AT528304A4

AT528304A4 - Vorrichtung und verfahren zur erhöhung der betriebssicherheit eines fällkopfs

Info

Publication number: AT528304A4
Application number: ATA50843/2024A
Authority: AT
Original assignee: Werner Steininger
Priority date: 2024-10-22
Filing date: 2024-10-22
Publication date: 2025-12-15
Also published as: AT528304B1; WO2026087189A1

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Holzernte mit einem hydraulisch gesteuerten Fällkopf (1), der eine Greifer- und Sägeeinheit umfasst, wobei die Greifer- und Sägeeinheit zwei schwenkbare Greiferarme (4) für Erntegut (2) und ein Schneidelement (6) zum Durchtrennen des Ernteguts (2) aufweist, wobei durch Druckbeaufschlagung einer ersten Hydraulikleitung (12a) die Greiferarme (4) in einen Öffnungszustand verschwenkbar sind, und durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Hydraulikleitung (12b) die Greiferarme (4) in einen Schließzustand verschwenkbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass der Fällkopf (1) mit einem Öffnungsweitensensor (19) versehen ist, und ein Drucksensor (15) in der zweiten Hydraulikleitung (12b) angeordnet ist, wobei der Öffnungsweitensensor (19) und der Drucksensor (15) mit einer Steuerung (13) verbunden sind, die ausgelegt ist einen Schließzustand durch Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwerts (Gp ) durch den vom Drucksensor (15) gemessenen Druck (p) zu detektieren und bei gleichzeitiger Detektierung eines Überschreitens des vorgegebenen oberen Grenzwerts (Gw) der Öffnungsweite (W) im Schließzustand ein Warnsignal zu generieren.

Description

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Holzernte mit einem hydraulisch gesteuerten Fällkopf, der am Auslegerarm eines Fahrzeuges befestigbar ist und eine Greifer- und Sägeeinheit umfasst, wobei die Greifer- und Sägeeinheit zumindest ein hydraulisch betätigbares Greiferpaar zweier schwenkbarer Greiferarme für Erntegut und ein Schneidelement zum Durchtrennen des Ernteguts aufweist, wobei durch Druckbeaufschlagung einer ersten Hydraulikleitung die Greiferarme der Greifer- und Sägeeinheit in einen Öffnungszustand mit maximaler Öffnungsweite verschwenkbar sind, und durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Hydraulikleitung die Greiferarme in einen Schließzustand mit erntegutabhängiger minimaler Öffnungsweite verschwenkbar sind, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit eines hydraulisch gesteuerten und am Auslegerarm eines Fahrzeuges befestigbaren Fällkopfs mit einer Greifer- und Sägeeinheit für Erntegut, wobei der Betrieb des Fällkopfs ein Verschwenken von zumindest einem Greiferpaar zweier hydraulisch schwenkbarer Greiferarme der Greifer- und Sägeeinheit durch Druckbeaufschlagung einer ersten Hydraulikleitung in einen Öffnungszustand mit maximaler Öffnungsweite vorsieht, sowie ein Verschwenken der Greiferarme durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Hydraulikleitung in einen Schließzustand mit erntegutabhängiger minimaler Öffnungsweite vorsieht, sowie ein Durchtrennen des Ernteguts im Schließzustand der Greiferarme durch Aktivierung eines Schneidelements der Greifer- und Sägeeinheit, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5.

[0002] Vorrichtungen der genannten Art werden für die Holzernte verwendet, wobei eine Bedienperson vom Fahrzeug aus einen Auslegerarm so steuert, dass an einer Greifer- und Sägeeinheit angeordnete Greiferarme das Erntegut wie beispielsweise einen Baumstamm umfassen, wobei in weiterer Folge über eine entsprechende Hydraulik über die eingangs genannte zweite Hydraulikleitung und einen ersten Hydraulikzylinder ein Schließdruck auf die Greiferarme ausgeübt wird, die über eine zangenartige Bewegung den Baumstamm relativ zum Auslegerarm fixieren. Nach der Fixierung des Baumstammes kann das Schneidelement mithilfe eines zweiten Hydraulikzylinders so verschwenkt werden, dass der Baumstamm durchtrennt wird. Das Schneidelement ist beispielsweise als Kettensäge ausgeführt und in der Regel in einem Sägekasten schwenkbar gelagert, wobei es mithilfe eines im Sägekasten angeordneten Hydraulikmotors in Betrieb gesetzt und mithilfe eines hydraulisch betätigten Schwenkantriebes aus dem Sägekasten ausgeschwenkt werden kann, um einen von den Greiferarmen gehaltenen Baumstamm in einem unterhalb der Greiferarme liegenden Bereich zu durchtrennen. Nach dem Durchtrennen des Baumstammes kann die Greifer- und Sägeeinheit zumeist mithilfe einer Kippvorrichtung so verschwenkt werden, dass die Greiferarme von ihrer Schneidstellung, bei der die Greiferarme im Wesentlichen horizontal orientiert sind und ihre Greiferschwenkachsen entsprechend vertikal, in eine Ablagestellung gebracht werden, in der die Greiferarme im Wesentlichen vertikal orientiert sind und ihre Greiferschwenkachsen entsprechend horizontal. Der abgetrennte Baumstamm kann in weiterer Folge durch entsprechende Ansteuerung des Auslegerarmes abgelegt werden, wobei über die eingangs genannte erste Hydraulikleitung und eine entsprechend rückstellende Bewegung des ersten Hydraulikzylinders die Greiferarme geöffnet werden um den abgetrennten Baumstamm freizugeben.

