DE19725028A1

DE19725028A1 - Sensor für Erntemaschinen

Info

Publication number: DE19725028A1
Application number: DE19725028A
Authority: DE
Inventors: Willi Behnke
Original assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Current assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1998-12-17
Also published as: UA62922C2; EP0883983B1; EP0883983A1; US6146268A; DE59810126D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Ermittlung von Körperschallschwingungen, die durch das Auftreffen von Körnern auf einen Impulsaufnehmer erzeugt werden und ein Verfahren zur Funkti onsüberwachung des Sensors.

Ein derartiger Sensor ist aus der deutschen Patentschrift 24 48 745 bekannt. Zur Messung der Ver lustkörner an den Abgabeenden von Strohschüttlern und Kornreinigungseinrichtung werden über die gesamte Förderbreite steif ausgebildete Impulsaufnehmerbleche über Dämpfungselemente an gebracht. Auf der Unterseite dieser Bleche ist ein elektroakustischer Wandler mittels einer Feder klammer angebracht. Die im Gutstrom vorhandenen Rest- bzw. Verlustkörner fallen auf die Im pulsaufnehmerbleche und erzeugen Schwingungen, welche durch das Impulsaufnehmerblech bis zu dem elektroakustischen Wandler weitergeleitet werden. Das Blech ist über das Wandlergehäu se mit dem Mikrophon verbunden und wandelt die Schwingungen in ein elektrisches Signal um. Die Schwingungen werden also über mehrere Koppelstellen übertragen. Jeder Koppelpunkt stellt aufgrund seines Aufbaus und der damit verbundenen Fertigungsschritten sowie durch Korrosi ons-, Schmutz- und sonstige Einflüsse eine Schwachstelle des Sensors dar. Die Signalempfindlich keit dieses Sensors ist daher nicht konstant und unterliegt altersbedingten Schwankungen.

Ein weiterer Verlustsensor ist aus der deutschen Patentschrift 37 31 080 bekannt. Dieser Sensor besitzt nur eine Koppelstelle. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Piezoquarz direkt auf die Ge genseite der Impulsaufnehmerfläche angebracht wird. Die Verbindung zwischen Piezoquarz und Aufprallfläche wird mittels einer Lötung oder Klebung hergestellt. Diese Verbindung birgt einige schwerwiegende Mängel in sich. Bei großen mechanischen oder thermischen Beanspruchungen der Impulsaufnehmerfläche, wie sie z. B. bei Reinigungs-, Einstell- oder Reparaturarbeiten an den Sieben bzw. Schüttlern vorkommt, wird die Schallkopplungseigenschaft der Klebe- bzw.

Lötverbindung verändert. Des weiteren sind bei derartigen Verbindung Alterserscheinungen von Bedeutung. Diese Veränderungen lassen sich schwer nachvollziehen bzw. feststellen und bedürfen zur Überwachung den Einsatz eines Fachmanns. In besonderen Fällen kann es sogar vorkommen, daß durch Fremdkörper, welche auf die Aufprallfläche treffen, die Verbindung zerstört wird. Eine Wiederherstellung der Verbindung bedarf des kompletten Ausbaus und einer Neukalibierung des Sensors. Aus zeitlichen und fachlichen Gründen wird deshalb, in den meisten Störfällen, der kom plette Sensor ausgewechselt, welches zu unnötigen Kosten führt.

Aus der europäischen Patentschrift 0339142 ist ein Sensor bekannt, der mehrere Koppelstellen aufweist. Der Wandler ist hier unter Verwendung mehrerer elastischer Bauelemente und einer Si gnaldämpfungsschicht zwischen zwei Platten eingelegt und mittels mehrerer Schrauben miteinan der verschraubt. Diese Wandler-Packung wird dann über eine weitere Schraubverbindung mit dem eigentlichen Impulsaufnehmer in Verbindung gebracht. Die Schraubverbindungen müssen hier so angeordnet werden, daß der Wandler keinen mechanischen Spannungen ausgesetzt wird und plan an den Kontaktplatten anliegt. Die Wandler-Packung und der Wandler werden deshalb auf Ab stand zueinander miteinander verschraubt. Folge davon ist, eine große Verbindungsfläche zwi schen Wandler-Packung und Impulsaufnehmer. Durch Einflüsse wie Staub, Verformungen des Impulsaufnehmers und Feuchtigkeit oder einen Wandierwechsel können sich die Verbindungsflä chen verändern. Je größer nun die Verbindungsflächen sind, desto weniger kann über die tatsäch liche Größe der Verbindungsflächen ausgesagt werden. Es ist daher nicht voraussagbar wie groß die momentanen Verbindungsflächen sind. Die Signalempfindlichkeit ist weder konstant noch kann sie über die volle Lebensdauer gewährt werden. Der Aufbau und die Anbringung ist sehr kompliziert und bedarf bei der Erstmontage und im Reparaturfall einer fachmännischen Anleitung.

