BODENBEARBEITUNGSEINHEIT SOWIE BODENBEARBEITUNGSVERFAHREN ZUR KONSERVIERENDEN BODENBEARBEITUNG

Bodenbearbeitungseinheit sowie Bodenbearbeitungsverfahren zur konservierenden Bodenbearbeitung

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bodenbearbeitungseinheit sowie ein Bodenbearbeitungsverfahren zur konservierenden Bodenbearbeitung nach den Oberbegriffen der An- ^" sprüche 1 und 12.

- Nicht wendende, konservierende Bodenbearbeitungsverfahren werden auf über 2/3 der landwirtschaftlichen Ackerflächen eingesetzt. Mit dieser Art der Bodenbearbeitung wird die Feuchtigkeit im Boden konserviert, eine Deckschicht aus Pflanzenresten an der Bodenoberfläche belassen und somit ein Verdunstungs- und Erosionsschutz gewährleistet. Zudem besteht das Arbeitsziel im Herstellen einer definierten Krümelstruktur im Boden.

Zur Bodenbearbeitung werden gezogene, passive Geräte oder von der Traktorzapfwelle angetriebene, aktive Maschinen eingesetzt. Grubber sind gezogene Geräte und werden als universell einsetzbare Arbeitsgeräte eingesetzt. Bekannte Arbeitsgeräte bestehen aus einem geschweißten Rahmen mit Grubberwerkzeugen an 2 - 4 (- 8) Querbalken. Das eigentliche Grubberwerkzeug besteht aus Werkzeugkonsole, Stiel mit Scharhalter und Schar. Es sind starre Grubberstiele für schwere Böden und / oder tiefe Bodenbearbeitung oder federnde Werkzeuge (Federzinken, Striegelzinken) für flache Bodenbearbeitung bekannt. Starre Grubberstiele können beweglich am Rahmen angelenkt sein. Diese bewegliche Anlenkung dient zur Überlastsicherung ausschließlich bei Kontakt mit Steinen oder Hindernissen. Mechanische Systeme mittels Feder oder hydropneumatische Systeme mit Hydraulikzylinder - Druckspeicherkombinationen sind bekannt.

Das Schar dringt in den Boden ein, hebt den Boden, der Boden gleitet über die Scharfläche und bildet eine mehr oder weniger starke bzw. hohe Bodenwalze nach vorn, dabei krümeln sowie vermischen sich Boden mit Bewuchs oder Pflanzenresten. Heutige Schare sind, abhängig von der Baugröße, mit Radien zwischen 200 und 400mm verhältnismäßig stark um die Querachse gewölbt. Diese Wölbung ermöglicht eine aufwerfende, mischende Arbeitsweise bei geringeren Arbeitsgeschwindigkeiten von 5 bis 8 km/h.

Die Winkelverhältnisse und die Werkzeugform, insbesondere Wölbung bestimmen die Arbeitsweise und den Zugkraftbedarf des Schares (Fig. 1 ), insbesondere der vorliegende Spreizwinkel φ bzw. Scharanstellwinkel a. Aus einem steilen Scharanstellwinkel bzw. einem kleinerem Wölbungsradius r des Schares resultiert eine starke Bodendynamik und damit eine starke Mischwirkung.

Nachteilig ist, dass sich die Arbeitsweise des Grubberschares mit der Arbeitsgeschwindigkeit ändert. Zur Beherrschung der Verhältnisse wird auf eine große Vielfalt an Schargeometrien abgestellt. Häufig verwendete Formen sind Doppelherzschar (Fig. 1), Gänsefußschar (Fig. 3). Es ist auch der Einsatz seitlicher Flügel (Fig. 2) zum ganzflächigen Durchschneiden des Bodens bekannt.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, die Arbeitsgeräte z. B. Grubber oder Teile davon z. B. Werkzeugsektionen auf Grundlage digitaler Felddaten einstellen. Diese Einstellung kann ortsspezifisch erfolgen und z. B. als Stellgröße die Arbeitstiefe der Werkzeuge haben. Die Felddaten, wie z. B. Bodenwiderstand oder Bodenart werden zu beliebigen Zeitpunkten bei verschiedenen Arbeitsfahrten im Jahr erfasst und aufgezeichnet und auf einer digitalen Schlagkartei gespeichert. Der Rechner auf dem Schlepper kann diese aufbereiteten Datensätze zur Geräte- oder Maschineneinstellung nutzen.