[0003] Ein sicherer Betrieb einer gattungsgemäßen Vorrichtung sieht somit das Öffnen und sichere Umschließen eines Baumstammes mit den Greiferarmen vor, das Durchtrennen des Baumstammes und das sichere Ablegen des durchtrennten Baumstammes. Diese Vorgänge werden von einer Bedienperson mithilfe hydraulischer Systeme bewerkstelligt, was entsprechende Erfahrung voraussetzt. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass der abgetrennte Baumstamm ausreichend sicher im Fällkopf gehalten wird, sodass er nach dem Durchtrennen und während des gesamten Ablegevorganges nicht den Greiferarmen entgleitet und aus dem Fällkopf rutscht. Das wird in der Praxis vor allem durch Sichtkontrolle bewerkstelligt. Mitunter ist eine zuverlässige Beurteilung einer Betriebssituation aber schwierig, vor allem wenn bei Arbeiten in den Baumkronen der direkte Sichtkontakt beeinträchtigt ist. So kann es zu Situationen kommen, bei denen es der Bedienperson scheint den Baumstamm mit dem Greifer sicher umschlossen zu halten, und dennoch rutscht der abgetrennte Baumstamm nach dem Durchtrennen unkontrolliert aus dem Fäll-

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kopf. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn im Arbeitsbereich des Fällkopfes Vergabelungen im Stamm- oder Astbereich vorliegen, die beim Ansetzen des Fällkopfes an den Baum und beim Schließen der Greifer den Eindruck eines sicheren Halts erwecken, aber tatsächlich keinen sicheren Halt bieten. Diese Fehleinschätzungen führen immer wieder zu gefährlichen Situationen, die die Betriebssicherheit der Holzernte gefährden. Die Montage von Kameras am Fällkopf hat sich als wenig zweckmäßig erwiesen, weil der Sichtbereich der Kamera bei Arbeiten in den Baumkronen zumeist verdeckt ist und der Betrieb der Kamera zudem eine Stromversorgung am Fällkopf sowie Strom- und Datenleitungen und Displays beispielsweise in einer Bedienkanzel des Fahrzeuges erfordert, deren praktische Umsetzung viel zu aufwändig wäre.

[0004] Es besteht daher das Ziel der Erfindung darin eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Holzernte mit einem hydraulisch gesteuerten Fällkopf zu verwirklichen, die die Betriebssicherheit der Holzernte verbessern, den technischen Aufwand aber kaum erhöhen.

[0005] Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 verwirklicht. Anspruch 1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Holzernte mit einem hydraulisch gesteuerten Fällkopf, der am Auslegerarm eines Fahrzeuges befestigbar ist und eine Greifer-und Sägeeinheit umfasst, wobei die Greifer- und Sägeeinheit zumindest ein hydraulisch betätigbares Greiferpaar zweier schwenkbarer Greiferarme für Erntegut und ein Schneidelement zum Durchtrennen des Ernteguts aufweist, wobei durch Druckbeaufschlagung einer ersten Hydraulikleitung die Greiferarme der Greifer- und Sägeeinheit in einen Öffnungszustand mit maximaler Öffnungsweite verschwenkbar sind, und durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Hydraulikleitung die Greiferarme in einen Schließzustand mit erntegutabhängiger minimaler Öffnungsweite verschwenkbar sind. Erfindungsgemäß wird hierbei vorgeschlagen, dass der Fällkopf mit einem Öffnungsweitensensor für das Greiferpaar zum Detekieren einer Überschreitung eines vorgegebenen oberen Grenzwerts einer mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße versehen ist, und ein Drucksensor zum Messen des hydraulischen Drucks in der zweiten Hydraulikleitung angeordnet ist, wobei der Öffnungsweitensensor und der Drucksensor mit einer Steuerung verbunden sind, die ausgelegt ist einen Schließzustand durch Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwerts durch den vom Drucksensor gemessenen Druck zu detektieren und bei gleichzeitiger Detektierung eines Überschreitens des vorgegebenen oberen Grenzwerts der mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße im Schließzustand ein erstes Warnsignal zu generieren.

[0006] Erfindungsgemäß wird somit der Fällkopf mit einem Warnsystem ausgestattet, mit dem kritische Situationen während des Betriebs des Fällkopfs automatisch erkannt und der Bedienperson über ein Warnsignal zur Kenntnis gebracht werden. Für das Vorliegen einer kritischen Situation wurde erfindungsgemäß ein praktikables Kriterium mithilfe zweier mathematischer Randbedingungen entwickelt, das einerseits kritische Situationen mit hoher Zuverlässigkeit erkennt und andererseits mit geringem technischem Aufwand überprüfbar ist. Das Kriterium beinhaltet zum einen einen vorgegebenen oberen Grenzwert für eine mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße des Greifers und zum anderen einen unteren Grenzwert für den Druck in jenem hydraulischen System, das für das Schließen des Greifers vorgesehen ist. Die mit der Öffnungsweite korrelierende Messgröße der Greiferarme gibt an wie weit der Greifer geöffnet ist und kann über verschiedene Messgrößen erfasst werden, beispielsweise über den Schwenkwinkel der Greiferarme, den Abstand der Greiferspitzen zueinander, oder den Hub der Kolbenstange jenes Hydraulikzylinders, der für das Schließen der Greiferarme vorgesehen ist. In entsprechender Weise kann es sich bei der mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße beispielsweise um den Schwenkwinkel von zumindest einem der Greiferarme handeln, und der Öffnungsweitensensor kann als ein den Schwenkwinkel von zumindest einem der Greiferarme messender Sensor ausgeführt sein, insbesondere als ein induktiver Sensor. Induktive Sensoren auf der Basis von Induktivgeber können so ausgeführt werden, dass sie keine Stromversorgung benötigen und sind daher am Fällkopf gut einsetzbar. Eine mögliche Ausführung besteht etwa darin einen Induktivgeber als Öffnungsweitensensor in einem Gehäuse der Greiferarme so anzuordnen, dass ein Greiferarm ab einem gewissen Schwenkwinkel beim Öffnen oder Schließen einen Messbereich des Induktivgebers überstreicht und damit ein Messsignal erzeugt, das somit angibt wann ein vorgegebener oberer Grenzwert für den Schwenkwinkel überschritten wird. In diesem Fall