Es sind ferner keine Verfahren oder Mittel bekannt, mit denen die Funktion des Sensors über wacht werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der gattungsgemäßen Art zu schaf fen, der die beschriebenen Mängel behebt, definierte Koppelstellen zwischen Impulsaufnehmer und piezoelektrischem Wandler hat und einen einfachen, robusten Aufbau besitzt.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen. Durch diese Lösung wird erreicht, daß nur eine Koppelstelle zwischen Impulsaufnehmer und Wandler vorhan den ist. Der eingesetzte Vibrationssensor wird mittels einer einzigen, mechanischen Verbindung, die eine Schraubverbindung sein kann, mit dem Impulsaufnehmer in Verbindung gebracht. Die Koppelfläche der Verbindung ist gegenüber den bekannten Lösungen relativ gering. Durch diese geringe Verbindungsfläche und einer definierten Flächenpressung werden die bekannten Koppel stellenprobleme eliminiert. Einzige Anforderung an die Verbindung ist, daß sie keine dämpfenden Elemente enthalten darf.

Die Schwingung des Impulsaufnehmer wird direkt in den Vibrationssensor eingeleitet. Eine seis mische Masse übt aufgrund ihrer Trägheit Druckkräfte, abhängig von der Amplitude und Fre quenz der anregenden Schwingung, auf einen ringförmig, um die Koppelverbindung liegenden Piezokeramik aus. Die auf den Piezokeramik einwirkenden Kräfte bewirken innerhalb des Piezo keramik eine Ladungsverschiebung und dadurch zwischen der Keramikober- und unterseite eine elektrische, meßbare Spannung. Diese wird über Kontaktscheiben abgegriffen und nachgeschalte ten Verstärker-, Filter- und Integratorschaltungen zugeführt.

In einer besonders bevorzugten Ausführung werden die Meßsignale in einer direkt an das Vibrationssensorgehäuse angekoppelte Auswerteelektronik weiterverarbeitet. Signaldämpfungen und Verluste werden so weitgehendst vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kommunizieren die einzelnen Sensorauswerte-, Anzeige- und Diagnoseeinheiten vorteilhaft über einen Kommunikationsnetzwerk. Dieses steht, wenn auf dem Fahrzeug vorhanden, mit einem Fahrzeugbus in Verbindung.

Der erfindungsgemäß eingesetzte Vibrationssensor ist beständig gegen Industrieklima, Wasser und Staub. Es kann daher auf entkoppelte Gehäuse- und Kapselanordnungen verzichtet werden.

Besonders bevorzugt wirkt sich die einfache Koppelstelle aus. Mittels einer einfachen Schraub verbindung kann der Sensor direkt mit dem Impulsaufnehmer in Verbindung gebracht werden. Le diglich ein Anzugsmoment muß bei der Montage berücksichtigt werden.

Für die Anwendung des Vibrationssensors in Verbindung mit einem Prallplatten-Impulsaufneh mer, wird eine noch sicherere Verbindung bzw. gleichmäßigere Flächenpressung dadurch erreicht, daß der Schraubenkopf der Verbindungsschraube etwa den Durchmesser der Koppelfläche hat und mit der Schraubenkopfunterseite den Prallplatten-Impulsaufnehmer flächig mit dem Vibrati onssensor verbindet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Impulsaufnehmer an und um die Koppel stelle herum so verstärkt werden, daß in diese ein Gewinde eingearbeitet und der Vibrationssensor mittels einer Schraube befestigt werden kann.

