DE10315226B4

DE10315226B4 - Erntemaschine mit Mähwerk und Verfahren zur lokal diskreten Erfassung des Ertrages von Futterpflanzen

Info

Publication number: DE10315226B4
Application number: DE2003115226
Authority: DE
Inventors: Karl Prof. Dr. Wild; Sieghart Dipl.-Ing. Haedicke
Original assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Current assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: DE10315226A1

Abstract

Erntemaschine mit mindestens einem Mähwerk zur lokal diskreten Erfassung des Ertrages von Futterpflanzen, die als Schnittgut vorliegen, mit einem Positionsbestimmungssystem und einem Bandförderer für das Schnittgut, der mit sich periodisch verändernder Geschwindigkeit angetrieben und im Anschluss an das Mähwerk angeordnet ist, wobei eine elektronische Auswerte- und/oder Speichereinheit zur ortsaufgelösten Erfassung des mittels Sensorelementen erfassten Antriebsdrehmomentes und/oder der Antriebsleistung für den Bandförderer vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Erntemaschine mit mindestens einem Mähwerk zur lokal diskreten Erfassung des Ertrages von Futterpflanzen, die als Schnittgut vorliegen nach Anspruch 1, sowie ein Verfahren zu lokal diskreten Erfassung von Futterpflanzen, die als Schnittgut vorliegen, nach Anspruch 14.

In der modernen Agrartechnik steigen die Anforderungen stetig, was insbesondere die Kosten und die unerwünschte Beeinträchtigung der Umwelt betrifft. Dementsprechend werden seit längerem die verschiedensten Versuche unternommen, die Ernteerträge flächenspezifisch, also lokal diskret bestimmen zu können, so dass ein nachfolgend erforderlicher Einsatz von Pflanzenschutz- und Düngemitteln auf bestimmten Ernteflächenbereichen nach erfolgtem Ernte- und Erfassungsprozess festge legt werden kann.

Solche Systeme sind für die verschiedenen Erntemaschinen an sich bekannt. So werden solche Ertragserfassungssysteme bei Körner- oder Hackfrüchten bereits eingesetzt. Bei diesen Fruchtarten ist eine Ertragserfassung aufgrund der physikalischen und mechanischen Eigenschaften der geernteten Früchte nur mit geringen Schwierigkeiten verbunden, so dass hierzu geeignete technische Lösungen relativ einfach realisierbar sind.

Insbesondere bei Futterpflanzen, die mit den verschiedensten Arten von Mähwerken geerntet werden können, ergeben sich aber bei der entsprechenden Erfassung erhebliche Probleme, da diese Pflanzenarten sich von den vorab genannten Erntefrüchten deutlich unterscheiden.

So wurden in Verbindung mit Mähwerken Versuche unternommen, die Ertragsbestimmung mittels unmittelbar an Mähwerken angeordneter Sensorik bestimmen zu können. Dabei ergaben sich aber sehr große Fehler infolge der sich zeitlich verändernden Schärfe an Mähwerksmessern oder auch infolge unterschiedlicher Wachstumsverhältnisse an zu erntenden Futterpflanzen. So nimmt beispielsweise mit zunehmendem Alter solcher Futterpflanzen der Ligninanteil zu. Diese und auch noch weitere sich über einen bestimmten Zeitraum mehr oder weniger regel- oder unregelmäßig ändernde Einflussgrößen führen dazu, dass entweder erhöhte Fehler bei der Ertragserfassung in Kauf genommen oder häufig Kalibrierungen durchgeführt werden müssen.

Im Falle der Messung von mit Mähwerken geerntetem Schnittgut durch Bestimmung der jeweiligen Schnitt gutmasse unmittelbar beim Ernteprozess, können Messfehler nicht ausgeschlossen werden. Diese werden insbesondere durch auf eine solche Massemessvorrichtung wirkenden Kräfte und Beschleunigungen hervorgerufen, da zumindest Komponenten solcher Stöße und Schwingungen auf eine entsprechend eingesetzte Massesensortechnik wirken und diese Fehlerquellen unregelmäßig auftreten, so dass ein Kompensation durch elektronische Filterung eigentlich nicht zum Ziel führt und Messfehler bei der Ertragsermittlung von ± 10% nicht vermieden werden können. Eine solche Fehlertoleranzbreite ist aber für praktische Anwendungen nicht akzeptabel.