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stellt der Schwenkwinkel die mit der Öffnungsweite korrelierende Messgröße dar, weil der Schwenkwinkel der Greiferarme mit der Öffnungsweite des Greifers korreliert. Alternativ kann freilich auch vorgesehen sein, dass der Greiferarm beim Verlassen eines Messbereiches des Induktivgebers ein Messsignal erzeugt und auf diese Weise das Überschreiten eines vorgegebenen oberen Grenzwerts für den Schwenkwinkel und somit der Öffnungsweite anzeigt.

[0007] Die Festlegung des oberen Grenzwerts für die Öffnungsweite des Greifers ist abhängig vom jeweiligen Greifer und seiner Verwendung, insbesondere von seiner Größe und der Länge seiner Greiferarme. Je größer der Greifer, desto höher wird der Absolutwert des oberen Grenzwerts für die Öffnungsweite des Greifers gewählt werden, wobei auch Erfahrungswerte in die konkrete Wahl des Grenzwerts einfließen. Praktische Erfahrungen zeigen dabei, dass praktikable Grenzwerte der mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße zumindest 60% der mit der maximalen Öffnungsweite korrelierenden Messgröße betragen.

[0008] Auch die Festlegung des unteren Grenzwerts für den Druck in jenem hydraulischen System, das für das Schließen des Greifers vorgesehen ist, ist vom jeweiligen Fällkopf abhängig. Der Druckverlauf im hydraulischen System zum Schließen eines Hydraulikzylinders für die Greiferarme eines Fällkopfs kann vereinfacht so beschrieben werden, dass bei Druckbeaufschlagung der entsprechenden Hydraulikleitung zunächst das Schließen der Greiferarme beginnt. Dieser Druckbereich hängt freilich von der Größe und Auslegung der Greifer ab und beträgt beispielsweise 30-40 bar, ist aber für die Hydraulikzylinder eines Greifers wohldefiniert und wird in weiterer Folge auch als SchlieRbereich bezeichnet. Sobald die Greiferarme beispielsweise einen Baumstamm komplett umschließen und die Öffnungsweite des Greifers kaum mehr verringert werden kann, erhöht sich der Druck in der entsprechenden Hydraulikleitung, und die Greiferarme üben zunehmenden Druck auf das Erntegut aus. In dieser Situation liegt der Schließzustand mit erntegutabhängiger minimaler Öffnungsweite der Greiferarme vor. Dieser Druckbereich wird in weiterer Folge auch als Lastbereich bezeichnet. Auch dieser Druckbereich hängt von der Größe der Greifer ab und liegt beispielsweise im Bereich von etwa 150 bar. Sobald ein sicherer Griff vorzuliegen scheint, wird das Schneidelement zum Durchtrennen des Baumstammes von der Bedienperson aktiviert.

[0009] Der untere Grenzwert für den hydraulischen Druck für das erfindungsgemäße Kriterium orientiert sich am Schließ- und Lastbereich und liegt in vorteilhafter Weise oberhalb des für das Verschwenken der Greiferarme erforderlichen Druckbereiches und unterhalb des für das Fixieren des Ernteguts erforderlichen Druckbereiches, also zwischen dem Schließ- und Lastbereich. Im oben genannten Beispiel würde der untere Grenzwert für den Druck somit im Bereich von 40-150 bar liegen. Alternativ kann der vorgegebene untere Grenzwert für den vom Drucksensor gemessenen Druck auch innerhalb des für das Fixieren des Ernteguts erforderlichen Druckbereiches liegen, im oben genannten Beispiel würde der vorgegebene untere Grenzwert für den vom Drucksensor gemessenen Druck somit beispielsweise 150 bar betragen. Die Messung des Drucks erfolgt hierfür in jenem hydraulischen System, das für das Schließen des Greifers vorgesehen ist. Es wird angemerkt, dass ein solcher Drucksensor in herkömmlicher Weise nicht vorgesehen ist. Die Anordnung eines Drucksensors ist aber technisch einfach und vermeidet den Eingriff in eine bestehende Hydrauliksteuerung. Das erfindungsgemäße System eignet sich somit auch zur Nachrüstung.