Vorteilhaft wirkt sich auch die geringe Kontaktfläche auf den Einsatzbereich des Vibrationssensor aus. Er kann dadurch an verschiedenen Impulsaufnehmer eingesetzt werden. Neben dem Einsatz an einer Prallplatte, ist auch der Einsatz an einem Impulsaufnehmerrohr oder -stab möglich. Der Durchmesser des Impulsaufnehmer wird so gewählt, daß die Stirnflächen gleich oder größer der notwendigen Koppelfläche ist. Der Vibrationssensor kann dann direkt an einer Stab- bzw. Rohr stirnfläche befestigt werden.

Bei runden Impulsaufnehmern mit kleineren Durchmesser als der Koppelflächendurchmesser ist es erfindungsgemäß so vorgesehen den Durchmesser des Impulsaufnehmers an dessen Enden soweit aufzuweiten, daß die notwendig größere Koppelfläche entsteht. Diese Aufweitungen befinden sich vorteilhaft außerhalb des Sensormeßbereiches.

In einer weiteren Ausführung wird an dem runden Impulsaufnehmer durch Formteile und/oder Ausnehmungen eine Fläche geschaffen, an der der Vibrationssensor befestigt werden kann.

Die Diagnosefähigkeit eines gattungsmäßigen Sensor ist aus dem Stand der Technik unbekannt. Es wird daher erfindungsgemäß ein Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfä higkeit/Diagnose vorgeschlagen.

Die Auswertung des Vibrationssensorsignal beinhaltet einen Paßfilter. Der Arbeitsbereich des Fil ters ist variabel und über eine Vorwahlschaltung für verschiedene Erntegüter vorwählbar. Vor zugsweise wird der gesamte Arbeitsbereich in Teilbereich eingeteilt. Es ist nun erfindungsgemäß so vorgesehen, daß ein Diagnose-Teilbereich vorhanden ist, in welchem die Grundvibrationen des Sensoran- und -aufbaus in einem definierten Maschinenzustand ermittelt werden. Die ermittelten Schwingungen können zwischengespeichert und für weitere Funktionsprüfungen als Sollwert be nutzt werden. Das Abspeichern der Grundschwingungen geschieht nicht automatisch und sollte nur nach der Erstmontage oder einer evtl. notwendigen Reparatur des Sensors durchgeführt werden.

Verändert sich das Schwingungsverhalten der Koppelstelle oder des Impulsaufnehmer, wird eine veränderte Grundvibration ermittelt. Bei der Über- oder Unterschreitung von vorgebbaren Grenz werten wird eine Fehleimeldung generiert. Diese kann optisch, akustisch oder in jeder anderen Form sein.

Eine weitere Funktionsprüfung/Diagnose kann erfindungsgemäß so erreicht werden, daß der Sen sor in eine definierte Vibration versetzt wird. Diese kann mittels eines fest oder nur zu Prüfzwec ken am Impulsaufnehmer oder am Vibrationssensor angebauten Impulsgebers erfolgen. Über die vorhandene Auswertung- und Anzeigevorrichtung wird die definierte Vibration gemessen und ausgewertet. Hierzu kann wieder ein bestimmter Diagnose- Teilbereich auswählbar vorhanden sein.

Die Diagnose des Sensors kann im Rahmen eines Maschinenchecks oder von Hand oder zyklisch oder beim Vorhandensein von bestimmten Parametern, wie z. B.: "Dreschwerk Stillstand", "Schneidwerk ausgehoben" und "kein Durchsatz" u. a., durchgeführt und bei der Anbringung von mehreren Sensoren an einer Maschine gleichzeitig oder in einer zeitlichen Abfolge vorgenommen werden.

Wird der Diagnosemodus angewählt so wird erfindungsgemäß der erforderliche Diagnose- Teilbe reich der Auswerteeinrichtung automatisch angewählt. Das Diagnoseergebnis wird immer oder nur im Fehlerfall über die übliche Anzeigeeinheit oder über eine separate Diagnoseanzeige ange zeigt. Beim Vorhandensein von mehreren Sensoren in einer Maschine können die Prüfungsergeb nisse über eine gemeinsame Anzeige mit entsprechender Sensorkennzeichnung oder parallel über mehrere Anzeigeelemente angezeigt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Vibrationssensors,

Fig. 2 den Sensor mit plattenförmigen Impulsaufnehmer und direkt angebauter Auswerteelektronik,

Fig. 3 den Vibrationssensor an einen rohrförmigen Impulsaufnehmer,

Fig. 4 den Sensor an einem plattenförmigen Impulsaufnehmer mit zusätzlich, für Dia gnosezwecke, am Impulsaufnehmer angebrachten Impulsgeber.

