk bzw. ein so genanntes Deep Learning-Verfahren, dem Bilder von Erntegut und die zugehörigen, bekannten Schnittlängenverteilungen zugeführt werden, um das gelernte Wissen auf unbekannte Bilder anzuwenden, wie es im Stand der Technik an sich bekannt ist.

Nach dem Schritt 102 ist somit die Schnittlängenverteilung und eine (vgl. EP 1 671 530 Al oder EP 2 098 109 A1) daraus abgeleitete, aktuelle Schnittlänge des Ernteguts bekannt. Hierbei kann die maximale, mittlere (Median) oder durchschnittliche Schnittlänge als gemessene Schnittlänge für die folgenden Schritte 104 und 106 verwendet werden. Es folgt der Schritt 104, in dem die Steuereinrichtung 42 eine vom Schlupf des Ernteguts gegenüber den Vorpresswalzen 30, 32 abhängige Größe berechnet. Hier kann beispielsweise berechnet werden, mit welcher Geschwindigkeit vist (gemessen in m/s) das Erntegut der Häckseltrommel 22 zugeführt wird, denn anhand der gemessenen Schnittlänge | (gemessen in m), der anhand des Signals des Drehzahlsensors 56 bekannten Drehzahl fHT (gemessen in 1/s) der Häckseltrommel 22 und der Anzahl n der um den Umfang der Häckseltrommel verteilten Messer der Häckseltrommel 22 kann die Geschwindigkeit vist berechnet werden: vist = fHT*n*1 (1). Da die Fördergeschwindigkeit vVPW der oberen, rückwärtigen Vorpresswalze 30 sich aus deren Durchmesser d und Drehzahl fVPW (die durch einen weiteren Drehzahlsensor erfasst werden kann, der in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist, oder anhand von dem Antrieb 54 zugeführter Kontrollsignale ermittelt werden kann, s. EP 2 204 083 A1) berechnen lässt: vVPW = a*d*fVPW (2), kann der Schlupf n anhand der Gleichungen (1) und (2) berechnet werden: n = vist/vVPW = fHT*n*1/(x*d*fVPW) (3).

Schließlich folgt der Schritt 106, in dem der aktuelle Durchsatz berechnet und anhand der mit der Positionsbestimmungseinrichtung 62 erfassten Position georeferenziert abgespeichert und/oder für Kontrollzwecke, z.B. zur Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des Feldhäckslers 10 und/oder zur Zugabe eines Siliermittels und/oder zur Kontrolle des Überladens des Ernteguts verwendet wird. Hier kann in an sich bekannter Weise der Volumen-Durchsatz Dvol anhand der bekannten, in der IO Steuereinrichtung 42 abgespeicherten Breite b der Vorpresswalzen 30, des mit dem Sensor 44 erfassten Abstands a zwischen der unteren und oberen rückwärtigen Vorpresswalzen 30, 32 und der Drehzahl fVPW und des Durchmessers d der oberen rückwärtigen Vorpresswalze 30 berechnet werden: Dvol = b*a* vVPW*n = b*a*n*a* d*fVPW (4), wobei n anhand der Gleichung (3) berechnet wird.

Auf den Schritt 106 folgt wieder der Schritt 102.

Es bleibt noch anzumerken, dass man die Gleichung (3) in die Gleichung (4) einsetzen kann und somit den Schlupf nicht explizit berechnen muss (x*d*fVPW kürzen sich heraus); der Schritt 104 würde dann entfallen: Dvol = b*a*fHT*n*1 (5). Letztlich kann der Massendurchsatz Dm durch Multiplizieren von Dvol mit der Massendichte p berechnet und für die oben erwähnten Zwecke verwendet werden. Die Massendichte p kann in üblicher Weise anhand einer Wägung eines Transportbehälters und der oben diskutierten Messung und Hochintegrieren des zugehörigen Volumendurchsatzes bestimmt werden. Die gemessene Schnittlänge kann zusätzlich zur Nachregulierung der Geschwindigkeit des Antriebs

54 der Vorpresswalzen 30, 32 genutzt werden, um die tatsächliche Schnittlänge an eine vorgegebene Schnittlänge anzupassen.

Schritte der Figur 2 100 Start 102 Schnittlänge 104 Schlupf oder abh.

Größe 106 Durchsatz

Claims (7)

Noel 11 BE2022/0008 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine (10), in der Erntegut durch Vorpresswalzen (30, 32) einer mit Messern besetzten Häckseltrommel (22) zugeführt wird, mit folgenden, durch eine elektronische Steuereinrichtung (42) durchgeführten Schritten: - Erfassen einer tatsächlichen Schnittlänge des Ernteguts stromab der Häckseltrommel (22) mit dem Erntegut zusammenwirkenden Sensor ; - Erfassen des Abstandes zwischen zusammen wirkenden Vorpresswalzen (30, 32) mittels eines Sensors (44), und - Berechnen des Durchsatzes durch die Steuerinrichtung (42) anhand der erfassten Schnittlänge und des Abstandes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die tatsächliche Schnittlänge mittels einer Bildverarbeitung ermittelt wird, der ein Signal einer stromab der Häckseltrommel (22) auf das Erntegut blickenden Kamera (66) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bildverarbeitung eine Schnittlängenverteilung der Partikel des geschnittenen Ernteguts erkennt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Durchsatz Dvol anhand der Gleichung Dvol = b*a* fHT*n*1 berechnet wird, und b die Breite der Vorpresswalzen (30, 32), a deren Abstand, fHT die Drehzahl der Häckseltrommel (22), n die Anzahl der um den Umfang der Häckseltrommel (22) verteilten Messer und I die Schnittlänge ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Durchsatz georeferenziert abgespeichert wird und/oder zur Kontrolle eines Überladevorgangs dient und/oder zur Steuerung der Zugabe eines Siliermittels verwendet und/oder zur Kontrolle der Vortriebsgeschwindigkeit der Erntemaschine verwendet wird.

6. Anordnung zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine (10), die konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.

7. Erntemaschine (10) mit einer Anordnung nach Anspruch 6.