[0010] Als Erweiterung des Warnsystems wird ferner vorgeschlagen, dass die Steuerung zusätzlich ausgelegt ist eine Aktivierung des Schneidelements zu detektieren und bei Aktivierung des Schneidelements bei fehlender Detektierung des Überschreitens des vorgegebenen unteren Grenzwerts durch den vom Drucksensor gemessenen Druck ein zweites Warnsignal zu generieren. Der erfindungsgemäß vorgesehene Drucksensor wird somit auch für die Generierung eines zweiten Warnsignals herangezogen, nämlich bei Unterschreiten des vorgegebenen unteren Grenzwerts durch den vom Drucksensor in der zweiten Hydraulikleitung gemessenen hydraulischen Druck, wobei die "fehlende Detektierung des Überschreitens" des vorgegebenen unteren Grenzwerts und das "Detektieren eines Unterschreiten" des vorgegebenen unteren Grenzwerts hier und in weiterer Folge als technische Synonyme gleichgesetzt werden. Durch das zweite Warnsignal wird der Bedienperson eine kritische Betriebssituation angezeigt, bei der der Greifer

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keinen ausreichenden Druck ausübt, die Bedienperson aber dennoch das Schneidelement aktiviert. In diesem Fall droht das Abrutschen des durchtrennten Baumstammes aus dem Greifer, falls überhaupt ein Durchtrennen des Baumstammes möglich ist. Da es von der Aktivierung des Schneidelements bis zum tatsächlichen Beginn des Schneidvorganges, bei dem das Schneidelement in das Erntegut eindringt, einige Sekunden dauert, besteht für die Bedienperson beim zweiten Warnsignal noch die Möglichkeit das Schneidelement rasch wieder zu deaktivieren, bevor mit dem Eindringen in das Erntegut der Schneidvorgang begonnen hat.

[0011] Die eingangs erwähnten Ziele werden auch durch die Merkmale von Anspruch 5 verwirklicht. Anspruch 5 bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit eines hydraulisch gesteuerten und am Auslegerarm eines Fahrzeuges befestigbaren Fällkopfs mit einer Greifer- und Sägeeinheit für Erntegut, wobei der Betrieb des Fällkopfs ein Verschwenken von zumindest einem Greiferpaar zweier hydraulisch schwenkbarer Greiferarme der Greifer- und Sägeeinheit durch Druckbeaufschlagung einer ersten Hydraulikleitung in einen Öffnungszustand mit maximaler Öffnungsweite vorsieht, sowie ein Verschwenken der Greiferarme durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Hydraulikleitung in einen Schließzustand mit erntegutabhängiger minimaler Öffnungsweite vorsieht, sowie ein Durchtrennen des im Schließzustand von den Greiferarmen fixierten Ernteguts durch Aktivierung eines Schneidelements der Greifer- und Sägeeinheit. Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, dass mithilfe eines Öffnungsweitensensors für das Greiferpaar ein Überschreiten eines vorgegebenen oberen Grenzwerts einer mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße detektiert wird, und mithilfe eines Drucksensors der hydraulische Druck in der zweiten Hydraulikleitung gemessen wird, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwerts für den vom Drucksensor gemessenen Druck der Schließzustand detektiert wird, und bei gleichzeitiger Detektierung eines Überschreitens des vorgegebenen oberen Grenzwerts der mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße im Schließzustand ein erstes Warnsignal generiert wird.

[0012] Wie bereits erwähnt wurde beträgt der vorgegebene obere Grenzwert der mit der Öffnungsweite korrelierenden Messgröße vorzugsweise zumindest 60% der mit der maximalen Öffnungsweite korrelierenden Messgröße. Der vorgegebene untere Grenzwert für den vom Drucksensor gemessenen Druck liegt vorzugsweise oberhalb des für das Verschwenken der Greiferarme erforderlichen Druckbereiches und unterhalb des für das Fixieren des Ernteguts erforderlichen Druckbereiches. Im oben genannten Beispiel würde der vorgegebene untere Grenzwert für den vom Drucksensor gemessenen Druck somit im Bereich von 40- 150 bar liegen. Alternativ kann der vorgegebene untere Grenzwert für den vom Drucksensor gemessenen Druck auch innerhalb des für das Fixieren des Ernteguts erforderlichen Druckbereiches liegen. Im oben genannten Beispiel würde der vorgegebene untere Grenzwert für den vom Drucksensor gemessenen Druck beispielsweise etwa 150 bar betragen.

[0013] Das Warnsignal kann beispielsweise als optisches Warnsignal in Form einer Warnleuchte oder dergleichen in einer Bedienkanzel des Fahrzeugs ausgeführt sein. Das Warnsignal kann aber auch ein akustisches Warnsignal oder ein haptisches Warnsignal in Form eines Vibrierens eines Bedienelements der Hydraulik sein. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich zum Warnsignal eine Sperre von Betriebsfunktionen des Fällkopfs erfolgt. So kann beispielsweise zusätzlich zum Warnsignal eine Aktivierung des Schneidelements gesperrt werden. Das Schneidelement lässt sich somit nicht aktivieren, bis der Greifer geöffnet und neuerlich am Erntegut angesetzt wird. Beim Öffnen des Greifers wird nämlich die entsprechende, zweite Hydraulikleitung drucklos gesetzt, sodass der gemessene Druck unter den vorgegebenen unteren Grenzwert für den vom Drucksensor gemessenen Druck fällt und eine der Randbedingungen für das erfindungsgemäße Kriterium somit nicht mehr erfüllt ist. Das Warnsignal erlischt somit und die Sperre von Betriebsfunktionen wie beispielsweise die Sperre einer Aktivierung des Schneidelements wird aufgehoben.

[0014] Zudem kann wie bereits beschrieben vorgesehen sein, dass eine Aktivierung des Schneidelements detektiert wird und bei Aktivierung des Schneidelements bei fehlender Detektierung des Überschreitens des vorgegebenen unteren Grenzwerts durch den vom Drucksensor gemessenen Druck ein zweites Warnsignal generiert wird. Dieses zweite Warnsignal wird unabhängig

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von der Öffnungsweite des Greifers generiert und kann wie das erste Warnsignal beispielsweise als optisches Warnsignal in Form einer Warnleuchte oder dergleichen in einer Bedienkanzel des Fahrzeugs ausgeführt sein, oder auch als akustisches oder ein haptisches Warnsignal.