So ist beispielsweise aus der EP 0 749 677 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Daten über den Zustand einer landwirtschaftlichen Fläche bekannt. Dabei wird der bei der Bearbeitung erforderliche Leistungsbedarf einer Bodenbearbeitungsmaschine oder eines -gerätes ermittelt und der jeweilige Leistungsbedarf in Verbindung mit dem Standort aufgezeichnet.

Weiterhin ist aus der DE 101 45 112 A1 ein Bodenbearbeitungsgerät mit Bodenbearbeitungswerkzeuge bekannt, die gegenüber einem Geräterahmen in aufrechter Richtung verstellbar angeordnet sind. In einer elektronischen Steuer und/oder Regeleinrichtung befindet sich eine Feldkarte mit darauf abgespeicherten ortsspezifischen Angaben über die Eindringtiefe der Bodenbearbeitungswerkzeuge im Boden. Aufgrund der auf der Feldkarte abgespeicherten Daten wird die Einstellung der Eindringtiefe (Arbeitstiefe) ortspezifisch angesteuert.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zur nicht wendenden, konservierenden Bodenbearbeitung anzugeben, womit die Vielfalt an Schargeometrien vermieden wird und eine gleichbleibende Bodenbearbeitung unabhängig von der Bodenqualität und der Arbeitsgeschwindigkeit erfolgt. Die Bodenbearbeitung soll in Abhängigkeit von dem aktuell vorliegenden Zustand des Bodens erfolgen.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Bodenbearbeitungsverfahren mit den im Anspruch 12 genannten Merkmalen gelöst.

Die vorgeschlagene Lösung umfasst eine Bodenbearbeitungseinheit, gebildet aus einer Zugmaschine und einer angetriebene Bodenbearbeitungsmaschine oder aus einer Zugmaschine 21 und einem passiven, gezogenen Bodenbearbeitungsgerät 22, weiterhin aufweisend einen Geräteträger mit Grubberwerkzeugen zur Aufnahme eines oder mehrerer Schare. Vor und hinter sowie im Werkzeugbereich des Maschinensystems sind Sensoren angebracht, die Eingangsgrößen für eine Regelung erfassen, wie z. B. Bewuchshöhe, Bedeckungsgrade, Krümelstruktur, Bodenrelief. Die angetriebene Bodenbearbeitungsmaschine oder das gezogene Bodenbearbeitungsgerät verfügen über Einstellmöglichkeiten für die Veränderung der Arbeitsweise. Bei angetriebenen Bodenbearbeitungsmaschinen können das bekanntermaßen die Rotor- oder Kreiseldrehzahl sein. Bei gezogenen Bodenbearbeitungsgeräten fehlen Arbeitsweise beeinflussende Einstellmöglichkeiten. Weiterhin wesentlich an der Erfindung ist, dass während der Feldarbeit eine permanente Einstellung der Schneidengeometrie erfolgt. Für die permanente Einstellbarkeit der Schneidengeometrie während der Feldarbeit ist eine Regelungseinheit vorgesehen, womit in Abhängigkeit der erfassten Messgrößen, vorzugsweise Arbeitsgeschwindigkeit, Arbeitstiefe, Aufwurfhöhe, die Schneidengeometrie der Grubberschare beeinflusst wird. Dazu werden von der Regelungseinheit Stellgröße an Stelleinrichtungen zur Veränderung der Arbeitstiefe der Grubberschare, des Anstellwinkels bzw. Schwenkwinkels und / oder Spreizwinkels geliefert.

Die permanente Einstellbarkeit der Parameter Arbeitstiefe der Grubberschare, des Anstellwinkels bzw. Schwenkwinkels und / oder Spreizwinkels als Regelgrößen erfolgt vorteilhaft in Abhängigkeit von den wesentlichen zu erfassenden Größen Bewuchszustand, Arbeitsgeschwindigkeit, Arbeitstiefe und Aufwurfhöhe, Mischintensität, Bedeckungsgrad, Bodenrelief, Krümelstruktur, die während der Bodenbearbeitung variieren. Diese Größen lassen sich während der Überfahrt vor (Eingangsgröße), in (Prozessgröße) und nach (Arbeitsergebnisgröße) der Bodenbearbeitungseinheit messen oder anderweitig erfassen. So lassen sich der Bewuchszustand vor der Bodenbearbeitungseinheit, Arbeitsgeschwindigkeit, Arbeitstiefe, Aufwurfhöhe und Mischintensität in der Bodenbearbeitungseinheit und Bedeckungsgrad, Bodenrelief und Krümelstruktur nach der Bodenbearbeitungseinheit messen bzw. erfassen.

Vorteilhaft ist eine Versteileinrichtung am Grubberwerkzeug oder am Schar vorgesehen, die die Einstellungen von Arbeitstiefe des Schares, Scharanstellwinkel des Schares oder den Spreizwinkel des Schares - einzeln oder in unterschiedlichen Kombinationen - vor und während der Arbeit auf dem Feld ermöglichen. Die Einstellung während der Arbeit auf dem Feld erfolgt wie zuvor beschrieben.

Vorteilhaft ist für die Einstellbarkeit der Arbeitstiefe vor der Feldarbeit ein Einstellalgorithmus vorgesehen, wie er bereits zur Beeinflussung der Vorfurchenbreite bei der automatischen Pflugeinstellung verwendet wird.

Die permanente Einstellbarkeit des Parametes Spreizwinkel erfolgt vorteilhaft in Abhängigkeit von der Arbeitstiefe. So kann beispielsweise ein zügiger Geräteeinzug auf Sollarbeitstiefe am Vorgewende durch vorübergehende Einstellung kleiner Spreiz- winkel erreicht werden.

Die permanente Einstellbarkeit der Arbeitstiefe eines Einzelwerkzeuges oder einer Werkzeuggruppe erfolgt weiterhin vorteilhaft in Abhängigkeit vom Verschleißzustand bzw. der Abnutzung des Werkzeuges als Störgröße. Dabei kann die Einstellung des Gerätes während der Feldarbeit als Regelung (mit Rückkopplung) oder als Steuerung bzw. offene Regelung ausgeführt sein. Die Störgrößen werden mit geeigneten Sensoren erfasst.

Mit einem geschlossenen Regelkreis können verschiedene Strategien gefahren werden, z. B. Zugkraft - optimiert oder mit konstanter Arbeitsweise, beispielsweise gleiche Mischintensität.

Mit der Regelungseinheit zur Regelung der Bodenbearbeitung wird es möglich, eine weitgehend gleichmäßige Arbeitsqualität auch bei unterschiedlichen Arbeitsgeschwindigkeiten (bergauf-Aabfahrt) zu erreichen. Weiterhin können verschiedene Betriebsstrategien gefahren, die auf einen gleichbleibenden Bedeckungsgrad zum Erosionsschutz oder eine definierte Klutengröße abstellen.

Durch die Erfindung lässt sich der progressiv mit der Arbeitsgeschwindigkeit steigende Zugkraftbedarf reduzieren (bei doppelter Arbeitsgeschwindigkeit etwa 3-facher Zugkraft/ Dieselverbrauch) und es lassen sich Arbeitsgeschwindigkeit über 8 km/h zugkraftoptimiert beherrschen, in dem auf die Schneidengeometrie Einfluss genommen wird. Damit lassen sich die bei höheren Arbeitsgeschwindigkeiten negativen Auswirkungen auf die Arbeitsweise wie steigende Bodendynamik und Mischwirkung positiv beeinflussen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen schematischen Darstellungen zeigen:

Fig. 1 Grundaufbau, Winkelverhältnisse und Bearbeitungssohle am Doppelherzschar

Fig. 2 Grundaufbau, Winkelverhältnisse und Bearbeitungssohle am Doppelherzschar mit Flügeln Fig. 3 Grundaufbau, Winkelverhältnisse und Bearbeitungssohle am Gänsefußschar (einteilig)

Fig. 4 Bodenbearbeitungseinheit bestehend aus Zugmaschine (z. B. Traktor) und einem passiv, gezogenem Bodenbearbeitungsgerät (z. B. Grubber) mit einer Regeleinheit zur Steuerung des Arbeitsprozesses

Fig. 5 ein landwirtschaftliches Bodenbearbeitungsgerät mit einer beispielhaften

Anordnung von Grubberwerkzeugen in 4 Reihen mit einer beispielhaften Darstellung der erfindungsgemäßen, einstellbaren Grubberwerkzeuge

Fig. 6 eine Seitenansicht zu Fig. 5 mit in Fahrtrichtung hintereinander liegenden

Grubberwerkzeugen

Fig. 7 einen Ausschnitt einer Vorderansicht zu Fig. 5 mit nebeneinanderliegenden

Grubberwerkzeugen und der Darstellung der sich ausbildenden Bearbeitungssohle

Fig. 8 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verstellbarkeit des Spreizwinkels der angebauten Scharflügel und damit die Realisierbarkeit zweier oder mehrerer Schargeometrien

Fig. 9 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verstellbarkeit des Anstellwinkels

Fig. 0 eine Darstellung der Änderung des Anstellwinkels durch Drehung um eine

Querachse nahe der Grubberstieleinspannung sowie der vertikalen Scharverstellung (des einzelnen Stieles in der Grubberstieleinspannung oder der Stielgruppe durch Verstellung der ganzen Traverse)

Die Darstellungen in den Fig. 1 bis 3 zeigen den Stand der Technik, auf den in der Beschreibungseinleitung Bezug genommen wurde. Ein wesentliches Kriterium für die Arbeitsweise ist die Ausbildung der Bearbeitungssohle, die insbesondere durch die Form der Scharspitze und der Flügelstellung beeinflusst wird.

Fig. 1 zeigt ein Scharwerkzeug in Doppelherzform mit Bezeichnung des Anstellwinkels α als charakteristisches Merkmal für die Schneidengeometrie.

Fig. 2 zeigt ein Scharwerkzeug mit zusätzlichen Flügeln mit Bezeichnung des Spreizwinkels φ als charakteristisches Merkmal für die Schneidengeometrie. Fig. 3 zeigt ein flach schneidendes Scharwerkzeug mit Bezeichnung des Anstellwinkels α sowie des Spreizwinkels φ als charakteristische Merkmale für die Schneidengeometrie.

In der Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Bearbeitungseinheit dargestellt. Diese besteht aus einer Zugmaschine 21 und einem passiven, gezogenen Bodenbearbeitungsgerät 22. An dem passiven, gezogenen Bodenbearbeitungsgerät 22 befinden sich mehrere Grubberschare 6 mit Verstellstangen 7 sowie ein Stützorgan, welches als Stützrad 4 ausgebildet ist. Eine Stelleinrichtung 10, im vorliegenden Fall eine Ak- torik, ist zum Einwirken mittels der Verstellstangen 7 am Bodenbearbeitungsgerät 22 angebracht.

Zur Erfassung der Messdaten vor dem Bearbeitungsbereich befinden sich an der Zugmaschine 21 Sensoren, die die Bodenhöhe oder den Bedeckungsgrad, bzw. Bewuchszustand erfassen. Zur Erfassung von Daten zum Arbeitsprozess (z. B. Wurfhöhe, Mischintensität) im Bearbeitungsbereich befinden sich am Bodenbearbeitungsgerät 22 im Bereich der Arbeitswerkzeuge Sensoren wiederum zur Erfassung der Prozesskennwerte sowie Sensoren am Ende des Bodenbearbeitungsgerätes 22 zur Erfassung des Arbeitsergebnisses (z. B. Bodenbedeckungsgrad, Bodenrelief, Krümelstruktur). Diese Messdaten werden zusätzlich mit der Größe Fahrgeschwindigkeit einer Regelungseinheit 23 zur Verfügung gestellt. Die Regelungseinheit 23 ermittelt aus den zur Verfügung stehenden Daten die Stellgröße für die Stelleinrichtung 10, was im vorliegenden Fall der Zylinderhub ist.

In der Fig. 5 ist ein landwirtschaftliches Gerät mit einer typischen Anordnung erfindungsgemäßer Grubberwerkzeuge in 4-balkiger Ausführung dargestellt, geeignet für eine nicht wendende, dh konservierende, Bodenbearbeitung. Die Werkzeuge arbeiten lockernd, mischend und werden in verschiedenen Arbeitstiefen zur Stoppelbearbeitung (flach) oder Grundbodenbearbeitung (tief) sowie Saatbettbereitung eingesetzt.

Das Gerät besteht aus mehreren quer zur Fahrtrichtung in Reihe mit einem Strichabstand s angeordneten Lockerungswerkzeugen. Die Tiefenführung des gesamten Maschinenrahmens 1 erfolgt über Stützräder 4. Dies kann alternativ auch durch nachlaufende oder abrollende zylinderförmige Werkzeuge wie z. B. Krümelwalzen erfolgen.

Die Lockerungswerkzeuge sind erfindungsgemäß am Maschinenrahmen 1 bezüglich der Parameter Arbeitstiefe des Werkzeuges sowie Anstellwinkel des Schares einstellbar angeordnet. Darüber hinaus kann der Spreizwinkel der Scharanbauteile, insbesondere sogenannte Flügel einstellbar ausgebildet sein.

Fig. 6 zeigt die erfindungsgemäße Werkzeuganordnung der Fig. 5 in einer Ansicht von vorn.

Die an den Grubberstielen 5 angebrachten Grubberschare 6 weisen einem Strichabstand s voneinander auf. Die Grubberstiele 5 sind am oberen Ende mit dem Maschinenrahmen 1 verbunden. Mittels der Höhenverstellung 9 am Stützrad 4 lässt sich der Maschinenrahmen 1 gegenüber der Bodenoberfläche 3 heben oder senken und so die Arbeitstiefe der Grubberschare 6 einstellen.

Gemäß den Darstellungen in Fig. 7 und Fig. 10 erfolgt die Einstellung für Gruppen von in einer Reihe angeordneten Werkzeugen mittels Aktoren, die am Maschinenrahmen 1 befestigt sind und auf entsprechende Mittel am Lockerungswerkzeug einwirken.

Darüber hinaus kann die Verstellung zentral für alle Werkzeuge oder dezentral für jedes Werkzeug einzeln, wobei die zentrale Stielverstellung ganzer Werkzeugreihen und gekoppelt aller Werkzeugreihen erfolgen, wie sie aus der Striegeltechnik (Paral- lelelogrammführungen) bereits bekannt ist.

Die Mittel zum Bewirken der Verstellung können elektrisch, hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch ausgebildet sein. Entsprechend der Darstellung in Fig. 6 erfolgt die Einstellung mechanisch.

In der Fig. 7 ist eine der Fig. 5 und 6 entsprechenden Seitenansicht dargestellt. Die Fig. 7 zeigt in Fahrtrichtung hintereinander liegende Grubberwerkzeuge. Die Grubberwerkzeuge sind mit dem Grubberstiel 5 fest am Maschinenrahmen 1 angeordnet. Am unteren Ende des Grubberstieles 5 ist jeweils ein Grubberschar 6 schwenkbar angebracht, so dass sich der Anstellwinkel α verändern lässt. Die Verstellung erfolgt mittels einer Verstellstange 7, die auf den Grubberschar 6 einwirkt. Die Verstellstange 7 wird angetrieben durch eine Stelleinrichtung 10, die als Aktuator ausgebildet ist.

Fig. 8 zeigt eine Darstellung der Werkzeuge mit Flügeln in der Ansicht von vorn, oben. Sie veranschaulicht die Verstellung des Spreizwinkels durch Verschwenken der Flügel um eine nahezu vertikale Achse nahe der Stielachse. Damit wird die wirksame Arbeitsbreite/ Schnittbreite des Einzelwerkzeuges b verstellt.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung der Werkzeuge in der Seitenansicht. Sie veranschaulicht die Verstellung des Anstellwinkels durch Verschieben mit Hilfe einer Koppelstange. Damit wird das Schar um eine horizontale Querachse nahe der Scharbefestigung verschwenkt. So wird der Anstellwinkel verstellt.

Fig. 10 zeigt eine Darstellung einer Anordnung von Werkzeugen mit einteiligen, starren Grubberstielen und traditionellen Scharen. Der Anstellwinkel des einzelnen Werkzeuges oder einer Werkzeuggruppe wird hier durch verschwenken des Werkzeugstieles um eine horizontale Querachse nahe der Stielbefestigung am Rahmen der Werkzeugtraverse einstellbar. Die Verstellung der Arbeitstiefe des einzelnen Werkzeuges oder der Werkzeuggruppe erfolgt durch verschieben des Werkzeugstieles 15 oder der Werkzeugtraverse 16.

Bezugszeichenliste

1 - Zentraler Maschinenrahmen

2 - Koppelrahmen für den Anbau an den Heckkraftheber des Traktors

3 - Bodenoberfläche mit organischer Auflage oder Bewuchs

4 - Stützrad, Stützorgan

5 - Grubberstiel

6 - Grubberschar

7 - Verstellstange

8 - Verstrebung Hauptrahmen

9 - Höhenverstellung Stützrad

10 - Stelleinrichtung

11 - Verbindung zur Versteileinrichtung

12 - Flügel

13 - Grubberzinken

14 - Koppelstelle

15 - Werkzeugstiel

16 - Werkzeugtraverse

17 - Bearbeitungssohle (Seitenansicht)

18 - ungefähre Bearbeitungssohle (Ansicht von vorn)

20 - Sensoren

21 - Zugmaschine

22 - passives, gezogenes Bodenbearbeitungsgerät

23 - Regelungseinheit

α - Anstellwinkel

ß - Schwenkwinkel

φ - Spreizwinkel

b - Werkzeugbreite

b _s - Scharbreite

v _F - Fahrtrichtung

s - Strichabstand

t - Arbeitstiefe

h - Rahmenhöhe (Durchgang)

r - Wölbungsradius