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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung
eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs und/oder eines an das
Arbeitsfahrzeug ankoppelbaren Anbaugeräts. Das Arbeitsfahrzeug umfasst
einen Generator und eine Anbauschnittstelle. Mit dem Generator ist
elektrische Energie erzeugbar. An der Anbauschnittstelle ist ein Anbaugerät an das
Arbeitsfahrzeug reversibel ankoppelbar. Das Anbaugerät weist
mindestens eine elektrische Last auf, mit welcher eine landwirtschaftliche
Arbeitsfunktion ausführbar
ist.
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Landwirtschaftliche
Arbeitsfahrzeuge wie z. B. Feldhäcksler,
selbstfahrende Spritzen und Traktoren sind aus dem Stand der Technik
bekannt. Ein Traktor ist ein vielseitiges Arbeitsfahrzeug, da an
einen Traktor unterschiedliche Anbaugeräte angekoppelt werden können. Regelmäßig werden
an einen Traktor Pflüge,
Eggen, Grubber, Sämaschinen,
Spritzen, Mähwerke
und Rundballenpressen angekoppelt. Dementsprechend führt ein
Traktor mit einem jeweils angekoppelten Anbaugerät unterschiedlichste landwirtschaftliche
Arbeitsfunktionen aus. Dies macht es auch erforderlich, dass der
Traktor das jeweilige Anbaugerät
entsprechend ansteuert, falls die landwirtschaftliche Arbeitsfunktion,
welche mit dem Anbaugerät
realisiert wird, mit einem Aktuator, einem Werkzeug oder mit einem
Motor realisiert wird.
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Es
sind Anbaugeräte
bekannt, deren Aktuatoren bzw. Werkzeuge mechanisch angetrieben
werden, wobei mechanische Antriebsleistung von einer am Traktor
vorgesehenen Zapfwelle auf das Anbaugerät übertragen wird. Ein Beispiel
für ein
solches Anbaugerät
ist eine Rundballenpresse. Weiterhin sind Anbaugeräte bekannt,
welche hydraulisch angetrieben werden. Hierzu sind am Traktor Hydraulikschnellkupplungen
vorgesehen, welche mit Schläuchen
des Anbaugeräts
verbunden werden. Ein solches Anbaugerät ist beispielsweise ein Frontlader oder
eine gezogene Spritze. Beim Frontlader erfolgt die Steuerung beziehungsweise
Betätigung
des Auslegers hydraulisch. Bei der gezogenen Spritze wird das Gestänge hydraulisch
verstellt.
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Sowohl
die mechanische als auch die hydraulische Übertragung von Leistung zwischen
dem Arbeitsfahrzeug und dem Anbaugerät bringt Probleme bei der Ansteuerung
mit sich. So ist es unter anderem erforderlich, dass der Verbrennungsmotor
des Arbeitsfahrzeugs bei einer bestimmten Drehzahl betrieben werden
muss und/oder dass das Getriebe ein bestimmtes, vorgegebenes Übersetzungsverhältnis aufweisen
muss, damit das über
die Zapfwelle angesteuerte Anbaugerät bestimmungsgemäß betrieben werden
kann. Hierdurch kann sich ein schlechter Wirkungsgrad des Gespanns,
bestehend aus Arbeitsfahrzeug und Anbaugerät, ergeben.
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Es
sind Anbaugeräte
bekannt, welche elektrische Verbraucher aufweisen. Dies sind Elektromotoren
und/oder Lüfter
einer relativ geringen Leistungsklasse. Weiterhin können Beleuchtungseinrichtungen
und/oder Elektromagnete als Stellantriebe elektrisch betrieben werden.
Diese werden bislang vom Bordnetz des Arbeitsfahrzeugs versorgt.
Hierfür erforderliche
elektrische Energie wird von der herkömmlichen Lichtmaschine des
Arbeitsfahrzeugs erzeugt. Es werden bislang keine Anbaugeräte mit elektrischen
Lasten beziehungsweise elektrischen Verbrauchern eingesetzt, welche
eine größere Leistungsaufnahme
zum Ausführen
einer landwirtschaftlichen Arbeitsfunktion aufweisen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welches
die vorgenannten Probleme überwunden werden.
Insbesondere soll mit der Vorrichtung eine elektrische Versorgung
eines an das Arbeitsfahrzeug ankoppelbaren Anbaugeräts möglich sein,
wobei die Regelbarkeit beim Betrieb des Anbaugeräts flexibler gestaltet oder
verbessert und der Wirkungsgrad erhöht werden soll.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Erfindungsgemäß ist eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine Übertragungseinrichtung
und mindestens einen Transformator. Mit der Übertragungseinrichtung ist die
vom Generator des Arbeitsfahrzeugs erzeugte elektrische Energie
in Form von Wechselspannung auf das Anbaugerät übertragbar. Der Transformator ist
am Anbaugerät
vorgesehen. Mit dem Transformator ist die übertragene Wechselspannung
wandelbar, um der elektrischen Last zur Verfügung gestellt zu werden.