[0015] Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen hierbei die

[0016] Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Fällkopf mit einer Greifer- und Sägeeinheit in der Schneidstellung,

[0017] Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Fällkopf mit einer Greifer- und Sägeeinheit in der Ablagestellung,

[0018] Fig. 3a eine vergrößerte Ansicht des Fällkopfes in der Schneidstellung, [0019] Fig. 3b eine vergrößerte Ansicht des Fällkopfes in der Ablagestellung, [0020] Fig. 4a eine Darstellung der Greifer- und Sägeeinheit von oben gesehen,

[0021] Fig. 49 eine Darstellung der Greifer- und Sägeeinheit von unten gesehen, sodass das Schneidelement ersichtlich ist,

[0022] Fig. 5 eine mögliche Ausführungsform einer Hydraulikschaltung für einen erfindungsgemäßen Fällkopf, und die

[0023] Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Randbedingungen des erfindungsgemäßen Kriteriums.

[0024] Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen, um die allgemeine Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Fällkopfes zu erläutern. Die Fig. 1 zeigt dabei eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges 3 mit einem erfindungsgemäßen Fällkopf 1 mit einer Greifer- und Sägeeinheit in der Schneidstellung, und die Fig. 2 eine schematische Ansicht des Fahrzeuges 3 mit einem erfindungsgemäßen Fällkopf 1 mit einer Greifer- und Sägeeinheit in der Ablagestellung.

[0025] Der Fällkopf 1 ist an einem Auslegerarm des Fahrzeuges 3 befestigt, der von einer Bedienperson vom Fahrzeug 3 aus so gesteuert wird, dass an der Greifer- und Sägeeinheit angeordnete Greiferarme 4 (siehe Fig. 3) das Erntegut 2 wie beispielsweise einen Baumstamm umfassen. In weiterer Folge wird über eine entsprechende Hydraulik über die in der Fig. 1 und 2 ersichtliche zweite Hydraulikleitung 12b und einen ersten Hydraulikzylinder 5 (siehe Fig. 4a) ein SchlieRßdruck auf die Greiferarme 4 ausgeübt, die über eine zangenartige Bewegung den Baumstamm fixieren. Nach der Fixierung des Baumstammes kann das Schneidelement 6 (siehe Fig. 4b) mithilfe eines zweiten Hydraulikzylinders 8 so verschwenkt werden, dass der Baumstamm durchtrennt wird. Das Schneidelement 6 ist als Kettensäge ausgeführt und in der Regel in einem Sägekasten schwenkbar gelagert, wobei es mithilfe eines im Sägekasten angeordneten Hydraulikmotors 7 (siehe Fig. 4b) in Betrieb gesetzt und mithilfe des zweiten Hydraulikzylinders 8 aus dem Sägekasten ausgeschwenkt werden kann, um einen von den Greiferarmen 4 gehaltenen Baumstamm in einem unterhalb der Greiferarme 4 liegenden Bereich zu durchtrennen. Nach dem Durchtrennen des Baumstammes kann die Greifer- und Sägeeinheit mithilfe einer Kippvorrichtung 9 (siehe Fig. 3) so verschwenkt werden, dass die Greiferarme 4 von ihrer Schneidstellung gemäß Fig. 3a, bei der die Greiferarme 4 im Wesentlichen horizontal orientiert sind und ihre Greiferschwenkachsen entsprechend vertikal, in eine Ablagestellung gemäß Fig. 3b gebracht werden, in der die Greiferarme 4 im Wesentlichen vertikal orientiert sind und ihre Greiferschwenkachsen entsprechend horizontal. Der abgetrennte Baumstamm kann in weiterer Folge durch entsprechende Ansteuerung des Auslegerarmes kontrolliert abgelegt werden, wobei über die in der Fig. 1 und 2 ersichtliche erste Hydraulikleitung 12a und eine entsprechend rückstellende Bewegung des ersten Hydraulikzylinders 5 die Greiferarme 4 geöffnet werden um den abgetrennten Baumstamm freizugeben. Mithilfe der Kippvorrichtung 9 kann die Greifer-und Sägeeinheit von ihrer Ablagestellung gemäß Fig. 3b wieder in ihre Schneidstellung gemäß Fig. 3a gebracht werden.

[0026] In weiterer Folge wird anhand der Fig. 5 eine mögliche Ausführungsform einer Hydraulikschaltung für einen erfindungsgemäßen Fällkopf erläutert. Falls der Greifer geöffnet werden soll,

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wird mithilfe der ersten Hydraulikleitung 12a der erste Hydraulikzylinder 5 betätigt, und der Greifer öffnet. Die Greifer- und Sägeeinheit kann in weiterer Folge am Erntegut 2 positioniert werden.

[0027] Falls der Greifer geschlossen werden soll, wird mithilfe der zweiten Hydraulikleitung 12b der erste Hydraulikzylinder 5 betätigt, und der Greifer schließt. Der Druckverlauf in der zweiten Hydraulikleitung 12b zum Schließen des ersten Hydraulikzylinders 5 für die Greiferarme 4 ist vereinfacht in der Fig. 6 dargestellt, die sowohl den zeitlichen Verlauf von Druck p als auch Öffnungsweite W zeigt. Der gezeigte Verlauf der Öffnungsweite W spiegelt dabei den Verlauf der mit der Öffnungsweite W korrelierenden Messgröße wider. Bei Druckbeaufschlagung der zweiten Hydraulikleitung 12b beginnt zunächst das Schließen der Greiferarme 4 und die Öffnungsweite W verringert sich, bis die Greiferarme 4 beispielsweise einen Baumstamm komplett umschließen und die Öffnungsweite W des Greifers kaum mehr verringert werden kann. Dieser Druckbereich ist in der Fig. 6 als Schließbereich S eingezeichnet und ist durch den Wechsel von einer maximalen Öffnungsweite W im Öffnungszustand zu einer minimalen Öffnungsweite W im Schließzustand gekennzeichnet. Der Druckbereich für das Verschwenken der Greiferarme 4 hängt von der Größe der Greifer ab und beträgt beispielsweise 30-40 bar.