Des Weiteren ist aus der DE 199 58 318 A1 eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ernteertrages beim Ernten bzw. Roden von Wurzelfrüchten, beispielsweise Zuckerrüben sowie ein entsprechend geeignetes Erntefahrzeug bekannt. Dabei wird ein Aufwärtsförderer für die Wurzelfrüchte, der von wenigstens einem Förderelement gebildet ist und einen Förderabschnitt aufweist, eingesetzt. Dieser soll wenigstens eine vertikale Komponente aufweisen. Mit eingesetzter Sensortechnik soll dann die Masse von Wurzelfrüchten in einem Förderabschnitt bestimmt werden.

In der DE 195 14 223 A1 ist ein Verfahren zur Einsatzoptimierung von Landmaschinen beschrieben. Dabei soll ein Leitrechner, der telemetrische Daten mit Bordrechnern von landwirtschaftlichen Maschinen und Geräten austauscht, eingesetzt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unmittelbar beim Ernteprozess den Ertrag von Futterpflanzen in Form von Schnittgut lokal diskret erfassen zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Erntemaschine, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist sowie einem Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.

An der erfindungsgemäßen Erntemaschine ist mindestens ein Mähwerk sowie ein Positionsbestimmungssystem, bevorzugt ein DGPS vorhanden, um den Ertrag von Futterpflanzen als Schnittgut lokal diskret auf bestimmten Ernteflächenbereichen bestimmen zu können.
Des Weiteren ist im Anschluss an das eine oder auch die mehreren Mähwerk(e) mindestens ein Bandförderer für das Schnittgut vorhanden, mit dem dieses über eine vorgebbare Länge translatorisch bewegt werden kann. Dabei werden mittels Sensorelementen das Antriebs drehmoment und/oder die Antriebsleistung des Bandförderers ortsaufgelöst erfasst und diese Messwerte in eine elektronische Auswerte- und/oder Speichereinheit transferiert.
Entscheidend dabei ist, dass der Bandförderer für Futterpflanzen, als Schnittgut, nicht mit konstanter Geschwindigkeit betrieben wird. Es können genauere und repräsentativere Messergebnisse erzielt werden, wenn der Bandförderer mit sich verändernder Geschwindigkeit angetrieben wird. Dabei sollte sich die Geschwindigkeit möglichst periodisch in bekannter Form verändern lassen.
Dementsprechend wird der Bandförderer in bekannter Form beschleunigt, so dass sich die Geschwindigkeit entsprechend erhöht und verringert ist.
Daraus ergibt sich ein entsprechender zeitlicher Verlauf des für den Antrieb des Bandförderers erforderlichen Antriebsdrehmomentes und dementsprechend natürlich auch der Antriebsleistung. Wird nun der Bandförderer zusätzlich mit Futterpflanzen belastet, wird je nach Futterpflanzenmasse auch das jeweils erforderliche Antriebsdrehmoment oder die Antriebsleistung insbesondere in Phasen positiver Beschleunigung vom hierfür zusätzlich erforderlichen Antriebsmoment oder der entsprechenden Antriebsleistung überlagert und es können signifikantere Messwerte erfasst werden.
Die so ortsaufgelöst ermittelten Antriebsdrehmomente oder auch Antriebsleistungen des Bandförderers werden von der jeweiligen mit dem Bandförderer zu bewegenden Schnittgutmasse beeinflusst, so dass entsprechend erhöhte Messwerte für Drehmoment oder Leistung bei entsprechend erhöhten Massen von Schnittgut, also auch einem erhöhten Ertrag der geernteten Futterpflanzen, ermittelt werden können.
Es besteht die Möglichkeit die Messwerte für Antriebsdrehmoment und/oder Antriebsleistung zugeordnet zu jeweiligen Positionskoordinaten unmittelbar in einer elektronischen Speichereinheit temporär zu speichern, die wiederum nachträglich ausgelesen und in einer externen elektronischen Auswerteeinheit ausgewertet werden können. Das Auslesen eines solchen elektronischen Speichers kann auch drahtlos erfolgen.
Die Auswertung der ortsaufgelöst erfassten Messwerte kann aber auch unmittelbar in einer entsprechend ausgebildeten elektronischen Speicher- und Auswerteeinheit an der Erntemaschine durchgeführt werden.
Da eine direkte Erfassung des Ertrages, also die Masse an geernteten Futterpflanzen zu jeweiliger Flächeneinheit, in der Regel nicht immer direkt bestimmt werden kann, ist es häufig erforderlich und günstig, die geerntete Futterpflanzenmasse, also den Ertrag, für eine gesamte große Erntefläche im Nachgang zu bestimmen und die erfassten Messwerte für Antriebsdrehmoment und/oder Antriebsleistung des Bandförderers für die unterschiedlichen lokalen kleineren Ernteflächen in Bezug zur Gesamtmasse zu setzen und daraus die lokal diskrete geerntete Futterpflanzenmasse zu bestimmen.
Bei der erfindungsgemäßen Erntemaschine kann der Antrieb für den jeweiligen Bandförderer hydraulisch erfolgen.
In diesen Fällen können Antriebsdrehmoment oder Antriebsleistung mit mindestens einem Drucksensor in einer Hydraulikleitung des Antriebes für einen Bandförderer bestimmt werden.
Günstiger ist es jedoch eine Druckabfallbestimmung im Hydraulikkreis eines hydraulischen Antriebes des Bandförderers vorzunehmen. So kann mit Drucksensoren vor und nach einem Hydraulikmotor der Druckabfall bzw. die jeweilige momentane Druckdifferenz gemessen und daraus Antriebsdrehmoment oder Antriebsleistung bestimmt werden.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Bandförderer mit mindestens einem Elektromotor anzutreiben.
In diesen Fällen kann beispielsweise die elektrische Leistung, als Maß für die Antriebsleistung, für den Bandförderer bestimmt werden. Daraus kann bei an sich bekannten mechanischen Verhältnissen auch das Antriebsdrehmoment bestimmt werden.
Bei elektromotorischem Antrieb des Bandförderers kann aber auch das Drehmoment unmittelbar mit geeigneter Sensorik an mindestens einer Antriebswelle des Bandförderers ermittelt werden. Eine solche Lösung kann aber auch bei hydraulischem Antrieb des Bandförderers eingesetzt werden.
Die Bestimmung von Antriebsdrehmomenten für den Bandförderer kann auch vorteilhaft mittels einer Drehmomentenmesswelle durchgeführt werden.
Da auch der Neigungswinkel des Bandförderers gegenüber der Horizontalen und hier insbesondere in Förderrichtung des Bandförderers Vorteile hat, ist es vorteilhaft zur Kompensation von ermittelten Antriebsdrehmomenten oder Antriebsleistungsmesswerten auf gegenüber der Horizontalen geneigten Ernteflächen mindestens einen Neigungssensor vorzusehen, so dass durch entsprechende Neigungen des Bandförderers hervorgerufene erhöhte oder erniedrigte Antriebsdrehmomente oder Antriebsleistungen durch den so ermittelten Neigungswinkel des Bandförderers berücksichtigt werden können.
Die erfindungsgemäße Erntemaschine kann auch dadurch weiter gebildet werden, dass Geschwindigkeitsmesstechnik für das mit dem Bandförderer geförderten Schnittgut vorhanden sind. So kann die Geschwindigkeit des mit dem Bandförderer geförderten Schnittgutes mittels Radargeschwindigkeitssensoren ermittelt und bei der Ertragsbestimmung berücksichtigt werden.
Diese wechselnden Beschleunigungen und Geschwindigkeiten am Bandförderer können mit geeigneten elektronischen Steuerungen erreicht werden.
Mähwerk und Bandförderer sollten möglichst so zueinander angeordnet sein, dass die Futterpflanzen gegebenenfalls mit Hilfe eines Aufbereiters von oben auf den Bandförderer fallen.
Der Bandförderer kann an einer Erntemaschine angeordnet sein, so dass der Bandförderer mit der Fahrtrichtung der Erntemaschine parallel zueinander ausgerichtet ist.
Bei Erntemaschinen, die bereits mit einem Schwadleger ausgestattet sind, besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Lösung in Verbindung mit einem solchen Schwadleger einzusetzen.
Mit am Bandförderer vorhanden optischen und/oder Schallsensoren kann ermittelt werden, ob Futterpflanzen als Schnittgut mit dem Bandförderer gefördert werden oder ein Leerbetrieb des Bandförderers erfolgt.
In Phasen, in denen das Mähwerk inaktiv ist, also keine Futterpflanzen geerntet werden, besteht die Möglichkeit, Kalibrierläufe für die Sensorik durchführen zu können. Auch bei solchen Kalibrierungen ist der Betrieb des Bandförderers mit wechselnden Geschwindigkeiten, gemäß der Erfindung, günstig.

Claims

Erntemaschine mit mindestens einem Mähwerk zur lokal diskreten Erfassung des Ertrages von Futterpflanzen, die als Schnittgut vorliegen, mit einem Positionsbestimmungssystem und einem Bandförderer für das Schnittgut, der mit sich periodisch verändernder Geschwindigkeit angetrieben und im Anschluss an das Mähwerk angeordnet ist, wobei eine elektronische Auswerte- und/oder Speichereinheit zur ortsaufgelösten Erfassung des mittels Sensorelementen erfassten Antriebsdrehmomentes und/oder der Antriebsleistung für den Bandförderer vorhanden ist.
Erntemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Bandförderers hydraulisch erfolgt.
Erntemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Antriebsdrehmoment/-leistung mittels mindestens eines Drucksensors in einer Hydraulikleitung des Antriebes für den Bandförderer bestimmbar ist.
Erntemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Drucksensoren der Druckabfall vor und nach einem Hydraulikmotor für den Antrieb des Bandförderers gemessen und so das/die Antriebsdrehmoment/-leistung bestimmbar ist.
Erntemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer mit mindestens einem Elektromotor, dessen elektrische Leistung messbar ist, angetrieben ist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Bandförderer mindestens eine Drehmomentenmesswelle vorhanden ist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungssensor an die elektronische Auswerte- und/oder Speichereinheit angeschlossen ist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Bandförderer Geschwindigkeitsmesstechnik für die Bestimmung der Geschwindigkeit des Schnittgutes vorhanden ist.
Erntemaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Bandförderer Radargeschwindigkeitssensoren vorhanden sind.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Bandförderers elektrisch gesteuert ist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer parallel zur Fahrtrichtung der Erntemaschine ausgerichtet ist.
Erntemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer ein Schwadleger ist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Bandförderer ein optischer und/oder Schallsensor vorhanden ist/sind.
Verfahren zur lokaldiskreten Erfassung des Ertrages von Futterpflanzen, die als Schnittgut vorliegen, unter Verwendung einer mit mindestens einem Mähwerk ausgestatteten Erntemaschine, bei dem das Schnittgut auf einen mit sich periodisch verändernder Beschleunigung angetriebenen Bandförderer gelangt und sich mit diesem translatorisch bewegt, wobei das/die Antriebsdrehmoment/-Leistung des Bandförderers bestimmt und mit hierzu zeitgleich erfassten Positionskoordinaten einer elektronischen Auswerte- und/oder Speichereinheit zugeführt und so der relative Ertrag ortsaufgelöst in Bezug zur jeweiligen Erntefläche bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel des Bandförderers in Förderrichtung bestimmt und bei der Ertragserfassung berücksichtigt wird.