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Erfindungsgemäß wird ein
Konzept zur elektrischen Versorgung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs
und/oder des Anbaugeräts
vorgeschlagen. Hierbei weist das Anbaugerät eine elektrische Last bzw.
einen elektrischen Verbraucher auf, mit welcher bzw. welchem eine
landwirtschaftliche Arbeitsfunktion ausgeführt werden kann. Da die elektrische
Energie zwischen dem Arbeitsgerät
und dem Anbaugerät in
Form von Wechselspannung übertragen
wird, kann mit dem vorgeschlagenen Konzept eine hohe Leistungsdichte
bei der Übertragung
der elektrischen Energie erzielt werden. Hieraus resultiert insgesamt ein
verbesserter Wirkungsgrad des Gespanns bestehend aus landwirtschaftlichem
Arbeitsfahrzeug und angekoppeltem Anbaugerät, da beispielsweise keine zwangsweise
Kopplung der Drehzahl des Verbrennungsmotors mit der beabsichtigen
Betriebsart des Anbaugeräts
erforderlich ist. Insoweit kann mit dem erfindungsgemäßen elektrischen
Versorgungskonzept eine flexible und eine auf vorgebbare Zielsetzungen
optimierte Ansteuerstrategie realisiert werden. Beispielsweise könnte das
Arbeitsfahrzeug und das Anbaugerät
derart angesteuert bzw. betrieben werden, dass der Kraftstoffverbrauch
des Verbrennungsmotors minimiert wird. Auch könnte das Gespann derart angesteuert
werden, dass die durchzuführenden
Arbeitsschritte zeitoptimiert, also so schnell wie möglich ausgeführt werden.
Mit entsprechender Leistungselektronik kann der Leistungsfluss der
elektrischen Energie zwischen Arbeitsfahrzeug und Anbaugerät in gewissen
Grenzen flexibel angesteuert werden.
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Die
vom Arbeitsfahrzeug auf das Arbeitsgerät übertragene Wechselspannung
im Sinn der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere eine ein- und/oder
mehrphasige Wechselspannung, Drehstrom, Sägezahnspannung, Rechteckpulse
bzw. Spannungspulse.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform erzeugt
der Generator Wechselspannung bzw. Wechselstrom. Der Generator weist
bevorzugt eine Asynchronmaschine auf. In Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalls
könnte
auch eine andere elektrische Maschine eingesetzt werden, beispielsweise eine
Synchronmaschine. Der Generator wird vorzugsweise von dem Verbrennungsmotoren
des Arbeitsfahrzeugs angetrieben, und zwar unmittelbar von der Abtriebswelle
oder vom Schwungrad des Verbrennungsmotors. Im Konkreten könnte der
Generator in Form eines Kurbelwellengenerators ausgebildet sein.
Insoweit ist der Generator dauerhaft an dem Arbeitsfahrzeug angebaut
und in den Antriebsstrang des Arbeitsfahrzeugs integriert und darauf
abgestimmt.
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Damit
mit der von dem Generator erzeugten elektrischen Energie eine landwirtschaftliche
Arbeitsfunktion ausgeführt
werden kann, ist vorgesehen, dass der Generator eine Leistungsklasse
aufweist, welche in der Lage ist, dauerhaft eine vorgebbare Mindestleistung
erzeugen zu können.
Im Konkreten ist der Generator derart ausgelegt, dass mit ihm eine elektrische
Leistung von mindestens 10 kW, vorzugsweise 20 kW bis 30 kW, erzeugbar
ist.
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Zum
Umwandeln von Wechselspannung in Gleichspannung könnte mindestens
ein Gleichrichter vorgesehen sein. Ein solcher Gleichrichter ist
bevorzugt dort angeordnet, wo der Gleichstrom benötigt wird,
also in räumlicher
Nähe zu
dem entsprechenden elektrischen Verbraucher. Dementsprechend könnte ein
Gleichrichter am Arbeitsfahrzeug und/oder am Anbaugerät vorgesehen
sein.
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In
diesem Zusammenhang könnte
es zweckmäßig sein,
einen Transformator und mindestens einen Gleichrichter in einer
baulichen Einheit zusammenzufassen. Die bauliche Einheit könnte in
einem Gehäuses
und/oder einer Kiste angeordnet sein.
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Falls
das Anbaugerät
einen elektrischen Verbraucher aufweist, welcher mit Gleichstrom
bzw. Gleichspannung zu versorgen ist, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass das Anbaugerät
mindestens einen Gleichrichter aufweist. Mit dem Gleichrichter wird
die von dem Transformator umgewandelte Wechselspannung in Gleichspannung
umgewandelt.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
weist das Arbeitsfahrzeug und/oder das Anbaugerät einen Umrichter auf, mit
welchem Gleichspannung in eine Wechselspannung vorgebbarer Frequenz
und Amplitude umwandelbar ist. Insoweit stellt der Umrichter dem
elektrischen Verbraucher Wechselspannung zur Verfügung und
zwar vorzugsweise derart, dass die Wechselspannung in Frequenz und
Amplitude den aktuell vorliegenden Anforderungen des elektrischen
Verbrauchers bzw. der von dem elektrischen Verbraucher angetriebenen landwirtschaftlichen
Arbeitsfunktion zumindest weitgehend entspricht.
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Falls
die mit dem Generator des Arbeitsfahrzeugs erzeugte elektrische
Energie in ein massenbezogenes Netz eingespeist werden soll oder
falls beispielsweise an das Arbeitsfahrzeug ein herkömmlicher
elektrischer Verbraucher, der mit Drehstrom oder Wechselstrom zu
betreiben ist, anzuschließen ist,
ist bevorzugt vorgesehen, dass der Transformator derart ausgebildet
und beschaltet ist, dass die Sekundärseite des Transformators einen
Sternpunkt oder einen Neutralleiter aufweist.
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Aus
Gründen
der Sicherheit am Arbeitsfahrzeug und/oder am Anbaugerät könnte es
zweckmäßig sein,
dass mit dem Transformator sekundärseitig eine Spannung von maximal
60 V erzeugbar ist. Es könnte
auch zweckmäßig sein,
mit dem Transformator eine Hochspannung zu erzeugen, welche beispielsweise
beim Spritzen von Flüssigkeiten
zum elektrostatischen Aufladen von Flüssigkeitstropfen nutzbar ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Transformator derart ausgebildet und beschaltet, dass mindestens
zwei voneinander unabhängige Einzelspannungen
zur Verfügung
stellbar sind. So könnte
eine Einzelspannung 12 V zur Versorgung von Controllern und elektronischen
Steuergeräten vorgesehen
sein. Eine weitere davon unabhängige Einzelspannung
könnte
42 V betragen und zum Antreiben von Leistungsaggregaten bzw. elektrischen Lasten
zum Ausführen
einer landwirtschaftlichen Arbeitsfunktion dienen. Dies könnte auch durch
das Vorsehen eines entsprechenden sekundärseitigen Stromkreises realisiert
werden.
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Falls
für ein
Anbaugerät
mindestens zwei im Wesentlichen gleichartige elektrische Verbraucher
zu versorgen sind, könnte
der Transformator entsprechend ausgebildet und beschaltet sein bzw.
es könnte
sekundärseitig
ein entsprechender Stromkreis vorgesehen und derart ausgebildet
sein, dass dies möglich
ist.
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Bevorzugt
ist mindestens ein elektrischer Filter vorgesehen, mit welchem elektrische
Störsignale ausfilterbar
sind. Hiermit sollen hauptsächlich
unerwünschte
Spannungsspitzen ausgefiltert werten. Alternativ oder zusätzlich kann
der elektrische Filter derart ausgebildet sein, dass mit ihm ein
vorliegender Spannungsverlauf in einen vorgebbaren Spannungsverlauf
umwandelbar ist. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, falls
auf der Eingangsseite des Filters eine Rechteckspannung vorliegt,
welche ausgangsseitig nach dem Filter in eine im Wesentlichen sinusförmige Wechselspannung
umzuwandeln ist. Der Filter könnte
eine Kombination von Kapazitäten
und Induktivitäten
aufweisen.
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Insbesondere
wenn das Anbaugerät
einen elektrischen Antrieb auf der linken Seite und einen weiteren
elektrischen Antrieb auf der rechten Seite aufweist, weist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
das Anbaugerät
mindestens zwei Transformatoren auf. Auch wenn das Anbaugerät mehrere Sektionen
aufweist, beispielsweise eine Spritze mit mehreren Klappgestängeabschnitten,
könnte
in jeder Sektion jeweils mindestens ein Transformator angeordnet
sein.
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Vergleichbares
könnte
vorgesehen sein, falls das Anbaugerät modular aufgebaut und/oder
um eine landwirtschaftliche Arbeitsfunktion erweiterbar ist. Auch
in diesem Fall könnte
das Anbaugerät
mindestens zwei Transformatoren aufweisen und es könnte jedem
Modul jeweils mindestens ein Transformator zugeordnet sein. So könnte beispielsweise
ein Sägerät modular
aufgebaut sein und dadurch verbreitet beziehungsweise vergrößert werden,
indem weitere Sägerätmodule
an ein Grundmodul angebaut werden. Sämtliche Sägerätmodule könnten jeweils einen Transformator
aufweisen. Dieses Konzept ist für
eine Einzelkornsämaschine
besonders geeignet.
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Bevorzugt
weist der vom Generator erzeugte Wechselstrom und/oder der vom Arbeitsfahrzeug
auf das Anbaugerät übertragene
Wechselstrom einen ein- oder mehrphasigen Wechselstrom auf. Unter Umständen könnte vorgesehen
sein, dass der Traktor sowohl eine Schnittstelle für einphasigen
Wechselstrom als auch eine Schnittstelle für mehrphasigen Wechselstrom
für ein
Anbaugerät
zur Verfügung stellt.
Somit können
Anbaugeräte
unterschiedlicher elektrischer Bauformen bzw. Eigenschaften an das Arbeitsfahrzeug
angekoppelt und von diesem mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
ein Transformator vorgesehen und ist derart ausgebildet und/oder
elektrisch beschaltet, dass ein Teil des elektrischen Versorgungsnetzes
bzw. ein Teil der Übertragungseinrichtung
gegenüber
dem Rest des elektrischen Versorgungsnetzes bzw. gegenüber dem
Rest der Übertragungseinrichtung
galvanisch isolierbar ist. Im Konkreten kann dieser Transformator
in Form eines Trenn- oder Isoliertransformators ausgebildet sein.
Ein solcher Transformator könnte unmittelbar
vor oder nach einer elektrischen Schnittstelle zwischen dem Arbeitsfahrzeug
und dem Anbaugerät
arbeitsgeräteseitig
und/oder anbaugeräteseitig
angeordnet sein.
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Bevorzugt
sind auf dem Anbaugerät
mindestens zwei Teilstromkreise mit voneinander verschiedenen Spannungsebenen
vorgesehen. Dies könnte auch
auf dem Arbeitsfahrzeug vorgesehen sein. Die beiden Teilstromkreise
weisen bevorzugt eine niedrige Spannungsebene zur Versorgung elektronischer Steuergeräte und eine
höhere
Spannungsebene zur Versorgung von Elektromotoren auf.
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Nicht
zuletzt aus Gründen
der Sicherheit könnte
das Arbeitsfahrzeug und/oder das Anbaugerät ein elektrisches Verteilersystem
mit einem Stromkreis aufweisen. Mit dem elektrischen Verteilersystem
könnte
elektrischer Strom an mindestens einen elektrischen Verbraucher übertragen
werden. Der Stromkreis könnte
einen Wechselstromkreis oder einen Gleichstromkreis aufweisen, was
in der Regel von der elektrischen Last abhängig ist.
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Da
die elektrischen Leistungskomponenten bzw. Verbraucher des Anbaugeräts mitunter
bei hohen Leistungen betrieben werden, kann eine Kühlung der
elektrischen Komponenten bereitgestellt sein. Hierzu könnte ein
auf dem Anbaugerät
vorhandener Stoffstrom genutzt werden. Als ein solcher Stoffstrom
kommt insbesondere Spritzbrühe,
Saatgut und/oder Dünger
in Frage.
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Alternativ
oder zusätzlich
könnte
zur Kühlung
elektrischer Komponenten des Anbaugeräts ein auf dem Anbaugerät vorhandener
Luftstrom genutzt werden. Beispiele für Luftströme sind: Trägerluft zum Sprühen oder
Spritzen, Trägerluft
zum Fördern
von Saatgut.
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Darüber hinaus
könnte
mindestens eine elektrische Komponente des Anbaugeräts mit einer Tragestruktur
des Anbaugeräts
thermisch verbunden sein. Hierbei wird also zumindest ein Teil der
Wärme auf
Grund der Wärmeleitfähigkeit
zwischen der elektrischen Komponente und der Tragestruktur des Anbaugeräts von der
elektrischen Komponente abgeführt.
Eine konkrete Maßnahme
hierfür
könnte
eine thermische Kopplung zwischen dem Transformator und einer Tragestruktur
des Anbaugeräts
sein. Dies könnte
durch das Vergießen
des Transformators mit einem Gießharz hoher Wärmeleitfähigkeit
erzielt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist mindestens eine elektrische Komponente des Anbaugeräts mit einem auf
dem Anbaugerät
vorhandenen Kreislauf kühlbar. Ein
solcher Kreislauf könnte
beispielsweise ein Flüssigkeitskreislauf
zum Antreiben von Hydromotoren des Anbaugeräts sein. In diesem Fall werden
einzelne Komponenten des Anbaugeräts hydrostatisch und andere
Komponenten elektrisch angetrieben, wobei beispielsweise eine Hydraulikleitung
und/oder ein entsprechender Wärmetauscher
in thermischem Kontakt zu der zu kühlenden elektrischen Komponente
steht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Transformator mit einer rechteckförmigen Spannung – insbesondere
mit Spannungspulsen – speisbar.
Die rechteckförmige
Spannung könnte
von einem Umrichter erzeugt beziehungsweise ausgegeben werden. Die
rechteckförmige
Spannung könnte pulsweiten- und/oder frequenz-
und/oder amplitudenmoduliert sein.
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Damit
die Spannung und/oder der Strom und/oder die Leistung an die momentanen
Anforderungen – insbesondere
der landwirtschaftlichen Arbeitsfunktion – angepasst werden können, könnte vorgesehen
sein, dass die Pulsbreite der Rechteckspannung vorgebbar variabel
ist. Alternativ oder zusätzlich
könnte
zum Reduzieren bzw. Minimieren der Verlustleistung in Abhängigkeit
von der momentan abgegebenen Leistung die Pulsfrequenz der Rechteckspannung
vorgebbar variiert werden. Hierzu ist es zweckmäßig, entsprechende Sensoren
und Ansteueralgorithmen zu implementieren, mit welchen die Pulsbreite
und/oder die Pulsfrequenz variiert werden kann.
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Ganz
besonders bevorzugt ist mindestens ein Mittel vorgesehen, mit welchem
eine elektrische Isolierung an dem Arbeitsfahrzeug und/oder an dem Anbaugerät erzielbar
und/oder überwachbar
ist. Ein solches Mittel weist neben einer geeigneten Isolierung
elektrischer Kabel auch mindestens eine elektrische Schaltung auf,
mit welcher überwacht
werden kann, ob die Vorrichtung zur elektrischen Versorgung auch
hinreichend isoliert ist. Ein solches Mittel könnte auch ausgebildet sein,
Maßnahmen
einzuleiten, falls das nicht mehr der Fall ist. So könnte beispielsweise die
Erzeugung des elektrischen Stroms abgeschaltet werden bzw. einzelne
Teilstromkreise stromlos geschaltet werden. Weiterhin könnte ein
solches Mittel eine geeignete Isolation der elektrischen Schnittstelle zwischen
Arbeitsfahrzeug und Anbaugerät
aufweisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Transformator in Form eines Ringbandkern-Transformators mit
amorphem bzw. nanokristallinem Bandmaterial ausgeführt. Der
Transformator oder ein weiterer Transformator könnte auch in Form eines Trenntransformators,
eines Spartransformators, eines Eisenkern-Transformators, eines
Ferritkerntransformators, eines eisenlosen Transformators oder eines
Streufeldtransformators ausgeführt
sein.
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Falls
die Frequenz der Wechselspannung zu hoch für einen auf dem Prinzip des
magnetischen Flusses arbeitenden Transformators ist, könnte der Transformator
in Form eines kapazitiven Spannungsteilers, d. h. einer Doppelkapazität, ausgeführt sein. Auch
könnte
der Transformator ein Teil eines DC/DC-Wandlers sein.
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Bevorzugt
ist ein Netzwerk zur Datenübertragung
vorgesehen, über
welches Steuerelektronik des Anbaugeräts identifizierbar und/oder
ansteuerbar ist. Ein solches Netzwerk könnte unter anderem dazu eingesetzt
werden, einen Umrichter des Arbeitsfahrzeugs zu konfigurieren. Ein
solches Netzwerk könnte einen
CAN-Bus oder ein Ethernet, insbesondere ein echtzeitfähiges Ethernet,
aufweisen.
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Damit
ein möglichst
hoher Wirkungsgrad des Arbeitsfahrzeugs und/oder des Anbaugeräts erzielbar
ist, könnte
ein Regelkreis vorgesehen sein, welcher einen dem Arbeitsfahrzeug
zugeordneten Umrichter und/oder eine Steuereinrichtung aufweist.
Der Regelkreis könnte
mit Sensoren und/oder Controllern des Anbaugeräts kommunizieren und der Regelkreis könnte ein
Netzwerk zur Datenübertragung
aufweisen. Mit diesem Regelkreis kann beispielsweise die oben erwähnte Pulsbreite
und/oder Pulsfrequenz und/oder Amplitude einer Rechteckspannung
geregelt werden. So könnte
beispielsweise vorgesehen sein, dass die Steuereinheit des Arbeitsgeräts über das
Netzwerk unmittelbar mit Sensoren des Anbaugeräts kommuniziert und in Abhängigkeit
der von den jeweiligen Sensoren detektierten Größen den Umrichter derart ansteuert,
dass die elektrischen Verbraucher des Anbaugeräts hierdurch unmittelbar mit elektrischer
Energie versorgt werden, ohne dass eine weitere Steuereinheit auf
dem Anbaugerät
vorzusehen ist.
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Die Übertragungseinrichtung
weist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
eine elektrische Schnittstelle des Arbeitsfahrzeugs, mindestens
eine elektrische Leitung und eine elektrische Schnittstelle des
Anbaugeräts
auf. Eine elektrische Schnittstelle kann mindestens eine Steckdose
und/oder mindestens einen Stecker aufweisen. Die elektrische Leitung
könnte
in Form eines flexiblen Kabels ausgebildet sein, mit welcher eine
elektrische Verbindung zwischen dem Arbeitsfahrzeug und dem in der
Regel relativ zum Arbeitsfahrzeug bewegbar angeordneten Anbaugerät hergestellt
werden kann.
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Ganz
besonders bevorzugt weist die Übertragungseinrichtung
mindestens einen Umrichter auf, welcher ortsfest an dem Arbeitsfahrzeug
angeordnet ist. Dieser Umrichter könnte derart konfiguriert sein, dass
der Umrichter von einem Gleichstrom-Zwischenstromkreis des Arbeitsfahrzeugs
eine Wechselspannung und/oder Rechteckspannung vorgebbarer Frequenz
bzw. Pulsbreite erzeugt und über
die Übertragungseinrichtung
dem Anbaugerät zur
Verfügung
stellt. Dies könnte
derart erfolgen, dass eine Steuereinrichtung beispielsweise über ein
Netzwerk zur Datenübertragung
das Anbaugerät
bzw. die darauf befindlichen elektrischen Verbraucher automatisch
erkennt und automatisch die elektrische Energie in der Form dem
Anbaugerät
zur Verfügung
stellt, in welcher diese von dem Anbaugerät benötigt wird und/oder umgesetzt
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist ein Anbaugerät eine elektrische Last, einen
Transformator und eine elektrische Schnittstelle auf. Das Anbaugerät ist an eine
Anbauschnittstelle des Arbeitsfahrzeugs reversibel ankoppelbar.
Mit der elektrischen Last ist eine landwirtschaftliche Arbeitsfunktion
ausführbar.
Die elektrische Schnittstelle ist mit dem Transformator elektrisch
verbunden und derart ausgebildet, dass sie an eine elektrische Schnittstelle
eines Arbeitsfahrzeugs anschließbar
ist und hierdurch eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung nach
einem der Ansprüche
1 bis 33 ausbildbar ist. Mit dem Transformator ist die vom Generator
des Arbeitsfahrzeugs erzeugte und auf das Anbaugerät übertragene
Wechselspannung wandelbar, um der elektrischen Last zur Verfügung gestellt
zu werden. Insbesondere könnte vorgesehen
sein, dass der Transformator in einem Gehäuse angeordnet ist.
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Gemäß einer
ebenfalls bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist ein insbesondere in Form eines
Traktors ausgebildetes landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug eine
Anbauschnittstelle, einen Generator und eine elektrische Schnittstelle
auf. An der Anbauschnittstelle ist ein Anbaugerät mit mindestens einer elektrischen Last
reversibel ankoppelbar. Mit der elektrischen Last des Anbaugeräts ist eine
landwirtschaftliche Arbeitsfunktion ausführbar. Mit dem Generator ist
elektrische Energie erzeugbar. Der Generator ist mit der elektrischen
Schnittstelle elektrisch verbunden. Die elektrische Schnittstelle
ist derart ausgebildet, dass sie an eine elektrische Schnittstelle
des Anbaugeräts anschließbar ist
und hierdurch eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung nach
einem der Ansprüche 1
bis 33 ausbildbar ist. Die vom Generator des Arbeitsfahrzeugs erzeugte
elektrische Energie ist in Form von Wechselspannung auf das Anbaugerät übertragbar.
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Ebenfalls
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Wandlereinrichtung
zum Wandeln von der von einem Generator eines Arbeitsfahrzeugs erzeugten elektrischen
Energie vorgesehen. Die elektrische Wandlereinrichtung umfasst einen
Transformator, ein Gehäuse
und mindestens zwei elektrischen Schnittstellen. Der Transformator
ist in dem Gehäuse
angeordnet. Der Transformator ist mit einer ersten elektrischen
Schnittstelle elektrisch verbunden. Die erste elektrische Schnittstelle
ist derart ausgebildet, dass sie an eine Vorrichtung zur elektrischen
Versorgung nach Anspruch 32 oder 33 anschließbar ist. Mindestens eine zweite
elektrische Schnittstelle ist zum Verbinden mit einem elektrischen
Verbraucher vorgesehen.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche
und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur elektrischen Versorgung eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs
und eines daran angekoppelten Anbaugeräts,
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2 ein
Schaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs und eines daran angekoppelten
Anbaugeräts,
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3 ein
Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines
landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs und eines daran angekoppelten
Anbaugeräts,
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4 ein
Schaltbild einer elektrischen Schaltung, welche ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
sein kann,
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5 ein
Schaltbild einer weiteren elektrischen Schaltung, welche ein Teil
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
sein kann,
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6 ein
Schaltbild eines elektrischen Filters und
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur elektrischen Versorgung eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs
und eines hiervon betriebenen elektrischen Verbrauchers.
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Gleiche
oder ähnliche
Bauteile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. 1 zeigt
ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug 10, welches in
Form eines Traktors ausgebildet ist. Im Folgenden wird der Traktor
ebenfalls mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Traktor 10 weist einen
Verbrennungsmotor 12 auf. Von der Ausgangswelle 14 des
Verbrennungsmotors 12 wird einerseits der Fahrantrieb des Traktors 10 über ein
in 1 nicht gezeigtes Getriebe angetrieben. Andererseits treibt
die Ausgangswelle 14 den Generator 16 an. Der
Generator 16 ist fest am Traktor 10 installiert.
Im Konkreten ist der Generator 16 in Form eines Kurbelwellengenerators
ausgebildet und mit seinem Stator am Motorgehäuse und mit seinem Rotor am Schwungrad
des Verbrennungsmotors 12 angebaut. Der Generator 16 erzeugt
dreiphasigen Wechselstrom, welcher über den Umrichter 18 des
Generators 16 und einen darin enthaltenen Gleichrichter
in Gleichstrom umgewandelt wird. Der Gleichstrom wird in den Gleichstrom-Zwischenstromkreis 20 des
Traktors 10 eingespeist. Die Spannung des Gleichstrom-Zwischenstromkreises 20 beträgt ca. 700
V. Lediglich schematisch ist angedeutet, dass über die Abzweigungen 22 des
Gleichstrom-Zwischenstromkreises 20 weitere, in 1 nicht
gezeigte elektrische Verbraucher versorgt werden.
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Der
Traktor 10 weist eine mechanische Ankopplungsschnittstelle 24 auf,
welche in Form eines Dreipunkt-Geräteanbaus, eines Zugpendels und/oder
eines sonstigen gängigen
Kopplungssystems ausgebildet sein kann. An die Ankopplungsschnittstelle 24 des
Traktors 10 ist das Anbaugerät 26 über die
mechanische Verbindung 28 angekoppelt. Das Anbaugerät 26 weist
unter anderem eine landwirtschaftliche Arbeitsfunktion auf, welche
mit einem Elektromotor 30 ausgeübt bzw. angetrieben wird. Der Elektromotor 30 des
Anbaugeräts 26 wird
von dem elektrischen Versorgungssystem des Traktors 10 mit elektrischer
Energie versorgt. Hierzu ist das Anbaugerät 26 über die
elektrische Leitung 32 und den Stecker 34 des
Anbaugeräts 26 mit
der Steckdose 36 des Traktors 10 verbunden. Die
Steckdose wiederum ist mit dem Umrichter 38 elektrisch
verbunden. Der Umrichter 38 wandelt den Gleichstrom des
Gleichstrom-Zwischenstromkreises 20 in Wechselstrom um.
Die Wechselspannung liegt in einem Bereich von ungefähr 400 V
bis 480 V. Der vom Umrichter 38 gewandelte Wechselstrom
wird über
die Leitung 32 dem Transformator 40 zugeführt. Dementsprechend wird
der Transformator 40 primärseitig mit einer Wechselspannung
von 400 V bis 480 V beaufschlagt. Der Transformator 40 ist
an dem Anbaugerät 26 vorgesehen
und dort fest in einem Gehäuse 42 montiert. Insoweit
stellt der Transformator 40 und das Gehäuse 42 eine bauliche
Einheit dar.
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Der
Transformator 40 wandelt die primärseitige Wechselspannung in
Höhe von
400 V bis 480 V in eine sekundärseitige
Wechselspannung von 200 bis 240 V. Dementsprechend wird der Elektromotor 30 und
letztendlich die landwirtschaftliche Arbeitsfunktion mit dieser
Wechselspannung angetrieben. An den Transformator 40 ist
ein Gleichrichter 44 angeschlossen, welcher aus der sekundärseitigen Wechselspannung
Gleichspannung erzeugt und diese über eine Steckdose 46 einem
an das Anbaugerät 26 adaptierbaren
elektrischen Verbraucher (nicht gezeigt, da nicht an das Anbaugerät 26 adaptiert)
zur Verfügung
stellt. Weiterhin ist eine Drehstrom-Steckdose 48 vorgesehen, über welche
ein elektrischer Verbraucher anschließbar ist (in 1 nicht
gezeigt), welcher mit Drehstrom betrieben wird. Insoweit weist bereits
das Anbaugerät 26 ein
elektrisches Verteilersystem 50 auf, mit welchem elektrischer
Strom an mehrere elektrische Verbraucher, unter anderem dem fest
am Anbaugerät 26 installierten
Elektromotor 30, zur Verfügung gestellt werden kann.
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2 zeigt
in einer schematischen Darstellung das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Versorgung eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs und eines
an das Arbeitsfahrzeug ankoppelbaren Anbaugeräts, wobei weder das Arbeitsfahrzeug
noch das Anbaugerät
in 2 gezeigt sind. Von der elektrischen Wirkungsweise
unterscheidet sich die Vorrichtung zur Versorgung des Arbeitsfahrzeugs 10 und
des Anbaugeräts 26 nicht
wesentlich von der aus 1. Auch bei dieser Vorrichtung
wird mit dem Generator 16 Wechselspannung erzeugt, welche
mit dem Umrichter/Gleichrichter 18 in Gleichspannung umgewandelt
wird. Die Gleichspannung wird dem Gleichstrom-Zwischenstromkreis 20 zur
Verfügung
gestellt. Der Umrichter 38 wandelt die Gleichspannung in
dreiphasige Wechselspannung um, welche an der Steckdose 36 des
Arbeitsfahrzeugs 10 anliegt. Wenn der Stecker 34 in
die Steckdose 36 eingesteckt ist, kann die Wechselspannung
auf das Anbaugerät 26 übertragen
werden. Die Trennung zwischen dem Arbeitsfahrzeug 10 und dem
Anbaugerät 26 in 2 ist
mit der gestrichelten Linie 52 angedeutet. Die Wechselspannung
wird dem Transformator 40 zugeleitet, welcher die Wechselspannung
auf ein niedrigeres Spannungsniveau wandelt. Mit dem ebenfalls in
dem Gehäuse 42 angeordneten
Gleichrichter 44 wird die sekundärseitige Wechselspannung in
Gleichspannung umgewandelt und dem elektrischen Verteilersystem 50 des
Anbaugeräts 26 zugeführt. Das
elektrische Verteilersystem 50 weist ebenfalls ein Gleichstrom-Zwischenstromkreis
mit Abzweigungen 22 für
weitere (in 2 nicht gezeigte) elektrische
Verbraucher auf. An dem elektrischen Verteilersystem 50 sind
zwei Umrichter 54, 56 angeschlossen, welche die
Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises des Anbaugeräts 26 jeweils
in einphasigen Wechselstrom umwandeln. Mit dem Wechselstrom ist
jeweils ein Elektromotor 58, 60 antreibbar, welcher
letztendlich die landwirtschaftliche Arbeitsfunktion ausführt.
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Das
Anbaugerät 26 gemäß 2 ist
in Form einer Einzelkornsämaschine
ausgebildet und weist zwei Module auf, nämlich ein Modul auf der linken und
ein Modul auf der rechten Seite des Anbaugeräts 26. Die Einzelkornsämaschine
ist um weitere Module erweiterbar, wobei einem Erweiterungsmodul
jeweils ein weiterer Gleichrichter und ein weiterer Elektromotor
zugeordnet ist. Dies ist mit den gestrichelt gezeigten elektrischen
Erweiterungsmodulen 62, 63 gezeigt, welche jeweils
einen Umrichter und einen Elektromotor aufweisen.
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In 3 ist
ein elektrisches Schaltbild gezeigt, welches arbeitsfahrzeugseitig
vergleichbar zu dem aus 2 ausgebildet ist. Auch hinsichtlich
des Anbaugeräts 26 ist
es weitgehend vergleichbar zu dem aus 2 ausgebildet.
Allerdings weist das Anbaugerät 26 aus 3 zwei
Gehäuse 42 mit
jeweils einem Transformator 40 und einem Gleichrichter 44 auf.
Die beiden Transformatoren 40 sind parallel an dem elektrischen
Verteilersystem 50 angeschlossen und wandeln den vom Arbeitsfahrzeug 10 zur
Verfügung
gestellten Drehstrom in Drehstrom kleinerer Spannung um. Mit den
Gleichrichtern 44 wird der jeweilige Gleichstrom-Zwischenstromkreis
mit Gleichspannung versorgt. An jedem Gleichstrom-Zwischenstromkreis
können
mehrere Umrichter-Elektromotor-Kombinationen angeschlossen werden.
Auch die elektrische Ausrüstung
des Anbaugeräts 26 aus 3 ist
somit erweiterbar und skalierbar für die jeweilige Ausbaustufe
des Anbaugeräts 26.
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4 zeigt
einen Ausschnitt eines elektrischen Schaltkreises, welcher ein Beispiel
für die Übertragung
eines einphasigen Wechselstroms von dem Arbeitsfahrzeug 10 auf
das Anbaugerät 26 darstellt.
Arbeitsfahrzeugseitig ist lediglich der Umrichter 38 gezeigt,
welcher links mit dem Gleichstromzwischenstromkreis 20 verbunden
ist (gekennzeichnet sei durch die Symbole + und –). Rechts ist der Umrichter 38 mit
der Steckdose 36 verbunden. Zum Erzeugen der einphasigen
Wechselspannung sind lediglich vier der sechs Schalter des Umrichters 38 anzusteuern.
Die auf das Anbaugerät 26 übertragene Wechselspannung
beträgt
480 V. Elektrisch parallel zum Stecker 34 verschaltet sind
zwei Gehäuse 42 vorgesehen,
in welchen jeweils ein Transformator 40 angeordnet ist.
Der Transformator 40 weist primärseitig eine Spule 64 und
sekundärseitig
zwei Spulen 66, 68 auf. Die erste sekundärseitige
Spule 66 wandelt die Eingangsspannung in eine Wechselspannung
von 12 V um. Die zweite sekundärseitige
Spule 68 wandelt die Eingangsspannung in eine Wechselspannung
von 42 V um. Den sekundärseitigen
Spulen 66, 68 sind zwei Gleichrichter 44 nachgeordnet, welche
die jeweilige Wechselspannung in Gleichspannung umwandeln. Dementsprechend
kann nach dem einen Gleichrichter 44 ein Controller oder
eine elektronische Steuereinheit angeschlossen werden, welche eine
Versorgungsspannung von 12 V benötigt.
Nach dem anderen Gleichrichter 44 kann ein Leistungsteil
angeschlossen werden, welches mit 24 V Gleichspannung versorgt wird.
Insoweit sind bei dem Anbaugerät 26 zwei
Teilstromkreise vorgesehen, welche verschiedene Spannungsebenen
aufweisen. Auch das Anbaugerät 26 gemäß 4 ist um
weitere Gehäuse 42 mit
im Wesentlichen identischen Inhalten erweiterbar.
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5 zeigt
einen Ausschnitt eines elektrischen Schaltkreises, welcher ein Beispiel
für die Übertragung
eines dreiphasigen Wechselstroms von dem Arbeitsfahrzeug 10 auf
das Anbaugerät 26 darstellt.
Arbeitsfahrzeugseitig ist – wie
in 4 – lediglich
der Umrichter 38 gezeigt, welcher links mit dem Gleichstromzwischenstromkreis 20 verbunden
ist (gekennzeichnet sei durch die Symbole + und –). Anbaugeräteseitig
ist ein dreiphasiger Transformator 40 vorgesehen, welche
in Form eines Trenntransformators ausgebildet ist und somit eine
galvanische Trennung zwischen den elektrischen Systemen des Arbeitsfahrzeugs 10 und
des Anbaugeräts 26 realisiert. Der
Transformator 40 ist derart ausgebildet und beschaltet,
dass damit sekundärseitig
Drehstrom mit drei Phasen und einem Neutralleiter zur Verfügung gestellt
werden kann. Mit dem sekundärseitigen Drehstrom
kann ein elektrischer Verbraucher zum Ausführen einer landwirtschaftlichen
Arbeitsfunktion betrieben werden. Dieser ist in 5 nicht
gezeigt.
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6 zeigt
einen elektrischen Filter 70, mit welchem elektrische Störsignale
ausgefiltert werden können
und/oder mit welchem ein Rechteck-Spannungsverlauf in einen im Wesentlichen
sinusförmige im
Spannungsverlauf überführt werden
kann. Dieser Filter 70 kann bei Bedarf in jedem der Anbaugeräte 26 gemäß den 1 bis 5 eingesetzt
werden. Beispielsweise könnte
ein solcher Filter 70 zwischen dem Transformator 40 und
der Drehstromsteckdose 48 des Anbaugeräts 26 aus 1 eingesetzt
werden. Der Filter 70 weist Spulen 74 und Kondensatoren 76 auf.
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7 zeigt
in einem elektrischen Schaltbild elektrische Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 10, welche
vergleichbar zu denen aus den 2 und 3 ausgebildet
sind. An die Steckdose 36 des Arbeitsfahrzeugs 10 ist
die elektrische Wandlereinrichtung 72 anschließbar. Mit
der elektrischen Wandlereinrichtung 72 kann die von dem
Generator 16 des Arbeitsfahrzeugs 10 erzeugte
elektrische Energie gewandelt werden. Die elektrische Wandlereinrichtung 72 umfasst
einen Transformator 40, ein Gehäuse 42 und die elektrischen
Schnittstellen 34, 46, 48. Die eine elektrische
Schnittstelle 34 dient zum Herstellen der Leitungsverbindung
mit dem Arbeitsfahrzeug 10. Die anderen beiden elektrischen
Schnittstellen 46, 48 dienen als Steckdose, an
welche elektrische Verbraucher (in 7 nicht
gezeigt) anschließbar
sind.
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Der
Transformator 40 ist in dem Gehäuse 42 angeordnet.
Der Transformator 40 ist mit der ersten elektrischen Schnittstelle 34 primärseitig
elektrisch verbunden. Die erste elektrische Schnittstelle 34 ist derart
ausgebildet, dass sie an eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung
nach Anspruch 32 oder 33 anschließbar ist und dann einen Teil
der Vorrichtung zur elektrischen Versorgung darstellt. Die elektrischen
Schnittstellen 46, 48 sind jeweils zum Verbinden
mit einem elektrischen Verbraucher vorgesehen.
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In 1 ist
also ein Anbaugerät 26 mit
einer elektrischen Last, einem Transformator 40 und einer elektrischen
Schnittstelle gezeigt. Das Anbaugerät 26 ist an die Anbauschnittstelle 24 des
Arbeitsfahrzeugs 10 reversibel ankoppelbar. Mit der elektrischen Last,
welche in Form eines Elektromotors 30 ausgebildet ist,
kann eine landwirtschaftliche Arbeitsfunktion ausgeführt werden.
Die elektrische Schnittstelle ist in Form eines Steckers 34 ausgebildet.
Die elektrische Schnittstelle ist mit dem Transformator 40 elektrisch
verbunden und derart ausgebildet, dass sie an eine elektrische Schnittstelle – an die
Steckdose 36 – des
Arbeitsfahrzeugs 10 anschließbar ist. Hierdurch ist eine
Vorrichtung zur elektrischen Versorgung nach einem der Ansprüche 1 bis
33 ausbildbar. Mit dem Transformator 40 ist die vom Generator 16 des
Arbeitsfahrzeugs 10 erzeugte und auf das Anbaugerät 26 übertragene
Wechselspannung wandelbar, um der elektrischen Last zur Verfügung gestellt
zu werden. Der Transformator 40 ist in einem Gehäuse 42 angeordnet.
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1 zeigt
des Weiteren das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug 10,
nämlich
den Traktor 10. Das Arbeitsfahrzeug 10 weist eine
Anbauschnittstelle 24, einen Generator 16 und
eine elektrische Schnittstelle 36 auf. An der Anbauschnittstelle 24 ist
ein Anbaugerät 26 mit
mindestens einer elektrischen Last – den Elektromotor 30 – reversibel
ankoppelbar. Mit der elektrischen Last des Anbaugeräts 26 ist
eine landwirtschaftliche Arbeitsfunktion ausführbar. Mit dem Generator 16 ist
elektrische Energie erzeugbar. Der Generator 16 ist mit
der elektrischen Schnittstelle 36 elektrisch verbunden.
Die elektrische Schnittstelle 36 ist derart ausgebildet,
dass sie an eine elektrische Schnittstelle 34 des Anbaugeräts 26 anschließbar ist. Hierdurch
ist eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung nach einem der
Ansprüche
1 bis 33 ausbildbar. Die vom Generator 16 des Arbeitsfahrzeugs 10 erzeugte
elektrische Energie in Form von Wechselspannung auf das Anbaugerät 26 übertragbar.
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Abschließend sei
ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten
Ausführungsbeispiele
lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese
jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele
einschränken.