[0028] Sobald die Greiferarme 4 den Baumstamm komplett umschließen und die Öffnungsweite W des Greifers kaum mehr verringert werden kann, erhöht sich der Druck p in der zweiten Hydraulikleitung 12b, und die Greiferarme 4 üben zunehmenden Druck auf das Erntegut 2 aus. In der Fig. 6 wird ein Druckverlauf gezeigt, bei dem der Druck p schließlich nicht mehr erhöht wird, sobald ein sicherer Griff vorzuliegen scheint. Dieser Druckbereich ist in der Fig. 6 als Lastbereich L eingezeichnet und hängt ebenfalls von der Größe und Auslegung der Greifer ab. Das in der Fig. 6 eingezeichnete Druckniveau im Lastbereich L beträgt beispielsweise 150 bar.

[0029] Das erfindungsgemäße Kriterium beinhaltet nun einerseits einen vorgegebenen oberen Grenzwert Gw für eine mit der Öffnungsweite W korrelierende Messgröße der Greiferarme und andererseits einen unteren Grenzwert G, für den Druck in jenem hydraulischen System, das für das Schließen der Greiferarme 4 vorgesehen ist. Die mit der Öffnungsweite W der Greiferarme 4 korrelierende Messgröße gibt an wie weit der Greifer geöffnet ist und kann über verschiedene Messgrößen erfasst werden, beispielsweise über den Schwenkwinkel der Greiferarme 4, den Abstand der Greiferspitzen zueinander oder den Hub der Kolbenstange des ersten Hydraulikzylinders 5, der für das Schließen der Greiferarme 4 vorgesehen ist. Die Ermittlung der Öffnungsweite W erfolgt über einen am Fällkopf 1 angeordneten Öffnungsweitensensor 19 (siehe Fig. 4a). In der Fig. 4a ist ein Öffnungsweitensensor 19 ersichtlich, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Induktivgeber ausgeführt ist. Der Induktivgeber ist in einem Gehäuse der Greiferarme 4 so angeordnet, dass ein Greiferarm 4 beim Öffnen ab einem gewissen Schwenkwinkel in einen Messbereich des Induktivgebers eintritt und damit ein Messsignal erzeugt, das das Überschreiten eines vorgegebenen oberen Grenzwertes Gw für den Schwenkwinkel anzeigt. In diesem Fall stellt der Schwenkwinkel die mit der Öffnungsweite W korrelierende Messgröße dar, weil der Schwenkwinkel der Greiferarme 4 mit der Öffnungsweite W des Greifers korreliert.

[0030] Die Messung des Drucks p erfolgt über einen Drucksensor 15, der in jenem hydraulischen System angeordnet ist, das für das Schließen des Greifers vorgesehen ist, im gezeigten Ausführungsbeispiel somit in der zweiten Hydraulikleitung 12b (siehe Fig. 5). Die Messwerte vom Öffnungsweitensensor 19 und vom Drucksensor 15 werden einer Steuerung 13 übermittelt, die ausgelegt ist einen Schließzustand durch Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwerts Gp durch den vom Drucksensor 15 gemessenen Druck p zu detektieren und bei gleichzeitiger Detektierung eines Überschreitens des vorgegebenen oberen Grenzwerts G, der mit der Öffnungsweite W im Schließzustand korrelierenden Messgröße ein Warnsignal zu generieren. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 wurde der vorgegebene obere Grenzwert G, der mit der Öffnungsweite W korrelierenden Messgröße mit 60% der mit der maximalen Öffnungsweite W korrelierenden Messgröße gewählt. Für einen Greifer mit einer maximalen Öffnungsweite W von beispielsweise 1200 mm beträgt der obere Grenzwert Gw somit 720 mm. Der vorgegebene untere Grenzwert Gp für den vom Drucksensor 15 gemessenen Druck p liegt im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 oberhalb des für das Verschwenken der Greiferarme 4 erforderlichen Druckbereiches und unterhalb des für das Fixieren des Ernteguts 2 erforderlichen Druckbereiches, also zwischen 40 und 150

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bar, beispielsweise bei 100 bar. Die Steuerung 13 identifiziert zunächst ein Überschreiten des vorgegebenen unteren Grenzwerts G, durch den vom Drucksensor 15 gemessenen Druck p und wertet in diesem Fall den vom Öffnungsweitensensor 19 ermittelten, augenblicklichen Wert für die mit der Öffnungsweite W korrelierenden Messgröße aus. Falls dieser Wert den vorgegebenen oberen Grenzwert G,, für die mit der Öffnungsweite W korrelierenden Messgröße unterschreitet, wird kein Warnsignal generiert, wie in der Fig. 6 dargestellt ist. Der entsprechende erste Warnbereich WB1 ist in der Fig. 6 schraffiert angezeigt. Falls dieser Wert den vorgegebenen oberen Grenzwert Gw für die mit der Öffnungsweite W korrelierenden Messgröße überschreitet, also in den Warnbereich WB1 fällt, wird das erste Warnsignal generiert.