In Fig. 1 wird der schematische Aufbau eines erfindungsgemäß eingesetzten Vibrationssensors 1 dargestellt. Der Vibrationssensor 1 kann über die Bohrung 7 direkt mit einem Impulsaufnehmer verbunden werden. Durch auf den Impulsaufnehmer fallenden Erntegutbestandteile werden Schwingungen erzeugt, die über die Koppelfläche 2 direkt in den Vibrationssensor 1 übertragen werden. Eine Metallhülse 3 überträgt die Schwingung auf einen beidseitig mit Kontaktringen 8 versehenen Piezokeramikring 4. Durch die Trägheit der über dem Keramikring 4 angeordneten Masse 5 werden im Rhythmus der Schwingungen, Kräfte auf die Piezokeramik 4 ausgeübt. Diese Kräfte erzeugen eine Ladungsverschiebung in der Piezokeramik 4. Diese wird als elektrische Spannung über die Kontaktierung 8 abgegriffen und steht an den Steckkontakten 9 als Meßsignal zur Verfügung.

In Fig. 2 ist der Vibrationssensor 1 direkt mit einem plattenförmigen Impulsaufnehmer 10 ver schraubt. Der Impulsaufnehmer 10 wird durch ein Blech gebildet, welches sich über Teile oder über die gesamte Abscheide- oder Dreschorganbreite erstreckt und senkrecht zum Gutstrom an geordnet ist. Der Vibrationssensor 1 ist mit einer Flachkopfschraube 11 durch die Bohrung 7 lös bar mit dem Impulsaufnehmer 10 verschraubt. Der Schaubenkopf 15 hat einen Durchmesser der annähernd dem des Koppelflächendurchmessers entspricht. Hierdurch wird eine gleichmäßige Flä chenpressung erreicht. An dem Vibrationssensor 1 ist direkt eine Auswerteelektronik 12 angekop pelt. Dadurch werden die zum Teil schwachen Meßsignale ohne größere Verluste direkt zur Aus werteelektronik 12 übertragen. Die Meßsignale werden dann über die Signalleitung 13 an eine nachgeschaltete Elektronik- und/oder Anzeigeeinheit übertragen.

In einer weiteren Fig. 3 wird der Vibrationssensor 1 in Verbindung mit einem rohrförmigen Im pulsaufnehmer 14 gezeigt. Der Impulsaufnehmer 14 erstreckt sich über Teile oder über die gesam te Abscheide- oder Dreschorganbreite. Damit der Vibrationssensor 1 nicht direkt dem Gutstrom ausgesetzt wird, kann sich der Impulsaufnehmer 14 auch über die Abscheide- oder Dreschorgan breite hinaus erstrecken. An einem Rohrende wird ein Stopfen 16 eingepreßt, der eine zentral an geordnete Bohrung 18 enthält. In diese Bohrung 18 wird mit Hilfe einer Schraube 17 der Vibrati onssensor 1 befestigt.

In Fig. 4 ist die Unterseite eines plattenförmigen Impulsaufnehmers 10 mit angebautem Vibrati onssensor 1 und einem zusätzlich angebauten Impulsgeber 21 dargestellt. Die Anordnung ist so gewählt, daß die Koppelstelle zwischen Vibrationssensor 10 und Impulsaufnehmer 1 überprüft werden kann. Mit dem Impulsgeber 21 wird der Impulsaufnehmer 10 mit einer definierten Schwingung beaufschlagt. Die Auswerte- und Anzeigeelemente werden auf die Darstellung dieser definitionsgemäß bekannten Schwingung eingestellt. Erreichen die angezeigten Werte nicht die vorgegebenen Sollwerte so liegt ein Fehler im Sensorsystem vor.

An den Enden des Impulsaufnehmers sind Halteelemente 19 angebracht. Über diese wird der Sen sor 23 mittels Schwingungsdämpfer 20 mit der Erntemaschine verbunden. Maschinenschwingun gen haben so nur eine geringe Einwirkung auf das Meßsignal. Im oberen Bereich der Figur ist eine Mehrfachabkantung 22 zu sehen. Sie dient zur Stabilisierung des Impulsaufnehmers 10 und teil weise zur Führung der Signalleitungen 24.

Bezugszeichenliste

1

Vibrationssensor

2

Koppelfläche

3

Metallhülse

4

Piezokeramik

5

Masse

6

Gehäuse

7

Bohrung

8

Kontaktierung

9

Steckkontakt

10

plattenförmiger Impulsaufnehmer

11

Flachkopfschraube

12

Auswerteelektronik

13

Signalleitung

14

rohrförmiger Impulsaufnehmer

15

Schraubenkopf

16

Stopfen

17

Schraube

18

Bohrung

19

Halteelemente

20

Schwingungsdämpfer

21

Impulsgeber

22

Mehrfachabkantung

23

Sensor

24

Leitungen

Claims

1. Sensor für eine Erntemaschine, der zur Überwachung der Dresch- und/oder Abscheideleistung und/oder Kornverluste an Erntemaschienen eingesetzt wird und aus einem Impulsaufnehmer und einem daran befestigten Schwingungsaufnehmer besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsaufnehmer ein piezoelektrischer Vibrationssensor (1) zur Messung von Körperschallschwingungen ist der mittels einer lösbaren Verbindung (11) mit dem Impulsaufnehmer (10) in Verbindung steht.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationssensor (1) mit einem plattenförmigen Impulsaufnehmer (10) verbun den ist.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationssensor (1) mittels einer Schraube mit dem Impulsaufnehmer (10) ver schraubt ist.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenkopf (15) der Flachkopfschraube (11) mindestens den Durchmesser der Koppelfläche (2) hat.

5. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Impulsaufnehmer (10) an oder im Bereich der Koppelstelle eine Materialverstärkung aufweist, in die ein Innengewinde zur Befestigung des Vibrations sensors (1) eingearbeitet ist.

6. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsaufnehmer ein stab- oder rohrförmiger Impulsaufnehmer (14) ist, der ei nen Außendurchmesser oder mindestens an einem Stab- bzw. Rohrende eine Durchmes sererweiterung oder anderweitig eine Planfläche besitzt, die mindestens dem Koppelflä chendurchmesser des Vibrationssensors (1) entspricht.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationssensor (1) mittels einer Schraubverbindung (17, 18) an einem stab- oder rohrförmigen Impulsaufnehmer (14) befestigt ist.

8. Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (12) unmittelbar mit dem Vibrationssensor (1) in Verbindung steht.

9. Sensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorauswerte-, Anzeige- und Diagnoseeinheiten über einen Kommunikations netzwerk miteinander und/oder mit einem Fahrzeugbus in Verbindung stehen.

10. Vorrichtung und Verfahren zur Funktionsprüfung eines gattungsgemäßen Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteelektronik (12) ein Diagnose- Teilbereich vorgesehen ist, in welchem die Schwingungen des Impulsaufnehmer bei einem definiertem Maschinenzustand gemes sen und/oder daß der Impulsaufnehmer (10, 14) bei einem definierten Maschienenzustand durch einen fest am Impulsaufnehmer (10, 14) oder nur zu Prüfzwecken am Impulsauf nehmer (10, 14) oder Vibrationssensor (1) angebrachten Impulsgeber (21) in definierte Schwingungen versetzt wird.

11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Schwingungen als Sollschwingungen gespeichert und/oder mit einem Sollwert verglichen wird.

12. Sensor nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Über- oder Unterschreitung der Sollschwingung eine Fehlermeldung gene riert wird.

13. Sensor nach einem der Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsprüfung im Rahmen eines Maschinenchecks oder von Hand oder zy klisch oder beim Vorhandensein von bestimmten Betriebsparametern ausgelöst wird.

14. Sensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Funktionsprüfung immer oder nur im Fehlerfall angezeigt wird.

15. Sensor nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Vorhandensein von mehreren Sensoren an einer Erntemaschine der Funkti onstest gleichzeitig oder nach einer zeitlichen Abfolge durchgeführt wird.