[0031] Das Warnsignal kann wie erwähnt beispielsweise als optisches Warnsignal in Form einer Warnleuchte oder dergleichen in einer Bedienkanzel des Fahrzeugs 3 ausgeführt sein. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich zum Warnsignal eine Sperre von Betriebsfunktionen des Fällkopfs 1 erfolgt. So kann beispielsweise zusätzlich zum ersten Warnsignal eine Aktivierung des Schneidelements 6 gesperrt werden. Das Schneidelement 6 lässt sich somit nicht aktivieren, bis der Greifer geöffnet und neuerlich am Erntegut 2 angesetzt wird. Beim Öffnen des Greifers wird nämlich die entsprechende, zweite Hydraulikleitung 12b drucklos gesetzt, sodass der gemessene Druck p unter den vorgegebenen unteren Grenzwert G, für den vom Drucksensor 15 gemessenen Druck p fällt und eine der Randbedingungen für das erfindungsgemäße Kriterium somit nicht mehr erfüllt ist. Das Warnsignal erlischt somit und die Sperre von Betriebsfunktionen wie beispielsweise die Sperre einer Aktivierung des Schneidelements 6 wird aufgehoben.

[0032] Sobald ein sicherer Griff vorzuliegen scheint, wird das Schneidelement 6 zum Durchtrennen des Baumstammes aktiviert. Hierfür ist ein erstes Hydraulikventil 11 (siehe Fig. 5) vorgesehen, das eingangsseitig über die Verbindungsleitung 14 mit der zweiten Hydraulikleitung 12b und ausgangsseitig mit dem Hydraulikmotor 7 und dem zweiten Hydraulikzylinder 8 für das Schneidelement 6 verbunden ist, wobei das erste Hydraulikventil 11 ausgelegt ist um bei Überschreiten eines Schwellwertes der eingangsseitigen Druckbeaufschlagung Hydraulikmittel von der zweiten Hydraulikleitung 12b zum Hydraulikmotor 7 und dem zweiten Hydraulikzylinder 8 zu leiten. Der Schwellwert wird so gewählt, dass das Hydraulikventil 11 erst dann öffnet, wenn der Greifer vollständig geschlossen ist. Auf diese Weise wird auch das Schneidelement 6 erst nach dem vollständigen Schließen des Greifers in Betrieb gesetzt. Dabei wird die Säge nach der Inbetriebnahme über den Hydraulikmotor 7 mithilfe des zweiten Hydraulikzylinders 8 ausgeschwenkt. Ein möglicher Wert für den Schwellwert liegt beispielsweise bei 200 bar.

[0033] Des Weiteren ist ein erster Speicher 17 für Lecköl des Hydraulikmotors 7 vorgesehen, der mit der ersten Hydraulikleitung 12a verbunden ist. Dieser erste Speicher 17 sammelt Lecköl des Hydraulikmotors 7 und führt es nach der Beendigung des Sägevorganges in die erste Hydraulikleitung 12a zurück.

[0034] Um ein Falschlaufen des Hydraulikmotors 7 bei Druckbeaufschlagung der ersten Hydraulikleitung 12a zu verhindern ist ein zweites Hydraulikventil 16 vorgesehen, das eingangsseitig mit der ersten Hydraulikleitung 12a und ausgangsseitig mit dem Hydraulikmotor 7 verbunden ist, wobei das zweite Hydraulikventil 16 ausgelegt ist um Hydraulikmittel vom Hydraulikmotor 7 in die erste Hydraulikleitung 12a zu leiten und in Gegenrichtung zu sperren.

[0035] Des Weiteren ist ein zweiter Speicher 18 für Hydraulikmittel des zweiten Hydraulikzylinders 8 zur rückstellenden Bewegung des zweiten Hydraulikzylinders 8 vorgesehen. Mithilfe des zweiten Speichers 18 wird somit das Schneidelement 6 nach Beendigung des Schneidvorganges wieder eingeschwenkt.

[0036] In der Fig. 6 ist ferner ein zweiter Warnbereich WB2 ersichtlich. Dieser zweite Warnbereich WB2 wird durch die Randbedingung definiert, dass der vom Drucksensor 15 in der zweiten Hydraulikleitung 12b gemessene hydraulische Druck unterhalb des vorgegebenen unteren Grenzwerts G, liegt. Falls in diesem Druckbereich das Schneidelement 6 aktiviert wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen einer kritischen Betriebssituation. Daher wird bei Aktivierung des Schneidelements 6 bei fehlender Detektierung des Überschreitens des vorgegebenen unteren Grenzwerts Gp durch den vom Drucksensor 15 gemessenen Druck ein zweites

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Warnsignal generiert. Dieses zweite Warnsignal wird unabhängig von der Öffnungsweite W des Greifers generiert und kann wie das erste Warnsignal beispielsweise als optisches Warnsignal in Form einer Warnleuchte oder dergleichen in einer Bedienkanzel des Fahrzeugs 3 ausgeführt sein, oder auch als akustisches oder ein haptisches Warnsignal. Da es von der Aktivierung des Schneidelements 6 bis zum tatsächlichen Beginn des Schneidvorganges, bei dem das Schneidelement 6 in das Erntegut 2 eindringt, einige Sekunden dauert, besteht für die Bedienperson beim zweiten Warnsignal noch die Möglichkeit das Schneidelement 6 rasch wieder zu deaktivieren, bevor mit dem Eindringen in das Erntegut 2 der Schneidvorgang begonnen hat.

[0037] Mithilfe der Erfindung werden somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Holzernte mit einem hydraulisch gesteuerten Fällkopf 1 verwirklicht, die die Betriebssicherheit der Holzernte verbessern, den technischen Aufwand aber kaum erhöhen.

Claims

x bes AT 528 304 A4 2025-12-15 Ss N Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Holzernte mit einem hydraulisch gesteuerten Fällkopf (1), der am Auslegerarm eines Fahrzeuges (3) befestigbar ist und eine Greifer- und Sägeeinheit umfasst, wobei die Greifer- und Sägeeinheit zumindest ein hydraulisch betätigbares Greiferpaar zweier schwenkbarer Greiferarme (4) für Erntegut (2) und ein Schneidelement (6) zum Durchtrennen des Ernteguts (2) aufweist, wobei durch Druckbeaufschlagung einer ersten Hydraulikleitung (12a) die Greiferarme (4) der Greiferund Sägeeinheit in einen Öffnungszustand mit maximaler Öffnungsweite (W) verschwenkbar sind, und durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Hydraulikleitung (12b) die Greiferarme (4) in einen Schließzustand mit erntegutabhängiger minimaler Öffnungsweite (W) verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Fällkopf (1) mit einem Öffnungsweitensensor (19) für das Greiferpaar zum Detekieren einer Überschreitung eines vorgegebenen oberen Grenzwerts (G.) einer mit der Öffnungsweite (W) korrelierenden Messgröße versehen ist, und ein Drucksensor (15) zum Messen des hydraulischen Drucks (p) in der zweiten Hydraulikleitung (12b) angeordnet ist, wobei der Öffnungsweitensensor (19) und der Drucksensor (15) mit einer Steuerung (13) verbunden sind, die ausgelegt ist einen Schließzustand durch Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwerts (G,) durch den vom Drucksensor (15) gemessenen Druck (p) zu detektieren und bei gleichzeitiger Detektierung eines Überschreitens des vorgegebenen oberen Grenzwerts (Gw) der mit der Öffnungsweite (W) korrelierenden Messgröße im Schließzustand ein erstes Warnsignal zu generieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mit der Öffnungsweite (W) korrelierenden Messgröße um den Schwenkwinkel von zumindest einem der Greiferarme (4) handelt und der Öffnungsweitensensor (19) als ein den Schwenkwinkel von zumindest einem der Greiferarme (4) messender Sensor ausgeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsweitensensor (19) als ein induktiver Sensor ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (13) zusätzlich ausgelegt ist eine Aktivierung des Schneidelements (6) zu delektieren und bei Aktivierung des Schneidelements (6) bei fehlender Detektierung des Überschreitens des vorgegebenen unteren Grenzwerts (G,) durch den vom Drucksensor (15) gemessenen Druck (p) ein zweites Warnsignal zu generieren.

5. Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit eines hydraulisch gesteuerten und am Auslegerarm eines Fahrzeuges (3) befestigbaren Fällkopfs (1) mit einer Greifer- und Sägeeinheit für Erntegut (2), wobei der Betrieb des Fällkopfs (1) ein Verschwenken von zumindest einem Greiferpaar zweier hydraulisch schwenkbarer Greiferarme (4) der Greifer- und Sägeeinheit durch Druckbeaufschlagung einer ersten Hydraulikleitung (12a) in einen Öffnungszustand mit maximaler Öffnungsweite (W) vorsieht, sowie ein Verschwenken der Greiferarme (4) durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Hydraulikleitung (12b) in einen Schließzustand mit erntegutabhängiger minimaler Öffnungsweite (W) vorsieht, sowie ein Durchtrennen des im Schließzustand von den Greiferarmen (4) fixierten Ernteguts (2) durch Aktivierung eines Schneidelements (6) der Greifer- und Sägeeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe eines Öffnungsweitensensors (19) für das Greiferpaar ein Überschreiten eines vorgegebenen oberen Grenzwerts (G,) einer mit der Öffnungsweite (W) korrelierenden Messgröße detektiert wird, und mithilfe eines Drucksensors (15) der hydraulische Druck (p) in der zweiten Hydraulikleitung (12b) gemessen wird, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen unteren Grenzwerts (G,) für den vom Drucksensor (15) gemessenen Druck der Schließzustand detektiert wird, und bei gleichzeitiger Detektierung eines Überschreitens des vorgegebenen oberen Grenzwerts (Gw) der mit der Öffnungsweite (W) korrelierenden Messgröße im Schließzustand ein erstes Warnsignal generiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene obere Grenzwert (Gw) der mit der Offnungsweite (W) korrelierenden Messgröße zumindest 60% der mit der maximalen OÖffnungsweite (W) korrelierenden Messgröße beträgt.

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7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene untere Grenzwert (G,) für den vom Drucksensor (15) gemessenen Druck (p) oberhalb des für das Verschwenken der Greiferarme (4) erforderlichen Druckbereiches und unterhalb des für das Fixieren des Ernteguts (2) erforderlichen Druckbereiches liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene untere Grenzwert (G,) für den vom Drucksensor (15) gemessenen Druck (p) innerhalb des für das Fixieren des Ernteguts (2) erforderlichen Druckbereiches liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Schneidelements (6) detektiert wird und bei Aktivierung des Schneidelements (6) bei fehlender Detektierung des Überschreitens des vorgegebenen unteren Grenzwerts (G,) durch den vom Drucksensor (15) gemessenen Druck (p) ein zweites Warnsignal generiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum ersten oder zweiten Warnsignal eine Sperre von Betriebsfunktionen des Fällkopfs (1) erfolgt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen