DE102012006731A1

DE102012006731A1 - Nutzfahrzeug mit einem Hybrid - Elektrozapfwellensystem und Fronthydraulik

Info

Publication number: DE102012006731A1
Application number: DE201210006731
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Bauweise für ein definiertes Nebenverbraucherantriebssystem eines Hybridfahrzeuges mit Zapfwellenzusatzantrieb vorzugsweise für Nutzfahrzeuge und Traktoren. Das System bestehend aus einem Elektromotor der als Generator arbeiten und Anlasser arbeiten kann und weiteren leistungsintensiven Nebenverbraucher welche durch geeignete Betriebsweisen komfortabel und umweltschonend beeinflusst werden können. Das System zeichnet sich durch eine besonders sichere Betriebsweise, gewichtsoptimierte und energiesparende Bauweise mit vielen vorteilhaften Zusatzfunktionen aus, und er ermöglicht den Antrieb von wechselbaren Zusatzgeräten mittels einer elektrisch angetriebenen profilierten Zapfwelle auch bei stehendem Verbrennungsmotor durch fest installierten Elektromotor, in einem mit einer Fronthydraulik ausgerüstetem Nutzfahrzeug.

Description

Stand der Technik:
Nutzahrzeuge welche einen zusätzlichen Abtrieb in Form einer Profilwelle für Nebenaggregate wie beispielsweise zum Antrieb von Seilwinden Front-Balken oder Kreisel-Balkenmähwerke oder Bodenfräsen haben sind auch für Landschafts- und Waldpflege einsetzbar.
Nutztahrzeuge sind im Sinne dieser Erfindung Fahrzeuge die nicht ausschließlich zum Transport von Menschen ermöglichen, sondern zusätzlich Geräte betreiben können, welche für kommunale Zwecke oder Landschaftspflegezwecke verwendet werden können. Nutzfahrzeuge sind Doka-Transporter, LKW's und Traktoren oder Baumaschinen.
Diese Profilwellenanschlüsse werden als Zapfwellen bezeichnet und sind heute durch den Verbrennungsmotor antreibbar. Sie werden vom Nebenabtrieb des Getriebes durch eine schaltbare Kupplung ein und abgeschaltet. An diese Zapfwelle lassen sich beispielsweise auch Notstromgeneratoren flexibel anstecken und anschließen; Nutzfahrzeugantriebe haben einen Verbrennungsmotor der eine Drehtzahl von 3000 U/pm im Nennbetrieb nicht übersteigt.
Vorteilhafterweise werden sparsame Dieselmotoren eingesetzt.
Dieselmotoren haben einen Anlasser zum Motorstart und eine Lichtmaschine zum aufladen der Autobatterie. Zapfwellenabtriebe sind von der Kurbelwellendrehzahl mit etwa i < 5 untersetzt. Die Zapfwellendrehzahl liegt im Standart zwischen 540 U/pm, 750 /Upm oder 1000 /Upm, zusätzliche externe Drehstromgeneratoren können an einen solchen Zapfwellenanschluss mit einer fahrzeugexternen Gelenkwelle angeschlossen aufgesteckt werden, wie auch Mähwerke oder Holzzerkleinerer, Spritz- und Düngegeräte oder Gartenhäcksler aufgesteckt werden können, diese Geräte werden als Anbaugeräte beispielsweise 101 für die Fronthydraulik bezeichnet.
Ein gleichzeitiger Betrieb von Stromgeneratoren und ein Antrieb eines Zusatzgerates z. B. eines Sprühgerätes ist nicht an einer Zapfwelle 34 heute gleichzeitig möglich. Eine vielseitige Verknüpfung mit dem Triebstrang ist heute nicht gegeben. Für die Heckzapfwelle ist im Getriebeblock eines Nutzfahrzeug eine Zapfwellenkupplung integriert die vor dem Umschalten der Drehzahl einer solchen Heckzapfwelle betätigbar ist.
Zusätzliche Frontzapfwellen mit passenden Fronthydrauliksystemen ermöglichen einen zusätzlichen Betrieb von angetriebenen Frontzusatzgeräten vorne am Fahrzeug was den Einsatz von solchen Nutzfahrzeugen 1 in einem Arbeitsgang auch doppelt nutzbringend machen kann.
Aufgabe ist es:
Einen vielseitigen, kompakten, energiesparenden, Zapfwellenantrieb 34 zu konzipieren der mit dem Hauptantrieb des Nutzfahrzeugs auch weitere sinnvolle Aufgaben wahrnehmen und das Drehmoment an den Radantriebes nach Möglichkeit erhöhen kann, und sehr kompakt drehmomentstark und robust sowie wasserdicht baut.
Das Zapfwellenmodul sollte für Front- und Heckbetrieb nutzbar sein. Ziel ist es vorzugsweise die frontseitige also die in Fahrtrichtung schauende Zapfwelle 34 in deren Betrieb zu optimieren und zu flexibilisieren. Bei Einsatz im Frontbetrieb soll dies außerdem durch eine sinnvoll adaptierte Fronthydraulik möglich werden welche einen platzsparenden vielseitigen Einsatz eines solchen Zapfwellensystems mit diesen Funktionen erst mit ermöglichst und somit zusammen diese Zusatzfunktionen gegenüber dem momentanen Stand der Technik solcher Nutzfahrzeuge ermöglicht.
Nutzfahrzeuge 1 dieser betroffenen Kategorie für den Einsatz eines solchen Zusatzabtriebes sind um so wertvoller, sinnvoller und nutzbringender desto vielseitiger diese beispielsweise im Kommunalen,-. Handwerker.- Wald oder Feldpflegeeinsatz sind. Ein Umweltschonender und möglichst CO- 2 armer Betrieb eines solchen Nutzfahrzeuges 1 mit den dafür anzutreibenden Zusatzgeräten soll zudem hiermit ermöglicht werden. Typische nutzfahrzeuge sind geräteträger, Traktoren und Lkw's sowie Kleintransporter ab 2,8 Ionnen zulässigem Gesamtgewicht.
Die geforderte funktional flexible Antriebseinheit 36 soll außerdem vormontiert lieferbar sein.
Lösung:
Die Aufgabe wird hauptsächlich durch die in den Ansprüchen gezeigte Anordnung und den dazu passenden möglichen Betriebsverfahren F1 bis F29 mit den zuordenbaren Ansprüchen gelöst. Dabei werden die Anbaugeräte für den Frontbetrieb am Nutzfahrzeug 1 über eine Gelenkwelle durch diese profilierte, fronseitig am Nutzfahrzeug 1 angebrachten Zopfwelle 34, angetrieben. Diese Zapfwelle 34 ist eine mit elektrischen Mitteln schaltbare Kupplung 70, und von der Kurbelwelle 6 abkuppelbar. Bei geöffneter Kupplung ist die frontseitige Zapfwelle 34 und der Elektromotor 78 abgekoppelt von dem Verbrennungsmotor was die Lebensdauer der beiden System-Elemente schont und einen getrennten Antrieb der Zapfwelle 34 vom Verbrennungsmotor 1 ermöglicht. Bei geöffneter Kupplung 70 kann die elektrische maschine 78 kein Drehmoment an die Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 1 abgeben und keines von dieser Kurbelwelle 6 aufnehmen. Besonders Vorteilhaft ist, daß die frontseitige Zapfwelle 34 der zugehörende Elektromotor 78 und die Kupplung 70 vorne am Verbrennungsmotor 4 in Fahrtrichtung gegenüber dem Schwungrad 255 der Kurbelwelle 6 schauend angeordnet zum Antrieb der Zapfwelle 34 angeordnet sind. So ist es möglich, dass nach dem Abkoppeln diese Zapfwelle 34 mit der elektrischen Maschine, dem Elektromotor 78 auch bei einem stehendem Verbrennungsmotor 4 angetrieben werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise auch den Lüfterflügel 84 mit dem Elektromotor 78 bei stehender Kurbelwelle für Nachlauffunktionen des Lüfters 84 ohne weiteren zusätzlichen Elektromotor anzutreiben. Ein derartiges Elektrozapfwellenmodul 36 an ein Nutzfahrzeug 1 gebaut und betrieben nach den Patentansprüchen 1 bis 35 mit zumindest einer der zusätzlich vorteilhaften Funktionen F1 bis F29 gemäß der 14. Vorteilhafterweise besteht das Elektrozapfwellenmodul 36 aus einem gemeinsamen gegebenenfalls mehrteiligen Modulgehäuse 45, mit einer schaltbaren Kupplung 70 einem Getriebe 37 und einer daran befestigten Elektrischen Maschine 78. Wobei die Elektrische Maschine 78 in das gemeinsame gegebenenfalls mehrteilige Gehäuse 45 derart hineinintegeriert ist, dass eine sehr kompakte, robuste Bauweise entsteht. Ein vorteilhaft adaptiertes Fronthydrauliksystem 203 ermöglicht diese Vorteile im besonderen mit ansteckbaren angetriebenen Zusatzgeräten zu nutzen. Die im Elektrozapfwellenmodul 36 mit einem gemeinsamen vormontierbaren Modulgehäuse 45 fast integrierte elektrische Maschine 78 ist vorzugsweise als Generator gepolt und kann bei zusätzlich eingebautem Steuergerät 115 auch als Elektromotor 78 gepolt werden und kann auch direkt am Verbrennungsmotor 4 befestigt werden, um die der Kupplung 70 nachgelagerten Wellen 17, 40 möglichst kurz zu machen. Das Elektrozapfwellenmodul 78 verwendet dafür ein einteiliges gegebenenfalls zusammengeschraubtes Gehäuse 45 was es ermöglicht in dieser Kompaktheit auch hohe Zapfwellendrehmomente zu übertragen. Durch den Einsatz einer vorteilhaft sogar dreiphasigen Drehstromanlage mit beispielsweise 120° Phasenverschiebung ist es möglich auch den hohen Leistungsbedarf an derartiger Zapfwellenantriebe bei nach geringen Phasenströmen sicherzustellen. Sicherheitseinrichtungen zum Betrieb des fest im Fahrzeug 1 befestigten Drehstromgenerators zur Abgabe von Strom extern, sind vorteilhafterweise eingebaut. In Kombination mit einem Frontkrafthebersystem 203 gemäß den Ansprüchen lässt sich eine Baueinheit bilden zur zusätzlichen Aufnahme der elektrisch durch die Elektrozapfwelle 36 antreibbaren Zusatzgeräte bilden. Vorteilhaft ist die Befestigung des Elektrozapfwellenmoduls 36 mittels einem Flansch 171 an der gleichen Rahmentraverse 15 zwischen den Unterlenkern 169, 189 mit den Hubzylindern 158 und unter dem Oberlenkeranschluss 170. Betriebsverfahren welche in Kombination mit weiteren Fahrzeugmessgrößen abgestimmt werden, durch eine zusätzliche elektrische Verbindung 107 vom Nutzfahrzeug 1 ausgeführt vom Elektrozapfwellenmodul 36 und mit vom Fahrer bedienbarer Schalter anpassbar, runden die Nutzung des Moduls in einem Nutzfahrzeug 1 mit vielen vorteilhaft möglichen Funktionen F1 bis F29 gemäß der 14 ab. Die tägliche Kraftstoffeinsparung kann vorteilhafterweise vom Steuergerät 115 ausgerechnet werden und über die elektrische Verbindung 107 dem Fahrer mitgeteilt werden.
Die tägliche Kraftstoffeinsparung kann vorteilhafterweise vom Steuergerät 115 ausgerechnet werden und über die elektrische Verbindung 107 dem Fahrer mitgeteilt werden.
Durch die vorteilhafte Verwendung einer mehrpasigen und mehrpoligen elektrischen Maschine 78 ist eine sehr hohe Leistungs- und Drehmomentausbeute in diesem System im kompakten Elektrozapfwellenmodul 36 möglich.
Figurenliste:
1 Elektrozapfwellenmodul mit Funktionsübersicht
2 Fronthydrauliksystem mit Elektrozapfwellenmodul vertikal mit kreuzenden Achsen
3 Fronthydrauliksystem mit Elektrozapfwellenmodul horizontal mit kreuzenden Achsen
4 Getriebeplan mit sich kreuzenden Wellen
5 Fronthydrauliksystem mit Elektrozapfwellenmodul horizontal mit parallelen Achsen
6 Zapfwellenantrieb in einem Geräteträger als Nutzfahrzeug
7 Zapfwellenantriebe in einem Traktor als Nutzfahrzeug
8 Zapfwellenantreibe als Frontzapfwelle für Kommunalfahrzeuge mit Fronthydraulik und Zusatzgerät 102
9 Frontzapfwellenmodul, mit Schaltkupplung als mechanisch oder elektromagnetisch (Motorischer Steller oder pneumatische oder hydraulische Magnetventile beeinflussbare oder schaltbare Lamellenkupplung hier mit Stirnrad oder Kegelradgetriebe und optional bestücktem Druckluftkompressor
10 Synchronumschalteinrichtung mit Schaltvorgang
11 Zapfwellenmodul mit Getriebe als Ketten- oder Riementrieb mit zwei mittels Zugfeder ausgeführten Ketten- oder Riemenspannern.
12 Aktive Wellenschwingungsdämpfung und Datenprotokoll
13 Steuerelektronik 115 und elektrisches Umfeld
14, 14A Funktionübersicht F1 bis F28 des Systemes
15 „Prior Art”
16 Getriebeplan mit Frontzapfwellenkupplung außerhalb des Gehäuses
17 Fronthydrauliksystem mit Rammschutz für Elektrozapfwellenmodul
18 Getriebeplan achsparallel mit schaltbarer Kupplung im Zahnrad integriert
19 Getriebeplan mit untersetzter Zapfwelle 34 bezogen auf die Modulwelle 40
20 Elektrozapfwellenmodul, Kupplung 70 extern angebracht am Verbrennungsmotor und gemeinsamen Elektromotoren-Lichtmaschinen-Gehäuse
21 Elektrozapfwellenmodul mit externer Kupplung 70 und Vorgelege
22 Elektrozapfwellenmodul mit Vorgelege 350, und mit Kupplung 70 integriert
23 Elektrozapfwellenmodul mit Kegelradübersetzung 285 ohne Zwischenwelle
24 Elektrozapfwellenmodul mit Vorgelege
25 Elektrozapfwellenmodul mit externer Kupplung u, Lichtmaschine 223
26 Elektrozapfwellenmodul mit externer kupplung u. elektr. Maschine 78
27 System in zwei geteilter Modulbauweise 45 u. 45' langer Fahrzeuge
28 System mit einem langem Gehäuse 45 für kurze Traktorrahmen
29 Modulausführung in zweigeteilter Bauweise mit Gehäusen 45, 45'
30 System in zwei vormontierbaren Modulgehäusen 45, 45'
Beschreibung der Fig. 1
1 zeigt ein Elektrozapfwellenmodul mit Funktionsübersicht vorteilhaft möglicher Funktionen Zeigt das Elektrozapfwellenmodul 36 in vorteilhaft gedrungener Bauweise mit einer darin fest eingebauten elektrischen maschine 78 welche vorteilhafterweise als Generator 78 und oder als Elektromotor 78 gepolt sein kann oder elektrisch entsprechend mittels eines Steuergerätes 115 umgepolt werden kann. durch eine elektrische Verbindung 107 kann zumindest eine der Funktionen F1 bis F25 realisiert werden, was wesentliche bauliche und Funktionelle Vorteile gegenüber einer heutigen konventionellen Frontzapfwelle (vergl. 15 ”Prior Art”) mit sich bringt.
1 zeigt außerdem das gemeinsame gegebenenfalls mehrteiliges Modulgehäuse welches vormontierbar ist was insbesonders auch für die Verkabelung der elektrischen maschine 78 und der Sensoren mit elektrischen Anschlüssen beispielsweise für die Drehzahl, Ölstand und oder Temperatursensoren Bauelemente modularer und sicherer baut.
Die elektrisch betätigbare Kupplung 70 ist hier vorteilhafterweise ebenfalls ins gemeinsame Modulgehäuse 45 integriert. Das Getriebe 37 ist darin integriert, die profilierte zapfwelle 34 zum aufstecken einer Gelenkwelle ist darin robust gelagert dass auch Zusatzkräfte aufgenommen werden können. Die gemeinsame Modulwelle 40 ist die Eingangswelle des Drehmomentes vom Verbrennungsmotor 4 in das Elektrozapfwellenmodul 36.
Vorteilhafterweise ist hier ein Kegelradgetriebe mit einem hypoiden Achsversatz und sich in zumindest einer Ebene kreuzenden Achsen im Endlichen eingebaut. Die im Modulgehäuse 45 eingebaute schaltbare Kupplung 45 kann eine Trockenkupplung sein, deren Lamellen außerhalb des Ölbadgetriebes 47 angeordnet sind. Optional können auch Kupplungsbeläge in der Kupplung 70 verbaut werden welche im gemeinsamen Ölbad mit dem Getriebe 37 laufen und dann vorteilhafterweise eine Sinterwerkstoffstruktur haben. Die Zahnräder im Getriebe 37 sind vorteilhafterweise schräg- oder pfeilverzahnt.
Vorteilhafterweise ist ein Steuergerät 115 mit dem Elektrozapfwellenmodul mit einem Kabel also einer elektrischen Leitung verbunden welches zumindest bei deiner der Funktionen F1 bis F25 Einfluss nimmt.
Besonders vorteilhaft ist eine elektrische Verbindung 107 zum Nutzfahrzeug 1 welche es ermöglicht zumindest ein der Funktionen F1 bis F25 zu unterstützen.
Vorteilhaft ist zumindest eine elektrische Steckverbindung oder elektrische Dose 175, 176 durch welche ein elektrischer Energietransport an das Elektrozapfwellenmodul 36 stadtfinden kann.
Vorteilhafterweis ist zwischen der elektrischen Maschine 78, dem Elektromotor 78 und einer elektrischen Steckverbindung 175, 176 ein Phasentrennrelais bzw. bei Drehstrom ein Mehrphasenschütz also ein Mehrphasentrennrelais eingebaut das vorteilhafterweise auch elektrisch ferngesteuert werden kann beispielsweise über die elektrische Verbindung 107 Dieses leitungsunterbrechendes Relais kann auch oder das Steuergerät 107 direkt ein und ausgeschaltet werden und optional die Funktion eines Fl-Schalters also eines Fehlerstromschalters beinhalten.
Ein Fehlerstromschalter (Fl-Schalter) misst den Strom der von zumindest einer der Stromphasen zur Erde fliest und schaltet dann die Stromversorgung ab da ein Isolationsfehler angesteckten Zusatzgerät offensichtlich ist welche schädliche Wirkungen für Mensch und Maschine haben kann. Das messen des Fehlerstromes wird vorteilhafterweise durch den Vergleich des fliesenden Nulleiterstromes mit dem fliesenden Phasenstrom bzw. Phasenströmen bei Drehstrom realisiert. Der maximale Fehlerstrom ist vorzugsweise einstellbar oder beispielsweise durch das Steuergerät 115 programmierbar. Vorteilhafterweise ist in das Steuergerät 115 ein Stromzähler 128 eingebaut, bei Integration des Steuergerätes 115 in das Modulgehäuse 115 kann das Kabel von den Leistungsschaltern der Maschinenrichters zu den Wicklungen des Elektromotors 315 entfallen und vorteilhafterweise durch kurze Stanzbrücken aus Kupfer oder Aluminium ersetzt werden.
Beschreibung der Fig. 2
2 zeigt ein Fronthydrauliksystem 203 mit einem eingebauten Elektrozapfwellenmodul 36 mit fest eingebautem und zumindest als Generator funktionierender Elektrischer Maschine 78 mit vorteilhaft möglicher Funktionen.
Eingebaut ist dies vertikal mit sich kreuzenden Achsen schon montiert an ein Nutzfahrzeug 1.
Vorteilhafterweise sind die Hubzylinder 158 außen an den Hubarmen 167, 189 befestigt. Zumindest eine mittige Aufnahme der Hubzylinder 158, mittig der Hubarme 167, 189 ist bei dieser Ausführung von Vorteil um das Elektrozapfwellenmodul 78 aufnehmen zu können. Zusammen mit der elektrischen Verbindung 107 zu dem Elektrofrontzapfwellenmodul 36 lassen sich damit zumindest eine sehr vorteilhaften der Funktionen F1 bis F25 realisieren.
Ein zusätzlich adaptiv beispielsweise am Verbrennungsmotor 4 angebauter Generator 223 angebracht an die Verbrennungsmaschine 4 zusätzlich zum Elektrozapfwellenmodul 36 welches zumindest eine der Funktionen F1 bis F25 realisieren kann ist außerdem vorteilhaft.
Dieses ermöglicht dann ein dauern des Laden eines elektrischen Energiespeichers 198, 199, beispielsweise der Batterien und/oder eines AKKU's 198, 199 auch bei einem vollelektrischem Antrieb eines Zusatzgerätes durch das Elektrozapfwellenmodul 36 bei geöffneter Kupplung 70 beispielsweise beim wegabhängigen Düngen oder Spritzen von Pflanzen.
Dies entspricht dann einer Vollhybridisierten betriebsweise der Frontzapfwelle mit 100% Einschaltdauer nahezu unabhängig des Ladezustandes der Batterien beziehungsweise der Akkus 198, 199.
Beschreibung der Fig. 3
Das Fronthydrauliksystem 203 gemäß der 3 ist mit einer elektrischen Verbindung 107 zum Fahrzeug 1 versehen, dienlich der Abstimmung und Austausch von Daten für zumindest einer der Funktionen F1 bis F25 sowie vorteilhafterweise zum übertragen elektrischer Messgrößen zumindest eines der elektrischen Bauteile befindlich an diesem Elektrofrontzapfwellenmodul 36.
Vorteilhafterweise ist das Elektrozapfwellenmodul 36 sehr kompakt gebaut, dass es zwischen den zwei Hubarmen 167, 189 für zum Ausheben damit angetriebener Zusatzgeräte, hier als Unterlenker bezeichnet Platz findet. Eine an dem Fronthydrauliksystem befestigte Aufnahme für einen Oberlenker oberhalb der Zapfwelle 34 ermöglicht eine sogenannte Dreipunktaufnahme von angetriebenen Zusatzgeräten durch das Elektrozapfwellenmodul 36
Vorteilhafterweise sind die Hubzylinder für diese Unterlenker recht und links außen am Modul 36 angeordnet um weiteren Platz zur Aufnahme des Modules 36 anzubieten. Vorteilhaft ist außerdem zumindest eine eigens dafür formgegebene Aussparung durch die zumindest beispielsweise der hintere Lagerflansch des Elektromotors 78 durchschaut, da dadurch noch kompakter gebaut werden kann, und der Motor 78 vor äußeren Stößen und Beschädigungen geschützt wird.
Durch die spezielle Formgebung der Fronthydraulik 203 wird eine möglichst mittige Aufnahme des Elektrozapfwellenmodules 36 ermöglicht.
Dadurch wird wiederum die Zapfwelle 34 möglichst mittig des Fahrzeuges 1 angeordnet, womit wenig Querkräfte in der aufsteckbaren Gelenkwelle entstehen, was zu einem sehr komfortablen und leichten und auch leisen Betrieb von Frontanbaugeräten an einer solcher Fronthydraulik 203 eines Nutzfahrzeugs 1 ermöglicht.
Das führt zu geringen Reibverlusten und langer Lebensdauer der Gelenkwellen und Frontanbaugeräten betrieben in einem solchen Fronthydrauliksystemzuvor genannter Eigenschaften.
Durch die Kombination dieser Vorteilhaft ausgebildeten Fronhydraulik 203 mit dem vielseitigen Elektrozapfwellenmodul 36 ist es möglich auch Zapfwellendrehzahlen weit über 1000 Umdrehungen bei geöffneter Zapfwellenkupplung 70 verlustarm, leise und geräuscharm zu realisieren wodurch zusätzliche Getriebe am anzutreibenden Zusatzgerät in der Fronthydraulik entfallen können womit diese leichter gebaut werden können und damit die Zylinder und Aufnahmen der Fronthydraulik geringer belastet werden.
Beispielsweise beim Betrieb von Spritz und Düngegeräten in einer derartigen Fronthydraulik mit einem Elektrozapfwellenmodul 36 sind hohe Drehzahlen und eine wegabhängige Ausbringung, unabhängig der Verbrennungsmotordrehzahl 4 sehr hilfreich.
Außerdem sind derartige dann einsetzbare Zusatzgeräte kostengünstiger und müssen weniger gewartet werden da beispielsweise keine Ölstandskontrolle an diesen Zusatzgeräten durchgeführt werden muss. Auch hier zeigt sich der Vorteil der elektrischen Ölstandkontrolle des Elektrozapfwellenmodules 36 im Gesamtsystem mit der Fronthydraulik 203 mit der Möglichkeit den Betrieb ohne Öl im Getriebe elektrisch zu unterbinden durch elektrisches öffnen der Kupplung 70 oder die Anzahl Betriebsstunden ohne öl im Getriebe der Frontzapfwelle zu speichern. Eine elektrische Leitung 107 zur Signalübertragung kann auch elektromagnetischer Bauart sein, beispielsweise wenn vorteilhafterweise eine Funkverbindung mit Sender- und Empfängerfunktionen verwendet wird, welche realisiert wird beispielsweise, vorteilhafterweise, durch eine GSM Funkübertragung von Informationen und von Schaltbefehlen ab einer Funkfrequenz von 2 Ghz.
Oder diese wird durch Realisierung dieser elektrischen Leitung 107 durch eine Funkübertragung im UKW Frequenzbereich bis zu einer Frequenz von 1 Ghz realisiert.
Sender und Empfänger haben denn eine immer eine Antenne, vorteilhafterweise mit einem integrierten Ferriten. Vorteilhafterweise bilden die Antennen einen Dipol.
Sender und Empfänger am Nutzfahrzeug 1 zum Betrieb des Systems können auch bidirektional arbeiten, also Daten Senden und Empfangen.
Die Anordnung einer zusätzlichen Lichtmaschine 223 am Verbrennungsmotor 1 welche mehrere (z. B.: 4 oder 12 Akkus) elektrisch parallelgeschaltete Akkus 198, 199 mit beispielsweise 12 oder 24 Volt gleichzeitig laden kann, von Vorteil sein.
Insbesonders und vorteilhafterweise wird diese Lichtmaschine 223 mit einer geringeren Reglerspannung der Lichtmaschine 223 wie das Gesamtsystem hat betrieben und geregelt beispielsweise 48 V, 144 V, wodurch beispielsweise eine herkömmliche Lichtmaschine 223 mit 12 Volt oder 24 Volt mit entsprechend angepassten Lichtmaschinenregler eingebaut werden kann. Der Lichtmaschinenregler schaltet bei unterschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung das Laden eines Akkus 198, 199 ein und bei überschreiten der maximal zulässigen Spannung ab. Vorteilhafterweise ist eine Ladestromkurve oder Pulszeiten für die Länge der Ladepulse von der Lichtmaschine in eine der Akkus 198, 199 im diesem Regler der Lichtmaschine fest verdrahtet oder gespeichert.
Derartige Lichtmaschinen 223 haben eine Leistung von 1,7 KW bis 6 KW. Vorteilhafterweise werden hierfür Lichtmaschinen als Klauenpolmaschinen mit elektrisch geregelter Rotorenergiezuführung eingesetzt. Vorteilhafterweise können auch ein in getopfter Bauform aufgebauter Rotor darin verwendet werden.
Das Elektrozapfwellenmodul 36 ist vorteilhafterweise mit den in Serie geschalteten Akkus 198, 199 verbunden und wird mit höherer Spannung betrieben um auch möglichst kompakt für das Fahrzeug 1 zu bauen.
Das gemeinsame gegebenenfalls modulare Gehäuse 224 mit zumindest der teilweise integrierten Lagerung oder Gehäuseteile des Elektromotors 78 begünstigt diese kompakte Bauweise des Elektrozapfwellenmodules 36.
Die Zusatzfunktionen F1 bis F29 eines solchen Systems bestehend aus einem Elektrozapfwellenmodul 36, gemäß den zugehörigen Ansprüchen, vorteilhafterweise in Kombination mit einem Fronthydraulkiksystem 203, gemäß den zugehörigen Patentansprüchen beim Betrieb in einem Nutzfahrzeug 1 sind nachfolgend kurz beschrieben.
Funktion F1-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und der Sonderdaten, Motordaten, Getriebedaten und Fahrerwünsche über den Fahrzeugführungsrechner oder vom sogenannte Instrument einem zentralen Rechner der den Service und die Instrumente und sonderfahrerwünsche steuert die nicht über das EDC ETC übersetzt werden müssen. Sowie Messwerte zur Realisierung von Notfunktionen im Falle ein Steuergerät beispielsweise ausfällt
Funktion F2-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und der Daten der Drehmomente und Drehzahlen und der Kupplungsstellung der Kupplung 70 als Anfrage-Request an das Elektrozapfwellenmodul 78, vorteilhafterweise über das Steuergerät 115 steuernd das Elektrozapfwellenmodul 78 sowie rückwärtige Übertragung des Zustandsprotokolls, sogenanntes Status-Protokoll, an die Triebstrangsteuergeräte 5, 231 (231 = elektronische Getriebesteuerung z B ASG, ETC und an das 5-Elektronische Motormanagement EDC- oder EEC) des Nutzfahrzeuges 1. Die Daten werden bidirektional übertragen, zur feinfühligen Abstimmung des Nutzfahrzeuges ist die Verbindung 107 vom Steuergerät 115 zu dem EDC und/oder dem ASG von Vorteil.
Funktion F3-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten mittels der elektrischen Verbindung 107 bezüglich der Fahrgeschwindigkeit vom Tachograph oder ABS oder einem GPS-gestützten Steuergerät sendent an das das Elektrozapfwellenmodul 78, vorteilhafterweise über das Steuergerät 115 zur weg- und geschwindigkeitsabhängigen Einstellung des Elektrozapfwellenmoduls.
Funktion F4-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten von Zugkraftmesswerten beispielsweise beim Pflügen und oder daraus resultierenden Stellbefehlen zur Drehmomentanfrage. Hierdurch ist es möglich eine konstante Pflugtiefe in der Erde zu halten und keine Pflugtiefe zu reduzieren auch wenn die Zugkraft, gemessen durch den Zugkraftsensor, kurzzeitig zunimmt. Dies kann beispielsweise durch eine Bodenwelle oder zeilenartig leimigen Boden hervorgerufen werden. Dabei verlangt die gemessene erhöhte Zugkraft zwischen dem zu ziehenden Element (z B Pflug, Egge, Grubber, Fräse) und dem Nutzfahrzeug 1 ein zusätzliches Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 1 kann der Verbrennungsmotor diese Zugkraft nicht aufbringen so unterstütz der Elektromotor 78 den Verbrennungsmotor 1. ist der elektrische Energieträger 189, 199 und oder beide Antriebsmaschinen nicht in der Lage diese geforderte Zugkraft aufzubringen, so wird die Fahrgeschwindigkeit zurückgenommen und oder die Pflugtiefe durch betätigen der Zylinder 158 verändert.
Funktion F5-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten des Kick down Befehls. Anforderung für unterstützendes Anfahren aus dem Stand (V0=) und oder bei gewünschten schnellen beschleunigen beispielsweise beim gewünschten Überholen eines Fahrzeugs oder bei kurzfristg über kurze Zeit erforderlicher Zugleistung vom Fahrer gewünscht. Der Kick Down Befehl zum Boosten durch das Modul 78 wird durch einen Schalter S der vorteilhafterweise programmierbar ist am Gaspedal ausgelöst
Funktion F6-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten von zusätzlichem Drehmoment oder Funktionen von einem Anbaugerät beispielsweise durch Verdrehen eines Schalters oder durch einen Sensormesswert (gewünschtes Drehmoment oder -Drehzahl vom Elektromotor 78 bei beispielsweise einer geöffneter Zapfwellenkupplung 70). Von einem Anbaugerät können diese Daten können auch per Funk übertragen werden, beispielsweise von einer Funkseilwinde und betreffen auch die Funktionalität des Fronthydrauliksystems 203, beispielsweise das Schalten der Elektromagnetventile verstellend die Zylinder 158 der Unterlenker 167, 189.
Funktion F7-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und der Daten für den Kennfeldoptimierungsbetrieb für den Verbrennungsmotor 4, die Abstimmung bei geschlossener Zapfwellenkupplung 70 ermöglicht ein Belasten der Kurbelwelle 6 im Falle diese zu wenig Last hat durch Laden einer der Elektrischen Energiespeicher 198, 199 indem der Elektromotor 78 als Generator gepolt wird, und ein Entlasten des Verbrennungsmotors 4 im Falle der Verbrennungsmotor 4 zumindest kurzzeitig überlastet wird, indem bei geschlossener Kupplung 70 Drehmoment vom Elektromotor 78 vorzugsweise gespeist aus einem elektrischen Energiespeicher 189, 199 an die Kurbelwelle 6 abgegeben wird. Der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 4 ist damit verschiebbar und der Wirkungsgrad des Nutzfahrzeugs ist damit optimierbar. Das EDC Steuergerät 5 verwertet dabei bei vorteilhafter Funktion den gemessenen Ladedruck am Ansaugstutzen gemessen durch den Ladedrucksensor, ist der Ladedruck zu gering infolge zu geringer Abgastemperatur oder Abgaßvolumenstrom beispielsweise bei kaltem oder untertourigem fahren so ist das ein Indiz dass der Verbrennungsmotor 1 das gewünschte Gas des Fahrers ohne Schaltvorgang im Schaltgetriebe nicht verarbeiten kann, das EDC sendet nun dies feststellend eine Drehmomentanfrage an das Elektrozapfwellenmodul, welches bei hinreichender Stromversorgung die Verbrennungsmaschine 4 unterstützt, hierdurch ist die Elastzität bei Nutzfahrzeugen 1 mit Schaltgetrieben ”ASG” wesentlich verbessert. Bei zu geringer Last des Verbrennungsmotors 4 und dadurch bedingtem schlechten Wirkungsgrad, beispielsweise bei gleichzeitig gewünschter langsamer Fahrgeschwindigkeit des leeren Nutzfahrzeuges 1 auf dem Ebenen wird der Elektromotor 78 vorzugsweise als Generator zur Betriebspunktanhebung des Verbrennungsmaschine vom Steuergerät 115 gepolt um die elektrischen Energiespeicher 198, 199 aufzuladen. Zusätzlich kann die Zapfwelle 34 mechanisch oder über den Drehstromstecker 175, 176 hierbei noch ein Anbaugerät antreiben um beispielsweise einen Spritzbehälter auf der Fahrt zu durchmischen bzw. zu homogenisieren,
Funktion F8-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und der Daten für einen wegabhängigen Betrieb beispielsweise beim Spritzen werden die Daten vom Tachograph, ABS oder GPS verwendet um die Drehzahl des Elektromotors derart anzupassen, dass bei fast beliebiger wechselnder Fahrgeschwindigkeit immer die gleiche Menge an Schädlingsbekämpfungsmittel oder Düngemittel pro Quadratmeter ausgebracht wird. Dafür kann die Kupplung 70 auch abhängig der erforderlichen Leistung des Zusatzgerätes (z B Spritze) zumindest zeitweise geöffnet werden.
Funktion F9-: Übertragung und/oder Abstimmung der Daten zur Drehschwingungsdämpfung. Vorrangig in Abstimmung mit dem EDC Kann der Elektromotor 78 Drehschwingungen dämpfen. Insbesonders durch das Getriebe 37 kann der Elektromotor 78 sehr präzise zeitgerecht reagieren. Dabei wirkt sich die im Elektrozapfwellenmodul 36 gespeicherte potentielle kinetische Drehenergie infolge der rotierenden Elemente zusätzlich dämpfend sehr positiv aus, Vorteilhafterweise ist die Kupplung 70 dafür geschlossen.
Zusätzlich kann das Steuergerät 115 vorteilhafterweise auch die Zapfwelle 34 Drehschwingungsdämpfen durch entsprechende Bestromung des Elektromotors 78, hierbei ermittelt das Steuergerät 115 einen mittleren Drehzahl-Verlauf und glättet diesen auf die vorgegebene Soll-Mittelwertdrehzahl durch entsprechende Bestromung des Elektromotors 78.
Funktion F10-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten, der elektrischen Stellefehle für rechts und Linkslauf. Beispielsweise im Windenbetrieb oder beim Häckslerbetrieb oder Pumpenbetrieb kann so eine verstopfte Anbau-Maschine durch den Rückwärtsbetrieb wieder geleert und gesäubert werden.
Funktion F11-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten, für die manuell eingestellten Vorgabedrehzahl.
Funktion F12-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten des Ausschaltbefehles oder weiterer Betriebsmodi an das Elektrozapfwellenmodul 36 beispielsweise das Einschalten des Generators bzw. der Generatorfunktion der elektrischen Maschine 78 welche Vorzugsweise zusätzlich auch als Elektromotor 78 arbeiten kann.
Funktion F13-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten des Stromverbrauches und der Stromabgabe an zumindest einer der Steckdosen 175, 176
Funktion F14-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten der elektrischen Daten zum einschalten und abstimmen der Range-Extender-Funktion. Durch das Elektrozapfwellenmodul wird bei einschalten dieser Funktion die Elastizität des Antriebes vom Nutzfahrzeug wesentlich erhöht indem die Fahrzeuggeschwindigkeit auch bei zusätzliche geforderter Zugbelastung wesentlich konstanter gehalten werden kann. Je nach Antrieb muss nicht so oft geschaltet werden wodurch sich zusätzlich die Schaltschlupfverluste reduzieren können
Funktion F15-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten der Diagnosedaten beispielsweise Ölstand Temperaturen Spannungen und Ströme die ermittelte Kraftstoffeinsparung pro Arbeitstag durch das Hybride Elektrozapfwellenmodul 36 (Beispielsweise die Summe aus Kennfeldoptimierungsvorgänge der Verbrennungsmaschine 4 proArbeitstag)
Funktion F16-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten der elektrischen Betriebsdaten wie die Drehzahl oder zum Steuern einer Leuchte „Hybrid Aktiv” für den Fahrer oder zur Kontrolle des Generators 78 und der Zapfwelle 34
Funktion F17-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten von Zustandswerten zumindest eines der elektrischen Energieträger 198, 199 beispielsweise Ladezustand, Spannungen, Baugröße, deren Temperaturen, maximal zulässiger Strom und Defekte.
Funktion F18-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten der Schaltstellung der Kupplung 70 und manuelle elektrische Vorgaben zum Öffnen oder Schließen dieser Kupplung 70
Funktion F19-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten der elektrischen Befehle zur Vorgabe des Betriebsmodus Generator, Elektromotor-Hybridfunktion Standbetrieb bei stehendem Fahrzeug Fernsteuerung aktiv/Inaktiv vom Fahrer des Nutzfahrzeuges 1
Funktion F20-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten und Abstimmung der elektrischen Signale vom Steuergerät 115 mit dem EDC zur Schlupfreduzierung der Kupplung 70, im Falle diese kraftschlüssiger Bauart ist.
Wird bei einer geschlossener Kupplung 70 und direktem Antrieb der Zapfwelle 70 vom Verbrennungsmotor 4 durch Vergleich dieser Drehzahlen gemessen mittels dem Drehzahlsensors 119 im, am Modul sowie der durch das EDC gemessenen Drehzahl des Verbrennungsmotoren 4 eine Differenz festgestellt so ist das ein Hinweis dass die Kupplung schleift, was dem Fahrer über die elektrische Verbindung mitgeteilt wird. Der Elektromotor 78 kann nun mit Drehmoment unterstützend ein weiterarbeiten ermöglichen indem er aus einem Akku oder einer Steckdose gespeist die zapfwelle weite abtreiben kann.
Stellt das EDC und oder das Steuergerät 115 eine Überlastung der Zapfwellenkupplung schlechthin fest kann diese elektrisch beeinflussbare Kupplung 70 vorbeugend geöffnet werden um dies zu schützen und/oder Drehmoment vom Elektromotor zu deren Entlastung anfordern.
Funktion F21-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten der Synchronisationsdaten zum Schalten der Kupplung 70 im Falle diese Formschlüssig funktioniert. Hierbei werden die Zapfwelle 34 und die Kurbelwelle 6 bzw. die Welle 17 auf eine annähernd gleiche Drehzahl gebracht, wobei der Elektromotor 78 vorteilhafterweise die Zapfwelle 34 beschleunigt und danach wird die fornschlüssige Kupplung 70 geschlossen. Derartige Kupplungen haben ein hohes Übertragungsmoment und Bauen sehr Kompakt was sehr von Vorteil ist.
Funktion F22-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und der Daten zur Dauerbremse und oder der Motorbremsfunktion des Nutzfahrzeugs 1. Dabei bremst das Elektrozapfwellenmodul 78 zumindest zeitweise mit fast 20 KW zusätzlich der Motorbremse der Verbrennungsmotorbremsfunktion das Fahrzeug 1 ab, vorteilhafterweise schont dies die Radbremsen der Nutzfahrzeugs 1. Der Elektromotor 78 kann die Bremsenergie in einen der Akkus 198, 199 laden und oder ein Zusatzgerät z. B. einen Mischer in einem Düngegerät oder einer Spritze durch die Zapfwelle während dieser Bremszeit antreiben.
– Außerdem kann bei vom EDC, der elektrischen Dieseleinspritzung, festgestellter Motorbremsfunktionsanforderung vom Fahrer auch eine der Heckzapfwelle zuordenbare Kupplung vorteilhafterweise elektrisch betätigt werden, damit das Nutzfahrzeug 1 auch im Fahrzeugcheck angeschlossene Rührgerät oder Mischer eines Anbaugerätes oder gar eines Anhängers bei Aktivierung der Dauer- oder Motorbremse zeitweise mit antreibt und dadurch Bremsmoment für das Nutzfahrzeug erzeugt.
Funktion F23-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten und der Signale für die Anlasserfunktion. In Abstimmung mit dem Steuergerät 5 des Verbrennungsmotors 4 kann der Elektromotor 78 den Verbrennungsmotor 5 auch aus der Batterie 198, 199 und oder der Steckdose 175, 176 starten. Vorraussetzung ist das Nutzfahrzeug steht die Parkbremsleuchte an ist und der Leerlauf i9m Getriebe eingelegt ist, die Zündung eingeschaltet ist und der Motorstart durch betätigen eines weiteren Schalters erwünscht ist. Der Abgleich erfolgt über die elektrische Verbindung 107 mit dem Steuergerät 115, nach erfolgreichem Start des Verbrennungsmotors 4 kann die schaltbare Kupplung 70 wieder geöffnet werden.
Funktion F24-: Übertragung und/oder Abstimmung der Daten zur Frequenz „f” und Spannungsvorgabe ”u” für den Betrieb der elektrischen Maschine 78 als Generator und oder beim Betrieb als Elektromotor. Dabei kann eine länderspezifische Drehfrequenz einprogrammiert, vorgegeben werden. So beispielsweise 110 V und 60 Hz. Es kann aber auch die Drehfeldfrequenz des Stromes abgebend an zumindest eine der Steckdosen 175, 176 variiert werden. Dies ermöglicht einen drehzahlgesteuerten Antrieb eines daran angesteckten Drehstrommotors ohne zusätzlichen Umrichter bzw. auch Maschinenrichter genannt. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise von Zusatzarbeitsgeräten da eine extern angesteckte elektrische Drehstrommaschine bei gleicher Baugröße und Gewicht zeitlich begrenzt bis zu 70% mehr Leistung bringt. Beispielsweise kann ein elektrisch angetriebener Besen an der Steckdose 175, 176 betrieben werden und stufenlos in dessen Drehzahl über die verstellbare Frequenz des Generators 78 wirken.
Funktion F25-: Übertragung und/oder Abstimmung der elektrischen Impulse und Daten der elektrischen Impulse zum ein und ausschalten des Trennrelais 129 zum abschalten zumindest einer der Stromphasen an zumindest einer der Steckdosen 175, 176 beispielsweise im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 78.
Funktion F26-: Übertragung und/oder Abstimmung von GPS Daten über die zum weg und/oder der geschwindigkeitsabhängigen Drehzahleinstellung und eines passenden Ortsstempels beispielsweise zur Dokumentation der Ausbringung von reduzierter Düngermenge in einem örtlichen Wasserschutzgebiet
Funktion F27-: Elektrische Übertragung und/oder, Abstimmung des manuellen ein und Abschaltens der Frontzapfwelle sowie des Generatorbetriebes durch den Fahrer. Manuelles Einschalten von Betriebsarten des Elektrozapfwellenmoduls.
Funktion F28-: Öffnen der Kupplung 602 bei geschlossener Kupplung 70 und wenn der Elektromotor 78 als Lichtmaschine arbeitet und einen AKKU 198, 199 auflädt und öffnen der Kupplung 602 wenn der Elektromotor 78 an den Verbrennungsmotor 4 Drehmoment abgibt.
Funktion F29-: Öffnen der Kupplung 602 auf Fahrerwunsch der durch Betätigung eines Schalters ein dauerndes Abschalten der Zapfwelle 34 bewirkt optional auch mit optischer Statusanzeige. Zustandsanzeige im Fahrerhaus. Vorteilhafterweise sind die Funktionen beeinflussbar durch zumindest eine Schalterfunktion S1, 240, für das manuelle Ein und Abschalten der frontseitigen Zapfwelle 34 durch ein öffnen und schließen zumindest der Kupplung 70, 502 mittels zumindest eines elektrischen Kontaktes beispielsweise eines Schalters vorteilhafterweise gekoppelt mit einer zusätzlichen optischen Anzeige des Zustandes am Fahrerdisplay zur Information des Ein- oder Abschaltzustandes.
Beschreibung der Fig. 4
4 zeigt einen Getriebeplan in der Anordnung mit sich kreuzenden Wellen im Endlichen in zumindest einer Betrachtungs-Ebene.
4 zeigt eine vorteilhafte Anordnung des Elektrozpfwellenmoduls 36 mit einer rechtwinkligen Anordnung es Elektromotors zur profilierten Zapfwelle 34 besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines 2 stufigen Getriebes da dabei vorteilhafterweise das vordere Rotorwellenlage des Elektromotors 78 besonders tief in das Modul 36 integriert werden kann und der Elektromotor noch tiefer um die Länge „m” in das Gehäuse 45 geschoben werden kann wodurch er fast nicht übersteht und damit das Modul 36 sehr kompakt bauet. Durch den Einsatz von Kegelrädern ist die fast Rechtwinklige Anordnung ermöglicht. Es können auch Schraubenräder und Hypoidverzahnt oder vorteilhafterweise eine Klingenbergverzahnung eingesetzt werden je nach erforderlicher Winkellage des Elektromotors 78 zur Zapfwelle 34. Das Getriebe kann auch derart aufgebaut werden, dass die Achsen des Elektromotors 78 und der Zapfwelle 34 fast parallel liegen oder parallel liegen. Dabei ist die zweistufige Getriebeausführung mit einer Zwischenwelle 225 immer vorteilhaft für beide Bauweisen da der Elektromotor für beide Anordungen tiefer in das Gehäuse 45 gedrückt werden kann, sowie zumindest der Vordere Lagerdeckel des Elektromotors in welchen das Vordere Rotorlager 229 normalerweise eingebaut ist entfallen kann indem dieser vordere Lagerflansch in das gemeinsame gegebenenfalls mehrteileigen Modulgehäuse 45 aufgenommen wird. Worteilhafterweise ist ein derartiges Gehäuse derart aufgenommen wird dass es öldicht ist und für Verschmutzungen keinen Platz bietet. Vorteilhafterweise ist die mit elektromagnetischen Mitteln schaltbare Kupplung 70 zumindest Teilweise in das gemeinsame gegebenenfalls mehrteilige Gehäuse 45 zur Aufnahme von Gehäuseteilen, Schaltelementen und Lagern einer solchen Kupplung 70 integriert.
Zur Aufnahme der Drehmomentes in beide Drehrichtungen einer solchen ”Hybriden Frontzapfwelle” des Elektrozapfwellenmoduls 36 am Fahrzeugrahmen des Nutzfahrzeugs 1 direkt, mit einer Fronthydraulik vormontiert, sind mehrfache Flanschverbindungen 15 vorgesehen die durch großen Abstand „Z” voneinander einen großen Hebelarm bilden, insbesonders um die aus den Funktionen F1 bis F25 gemäß 14 stark wechselnde Drehmomente auch sicher auf aufnehmen zu können.
Ein Ölstandsensor ist vorteilhafterweise in das Modulgehäuse 45 integriert. Dieser ist vorteilhafterweise elektrischer Bauart funktioniert nach einem ohmschen Funktionsprinzip und öffnet einen Kontakt im Falle Öl fehlt. Und dieser gibt die Funktion einer weiteren Drehmomentsübertragung an die Zapfwelle 34 oder den als „Generator„ gepolten Elektromotors 78 vorteilhafter nur dann frei wenn auch Öl im Getriebe ist. Dies kann durch ein elektrisches Öffnen der Zapfwellenkupplung 70 realisiert werden.
Oder der Ölstandsensor für das Getriebe 37 im Modulgehäuse 45 gibt zumindest dem Steuergerät 115 oder einem Steuergerät am Fahrzeug 1 über die Leitung 107 die Signale das diese in Kombination mit dem Betriebsstundenzähler des Fahrzeugs und dem Schaltzustand der Kupplung 70 der Zapfwelle dokumentiert wie lange der Fahrer ohne Getriebeöl im Getriebe arbeitet und speichert diesen Wert dann elektrisch in einem elektrisch beschreibbaren schreib lesespeicher des Nutzfahrzeugs 1.
Die 4 zeigt auch vorteilhafterweise zur Flüssigkeitskühlung integrierte Kanäle im Elektromotorenmantel, des Stators 80, vom Elektromotor 78. Welcher gegebenenfalls auch in das gemeinsame Modulgehäuse integriert werden kann. Vorteilhafterweise ist auch der Elektromotorregler mit den dort eingebauten MOSFET- oder IGBT-Leistungstransstoren im Gehäuse 45 integriert und wird auch mittels dieser Kühlflüssigkeit fliesend durch diese integrierten Kühlkanäle gekühlt.
Der Elektromotor 78 kann aber auch eine elektrische Maschine 78 der Bauart sein s, dass deren Rotor entsprechend der abzugebenden Leistung bzw. abzugebenden Strom über, vorteilhafterweise 2 angeordnete Schleifringe welche dann am Rotor angeordnet sind, entsprechend erregt werden.
Dies hat den besonderen Vorteil das ein derartig aufgebautes Elektrozapfwellenmodul nicht so stark erwärmt wird, da diese universelle elektrische Maschine 78 hier als sogenannter Elektromotor 78 bezeichnet für ein Teil der Funktionen F1 Bis F25 nicht angesprochen wird. Je nach Verdrahtung kann dieser auch als Generator betrieben werden und entsprechend nicht erfüllbare Teilfunktionen von F1 bis F25 abgeschaltet werden bzw. abgeschaltet sein.
Der elektrische Regler für eine zuvor genannte Anordnung bzw. Betriebsweise kann im Elektrozapfwellenmodul 36 integriert werden was von Vorteil ist, da besonders Kompakt gebaut wird, die sich sonst stauende Wärmeerzeugung reduziert wird. Vorzugsweise kann der Regler auch in einem der Lagerschilde der integrierten elektrischen Maschine 78 integriert werden. Der Elektromotor 78 kann auch als Außenläufer aufgebaut sein.
Es ist vorteilhaft für das Elektrozapfwellenmodul eine schnelllaufende elektrische Maschine 78 einzusetzen da diese sehr klein bauen und dadurch das Modul am Nutzfahrzeug 1 leichter Platz findet und auch leichter Wird
Durch den sehr vorteilhaften Einsatz einer Zwischenwelle 226 wird es möglich den Elektromotor 78 um den Achsabstand „a” der Zwischenwelle 226 zur Zapfwelle 34 tiefer in das gemeinsame gegebenenfalls mehrteilige Modulgehäuse 45 reinzuschieben wodurch das Elektrozapfwellenmodul 78 um das Maß ”M” schmaler wird.
Und durch die dadurch realisierbare höhere Übersetzung infolge der zweistufigen Übersetzung kann der Elektromotor 78 selbst dann auch noch kleiner bauen außerdem sind die übersetzenden Bauteile im Modulgehäuse 45 sind insgesamt weniger beansprucht und halten bei kleinerer, leichterer Bauweise eine längere Lebensdauer.
Insbesonders bei Nutzfahrzeugen 1 dieser Kategorie beispielsweise LKW, Traktoren, geräteträger, Handwerkerautos ist das hilfreich, da die Verbrennungsmotoren 4 dieser Nutzfahrzeuge 1 nicht schneller wie 2600 U/min drehen können. Für die in 4 gezeigte Anordnung kann vorteilhafterweise auch ein Drehmomentstarker Außenläufer als Elektromotor 78 eingebaut werden, da dieser weit in das Gehäuse integriert werden kann und mit einem deckel des gemeinsamen Modulgehäuses 45 dann dicht verschlossen werden. Überstehende Bauvolumen des Elektromotors 78 werden vorteilhafterweise durch schützende Aussparungen 223 in der seitlichen Rahmentraverse 15 integriert welche zugleich auch einen Rammschutz 232 für stoßempfindliche Bauteile bilden.
4 zeigt das Elektrozapfwellenmodul 36 mit einer integrierter Kupplung 70. Diese Kupplung 70 ist eine schaltbare Kupplung 70 vorteilhafterweise mit einer elektrischer Ansteuerung sein und diese Kupplung 70 kann auch außerhalb des Modules angeordnet sein und somit der Modulwelle 40 vorgeschaltet und der Kurbelwelle 6 nachgeschaltet sein. Die Modulwelle 40 ist die Eingangswelle ins Elektrozapfwellenmodul 36 und kann als Hohlwelle mit einem Innenverzahnungsprofil gebaut sein. Diese Welle 40 gibt Drehmoment vom Verbrennungsmotor 4 an das Elektrozapfwellenmodul 36 ab. Am Modulgehäuse 45 kann vorteilhafterweise eine Vorrichtung als formschlüssige Verbindung mit der Wirkung als Drehmomentstütze 16 zum Nutzfahrzeug 1 angebracht sein. Das Modulgehäuse 45 kann vorteilhafterweise zumindest eines der Gehäuseteile des Elektromotores beispielsweise den Lagerflansch der Elektromotors 78 integriert haben bzw. angegossen haben um kompakt zu bauen. Der Elektromotor 78 kann konzentrisch zur Achse 34 angeordnet sein und mit einem Planetengetriebe übersetzt werden. Im Modulgehäuse 5 kann auch ein Riementrieb oder ein Kettentrieb zur Übersetzung integriert sein. Das Modulgehäuse 45 ist vorteilhafterweise derart ausgeformt, das die Zahnräder, Kegelräder und oder Stirnzahnräder im Ölbad laufen können und hat vorteilhafterweise eine Gehäusedichtung und eine Ölkontrollanzeige die elektrisch und oder optisch funktionieren kann. Das Modulgehäuse 78 mit dem Elektromotor 78 welcher als fremderregte Klauenpolmaschine, als Synchron- oder Asynchronmaschine gebaut ist, beinhalten außerdem ein Getriebe 37 welches Drehmoment an die Zapfwelle 34 abgeben kann. Der Elektromotor kann beispielsweise auch vereinfacht als vielpolige Elektromaschine 78 aufgebaut sein um mit einer kleinen Übersetzung 37 im integrierten Getriebe des Gehäuses 224 auszukommen. Über ein Kabel bzw. eine Leitung 221 an welchem ein Stecker 175 angebracht ist kann der Elektromotor 78 Strom abgeben im Falle er als Generator gepolt wird bzw. betrieben ist. Und Strom aufnehmen wenn dieser als Elektromotor arbeitet beispielsweise bei stehendem Verbrennungsmotor 4 und geöffneter Kupplung 70. Zwischen dem Elektromotor 78 und dem Stecker 175 kann vorteilhafterweise ein Steuergerät 115 mit zusätzlichen Funktionen eingebaut sein.
Eine in dem gemeinsamen modularen Gehäuse 224 integrierte aktive Kühlung mit zusätzlich beschleunigtem fliesendem Kühlmedium 78 beispielsweise Luft oder Wasser begünstigt diese kompakte Bauweise des Elektrozapfwellenmoduls 36 auch vorteilhafterweise.
Beschreibung der Fig. 5
5 zeigt ein Fronthydrauliksystem 203 mit Elektrozapfwellenmodul 36 Horizontaler Anordnung mit parallelen Achsen von der profilierten Zapfwelle 34 und der daran fest montierten und integrierten elektrischen Maschine, dem Elektromotor 78.
Das Fronthydrauliksystem 203 mit einem eingebauten Elektrozapfwellenmodul 36 mit fest eingebautem und zumindest als Generator funktionierender Elektrischer Maschine 78. Eingebaut horizontal mit zumindest annähern parallelen Achsen schon montiert an ein Nutzfahrzeug 1.
Dieses Fronthydrauliksystem ist mit einer elektrischen Verbindung 107 zum Fahrzeug 1 versehen, dienlich zur Abstimmung und Austausch von Daten für zumindest einer der Funktionen F1 bis F25 sowie vorteilhafterweise zum überfragen elektrischer Messgrößen zumindest eines der elektrischen Bauteile befindlich an diesem Elektrofrontzapfwellenmodul 36.
Beschreibung der Fig. 6
6 – zeigt ein Nutzfahrzeug 1 mit einem Rahmen 14 der aus einem Profilstahl oder aus einem Gussteil bestehen kann
In den rahmen 14 ist eine vormontierbare Baueinheit bestehend aus einem Getriebe 21 mit einer Getriebekupplung 22 und einem Verbrennungsmotor 4 eingeschraubt. Über die Getriebeausgangswelle 30 werden Räder 92 zum bewegen des Fahrzeugs angetrieben. Die Räder sind gummiebereicht und das Fahrzeug hat keine Erdung.
Die Drehzahlen der Kurbelwelle und die der Nockenwelle werden gemessen und die Daten dem Verbrennungsmotorsteuergerät 5 welches einen elektrischen Datenbusanschluss 107 hat mitgeteilt.
Die rechten und linken Rahmenschenkel 14 des Nutzfahrzeugrahmens werden durch eine gemeinsame Quertraverse 15 zusammengehalten.
Diese Quertraverse 15 kann aus einem Gußteil oder vorteilhafterweise aus einem Profilstahl hergestellt sein, und ist gegebenenfalls mehrteilig und an die Fahrzeugmaße adaptierbar bzw. einstellbar.
Die Kurbelwelle 6 treibt eine Welle 17 an welche nicht von der Kurbelwelle 40 abgekuppelt werden kann, also immer mit der Kurbelwelle 6 mitläuft.
Die Antriebswelle 40 ist durch eine schaltbare Kupplung 70 welche durch Magnetventile 71 gesteuert wird mit der Welle 17 verbindbar. Bei geschlossener schaltbarer Kupplung 70 laufen die Wellen 17 und 40 mit gleicher Drehzahl. Vorteilhafterweise sind Kardangelenke 18 eingebaut um einen axialen und oder radialen Ausgleich ohne Verspannung der Wellen zu ermöglichen.
Die Modulwelle 40 treibt über ein Übersetzungsgetriebe 37 einen Elektromotor an der von einem Steuergerät 115 und dem Maschinenrichter 122 auch als Drehstromgenerator betrieben werden kann und dann Strom an eine drehstromsteckdose 176 abgeben kann.
Vorzugsweise ist der dabei generierte Strom mittels einer dreiphasigen Sicherung Abgesichert und Fehlerstromüberwachung Fl-Schalter 133 überwacht. Bei überschreiten des voreingestellten Stromes diese Schalters, welcher durch das Steuergerät 155 programmierbar ist wird die Stromzufuhr aller drei Phasen zur Drehstromsteckdose unterbrochen.
Die an der Drehstromsteckdose ausgegebene Spannung und auch die Ausgangsfrequenz kann mit dem Steuergerät 115 unabhängig der elektromotorendrehzahl angepasst an die Fahrerwünsche werden.
Wobei das Steuergerät 115 auch eine Drehzahlvorgabe an den Verbrennungsmotor 4 gibt.
Eine durch den Elektromotor 78 am Modul 36 antreibbare Hydraulikpumpe 20 ermöglicht die Versorgung von Hydraulikzylindern 158 oder eines Hydraulikmotors 33 mit Drucköl. Mittels dem Hydraulikmotor 33 kann das Nutzfahrzeug 1 bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor 4 und geöffneter. Kupplung 22 oder eingelegtem Leerlauf im Schaltgetriebe 21 elektrisch bewegt werden, wenn zuvor die Kupplung 70 geöffnet wurde. Auch ein direkter zuschaltbarer antrieb der Räder 92 durch den Elektromotor 78 ist möglich und denkbar derart dass das Fahrzeug mit dem Elektromotor 78 fahren kann auch wenn der Verbrennungsmotor 4 steht.
Hierzu ist es insbesonders bei Nutzfahrzeugen über 1,6 to. Gesamtgewicht erforderlich den Strom vorteilhafterweise aus einer Steckdose welche mit Drehstrom versorgt wird zu holen da ansonsten die Kräfte und Drehmomente für einen derartigen Rangierbetrieb nicht aufgewendet werden können.
Ein Lüfter 84 kann auch durch die Modulwelle 40 angetrieben werden wenn die Kupplung 70 geöffnet wurde, die hat den Vorteil dass der Kühler 13 auch bei zuvor heiß gelaufenem Motor noch nachgekühlt werden kann wenn dieser steht, zusätzlich kann durch den Lüfter 84 das Modul 36 gekühlt werden.
Mit einer Fernsteuerung 182 und einer Fahrzeugantenne welche elektrische Daten an das Elektromotorensteuergerät 115 sendet kann der Elektromotor in seiner Drehrichtung und Drehzahl per Funk fernbedient werden, vorteilhafterweise kann auch eine Fronthydraulik, also deren Magnetventile zum steuern eines Zylinders welcher die Unterlenker einer Fronthydraulik hebt und senkt fernbedient werden.
Die Funktionen des Elektromotors und der Kupplung 70 sind vorteilhafterweise vom ABS ASR und ESP derart beeinflusst, dass zumindest die Kupplung 70 geöffnet wird nachdem eines der zuvor genannten Steuergeräte 96, 97 anfängt zu regeln um das Nutzfahrzeug in kritischen Situationen zu Stabilisieren. Das Getriebekupplung 22 des Schaltgetriebes 21 wird vorteilhafterweise elektrisch an gesteuert so dass es möglich ist das wechseln eines Ganges im Getriebe 21 automatisch mit einem Steuergerät 205 zu steuern. Das Getriebesteuergerät 205 hat vorzugsweise einen elektrischen Leitungsanschluss zum Austausch von Messwerten und Betriebsdaten zu einem Verbrennungsmotorsteuergerät EEC-EDC 5 und zu Elektromotoresteurgerät 115.
So ist es möglich dass das der Verbrennungsmotor 4 zusätzliches Drehmoment vom Elektromotor 36 bei geschlossener Kupplung 70 anfordert im Falle dieser mit dem vom Fahrzeug bzw. dem Fahrer geforderten Fahrvorgabe eigentlich einen Gang zurückschalten müsste. Somit kann die Kupplung 22 geschont werden da weniger Schaltzyklen durchgeführt werden müssen. Beim durchdrücken des Gaspedals 159 wir die Kupplung 70 geschlossen und der Elektromotor 78 gibt aus einem der Batterien 199, 198 versorgt ein sogenanntes Boostdrehmoment (= verstärkendes Drehmoment) ab. Dabei unterstützt der Elektromotor 78 kurzzeitig bis der Pedalweg des Gaspedals 159 wieder zurückgenommen wird mit seinem Drehmoment den Verbrennungsmotor 4.
Das übersetzte Elektromotorendrehmoment beträgt ca. 25–35% des Verbrennungsmotorendrehmomentes, dies zeigt das diese Größe auch durchaus fahrzeugschonende Auswirkung hat, das Rückschalten nicht erforderlich ist
Die Elastizität des Antriebes bestehend aus Verbrennungsmotor 2 und Getriebe wird durch den Einsatz eines Elektrozapfwellenmoduls 36 dieser Erfindung mit zusätzlichen Funktionen nach F1 is F25 stark erhöht, was zur Folge hat das das Steuergerät des Getriebes ASG 231 weniger Stellbefehle und Schaltbefehle an das Getriebe geben muss.
Das Getriebe eines solchen Nutzfahrzeuges kann dadurch kleiner und oder einfacher aufgebaut werden, indem beispielsweise Gänge entfallen und/oder der Hydraulikanteil des Getriebes falls die einer vorhanden ist kleiner aufgebaut wird, oder je nach Nutzfahrzeuggewicht dieser Hydraulikanteil ganz entfällt.
Vorstellbar ist auch die zumindest zeitweise zuschaltbare Drehmomentangabe von diesem Elektrozapfwellenmodul 36 beispielsweise bei Allradfahrzeugen nicht zurück an den Verbrennungsmotor 4 sondern direkt an eine von diesem Verbrennungsmotor entkoppelte Vorderachse um zeitweise zumindest einen Anfahrvorgang aus dem Stand heraus zu unterstützen, wenn die vom Verbrennungsmotor angetriebenen Räder beispielsweise im Acker oder im Schnee durchdrehen diese Funktion kann mit dem ASR-Steuergerät (einer sogenannten Anti Schlupf Regelung) eines Nutzfahrzeugs Daten austauschen und in diesem Falle kurzzeitig zugeschaltet werden.
Ein Zugkraftsensor 198 einer Ackerschiene 189 an welcher beispielsweise ein Pflug befestigt ist, kann durch dessen elektrische Verbindung zum Elektromotorensteuergerät 115 auch zusätzliches Drehmoment anfordern indem zuvor die Kupplung 70 geschlossen wird oder der Generatorbetrieb kurz unterbrochen wird und bis die vom Zugkraftsensor geforderte Zugkraft wieder vom Verbrennungsmotor 4 ohne zurückzuschalten abgedeckt wird.
Das 1 zeigt einen Lenkzylinder 89 der von einem Ventil 91 gesteuert wird wobei dieses Ventil 91 vorteilhafterweise durch eine hydraulische Lenkhilfepumpe 104 (vergl. 4) mit Öl versorgt wird.
Es kann vorteilhaft sein dies Lenkhilfepumpe durch die Zapfwelle 34 oder die schneller laufende Zwischenwelle 226 anzutreiben und anzuflanschen um auch bei stehendem oder langsam laufendem Verbrennungsmotor 4 und geöffneter Schaltkupplung 70 eine Lenkkraftunterstützung zu haben, was das Fahren wesentlich komfortabler macht.
Die Zapfwelle 34 ermöglicht ein antreiben verschiedener aufsteckbarer Zusatzgeräte (Besen, Mulcher, Mäher etc,) durch diese vom Elektromotor 36 angetriebene Zapfwelle 34.
Bei geöffneter Kupplung 70 kann der Antrieb des Zusatzgerätes unabhängig vom Verbrennungsmotorstatus und dessen Drehzahl erfolgen.
Möglich, wobei der Elektromotor unter der Zuhilfenahme des Drehzahlsensors bzw. eines Drehwinkelsensors 119 an der Zapfwelle 34 eine Schwingungdämpfungsfunktion ausführen kann.
Bei merklich abfallender Drehzahl an der Zapfwelle 34 gibt der Elektromotor 78 Drehmoment ab und bei Zunahme der zapfwellendrehzahl über den voreingestellten wert durch das Handgas am Nutzfahrzeug 1 wird diese Zapfwelle 34 gebremst indem der Elektromotor 36 kurzzeitig als Generator arbeitet.
Einsatz des Elektromotors 78 in GPS Steuergerät im Nutzfahrzeug 1 ermöglicht eine Verknüpfung der Zapfwellendrehzahl 34 auch im abgekuppelten zustand Durch Kupplung 70 mit einem Zeitstempel.
Damit ist es möglich ein Protokoll zu schreiben, welches beispielsweise die aktuelle salz oder düngerstreumenge in auf den gefahrenen weg oder das bearbeitete Flurstück bezieht. Zur Eingabe kann von einem bediengerät, die drehzahlabhängige streumenge einprogrammiert werden.
Durch die individuelle Zapfwellendrehzahl 34 die unabhängig der Drehzahldes Verbrennungsmotors 4 der Kurbelwelle 6 realisiert werden kann ist es möglich dass die zapfellendrehzahl unabhängig des Fahrverhaltens vom Nutzfahrzeug 1 eine konstante genau Ausbringung beispielsweise von Dünger oder dem Sähgut ermöglicht ohne einer komplexe Zusatzelektronik im Anbau oder Zusatzgerät zu benötigen.
Beschreibung der Fig. 7
Vorteilhafterweise ist der Elektromotor des Moduls 36 als kollektorloser Drehstrommotor aufgebaut, vorteilhafterweise ist der Rotor Wassergekühlt und am Kühlkreislauf des Nutzfahrzeugs angeschlossen. Vorteilhafterweise ist der Rotor des Elektromotors 78 mit Permanentmagneten 79 bestückt was einen schnellen Feldaufbau und Feldabbau zulässt was insbesonders hilfreich ist um Drehschwingungsdämpfungsfunktionen an der E-Zapfwelle bzw. des Elektrozapfwellenmoduls 36 bei geöffneter Kupplung 40 realisieren zu können vorteilhafterweise führt der Elektromotor auch Drehwingungsdämfungen durch bei geschlossener Kupplung 40 um die Kurbelwelle 6 Schwingungsdämpfen zu können. Für beide Schwingungsdämpfungsfunktionen ist es von Vorteil ein Getriebe 37 mit möglichst großer fester Übersetzung zur gemeinsamen Modulwelle 40 dazwischengeschaltet zu haben, um eine Elektromotorenrotorübersetzung zur zu dämpfenden Welle zu haben, somit kann der Rotor auch bei großer Wellendrehzahl der Welle 17 und oder 40 sehr feinfühlig reagieren und die Schwingungen abbauen. Vorteilhafterweise misst ein Drehzahlsensor 119 die Elektromotorendrehzahl womit es möglich ist, dass das Getriebe die Auflösung des Drehzahlsensors gegenüber der gemeinsamen Modulwelle entsprechend der Übersetzung mit verbessert. Vorteilhafterweise ist das Übersetzungsgetriebe ein Zahnradgetriebe mit wenig Zahnspiel das mit Schmieröl geschmiert wird. Vorteilhafterweise ist die Zapfwelle profilwelle mit Wälzlagern gelagert welche vorteilhafterweise Ölgeschmiert sind, um auch bei kleinen Drehzahlen der gemeinsamen Antriebswelle hinreichende Traglasten und Drehmomente nachhaltig und störungsfrei zu funktionieren.
Beschreibung der Fig. 8
8 zeigt ein Zusatzgerät 102 und das Fronthydrauliksystem 203 mit dem Elektrozapfwellenmodul 36. Die Unterlenker 167 des Fronthydrauliksystems welche, von je einem hydraulischen Hubzylinder 158 in der Höhe verstellt werden können, halten das Zusatzgerät 102 (hier als Häcksler dargestellt) fest und eine aufsteckbare, schnell-wechselbare Zapfwelle oder eine Profilwellenmuffe kann das Zusatzgerät von der Zapfwelle 34 durch den Elektromotor 78 über das Getriebe 37 angetrieben werden.
Die Versorgung der Hubzylinder 158 mit Hydrauliköl kann von einer, an das Elektrohydraulikmodul angetriebenen Ölpumpe 20 bei einer geöffneten Kupplung 70 realisiert werden, Damit es möglich ist bei geöffneter Kupplung 70 und bei stehendem Verbrennungsmotor 4, beispielsweise gespeist aus einer Drehstromsteckdose oder einem AKKU 198, 199 ein derartiges Zusatzgerät auch mit hohem Leistungsbedarf beispielsweise über 3 KW anzutreiben. Auch ein Anheben oder Ankuppeln des Zusatzgerätes in die Fronthydraulik ist bei stehendem Verbrennungsmotor 4 so möglich. An einer gemeinsamen Rahmentraverse 15 ist das Modul 36 und die Unterlenker mit den Hydraulikzylindern 158 befestigt.
Diese Rahmentraverse 15 wird mit dem Fahrzeugrahmen 14 verbunden oder verschraubt. Das Modul 36 der Fronzapfwelle hat einen Flansch 171 welcher in der Lage ist das Drehmoment in die Quertraverse 15 einzuleiten ohne dass eine verdrehen des Moduls gegenüber der Fronthydraulik möglich ist. Das Fronthydraulikmpodul 203 kann auch im Heck eines Nutzfahrzeugs oder Geräteträgers montiert beziehungsweise angeschraubt werden.
Das Fronthydraulikmodul bestehend aus > Modul 34 Zylinder 158 und unterlenker 167 Unterlenkerbefestigung 168 kann zumindest teilweise vormontiert und geprüft werden bevor es an dem Fahrzeugrahmen 14 mittels der Rahmentraverse 15 befestigt wird.
Vorteilhafterweise ist die Rahmentraverse 15 zwischen die Unterlenkeraufnahmen 168 rechts und links eingeschweißt oder eingeschraubt, in dem Falle ist es vorteilhafterweis komplett vormontierbar und kann nach der Vormontage inclusive dem Modul 36 mit dem Rahmen 14 verbunden werden. In letzterem Falle ist es vorteilhaft dass dies Baugruppe auch in externen Werkstätten optional im Fahrzeug nachgeliefert und eingebaut werden kann außerdem ist letzter Version präziser prüfbar und robuster da diese dann verwindungsfeste Einheit durch die Endmontage am rahne auch infolge der Rahmentoleranten des Fahrzeugrahmens 214 nicht verspannt werden kann und damit eine Schädigung des Moduls 36 ausbleibt zudem ist es möglich dass die Hydraulikverrohrung der Hubzylinder 158 und den zugehörigen.
Ventil sowie der Hydraulikpumpenverrohrung der Pumpe 20 möglich ist.
Beschreibung der Fig. 9
9 zeigt das Elektrozapfwellenmodul 36 mit dem Elektromotor 78 der vorzugsweise als wassergekühlter permanent erregter Synchronmotor aufgebaut ist.
Das Ölbad- und, oder Ölumlaufölgeschmierte Übersetzungsgetriebe 37 mit zumindest einem Schmierölanschluss 201. Das Elektromotorenkabel 221 verbindet die Elektromotorenwicklungen mit der Leistungseinheit 117 in welcher zumindest der Maschinenrichter 122 untergebracht ist.
Ein elektrisches Kabel 107 verbindet die elektrische Leistungseinheit 117 mit dem Elektromotorensteuergerät 115.
Der Befestigungsflansch 171 ermöglicht die Drehmomenteinleitung in die Traverse 15 welche mit den Unterlenkeraufnahmen 168 und den Hubzylinderaufnahmen 168 eine Baueinheit bildet.
Optional kann dem Modul 36 ein Druckluftkompressor 103 eingebaut bzw. angeschraubt werden. Weitere Zusatzverbraucher wie eine Hydraulikpumpe 20, eine Öl-Lenkhilfepumpe 104, oder ein Klimakompressor 105 können durch den Elektromotor 78 aus einer Drehstromsteckdose 175 mit Strom versorgt angetrieben werden.
Eine schaltbare Kupplung 207–602 vorzugsweise eine Klauenkupplung ermöglicht das Abschalten der Zapfwelle 34 beispielsweise beim Anstecken eines Zusatzverbrauchers 102 auch bei geschlossener Kupplung 70 zur welle 17 welche mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 4 drehfest verbunden ist.
Die schaltbare Kupplung 70 ist so ausgeführt, dass diese auch bei einem Systemfehler automatisch geschlossen wird um zumindest die Anlasserfunktion und Lichtmaschinenfunktion für das Nutzfahrzeug 1 durch den Elektromotor 78 sicherzustellen. Vorteilhafterweise wird diese Kupplung 70 dann direkt oder indirekt durch eine Kraft der Feder 60 in eine Notlaufstellung geschaltet. Diese Feder 60 kann wie dargestellt direkt an der Kupplung 70 welche hier als Lamellenkupplung ausgeführt ist eingebaut sein oder due feder 60 ist am Schaltventil 71 befestigt, vorteilhafterweise ist das Magnetventil 71 dann derart aufgebaut dass dieses Elektromagnetventil 71 die Kupplung 70 automatisch beim abschalten des Ventiles schließt. Vorteilhafterweise wird als Druckmittel zum Betätigen der Kupplung 70 Hydrauliköl oder Druckluft aus einem Druckspeicherbehälter 66 entnommen um das Schalten der Kupplung 70 auch bei abgestelltem Fahrzeug noch sicherzustellen.
Ein Temperatursensor 83 misst die Temperatur des Elektromotors 78 im Bereich der Drehfeldwicklungen des Stators und ein Drehzahlsensor 119 misst die Elektromotorendrehzahl. Beide Messwerte werden dem Elektromotorensteuergerät 115 zum Vergleich mit den abgespeicherten zulässigen werten im elektrischen Schreib-Lesespeicher des Steuergerätes 115 elektrisch übermittelt.
In der Position B (Pos B) ist als Übersetzungsgetriebe 37 eine Ausführung als Kegelradgetriebe welches vorteilhafterweise auch im Ölbad läuft im Modulgehäuse 45 eingebaut. Vorteilhafterweise ist das Kegelradritzel achsversetzt um eine ruhigen Lauf der Modulwelle 40 sicherzustellen, wodurch eine schrägverzahne oder Hypoid- verzahnte beispielsweise eine Hirth-Kegelradverzahnung eingebaut ist. Derartige Kegelradverzahnungen laufen besonders leise und ruhig. Vorteilhafterweise ist auch diese Getriebeausführung im Ölbad geschmiert, indem die Zahnräder eintauchen und das öl auch auf die Wälzlager 230 der Welle 40 verteilen. Der Ölstand h wird mit einem Ölstatussensor 186 (einem den Ölstand und oder Öldruck messenden sensor) gemessen.
Ohne einen hinreichenden Ölstand im Tauchbad des Getriebegehäuses 45 mit der geforderten Tiefe, h' bezogen auf den Ölrücklaufstutzen und oder dem Öldruck einer angeschlossenen von einer Ölpumpe angetriebener Ölumlaufschmierung wird das Modul nur noch für Notfunktionen vom Steuergerät 115 beispielsweise zur Realisierung der Anlasserfunktion und der Lichtmaschinenfunktion für das Nutzfahrzeug freigegeben. Ein elektrisches optisches Fehlersignal zeigt dem Fahrer diese Betriebsstörung an.
Die Pos C Z der 5 zeigt die Kupplung 70 als schaltbare Lamellenkupplung wobei hier die Feder 60 direkt in der Kupplung 70 eingebaut ist.
Bei Stromausfall am Ventil 71 schließt die Kupplung 70, hierdurch ist sichergestellt, dass der Elektromotor 78 auch nach lange geparktem Nutzfahrzeug 1 wieder den Verbrennungsmotor 4 starten kann, auch wenn die Druckluftbehälter 66 und oder der Öldruckbehälter, der vorzugsweise als Membrandruckspeicher ausgeführt ist, leer sind.
Beschreibung der Fig. 10
10 zeigt die Kupplung 70 als Synchronschaltkupplung, wobei die Schaltmuffe 63 durch eine elektromagnetischen Geber beispielsweise einem Elektromotor 54 oder einem elektromagnetischen Magnetschalter 54 betätigt werden kann.
Das Diagramm Schaltvorgang Modul-Synchronkupplung gilt auch für den Einsatz einer schaltbaren Kupplung 70 als Lamellenkupplung dargestellt nach der 4.
Dabei wird zuerst der angetriebene Nebenverbraucher 103 105, 20, oder der an der zapfwelle 34 angsteckte Zusatzverbraucher 102 in dessen Leistungsaufnahme mittels Elektromagnetventile 98 oder elektrisch schaltbarer Kupplungen 99 reduziert soweit wie dies der fahrbetrieb des Nutzfahrzeugs 1 zulässt. Es kann auch eine Konus-Synchronisierung mit einer Servoverstärkung eingesetzt werden um den Schaltvorgang der Kupplung 70 zwischen der Welle 17 und der Antriebswelle 40 des Modules 36 durchzuführen.
Der Elektromotor 78 beschleunigt dann die Modulwelle 40 auf die synchrone Drehzahl der Welle 17, welche vom Verbrennungsmotor 4 angetrieben wird. Gemessen wird diese Drehzahl der Modulwelle 40 vom Drehzahlsensor 119 im Modul 36.
Das Elektromotorensteuergerät 115 vergleicht diese Drehzahl mit der Drehzahl der zuzuschaltenden Welle 17 welche vom Verbrennungsmotor 4 angetrieben wird. Ist annähernd die gleiche Drehzahl der Wellen erreicht so wird die Kupplung 70, hier dargestellt als Synchronkupplung geschlossen.
Beim öffnen der Synchronkupplung wird der Nebenverbraucher mittels elektromagnetischer Ventile 98 soweit dies wiederum der Betrieb des Nutzfahrzeug dies zulässt abgeschaltet oder in dessen Leistungsaufnahme zurückgefahren und danach die Kupplung 70 geöffnet.
Ein Elektrozapfwellenmodul 36 kann mit einer flanschfläche dem sogenannten Modulflansch 171 und den Befestigungsschrauben 174 bei einem entsprechend angepassten Motorgetriebeblockeinheit eines Nutzfahrzeugs 1 auch direkt an diesen dann vorzugsweise als Gussblock hergestellte Grundantriebseinheit angeschraubt werden.
Beschreibung der Fig. 11
11 zeigt das Elektrozapfwellenmodul 78 mit einem Kettengetriebe vorzugsweise einer im Ölbad geschmierten Gliederkette.
Das Elektrozapfwellenmodul 36 für ein Nutzfahrzeug 1, nach einem der Ansprüche zuvor ist unter anderem dadurch gekennzeichnet dass zur Übersetzung der Elektromotorendrehzahl 78 im gemeinsamen Gehäuse 45 ein ölgeschmierte mehrfacher Kettentrieb verwendet wird wobei zumindest ein Kettenspanner 43, 48 beide der beim Betrieb des Moduls 36 abwechselnden Zugstränge mittels Kettenspanner 43, 48 gespannt werden. Die Kette ist vorzugsweise als Douplex- oder Triplexkette (zwei- oder dreireihige Kettensauführung) ausgeführt, vorteilhafterweise ist diese Kette dann redundant und besonders robust. Solche mehrgliedrige zweifach oder dreifachketten sind robust, insbesonders wenn die Rolle oder Hülse in Kunststoffbuchsen gelagert ist welche mit den Zähnen des Kettenrades im Eingriff steht laufen solche Kettentriebe sehr leise. Vorteilhaft auch der Einsatz einer Zahnkette sein. Vorzugweise wird auch eine Hülsenkette verwendet die besonders Leise läuft. Vorzugsweise läuft die Kette im Ölbad und oder ist Ölspritzgeschmiert.
Vorzugsweise sind beide Zugstränge durch Kettenspanner 43, 48 gespannt da die Drehrichtung beim Zapfwellenbetrieb und das Drehmoment sein Vorzeichen durch die Hybride Anwendung des Moduls 36 sich dauernd ändern kann.
Vorteilhafterweise ist das die Kettenrad 52 das mit der Zapfwelle 34 verbunden ist und das Kettenritzel 51 des Elektromotors 78 im gemeinsamen Gehäuse 45 gelagert, vorzugsweise in Wälzlagern. Ein weiteres Kettenrad 49 eines Nebenverbrauchers 20, 105 beispielsweise eines Klimakompressors oder einer Hydraulikpumpe 20 kann mit der Kette 42 angetrieben werden. Die kettenspannräder 43 und oder die Spannschienen 48 werden vorzugsweise durch eine Zugfeder 46 vorgespannt um auch beim elektrischen Betrieb der Zapfwelle aus der Drehstromsteckdose ohne Hydraulikdruck die Kette spannen zu können.
Ein Spannen der Spannelemente 43 oder 48 mittels eines Hydraulikzylinders ist auch vorteilhaft oder denkbar.
Bei besonders hohen Belastungen ist es vorteilhaft eine Zahnkette einzusetzen welche vorteilhafterweise wiederum auch ölgeschmiert wird. Eine fettgeschmierte Kette ist aufgrund der hohen Einschaltdauer des Elektromotors 78 durch die Anlasser, Lichtmaschinen und Generatorfunktion sowie zum Antrieb von der Zapfwelle 34 und weiteren Nebenverbrauchern auch im Stand und bei der Fahrt in dieser Kombination mit den betriebsweisen wartungsintensiv und daher nachteilig.
Im Falle das Getriebe 37 zweistufig ausgeführt wird, kann es von Vorteil sein eine der Getriebestufen als Kettentrieb auszubilden.
Beschreibung der Fig. 12
12 zeigt ein Diagramm der aktiven Dämpfung von Nebenantriebsaggregaten welche mittels dem im Modul 36 eingebauten Elektromotor 78 angetrieben werden können.
Die verzerrte Sinusschwingung zeigt das Drehmoment M beispielsweise eines Druckluftkompressors der zur Drucklufterzeugung der in das Modul eingebaut oder angeflanscht werden kann. Die Drehzahl und der Drehwinkel der Modulwelle 40 wird mir einem Sensor 119 im Modul gemessen. Das Diagramm zeigt eine wechselndes Drehmoment an der modulwelle 40 infolge des Verdichtungsvorgang des Druckluftkompressors 103. Der schwarze Bereich ist der Bereich des Ladungswechsels im Druckluftkompressor 103. In diesem Bereich öffnet das Auslassventil da der Förderleitungsdruck oder der druckluftbehälterdruck im Behälter 66 kleiner ist wie der Verdichtungs ist, und die komprimierte Luft wird aus dem Verdichterraum ausgeschoben. Ein Teil der Druckluft bleibt infolge des schadraumes im Verdichterraum zurück. Dieser zurück bleibende Teil der komprimierten Druckluft erzeugt ein negatives Drehmoment beim nun folgenden Ansaugtakt.
Das Drehmoment an der Drucklufkompressorkurbelwelle und damit der Modulwelle 40 wechselt innerhalb 180° sehr stark.
Die aktive Drehschwingungsdämpfungsfunktion des Elektromotors 78 ermöglicht es nun das der Strom des Maschinenrichters 122 an den Elektromotor 78 vor dem Erreichen des oberen Totpunktes zurückgenommen werden kann. Damit kann der restliche Verdichtungsvorgang im Zeitraum „t” bzw. „tp” mit der kinetischen Energie der reduzierten Masse des Kurbeltriebes und dessen Drehzahl vollendet werden und der Strom für den Elektromotor 78 wird erst wieder erhöht wird wenn die Drehwinkelfrequenz des Druckluftkompressors 103 unter eine Mindestdrehwinkelfrequenz abgefallen ist. Hierdurch ist es möglich dass sich ein mittlerer reduzierter gleichmäßiger Strom im elektrischen System, bestehend aus den Elektromotorwicklungen und dem Maschinenrichter 122 einstellt und dann der Antrieb des Druckluftkompressors 103 sehr ruhig und leise läuft.
Von Vorteil ist das die Stromabsenkung um den Zeitraum tp1 vor dem Erreichen des maximalen Verdichterdruckes 103 reduziert wird. Diese Funktion der aktiven Drehschwingungsdämpfung an der Modulwelle 70 vorteilhafterweise auf Basis eines PID Regelablaufes läuft im Hintergrund ohne dass der Fahrer massiven Einfluss darauf ausüben kann und ist nur möglich durch das intelligente elektrische Verhalten des Moduls 36 mit den Steuergeräten 115 117 ist insbesonders bei der Verwendung eines permanenterregten Synchronmotors 78 hilfreich da dessen schnelle Zeitkonstanten sich hierfür positiv auswirken. Der Fahrer des Nutzfahrzeugs merkt nur den ruhigeren Lauf als beispielsweise bei einem Hydrostatisch inkompressiblen und Drehsteifen Antriebssystem. Sämtliche Antriebselemente 37, 40, 34 und Gelenke werden dabei geschont. Die Funktion kann bei geöffneter Kupplung 70 und bei geschlossener Kupplung 70 durchgeführt werden.
Der Ölkühler einer nach dem Stand der Technik hydraulisch angetriebenen Zapfwelle 34 entfällt ebenfalls, da vorteilhafterweise bei einer elektrisch angetriebenen Frontzapfwelle 34 die Abwärme über einen Kühlwasseranschluss 39 direkt an den Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors 4 abgegeben werden kann. Anstelle eines Luftpressers gilt diese Dämpfungfunktion aber auch für beliebig angetriebene Geräte durch das Elektrozapfwellenmodul 36 zumal das Steuergerät 115 nicht unbedingt weis welches Zusatzgerät angeflanscht oder angetrieben wird. Diese Dämpfungsfunktion gilt auch beispielsweise für angetriebene Kolbenpumpen, Mulcher oder Kreislmäher.
Das Steuergerät 115 nimmt in der Anfangsphase in den ersten paar Betriebsminuten eine Kennlinie auf anhand des gemessenen Stromes bzw. der Stromschwankungen in den Wicklungen und, oder des Drehzahlsensors 119 und passt die Dämpfungsfunktion, also die zukünftige Bestromung der Wicklungen des Elektromotors 78 dann zusätzlich daran an ähnlich einer Fuzzy Logik daran an.
12 ist außerdem ein eine Dateneingabegerät dargestellt und Chipkartenspeichereinheit mit einem Lesegerät sowie einem Datenträger in welchem Daten des Frontzapfwellenbetriebes gespeichert werden können Mit dem Dateneingabegerät 209 kann die Frontzapfelle 34 in deren Drehzahl und Drehrichtung beeinflusst werden.
Die Frontzapfwelle 34 kann ein und abgeschaltet werden, und eine automatische Drehzahlberechnung der Zapfwelle 34 nach den Vorgaben der maximalen Streubreite eines Zusatzgerätes 102 und maximal zulässiger ausbringmenge kann damit realisiert werden.
Ein Vorteil der elektrischen Frontzapfwelle 34 ist dass Elektromotoren-Steuergerät 115 die Drehzahl der Zapfwelle 34 nach den Vorgeben einer konstanten Flächenleistung zum düngen oder streuen bei geöffneter Kupplung 70 unabhängig des Zustandes vom Fahrzeugantrieb einstellen kann.
Die von dem Elektromotor 78 abgegebenen wirklichen Drehzahlen werden mit einem Zeitstempel versehen und können vom Elektromotorsteuergerät an einen USB Speicherkartenleser zur Abspeicherung gesendet werden.
Das USB Lesegerät ist mit einer elektrischen Leitung mit dem Elektromotorsteuergerät verbunden und auch im Führerhaus installiert.
Vorteilhafterweise
Kann dieses Chipkartelesegerät 209 in das Elektromotorensteuergerät 115 eingebaut werden.
Dies ermöglicht eine Auswertung der Daten am PC zuhause um ein Protokoll der Düngerzuordnung auf einem Acker zu dokumentieren und das Flächenwachstum beobachten zu können und optimieren zu können.
Das Datenlesegerät 209 im Nutzfahrzeug 1 hat einen Anschluss zu einem GPS und oder einem Fahrgeschwindigkeitsensor, beispielsweise zum ABS oder dem Tachograph des Nutzfahrzeug. Vorteilhafterweise ist es, wenn das Datenspeichergerät 209 einen Potentiometer 211 oder eine Tastatur 211 hat um dem Elektromotorsteuergerät 115 die gewünschte Ausbringmenge mitteilen zu können und zumindest einen Zusatzgerätespezifischen Parameter wie beispielsweise die Streubreite pro angetriebener Drehzahlgeschwindigkeit der Zapfwelle 34 welche der Zusatzgeräteantriebszahl 102 des Anbaugerätes etwa dem Streuer also einem Streugerät oder einem Spritzgerät entspricht.
Sowie die vom Zusatzgerät 102 ausgegebene Düngermenge pro Umdrehung der Zapfwelle 34
Wird dieses Modul 36 beispielsweise bei einem Geräteträger welcher bis 80 Km/h fahren kann und im Winterdienst eingesetzt werden kann montiert deren serienmäßige Standartzapfwelle im Frontanbau des Nutzfahrzeugs haben so kann die hier beschriebene Zusatz zapfwelle 34 mit dem Elektrozapfwellenmodul 36 dann im Fahrzeugheck betrieben werden, so kann damit ein Streuautomat zum Salzstreuer mit dem Modul 36 angetrieben werden und die Daten können dokumentiert werden wobei zugleich der Anlasser und die Lichtmaschine und weiter Funktionen wie Standklimaanlage, Drehstromgenerator, zapfwellenbetrieb aus dem Drehstromnetz dien Nutzungsbreite des Nutzfahrzeugs 1 vorteilhaft verbreitert.
Bei permanent abzugebenden Leistungen an der Zapfwelle über 25 KW beispielsweise beim betreiben einer schweren Bodenfräse wird die Kupplung 70 geschlossen und der Elektromotor 78 geht in die Generatorfunktion beziehungsweise eine Lichtmaschinenfunktion über. Die aktive Schwingungsdämpfungsfunktion der Zapfwelle 34 und der Kurbelwelle 6 bleibt zugeschaltet wenn der Akkuladezustand des Akkus 198 oder der Batterien 199 dies erlaubt.
Beschreibung der Fig. 13
13 zeigt das Elektromotorensteuergerät 115 welches mit einer elektrischen Verbindung 107 mit dem aktiven Wechselrichterinterface 179 kommuniziert und welches zumindest den Maschinenrichter 122, der den Elektromotor 78 mit Strom versorgt antreibt.
Ein Netzrichter 123 ermöglicht einen Drehstromnetzbetrieb auch zum Strom abgeben an die Drehstromsteckdose 176 welche vorteilhafterweise durch eine mehrphasige Sicherung 133 welche auch eine Fehlerstromüberwachung Fl-Schalterfunktion vorteilhafterweise macht abgibt. Diese Messwerte und Daten der Fehlerstrommessung RL1, RL2, RL3, N, welche mittels einem ohmeschen oder induktiven Stromsensors an allen Phasen 11, 12, 13 und dem Nullleiter N durchführt gehen dem Elektromotorensteuergerät 115 zur Verarbeitung zu. Bei auftreten einer Fehlerstromabweichung wird der Drehstromschützes 129 geöffnet und der Strom zum Wechselrichter 123, 122 unterbrochen. Vorteilhafterweise kann beim betätigen eines Not aus Tasters im Bereich des Frontzapfwellenmoduls der Strom auch durch diesen Drehstromschütz 129 unterbrochen werden um im Notfall beispielsweise einem drohenden Arbeitsunfall den Elektromotor 78 abschalten zu können. Dargestellt ist ein an diese Steckdose 176 ansteckbare Zusatzelektrogerät 250 beispielsweise ein Dampfstrahlgerät oder ein Drehstrommotor. Insbesonders wenn elektrische Zusatzgeräte in feuchter Umgebung betrieben werden ist eine Fehlerstromüberwachung hilfreich. Vorteilhaft ist auch eine zusätzliche Erdungsmöglichkeit des Nutzfahrzeugs mit einem Erdungsanker 146 welcher an einer Erdungsteckdose oder schraube 144 befestigt werden kann dies ermöglicht eine Erdung des Nutzfahrzeugs 1 da die Traktorreifen 92 oder Nutzfahrzeugreifen 92 en Drehstromgenerator 78 isolieren, beim arbeiten in Feuchtraumzonen ist dies von Vorteil, da der arbeitende Ingenieur nicht unbedingt ein einem Nulleiterkabel N Verbunden ist mit den Beinen gut geerdet im Wasser stehen kann.
Beschreibung Fig. 14
Die Funktionen F1 bis F25 sind im Text der Beschreibung der 3 abstrakt stichpunktartig beschrieben.
Weitere vorteilhafte Funktionen, Teil- und Sonderfunktionendes Elektrozapfwellenmoduls 36 nach den Ansprüchen können außerdem, von Vorteil sein. Das erhöhte Massenträgheitsmoment durch den E-Motor 78 und Getriebe 37 hat eine mechanisch Zapfellendämpfende Wirkung der Zapfwelle 34.
Der übersetzte Elektromotor 78 erzielt durch dessen Rotorträgheitsmoment- und die Getriebeumlaufmasse 37 eine erhöhte Laufruhe der Zapfwelle 34
Ein allgemeiner Fahrzeugvorteil ist dass Anlasser und Lichtmaschinenfunktionen des Fahrzeugs 1 im Elektrozapfwellenmodul 36 integriert sind. Der Bauaufwand sowie das Gewicht des Elektrozapfwellenmodules 36 wird kompensiert und es sind viele Zusatzfunktionen zumindest F1 bis F29 in 14 ermöglicht, das Fahrzeug 1 hat somit eine größere Nutzungsbreite Durch Verwendung von der Drehstromnutzung zumindest von 3 Phasen und der Versorgung sowie der Drehstromabgabe an einer der Steckverbindungen 175, 174 an einer zumindest dreihasigen Drehstromdose und zugehöriger Drehstromabsicherung sowie einer vorteilhaften Fehlerstromabsicherung 133 wird insbesonders für Nutzfahrzeuge 1 (LKW Traktoren Baufahrzeuge Geräteträger, Handwerkerfahrzeuge) dem erhöhtem Leistungsbedarf und sicherheit nach VDE Folge getragen.
Bei Verbindung eines Steckers 175, 174 mit dem Festnetz, detektiert das Steuergerät 115 die eingehende Spannung in das Steuergerät 115 und schaltet zuerst alle Transistoren und Leitungen zuerst hochohmig beziehungsweise aus.
Bis nachfolgend eine vom Fahrer passende, gewünschte Funktion F1 bis F27 ausgeführt werden kann, dann wenn alle Randparameter dazu passen. Der am Nutzfahrzeug 1 eingebaute Stecker für den Drehstromausgang ist dann immer aus Sicherheitsgründen ein weiblicher um beim Generatorbetrieb nicht eine bestromten hevorstehenden Steckerpin berühren zu konnen und damit einen Unfall zu induzieren.
Ein Multiplexbetrieb des E-Zapfwellenmoduls 36 ermöglicht ein zeitweises antreiben der Zapfwelle 34 auch durch den Verbrennungsmotor 4 wenn der Akku 189 oder die Batterie 199 wenig Energie geladen hat durch automatisches Schließen der Modulkupplung 70 womit der der Elektromotor 78 vom Steuergerät und dem Maschinenrichter 122 sogleich als Generator 78 umgeschaltet wird um Nebenbei den AKKU beziehungsweise einen elektrischen Energieträger 198 oder 199 aufzuladen. Das Elektromotorensteuergerät verlangt mittels elektrischem Impuls vom elektronischen Motormanagement, dem EEC 5 oder dem EDC 5 (EEC = Electronical Engine Kontroller, EDC = Electronical Diesel Controller) dann nach zusätzliche Kraftstoffmengen bei einer angepassten Verbrennungsmotorenregelung.
Zapfwellenruckeln (z. B. beim Holzhäckseln) wird vermieden durch ein Boosting der Zapfwelle 34 zum Drehmoment des Verbrennungsmotors 4 t dabei wird die Kupplung 70 wird geschlossen und Maschinenrichter 133 wird entsprechend derart bestromt, dass bei abnehmender Drehzahl an der Zapfwelle 34 der Elektromotor 78 Drehmoment abgibt und bei zunehmender Drehzahl Drehmoment durch den dann zeitweise als Generator vom Maschinenrichter 122 umgeschalteter Elektromotor 78 aufgenommen wird.
Das Elektrozapfwellenmodul in 36 mit dessen Flanschbefestigung 171 ermöglicht eine symetrische Fahrzeugmontage in Kombination mit Fronthydraulik 167, 168, 158 montiert ist das Modul zwischen den zwei Unterlenkern 167 der Dreipunktaufnahme bestehend aus zumindest zwei Unterlenkern 167 und den zugehörigem Hubzylinder 158; Oberlenker 166 und Modulflansch mit E-Zapfwellenmodul 36 praktische Vormontage möglich.
Durch gemeinsame Montage an der Quertraverse 15 aus Stahl oder Guss des Nutzfahrzeugs 1 ist günstiger Kraftfluss der Drehmoment stütze 171 und der Reaktionskräfte möglich durch Einleitung in den Fahrzeugrahmen 14 Bauteileeinsparung durch Nutzung gemeinsamer Befestigungen der Fronthydraulik-Anlenkungspunkte 168 mit dem E-Zapfwellenmodul 36 wird ermöglicht.
Insbesonders durch wechselnde Drehrichtungen (rechts linkslauf der Zapfwelle) und stufenlose angepasste Drehzahländerung ist die Kombination des Elektrozapfwellenmoduls 36 in Kombination mit einer Fronthydraulik bei Nutzung gleicher tragender Befestigungstraverse 15 gut Die Drehmomentstütze 16 für wechselndes Drehmoment ist in die Fronthydraulikbaugruppe 15 vorteilhafterweise fest integriert.
Direkte Zugkraftaufnahme erfolgt durch den gleichen Rahmenträger 14. Mit dem gemeinsamen Rahmen 14 ist es möglich die durch ein Zugkraftverstärkung entstehende Kraft welche durch das Drehmoment am Elektromotor 78 induziert wird im gleichen Rahmen 14 des Nutzfahrzeugs 1 einzuleiten. Das Getriebe 37 ermöglicht solche zugehörige Drehmomente bei akzeptabler Baugröße der Elektrozapfwellkenmoduls 36.
Eine automatische sporadische Zugkraftunterstützung beziehungsweise schnelle Zugkraftunterstützung ist möglich durch sehr schnell Ansprechzeit des Elektromotors 78 bei Zeiten t < 0,2 sec, sehr schnelles ansprechen, schneller als ein Ansprechen des Verbrennungsmotors 4. Eine elektrische Verbindung zum Zugkraftsensor der Unterlenker oder der Vorrichtung zum Ziehen von Pflügen erlaubt der Zugkraftsteuerung vom Elektromotor 78
Das Elektrozapfwellenmodul 36 überprüft dafür den Akkustand von 189, 199 und schließt zuvor die schaltbare Kupplung 70 vor dem Zugkraft zuschalten
Das Verbrennungsmotorsteuergerät 5 kann auch ohne Zugkraftsensor 188 dem Elektromotorsteuergerät 115 über ein elektrischen Impuls mittels der elektrischen Verbindung 107 mitteilen, dass anstelle einen Gang im Schaltgetriebe 21 zurückzuschalten der Elektromotor 78 nach zuvor geschlossener Kupplung 70 mehr Drehmoment an die Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors abgeben soll.
Dies reduziert vorteilhafterweise die Schalthäufigkeit stark und schont das Getriebe 21 sowie die Getriebekupplung 22 mit der Kupplungsscheibe 24.
Der Akku 198 kann auch durch mehrere Batterien 199 ersetzt werden. Die Versorgungsspannung des Maschinenrichters 122 aus dem Akku sollte 48 V nicht unterschreiten und die Nennspannung eines solchen Systems liegt ideal zwischen 80 V und 400 V.
Die durch den Fahrer zugeschaltete Zugkraftunterstützung des Elektromotors 78 reagiert auch auf einem Kick down des Gaspedals 159 das ein Request Signal zur Drehmomentanfrage an das Steuergerät 115 sendet, über die elektrische Verbindungsleitung 107 von einem weiteren Steuergerät 5, 231 am Antriebstrang Nutzfahrzeug 1, beispielsweise infolge einer schnellen und tiefen Betätigung des Gaspedals 159 hierdurch wird diese Funktion der angeforderten Zugkraftzuschaltung durch den Fahrer beispielsweise eingeleitet.
Es ist damit kein schnelles Abwürgen des Verbrennungsmotors 4 ist möglich. Eine typische Situation ist beispielweise das Herausziehen eines schweren Rübenanhängers aus einer nassen Ackerfurche in die höher gelegene Straße mittels einem Traktor als Nutzfahrzeug 1.
Funktionen bei geschlossener Kupplung 70 und eingeschalteter Elektrozapfwelle 36
Der Verbrennungsmotor 6 Leerlaufregler und ist mit einem Ruckeldämpfer versehen der verhindert das Abwürgen des Verbrennungsmotors 4 auch bei untertourigem Betrieb des Verbrennungsmotors 4 infolge ungleichmäßiger Belastung oder Fehler beispielsweise verstopfte Kraftstoffdüsen des Verbrennungsmotors 4
Die Elektrozapfwelle 36 kann mittels Elektrosynchronisationsvorgang, bei einem Beschleunigen der Welle 40 auf Kuppelungsdrehzahl 6 der Welle 17 automatisch und schlupffrei ein- und abgeschaltet werden.
Vorteilhafterweise wird eine Synchronschalteinrichtung 53 für diesen Umschaltvorgang verwendet. Diese elektronische Synchonisierung der zwei zusammen zu kuppelnden Wellen 17 mit der Modulwelle 40 wird vorteilhafterweise bei trockenen und ölgeschmierten Lamellenkupplungen 70 eingesetzt, um den Schaltschlupf klein zu halten und die Kupplung 70 zu schonen. Das Übertragungsmoment bei vorteilhaft eingesetzten Trockenkupplungen ist höher bei gleichem Bauvolumen.
Ein Kurbelwellen-Ruckeldämpfer und eine Standgasstäbilisierung durch Drehmomentabgabe des Elektromotors 78 im Modul an die Verbrennungsmotoren Kurbelwelle falls diese unrund läuft (ein sogenanntes Idleboosting Idle = Standgas der Verbrennungsmaschine 4)
Die Anlasser und Generatorfunktion sind wie heute nach dem Stand der Technik, jedoch unter Berücksichtigung der AKKU-Kapazität also der elktrischen Energiespeicher, 198, 199 und deren zulässiger maximalen Belastung auch vorteilhafterweise mit zusätzlicher Berücksichtigung der Umgebungstemperaturen.
Bei einer geschlossener Kupplung 70 im gemeinsamen gegebenenfalls mehrteiligen vormontierten Modulgehäuse 45, kann ein Zusatzgerät beispielsweise ein Spritz- oder Düngegerät über die Zapfwelle 34 mechanisch angetrieben werden und gleichzeitig über die fest integrierte elektrische Maschine 78 Strom im Modul 36 abgegeben werden, welcher vorteilhafterweise dann auch gleichzeitig eine elektrische Zusatzfunktion beispielsweise ein Drehstrom-Elektromotor zur Spritzgestängevertstellung am Zusatzgerät. antreibt und/oder die internen Batterien bzw. des Akkus 198, 199 des Nutzfahrzeug 1 zeitgleich auflädt.
Die Rekuperationsfunktion bedeutet im Falle die Dauerbremse betätigt wurde oder durch den Dauerbremsschalter aktiviert ist, wird dabei je nach dessen eingeschalteter Dauerbremsstufe der passende Akkuladestrom vom Maschinenrichter 133 eingestellt zum Laden der Energiespeicher um die entsprechende zusätzliche Bremsleistung vom Elektrozapfwellenmodul 36 für das Fahrzeug 1 zur Verfügung zu stellen.
Die Standgasstabilisierungsfunktion bedeutet im Falle das mittels einem Geber oder Hebel 214 eingestellte Handgas nicht zur geforderten erbringbaren Zugkraft der Fahrzeugs reicht wird automatisch der Elektromotor 78 unterstützend tätig ohne dass ein Getriebeeingriff 21 durch ein Zurückschalten erforderlich ist.
Insbesonders bei Nutzfahrzeugen 1 mit einem Schaltgetriebe 21 schont diese Betriebsweise die Kupplung 22, 24 des Antriebsstranges da weniger gekuppelt werden muss. Außerdem ist fast je nach Nutzfahrzeug keine Zugkraftunterbrechung vorhanden. Dies ermöglicht ein Unterbrechungsfreies Ziehen eines Anhängers oder eines Pfluges des Nutzfahrzeugs 1 bei auftretenden Bodenwellen.
Abschaltfunktionen
Die Elektrozapfwellenmodul 36 mit der Zapfwelle 34 lässt sich durch betätigen eines Schalters außer Betrieb setzen, aktiv bleiben dann nur die Anlasser und Lichtmaschinenfunktion zur Batterie 198, 199 und Akkuerhaltungsladung bei automatisch zuvor geschlossener Modulkupplung 70.
Ankuppelfunktion für Zusatzgeräte 102
Vorteilhafterweise kann eine schaltbare formschlüssige Drehmomentabschaltung beispielsweise eine Schiebestift ähnlich einer axial verschiebbaren Abscheerstiftes oder einer axial schaltbaren Klauen bzw. schaltbaren Zahnkupplung 206 der Zapfwelle 34 oder einer Schiebemuffe 207 also einer schaltbarer Formschlusskupplung. Ein Einsatz eine zweiten Lamellenkupplung oder zweiten Synchronschalteinrichtung ausgeführt ähnlich der Kupplung 70 ist möglich.
20 zusätzlich eingebaut werden welche es ermöglicht die Zapfwelle 34 von der Antriebswelle 40 für das ankoppeln von Zusatzgeräten 102 Drehmomentfrei zu machen. In dieser Position der geöffneten Formschlusskupplung ist die Profilwelle, Zapfwelle 34 gegenüber der Modulwelle 40 im Freilauf. Vorteilhafterweise ist die Muffe 207 der Formschlusskupplung 206 axial verschiebbar. Um die Wellen 34 und die mit der Modulwelle 40 zu verbinden
Die Zusatzgeräteanlauffunktion, die Anfahrrampe
Nachdem Einschalten der Zapfwelle 34 bei geöffneter Kupplung 70 durch bestromen des Elektromotors 78 kann vorteilhafterweise die Zapfwelle 34 über eine programmierte abgespeicherte Zeitrampe langsam beschleunigt werden bis die vom Fahrer mittels eines elektrischen Schalters oder einem Potentiometer eingestellte und dem Steuergerät 115 elektrisch mitgeteilte, gewünschte Elektromotorendrehzahl sich einpendelt. Der maximal mögliche Anlaufgradient oder die Steilheit der Beschleunigungsrampe von der Zapfwelle 34 wird begrenzt durch den Maximal zulässigen vorgegeben Strom beim Betrieb aus der Drehstromsteckdose, und beim Betrieb des Elektromotors aus dem Akku oder der Batterie wird der Strom und damit die maximal zulässige Beschleunigungsrampe begrenzt aus dem mittels der Sensoren 200 ermittelten Zustandes der elektrischen Energiespeicher 198, 199. Vorteilhafterweise misst der im Modulgehäuse 45 untergebrachte Drehzahlsensor 119 den Schlupf zwischen der vom Umrichter 122 vorgegebenen Elektromotorendrehzahl und der wirklichen Beschleunigung der Welle. Ist dieser Schlupf zu groß wird die Beschleunigungsrampe automatisch zurückgefahren, da davon auszugehen ist dass das Zusatzgerät 102 unter Belastung steht oder das Massenträgheitsmoment des Zusatzgerätes nicht richtig berücksichtigt wurde.
Vorteilhafterweise kann bei laufender Verbrennungsmaschine 4 die Kupplung 70 zumindest bis die Zapfwelle 34 auf die Nenndrehzahl der Zapfwelle 34 erreicht ist vom Steuergerät 115 geschlossen werden.
Das Elektromotorensteuergerät 115 gibt dabei dem Maschinenrichter 122 proportional und unter Berücksichtigung die elektrische Pulsfolge aus.
Vorteilhaft ist dabei die Verwendung einer Busleitung 107 zwischen beiden Einheiten 115 und 179, 122.
Die Leistungssteuereinheit 117 bestehend aus zumindest einem Maschinenrichter 122 und zumindest einem Temperatursensor 220 sowie einem Zwischenkreiskondenstor C1, 164 ist untergebracht im abgeschirmten Gehäuse 116 kommuniziert mittels einem Wechselrichterinterface 179 und einer seriellen bidirektionalen Busleitung 107.
Das Wechselrichterinterface 179 bestehend aus zumindest eine Arithmetischen Recheneinheit, einem I/O Register und einem seriellen Datenspeicher kann dann vorteilhafterweise über die serielle bidirektional funktionierende Busleitung 107 mit dem Elektromotorensteuergerät 115 Daten austauschen um möglichst viele Kabel zwischen den Einheiten einzusparen und schnell viele Daten in beide Richtungen austauschen zu können. Über diese serielle Daten Busleitung 107 werden auch dies Sensorsignale der Strom- und Spannungsmessung 200 und Temperaturen des Tempertursensors 220 der Leistungsschalter 122, 123 dem Elektromotorensteuergerät 115 zur Berechnung der Elektromotorensteuersequenz mitgeteilt.
Die Übersetzung der Signale von der elektrischen Verbindung 107 entgegengenommen vom Steuergerät 115, für einen rückwärts und oder vorwärtsbetrieb wird vorteilhafterweise erst im Wechselrichterinterface in die PWM Signale welche den Maschinenrichter 122 steuern umgewandelt. Damit lässt sich die EMV Verträglichkeit mit den hier beschriebenen verschiedenen Funktionen des Drehstromantriebs massiv verbessern und sicher realisieren.
Hochleistungs-Standelektrozapfwellenantrieb mit Drehstromregler
Ein starkes Drehmoment (typisch 200–250 Nm) und Leistungen des E-Zapfwellenmoduls bis zu 25 KW durch die vorteilhafterweise 3 Phasige Stromversorgung der elektrisch angetriebenen Zapfwelle 34 bei noch akzeptabler Kabel und Sicherungsbelastung aus der Drehstrom-Steckdose ist auch bei abgestelltem Fahrzeug, mit eingelegter Feststellbremse möglich. Ein aktiver Drehschwingungsdämpfer der Elektrisch betriebenen Zapfwelle 34 im Standbetrieb, verhindert Schwingungen Kabelbelastungen im Standbetrieb aus der Drehstromdose beispielsweise beim antrieb von Plungerkolbenpumpen über die Zapfwelle 34
Realisiert wird das durch eine aktive Schwingungsunterdrückung mittel Rückkoppelung des Zapfwellendrehzahlsensors – Die Geräte laufen ruhig besonders bei einer periodischen auftretende Drehschwingungen durch das Zusatzgerät ist das hilfreich Resonanzen werden verhindert
Eine Standlüfterfunktion für den Kühlerlüfter ist vorteilhaft möglich, dies ist ein Kühlerlüfterantrieb des Lüfters 84 bei langsamer Verbrennungsmotordrehzahl 4 durch das Elektrozapfwellenmodul 36 bei einer geöffneter Kupplung 70.
Ein Rechts-Linkslauf und eine verstellbare des Lüfterrads ist vorteilhaft.
Vorteilhafterweise eingebaute 3 Phasensicherungsautomatensorgen für sichere Überlastabsicherung der Drehstromabgabe mit deren Schaltkontakten.
Die Schaltzustand einer Feststell- oder Handbremse des Nutzfahrzeugs 1 wird dem Fahrer durch eine Signallampe über eine Verbindung 107 dem Steuergerät 115 mitgeteilt.
Vorteilhafterweise beeinflusst dieses Signal die Bestromung des Elektromotors 78 derart dass beispielsweise ein Betrieb des Elektromotors 78 aus einer Drehstromsteckdose nicht freigegeben wird wenn dieses elektrische Signal nicht vorliegt. Dieses Lampensignal kann beispielsweise an einem negierten Hilfskontakt an einem Sicherungsautomaten 129 oder einem schaltschützen 129 als Signalaufforderung zum verbinden der Drehstromleitungen mit den mit den Wicklungen des Elektromotoren verbundenen kontakte realisiert werden. Die Leitung von der Drehstromeingangsteckdose 175 kann aber auch durch den Maschinenrichter 122 unterbrochen werden Es kann also mit dem elektrischem Signal der Handbremskontrolleuchte 216 zusätzlich sichergestellt werden dass, das Nutzfahrzeug 1 zuvor gesichert ist, bevor der E-Motor 78 kräftig Leistung abgibt dann gespeist aus einem mehrphasigen Drehstromnetz abgibt für z B für den Betrieb von Hebebühnen- oder Kranbetrieb.
Der ferngesteuerter Rechts und Linkslauf der Zapfwelle 34 ist schaltbar für Seilwindenfunktionen-Seilrücklauf und Seilvorlauf oder Pumpen zum umschalten auf saugen und drücken ohne Ventile. Weitere an der Fronthydraulik befestigte Hydraulikventile zum Betrieb von Anbau- oder Zusatzgeräten können mit ferngesteuert werden
Eine automatische Startfunktion des Verbrennungsmotors 4 bei Überlast des Elektromotors 78 kann elektrisch eingeschaltet werden wenn zuvor elektrisch sichergestellt ein Leerlauf im Getriebe 21 eingelegt ist
Dies wird vom getriebesteuergerät 230 „ASG„ durch einen elektrischen Leerlaufsensor des Schaltgestänges oder beim automatischen Schaltgetriebe 23 am Getriebesteller gemessen und sichergestellt.
Das Signal des elektrischen Leerlaufsensors geht dem Elektromotorensteuergerät 115 vorteilhafterweise über eine elektrische Leitung 107 zur Auswertung zu.
Hochleistungstanddrehstromgeneratorbetrieb
Durch einen elektrischen Schalter einschaltbarer Generatorbetrieb zur Drehstromabgabe durch den Elektromotor 78 ermöglicht bei geringer Wechselrichterbelastung infolge des 3-Phasigen Anschlusses eine Drehstromabgabe an Zusatzgeräte beispielsweise ein Streugerät oder Häcksler 102. -Ein-3-Phasiger Drehstromausgang erlaubt das Betreiben starker Zusatzverbraucher beispielsweise ein Dampfstrahler oder Baugeräte bis 25 Kw welche keinen Zapfwellenanschluss haben.
Sowie eine -Notstromgeneratorfunktion mit einer programmierbarer Ausgangsfrequenz und programmierbarer Spannung (z B. 110 V/190 V System z B. -Südamerika, Asien) und 220 V, –380 V-System-Europa). Ein Stromzähler mit Resttaste ist integriert.
Ein elektronischer maximal Strombegrenzer mit der automatischen Temperaturberücksichtigung vom Elektromotor-Temperaturabschaltung, ist vorteilhafterweise eingebaut
Eine Kurzschlussdetektion mit einer Leitungsabschaltung über zusätzliche Schaltkontakte und eine Fl-Fehlerstromabschaltung des Drehstromabgabenetzes ermöglichen Kriechstromfreies und sicheres Betreiben des Systems im Feld auch bei fahrendem Nutzfahrzeug 1 beispielsweise zum elektrischen Antreiben eines Kehrbesens bei Regen.
Sicherheitsfunktionen und Diagnosefunktionen:
Weitere Sicherheitsfunktionen und Diagnosefunktionen des Moduls 36 sind vorteilhafterweise realisiert, beispielsweise eine elektrische Temperatur-Überwachung mit dem Temperursensor 83 im Modulgehäuse 45 sowie eine elektrische Verbindung 107 zum Kühlwassersensor zur Schmierölstatusüberwachung mittels einem Schmierölstandsensor 225 sichert den Betrieb des Elektrozapfwellenmoduls 36 mit Öl im Getriebe 37
Die E-Motorleistung des Elektromotors 78 wird bei dieser Funktion zumoindest reduziert oder der Elektromotor 78 wird ganz abgeschaltet.
Ein elektrisches Verbindung 107 als Datenschnittstelle zu einem Akku Manager mit einer Batterie- und Akkutemperturüberwachung ermöglicht einen Kapazitätsabschätzung der elektrischen Energiespeicher, beispielsweise des AKKU's, basierend auf Messungen mit Strom- und Spannungssensoren 200.
Damit lässt sich der Ladezustand und die maximal zulässige AKKU-Strombelastung für Stromentnahme und zur Bestimmung der Stromladedichte (I-max) bestimmen, welche durch den Elektromotor 78 und den Umrichter 122, noch zulässig ist.
Diese Funktion ist vorteilhafterweise, zumindest teilweise im Elektromotorensteuergerät 115 integriert und kann als aktiver Lichtmaschinenregler bezeichnet werden.
Eine elektrische Verbindung vom Steuergerät 115 zu einer zusätzlichen Lichtmaschiune 223 ist vorteilhafterweise zusätzlich vorhanden
Ein Fehlerlampe 187 zeigt Fehler im Führerhaus des Nutzfahrzeug 1 an
Vorteilhafterweise ist zumindest einer der Drehstromstecker 174, 175 vernunden mit dem Elektrozapfwellenmodul durch einen Sicherungsautomaten oder mehrphasigen Schaltschütz 133 vom Steuergerät 115 galvanisch abschaltbar um die Stromabgabe zu unterbrechen.
Insbesonders im Falle der abzugebende oder aufzunehmende Drehstrom zu hoch wird oder ein mit Stromsensoren detektierter Fehlerstrom Auftritt ist dies hilfreich.
Vorzugsweise ist ein Kontakt am Gehäuse 117 des Moduls 45 oder der fronthydraulik 203 angebracht, beispielweise eine Schraube 144 oder ein zusätzlicher Stecker 144 um eine zusätzlich Erdung des Stromaggregates durch eine elektrische Leitung welche mit der Erde auf dem das Nutzfahrzeugs 1 über die Reifen der Räder 92 isoliert steht herzustellen.
Dies reduziert insbesonders beim Drehstromgeneratorbetrieb bei dem der Elektromotor 78 bei geschlossener Kupplung 70 angetrieben wird mit einer- vom Elektromotorsteuergerät 115 und der Leistungseinheit 117 vorgegebener Drehzahl die Unfallgefahr.
Der Drehstromgeneratorbetrieb kann unabhängig der Verbrennungsmotordrehzahl programmiert werden in der Frequenz und der Spannung (60–70 Hz und 360 V, 190 V Spannung im Drehstromnetz.
Vorzugsweise wird eine Masseleitung von einem elektrischen Zusatzgerät 102 welches vom Notstromaggregat in diesem Fahrzeug 1 mit Strom versorgt wird mit dieser Erdungsleitung beim Anstecken der Stromversorgungverbunden.
Vorzugsweise ist das Elektronikgehäuse 116 Spritzwasser- oder druckwasserdicht.
Vorzugsweise kann der Fehlerstrom mit einer Einrichtung derart einfach gemessen werden und im Falle ein Fehlerstrom zwischen den drei Phasen und dem Nulleiter wird der Schütz 133 abgeschaltet werden.
Ein Kabelanschluss 218 ist mit dem Umrichtergehäuse 116 des steuergerätes 115 verbunden, welcher es ermöglicht ein zusätzliches Erdungskabel anzuschließen um die Isolierung der Traktorreifen zur Erde auf dem das Nutzfahrzeug 1 steht zu überbrücken.
Insbesonders wenn der Elektromotor 78 als Generator arbeitend und in Feucht- oder Schlammgebieten beispielsweise einen Drehstromelektromotoren antreibt, welche in diesen Feuchtgebieten auch mit arbeitenden Personal in Verbindung kommt sind ist dies hilfreich und sicherer.
Vorteilhafterweise wird der Fehlerstrom gemessen indem ein Vergleich der stromzuführenden Elektrischen Leitung L1, L2, L3 und der stromrückführenden elektrischen Leitung dem Nulleiter N durchgeführt wird.
Der Fl-Schalter kann vorzugsweise diskret aufgebaut und im Steuergerät 115 integriert sein
Fehlt Strom in diesem Fl Schalter Kreislauf was detektiert wird beispielsweise über einen Shunt oder einem Hallsensor und mit einen Differenzverstärker verstärkt wird so wird der Sicherungsautomat 133 wie ein Fl-Schalter abgeschaltet. Vorzugsweise kann der zulässige Fehlerstrom durch das Elektromotorensteuergerät 115 programmiert werden.
Vorteilhafterweise kann dem Stromaggregat eine zweite programmierte zweite Spannung z B 36–48 V beipielsweise für einen Weidezaunanschluss oder zum Schweißen entnommen werden und oder eine zweite Wechselstromfrequenz vorgegeben werden, beispielsweise 60 Hz.
Vorteilhafterweise ist die Drehstromsteckdose 174, 175 in der Fahrerkabine des Fahrzeugs 1 untergebracht.
Vorteilhafterweise sind zumindest ein Teil die Leitungen vom Steuergerät 115 zum Maschinenrichter 122 und oder zum Elektromotor 78 verdrillt um wenig elektrische Abstrahlungen zu erzeugen, womit ein Betrieb eines installierten Autoradios 130 bei gutem Empfang ermöglicht wird.
Die Leistungseinheit 117 mit dem Maschinerichter 122 und weiteren Leistungshalbleitern und einigen Temperatur und strommessenden Sensoren ist vorteilhafterweise optional in einem wasserdichten abgeschirmten Steuergehäuse 116 unter der Motorhaube untergebracht.
Das Elektromotorensteuergerät 115 kann ebenfalls im Fahrerhaus untergebracht und kommuniziert über eine elektrische Leitung 107 welche vorzugsweise als serielle Datenbusleitung ausgeführt ist mit der Leistungseinheit 117 unter der Motorhaube
Der Elektromotor 78 ist angeschraubt und teilweise in das Modulgehäuse 45 integriert und mit kurzen Starkstromkabeln 221 zur Wicklungsversorgung mit dem Steuergehäuse 116 verbunden.
Vorteilhafterweise sind die schnellen Schaltimpulse welche vom Mikroprozessor an zumindest den Maschinenrichter 122 gesendet werden digitale Pulsweitenmodulierte-PWM-Signale.
Vorteilhafterweise wird eine PWM-Modulation zur Erzeugung von annähernden Sinuswellen für den Elektromotor 78 und zur Modulation der Generatordrehstrompannung verwendet, da bei PWM-Modulation besonders wenig Impulse zum Abbilden einer Sinuswelle erforderlich sind.
Dies reduziert nicht nur die Substratverlußte also die Erhitzung der Leistungshalbleiterschalter sondern verbessert auch die EMV Abstrahlungen, so dass beispielsweise ein Radiohören bei der Arbeit mit dem Nutzfahrzeug 1 möglich wird.
Eine Pulsdichteschaltung zur Erzeugung von sinusartiger Spannung für den Elektromotor 78 zu dessen Drehstromabgabe an externe Verbraucher vom festinstallierten Modul 36 ist in einem solchen Nutzfahrzeug 1 nicht von einer Drehstromabgabe von weniger Vorteil.
Dies gilt auch für die Ansteuerung des dreiphasigen Netzrichters bestehend aus Leistungstransistoren 123.
Es kann ein vorteilhafterweise ein dreiphasiger Drehstromzähler 128 integriert sein der die abgebendende Strommenge misst und vorteilhafterweise auch die vom Elektromotor 78 aufgenommene Strommenge aus dem Festnetz misst. Zu dieser Messung werden vorteilhafterweise die gleichen strommessenden Sensoren 222 verwendet die auch den Fehlerstrom messen
Vorzugsweise wird die vom Modul auszugebende Netzfrequenz gemessen und mit im elektrischen Energiespeicher des Elektromotorensteuergerätes 115 abgespeicherten vorgegebenen Werten verglichen.
Im Falle Abweichungen vorhanden sind sendet das Elektromotorensteuergerät 115 eine Drehzahlkorrektur an das Verbrennungsmotorsteuergerät 5, Vorteilhafterweise passt das Elektromotorsteuergerät 115 die elektrischen Impulse an den Maschinenumrichter 122 und oder Netzumrichter 123
Beschreibung der Fig. 14
14 zeigt die eine Übersicht vorteilhafter Zusatzfunktionen F1 bis F25 ermöglicht durch das neue Elektrozapfwellenmodul 36, sowie die dafür vorteilhaft erweise übertragenen Signale vom Fahrzeug 1 mittels der bidirektional wirkenden elektrischen Verbindung- 107 zu dem Steuergerät 115
Die elektrische Verbindung 107 vom Steuergerät 115 kann auch derart aufgebaut sein dass zumindest ein Teil der Signale zur Realisierung von F1 bis F25 elektromagnetischer physikalischer Struktur sind, und über eine Funkstrecke zum Steuergerät 115 übertragen beispielsweise vorteilhafterweise auch bidirektional übertragen werden.
Beschreibung der Fig. 15
15 zeigt den Stand der Technik, ohne eine fest eingebaute integrierte Elektrische Maschine 78, verbunden mit einer Zapfwelle 34.
Beschreibung der Fig. 16
16 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung eines Elektrozapfwellenmoduls 36. Die 16 zeigt dazu einen Getriebeplan in einer Ausführung 2 Bei welcher sich die Achse des Elektromotors 78 und die Achse der Zapfwelle 34 in einer Betrachtungsebene schneidet. Besonders vorteilhaft an dieser Ausführung ist dass das große Kegelrad 285 mit der Zapfwelle 34 verbunden ist. Vorteilhaft in dieser Ansicht ersichtlich ist die Integration des Steuergeräts 115 mit zumindest einem Teil der Funktionen F1 bis F25 an das Modulgehäuse 45. Das gemeinsame gegebenenfalls Modulgehäuse 45 hat vorteilhafterweise die Lager welche vorteilhafterweise als aus dem Ölbad mit Öl geschmierte Wälzlager ausgeführt sind integriert.
Vorteilhaft in dieser Bauweise ist, dass nicht nur der vordere Elektromotorenflansch mit dem entsprechenden vorderen Elektromotorenlager in das Gehäuse 45 integriert ist sondern auch der hintere Elektromotorenflansch als Gehäusedeckel 225 auf das Modulgehäuse 45 geschraubt wird und nicht auf den Elektromotor 78. Eingebaut wird dann vorteilhafterweise nur die Stator-Wicklungen 80 als gewickeltes Stator-Packet und ein Rotor 81 des Elektromotors 78 beziehungsweise der elektrischen Maschine 78. Alle weiteren Bauteile sind hier im gemeinsamen Modulgehäuse 45 integriert. Dies ermöglicht eine sehr robuste und kompakte Bauweise. Vorteilhafterweise kann ein Zapfwellenschutz 224 als Berührungsschutz der profilierten abstehenden Zapfwelle 34 auch mit vormontiert werden. Das Fronzapfwellensystem 203 mit den Seitenrahmenteilen 15 ist am Fahrzeugrahmen 14 des Nutzfahrzeugs 1 vorteilhafterweise fest verschraubt mit den Schrauben 226.
Die Hubzylinder 158 des Fronthydrauliksystems 203 sind hier vorteilhafterweise aus Platzgründen von innen nach außen verlagert und diese Hubzylinder 158 werden symetrisch mit dem Unterlenker 167, 189 von oben gesehen mittig mit dem Unterlenker 167, 189 derart verbunden, dass die vorteilhafterweise keine Verdrehkräfte auf den Unterlenker von der Kolbenstange des Hubzylinders auf den Unterlenker wirken, diese Geometrie ist in Kombination mit einem Elektrozapfwellenmodul 36 besonders materialschonend, robust, leicht und vielseitig. Insbesonders ermöglicht diese symetrische Anordnung der Unterlenker für den Betrieb angetriebener Anbaugeräte, vorteilhafterweise angetrieben durch das Elektrozapfwellenmodul 36, einen leisen und sehr vibrationsarmen Betrieb insbesonders auch bei höheren Drehzahlen wie dies hier möglich ist. Die schaltbare Kupplung 70 ist hier außerhalb des Modulgehäuses 45 angeordnet, dies kann bei Nutzfahrzeugen mit hohem Achsstand von Vorteil sein, die Kupplung 70 hat vorteilhafterweise eine elektrische Verbindung zur Steuerung und oder Diagnose zur elektrischen Maschine 78 vorteilhafterweise wird auch diese ausgelagerte Kupplung zur Realisierung zumindest einer der Funktionen F1 bis F25 vom Steuergerät 115 angesteuert vorteilhafterweise auch deren Zustand diagnostiziert. Die 7 und 8 zeigen das komplette Nutzfahrzeug 1 mit einer solchen Kupplungsanordnung mit dem Elektrozapfwellenmodul 36.
Die vom Verbrennungsmotor 6 ausgehende Kurbelwelle 6 treibt die Welle 17, die Getriebeingangswelle 17 an, welche mittels elektromagnetischen Stellgliedern 60, 64, 71, 54 die schaltbare Kupplung 70 betätigt, die die Welle 17 mit der gemeinsamen Modulwelle 40 zusammenkuppeln kann
Beschreibung der Fig. 17
17 zeigt ein Fronthydrauliksystem mit Elektrozapfwellenmodul in horizontaler Anordnung des Elektromotors 78 in einer Anordnung mit kreuzenden Achsen mit der Zapfwelle 34 nach der Ausführung 2 des Getriebeplans in 16, hier angebaut n ein Nutzfahrzeug 1, mit einer angepassten Fronthydraulik 203. Diese Fronthydraulik 203 hat vorteilhafterweise die Hubzylinder 158 mittig der Rahmentraverse 15 oder vorteilhafterweise außen der Traverse 15 abgeordnet um mehr Platz für das Elektrozapfwellenmodul 36 zu bieten und vor Stößen zu schützen. Besonders Vorteilhaft ist ein Rammschutz 232 der gleichzeitig als Versteifung zur Aufnahme von seitlichen Biegekräften des Rahmenelemente 15. Diese Biegekräfte kommend oft vom einem in der Fronthydraulik 203 aufgenommenen Anbaugeräte und werden in die Unterlenker in die seitlichen Rahmenelemente 15 eingeleitet. Durch diesen vorteilhaften Rammschutz 232 der zugleich als Quertraverse dient ist bei gleicher Stabilität des Fronhydrauliksystems eine besonders Leichte und robuste Bauweise möglich bei gleichzeitigem Schutz der Elektromechanischen Bauteile des Elektrozapfwellensystems 36. Durch den rauen Betrieb eines Elektrozapfwellensystems 36 beispielsweise im Acker oder im Wald bei der Pflege von Flora und Fauna ist die Gefahr der Zerstörung von außen durch steine Wurzeln Baumstämme Bodenwellen bei Ackerplügen etc, besonders hoch. Dabei wirkt sich die zuvor genannte Kombination mit einem Schutz der zugleich Quertraverse des Fronthydrauliksystems 203 ist als besonders vorteilhaft aus.
Beschreibung der Fig. 18
18 zeigt einen Getriebeplan passend zum Elektrozapfwellenmodul 36 in welchem die Achse des Elektromotors 78 parallel zur Zapfwelle 34 angeordnet ist, sich diese zwei Achsen also nicht im Endlichen einer möglichen Betrachtungsebene schneiden.
Diese Ausführung der Achsenbauweise des im gemeinsamen gegebenenfalls mehrteiligen Gehäuse 45 integrierten Getriebes 37 des Elektrozapfwellenmodules 36 ist mit dem passenden Fronthydrauliksystem 203 in Bild 5 dargestellt.
Besonders vorteilhaft ist hier die Integration der schaltbaren Kupplung 70 in, beziehungsweise an das Zahnrad 285 welches mit der profilierten Zapfwelle 34 fest verbunden ist, was die Bauweise verkürzt.
Dies ermöglicht zusätzlich auch robuster, kompakter, kleiner und leichter zu bauen, da weitere Bauelemente, beispielweise Wälzlager und Wellen-Naben-Verbindungen eingespart werden können, was insbesonders für ein Elektrozapfwellenmodul 36 mit einer zusätzlichen integrierten elektrischen Maschine 78 sehr von Vorteil ist.
Im Nutzfahrzeug 1 ist wenig Platz, da viele dieser Fahrzeuge 1 einen kleinen Wendekreis haben müssen woraus sich ein möglichst kurzer Achstand der Fahrzeugachsen zueinander errechnet, und den Einbauraum reduziert. Die Antriebsleistungen und Drehmomente dieser Nutzfahrzeuge 1 sind hoch. Diese Nutzfahrzeuge werden mit hohen Einschaltdauern, unter hoher Last oft im rauem Gelände und mit zusätzlichen angekuppelten und angetriebenen Arbeitsgeräten betrieben, hierfür ist eine kompakte, robuste und leichte Bauweise des Elektrozapfwellenmoduls 36 von Vorteil.
Beschreibung der Fig. 19
19 zeigt ein Elektrozapfwellenmodul 36 mit einem zusätzlichem Zahnradsatz mit einer Zwiischenwelle 226 zwischen der Eingangswelle 17 und der gemeinsamen Modulwelle 40. Die Kupplung 70 kann auch hier wie in allen Ausführungen die Welle 17 und die gemeinsame Modulwelle 40 voneinander Trennen durch das Betätigen mittels elektromagnetischer Stellgliedern 71, 54, 64.
Beschreibung der Fig. 20
20 zeigt ein Elektrozapfwellenmodul 36 bei welchem wie in den früheren 7, 8, 11 dargestellt, die schaltbare Kupplung 70 an der Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 1 montiert ist. Und diese Kupplung 70 vorteilhafterweise über eine Leitung 107 beeinflusst werden kann.
Vorteilhafterweise ist dann, wenn sehr wenig Platz in dem gemeinsamen gegebenenfalls mehrteiligen Modulgehäuse 45 für die Unterbringung vorne am Nutzfahrzeug 1 zur Verfügung steht, folglich auch der Elektromotor 78 außerhalb dem Modulgehäuse untergebracht.
Vorteilhafterweise ist er dann am Verbrennungsmotor 1 befestigt, vorteilhafterweise mittels einer Gehäusetraverse 250 welche zusätzlich vorteilhafterweise die separate Lichtmaschine 223 gemeinsam aufnehmen kann. Vorteilhafterweise ist diese Gehäusetraverse zusätzlich einstellbar, um zugmitteltriebe einstellen uns spannen zu können wie zuvor in der 6 dargestellt.
Beschreibung der Fig. 21
21 zeigt ein Elektrozapfwellenmodul 36 entsprechend der 7 und 8 mit der schaltbaren Kupplung 70 an der Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 1 montiert. Und diese Kupplung 70 vorteilhafterweise über eine Leitung 107 beeinflussbar.
Beschreibung der Fig. 22
22 zeigt ein Elektrozapfwellenmodul 36 bei welchem der Elektromotor 78 voll in das Modulgeäuse 45 integriert ist, derart, dass das vordere Lagerschild bzw. der Elektromotoren-Lagerflansch Bestandteil des Gehäuses 45 ist und dieser damit als Bauteil entfällt, Spezielle vorteilhafte Formgebungen mit Ausbrüchen, Durchbrüchen, Kühleinrichtungsformen, sowie der Integration von Sensoren und Kabelkanälen im gemeinsamen Modulgehäuses 45 und desweiteren speziell zur Aufnahme von elektrischen Bauteilen und Leiterplatten bearbeitete Oberflächen ermöglichen eine kompakte, robuste und dichte Bauweise mit wenigen Einzelteilen.
Zur Schlupfermittlung sind Sensoren vorteilhafterweise im Modul 45 vorteilhafterweise am Rotor 81 des Elektromotors 78 angebracht, verglichen werden diese Drehzahlen mit Daten von der elektrischen Verbindung 107 von einem Steuergerät oder von daran verbundenem weiteren Drehzahlsensor angeordnet vor der elektrisch schaltbaren Kupplung 70 an einer Welle 17, 6.
Die Kupplung lässt sich vorteilhafterweise bei überschreiten eines vorgegebenen gespeicherten Schlupfwertes dann zu deren Schutz nicht mehr schließen.
Dieser Fehlerzustand wird vorteilhafterweise in einem Steuergerät gespeichert und dem Fahrer vorteilhafterweise auch angezeigt.
Das vordere Wellenlager des Elektromotors 78 ist in das Modulgehäuse 45 eingebaut, ebenfalls der Radialwellendichtring 303 zum abdichten der Elektromotorenwelle gegen das Ölbad ist ins Modulgehäuse 45 eingebaut, zwischen beiden zuvor genannten Elementen ist vorzugsweise eine Schnüffelbohrung ins freie führend eingebaut dienend, im Falle einer Dichtringleckage kein öl in die Elektronik gelangt.
Der Elektromotoren-Klemmenbereich 302 also der Bereich wo die Kupferwicklungsanschlüsse aus dem Stator 80 des Elektromotors 78 herausschauen und diese mit den Leistungstransistoren 123, 122 verbunden werden, müssen, werden die Wicklungsanschlüsse des Elektromotors 78 durch einen Gehäusedurchbruch 302 in das Gehäuse des Steuergerätes 115 durchgeführt.
Das Steuergerät 115, strukturell entsprechend der 13 aufgebaut ist auch vorteilhafterweise ins gemeinsame Modulgehäuse 45 integriert.
Die Leistungstreiber 122, 123, vorteilhafterweise spezielle niederohmige Halbleiterschalter in der Bauweise von IGBT's, GTO's oder MOSFET-Hochleistungstransisitoren 122, 123 für die Steuerung des Elektromotors 78 sind in das Gehäuse 45 derart eingeschraubt dass diese deren Verlußtwärme an das Gehäuse 45. über eine Wärmeleitfolie oder Leitpaste und in das Gehäuse 45 ableiten können Vorteilhafterweise ist zwischen der Wärmeleitfolie und dem Gehäuse 45 noch ein Kupfer oder Aluminiumträger beispielsweise eine Alu-Platte dazwischen geschraubt
Dies zur verbesserten Wärmeleitung und Verteilung vom Leistungsschalter, Transistor, über die Leitpaste auf den Aluminium- oder den Kupferträger in das Modulgehäuse 45.
Das Modulgehäuse 45 hat hierzu im Bereich der Steuerelektronik 115 und der Leistungstransistoren 122, 123 vorteilhafterweise eine bearbeitete sehr glatte ebene Oberfläche zum Anschrauben oder Anpratzen beziehungsweise anklemmen dieser Leistungstreiber 122, 123. Desweiteren sind vorteilhafterweise sind zusätzlich Kühlrippen 301 angegossen, welche eine große Wärmeübertragungsoberfläche bilden und das Gehäuse 45 robuster machen.
Diese vorteilhafte Bauweise des gemeinsamen Modulgehäuses 45 mit zumindest einem der zuvor genannten Vorzüge ermöglicht ein sehr kompaktes und leichtes Bauen des Elektrozapfwellenmodules und ermöglicht durch den Entfall von Kabeln und Flanschen, sowie durch vorteilhaft eingebrachte Gehäusekanäle beziehungsweise Durchbrüche für die Durchführung von Motoranschlussklemmen 302 im Modulgehäuse 45 zwischen Elektromotor 78 und der Steuerelektronik 115 auch sicher gegen Umwelteinflüsse wie Spritz- und Druckwasser zu bauen. Der Drehzahlsensor für den Elektromotor 78 und den Ölstand im Getriebe 37 ist ebenfalls in das gemeinsame gegebenenfalls mehrteilige Gehäuse 45 integriert.
Eingebaut als zusätzliche Bauteile muss lediglich der Rotor 81 und das Statorpacket 80 des Elektromotors 78, Die Verbindung vom Motor erfolgt idealerweise
Mit einem Deckel 304 in welchem das hintere Wellenlager des Rotors 81 eingepresst ist wird das Gemeinsame Modulgehäuse 45 druckdicht mittels Dichtung und Deckelschrauben 305 verschlossen.
Beschreibung der Fig. 23
23 zeigt ein Elektrozapfwellenmodul 36 mir dem Modulgehäuse 45, dem seitlich rechtwinklig zur Zapfwelle 34 befestigten Elektromotor 78 der direkt vorteilhafterweise über Kegelradzahnräder 285 diese Zapfwelle 34 antreibt. Bei geöffneter Kupplung 70, welche zum gemeinsamen Steuergerät 115 zumindest eine elektrische Verbindung 107 zur Realisierung zumindest einer der Funktionen F1 bis F29 hat. Bei geöffneter Kupplung kann der Elektromotor 78 auch hier wie in allen Ausführungen die zapfwelle 34 unabhängig der Kurbelwelle an. Er kann dabei durch die elektrischen Energiespeicher 198, 199 mit Energie versorgt werden und vorteilhafterweise bei laufendem Verbrennungsmotor 6 noch bis zu 4 KW von der zusätzlich angebrachten Lichtmaschine 223 mit Strom versorgt werden.
Bei geschlossener Kupplung 70 wird die Zapfwelle 34 und der Rotor des Elektromotors 78 direkt vom Verbrennungsmotor 6 angetrieben. Eine Kardankupplung 18 ermöglicht einen Ausgleich des Achsversatzes, Die schaltbare Kupplung 70 trennt beim öffnen die getriebeeingangswelle 17 von der gemeinsamen Modulwelle 40. Dargestellt auch hier die vorteilhafte Integrativ an des Elektromotors 78 in das gemeinsame Modulgehäuse 45 zur Baulängenreduktion des ElektrozapfwellenmodulS 78, im vorteilhaften Falle der Gehäusebereich der Kupplung 70 des gemeinsamen Modulgehäuses 45 des Elektrozapfwellenmodules 36 um die Modulwelle 40 abgedichtet ist kann auch vorteilhafterweise eine trockene schaltbare Kupplung 70 eingebaut werden um noch höhere Reibmomente bei kompakter Bauweise übertragen zu können.
Beschreibung der Fig. 24
Die 24 zeigt ein Elektrozapfwellenmodul 36 mit einem Zapfwellenabtrieb 34 einer fest integrierten Elektrischen Maschine 78 mit einem integrierten Getriebe 37 in einem vorteilhaft zuvor beschriebenen Modulgehäuse 45 und von einer Steuerelektronik 115 gesteuert. Hier dargestellt mit Vorgelegeradsatz 350 entsprechend der 22, Eingebaut in ein Nutzfahrzeug 1 beispielsweise eine Geräteträger ein LKW oder ein Traktor dargestellt in 15 ”Prior Art„ ist es ersichtlich dass eine besonders kompakte, robuste leichte und gedrungene Bauweise mit den Vorteilen der Bauweise des Elektrozapfwellenmoduls 36 und dessen Betrieb am Rahmen 14 des Nutzfahrzeuges 1 von Vorteil ist, Montiert zwischen den vorderen lenkenden Rädern mit deren großem Lernkeinschlagwinkel, infolge des geforderten sehr kleinen Wendekreises beim Arbeitseinsatz der Nutzfahrzeuge 1, ist die geforderte Kompaktheit unabdingbar.
Beschreibung der Fig. 25
25 zeigt eine Anordnung wie 20 in einer etwas räumlichen Darstellung.
Vorteilhafterweise kann hier zusätzlich ein Turbolader 13'' vom Elektromotor 78 der wie bei allen anderen Ausführungen auch zugleich die Zapfwelle 34 antreibt angetrieben werden.
Also zusätzlich mit einem „Hybrid-E-Lader” einem elektrisch angetriebener Turbolader der jedoch gegenüber dem Stand der Technik hier ohne einen zusätzlichen, separaten „E-Lader-Elektromotor„ den Elektromotor 78 des Elektrozapfwellenantriebes 36 also den Elektromotor des Elektrozapfwellenmoduls 36 benutzt zur Hybridisierung des Nutzfahrzuges 1 Beschrieben in 1 bis 24 zu dessen Antrieb auch zeitgleich verwenden kann.
25 zeigt den Antrieb des Nutzfahrzeugs 1 mit dem Elektrozapfwellenmodul 36 in einer diskreten Bauweise mit der Kupplung 70 welche die Kurbelwelle 6 von der Zapfwelle 34 sowie der dargestellten Getriebeeingangswelle 40 abtrennen kann.
Der Kupplung 70 vorgeschaltet und der Kurbelwelle 6 zuordenbar ist vorteilhafterweise auch eine zusätzliche Lichtmaschine 223 angeordnet angetrieben über den Verbrennungsmotor 4. Diese Lichtmaschine ist nicht durch die Kupplung 70 abkuppelbar, diese ist also permanent angetrieben. Vorteilhafterweise kann diese Lichtmaschine 223 zusätzlich auch einen der zum Nutzfahrzeug 1 gehörenden elektrischen Energiespeicher 199, 198 aufladen. Zeitgeleich kann der Elektromotor 78 Strom zum Antrieb der zapfwelle 34 bei geöffneter Kupplung 70 zum realisieren zumindest einer der Funktionen F1 bis F29 entnehmen.
Zur elektrischen Regelung dieser Lichtmaschine 223 ist vorteilhafterweise zumindest eine elektrische Verbindung von der Lichtmaschine zum Steuergerät 115 vorhanden. Vorteilhafterweise ist diese Lichtmaschine als Drehstromlichtmaschine 223 und mehrpolig derart aufgebaut, dass besonders hoher Spannungen zur Versorgung des Elektrozapfwellenmoduls generiert werden können.
Vorteilhafterweise sind dafür mehrere Drehstromwicklungen des Stators der Lichtmaschine 223 hintereinandergeschaltet um hohe Spannungen zu erzeugen.
Vorteilhafterweise sind mehrere Rotorerregerwicklungen auf dem Rotor der Lichtmaschine 223 angeordnet
Vorteilhafterweise können diese Rotorerregerwicklungen in Reihe geschaltet werden. Bei elektrischen Energiespeichern 199, 198 für Hybridfahrzeuge sind hohe Spannungen von Vorteil, und reduzieren die Ströme.
Vorteilhafterweise sind zusätzliche Dioden zwischen den Statorwicklungen eingebaut, damit sich diese gegenseitig im Stromfluss nicht beeinflussen.
Vorteilhafterweise ist der Rotor dieser Lichtmaschine 223 zur Übertragung des Rotorerregungsstromes mit zumindest einem Schleifringläuferpaar ausgerüstet.
Vorteilhafterweise kann zumindest ein Teil des Reglers zur Regelung des Erregerstrom des Rotors der Lichtmaschine 223 in das Steuergerät 115 integriert sein.
Desweiteren zeigt 25 einen Turbolader 13'' also einen Verdichter zum Verdichten der Ansaugluft für den Verbrennungsmotor 4 welcher über zumindest ein Antriebselement 13''' vom Elektromotor 78 angetrieben werden kann.
Insbesonders im Falle der geöffneten Kupplung 70 kann der Elektromotor 78 den Turbolader 13'' also den Verdichter sehr schnell antreiben, auch dann wenn sich die Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors sehr langsam dreht, dieser untertourig läuft.
Vorteilhafterweise bei kaltem Verbrennungsmotor bei noch kalten abgasen ist dies von Vorteil und reduziert die Schadstoffe im Abgas wie beispielsweise die Rußerzeugung beim Anfahren des Nutzfahrzeugs 1 aus kleiner Fahrgeschwindigkeit.
Vorteilhafterweise gehört zum zusätzlichen Antriebselement 13''' zumindest eine Getriebeübersetzung und den Abgaßturbolader 13'' beziehungsweise Verdichter schneller anzutreiben wie der Elektromotor 78 dreht und/oder drehen kann.
Vorteilhafterweise gehört zu diesem Antriebselement 13''' eine zusätzliche Kupplung zum abkuppeln des Turboladers oder Verdichters vom Elektromotor wenn der Verbrennungsmotor 4 schneller dreht und oder die Abgase zum Antrieb des Turboladers oder Verdichters über eine Turbine sehr heiß also Entrophie beladen sind, also diese thermodynamisch energetisch hochwertig sind.
Vorteilhafterweise wird als zusätzliche Kupplung in diesem Antriebselement 13''' angeordnet zwischen Elektromotor 78 und Turbolader 13'' als zusätzliche Kupplung ein Freilauf verwendet, eingebaut welcher im Falle dieser Turbolader 13'' angetrieben durch die Abgase des Verbrennungsmotors 4 schneller dreht wie er durch den Elektromotor 78 angetrieben werden kann nicht abgebremst wird.
Vorteilhafterweise bildet dieses Antriebselement 13''' eine Baugruppe in welcher eine zusätzliche Getriebeübersetzung und diese zusätzliche Kupplung integriert sind. Desweiteren kann in diese Baugruppe auch der Abgasturbolader 13'' beziehungsweise ein Verdichter zum Aufladen des Verbrennungsmotors 4 über den Ansaugstutzen 11 integriert sein.
Beschreibung der Fig. 26
Die 26 entspricht der 25 mit dem Unterschied dass die elektrische Maschine 78 am Modulgehäuse 45 befestigt ist.
Vorteilhafterweise ist zumindest der vordere Lagerflansch der Elektromotos 78 in das Modulgehäuse 45 integriert. Auch hier ist wie in 25 das zum Antrieb der profilierten Zapfwelle 34 sehr hoch belastbare vorteilhafterweise in einem Ölbad laufenden Getriebe 37 im gemeinsamen gegebenenfalls mehrteiligen Modulgehäuse, vorteilhafterweise mit Sensoren 119, 225, integriert.
Beschreibung der Fig. 27
Bild 27 zeigt ein Nutzfahrzeug 1, mit zumindest einer der Systemfunktionen F1 bis F27, vorteilhafterweise gekennzeichnet, durch eine elektrisch antreibbare profilierte Frontzapfwelle 34, hier vorteilhafterweise mit einer weiteren, elektromagnetisch schaltbaren Kupplung 600 zum zusätzlichen Abschalten und Einschalten der Zapfwelle 34.
Dieses elektrisch antreibbare Frontzapfwellen-Antriebssystem zur Realisierung von zumindest einer der beschriebenen Funktionen F1 bis F27 ist kombinierbar mit einer Fronthdraulik 167, 189 zum Befestigen und Aufnehmen eines, durch diese elektrisch antreibbare Frontzapfwelle 34 antreibbaren und aufsteckbaren Zusatzgeräte.
Mit einer weiteren stromlos offenen schaltbaren Schaltkupplung 600, vorteilhafterweise ist diese ausgeführt als eine Reibkupplung, diese ist vorteilhafterweise elektromagnetisch beeinflussbar, womit also ist die Zapfwelle 34 abschaltbar ist auch bei einer laufenden elektrischen Maschine 78 im Generator oder Elektromotorenbetrieb.
Dargestellt ist außerdem die Gelenkwelle 610 welche auf die profilierte vorn am Fahrzeug angebrachte Zapfwelle 34 beim einem Wechsel von Zusatzgeräten in der Fronthydraulik bestehend aus zumindest den Unterlenkern 189, 167 aufgesteckt wird und typisch Verwendung findet.
Beschreibung der Fig. 28
Zeigt eine Anordnung mit besonders großem Abstand von der Zapfwelle 34 zur Kurbelwelle 6 bei besonders langen Fahrzeugrahmen oder Heckmotorantrieb. Bei dieser Ausführung ist die Welle 40 besonders lang und es macht kein Sinn das Modul 36 oder Getriebegehäuse 45 so lange auszuführen Bei dieser Anordnung wird zumindest eine sogenannte trockene Kupplungen 70 zur Realisierung der Funktionen F1 bis F28 des Elektrozapfwellensystems eingesetzt. Ein formschlüssiger Riemen 400 treibt hier dann vorteilhafterweise angeordnet an der trockenen Klauenkupplung 70 zur Kurbelwelle 6 hin die elektrische Maschine 70 an.
Diese ermöglicht das elektrische Antreiben der profilierten Zapfwelle 34, zum aufstecken von schnellwechselbaren Gelenkwellen. Dies hat den Vorteil dass bei der Übersetzungsstufe zur Elektrischen Maschine 78 dem Elektromotor 78 und bei Einsatz der Klauenkupplung als Kupplung 70 auf öl verzichtet wird und damit der Ölstand nur im Gehäuse der Zapfwelle kontrolliert werden muss. Der Reibanteil bedingt durch einschalten der Zapfwelle 34 bei laufendem Verbrennungsmotor 4 wird hier dann von der zusätzlichen elektrisch beeinflussbaren Kupplung 600 übernommen.
Das so vorteilhafterweise optimierte Nutzfahrzeug 1 zusätzlich mit den vorteilhaften Systemfunktionen F1 bis F27 des Nutzfahrzeugs 1 sind unter Berücksichtigung der zuvorigen Figurenbeschreibungen der 1 bis 27 die Basis auch für diese Ausführung mit einem Riemeneinsatz 400, 411, 611 als eines der Übertragungsglieder.
Bei kurzen Radständen können beide Kupplungen 70 und Kupplung 600 auch in einem Modulgehäuse 45, 45' wie in den 1–27 beschrieben angeordnet werden um die gegenüber dem Schwungrad 265 des Verbrennungsmotors 4 auch elektrisch angetriebene Frontzapfwelle 34 anzutreiben. in die dann als formschlüssige schaltbare Kupplung 70 kann auch vorteilhafterweise auch noch zusätzlich ein Freilauf von der Welle 40 zur Kurbelweile 6 hin eingebaut sein, derart das der Elektromotor 78 schneller drehen wie der Verbrennungsmotor 4 kann und bei verbrennungsmotorstart die Klauenkupplung den Freilauf formschlüssig überbrückt also Formschluß zur Kurbelwelle 6 herstellt.
Bei dieser Kombination gemäß 28 ist dann die Kupplung 70 an der Kurbelwelle 6 als trockene Kupplung oder schaltbare Klauenkupplung 70 ausführbar, da der Reibanteil durch ein schalten der Zapfwelle 34 bei dem laufendem Verbrennungsmotor 6 durch die zusätzliche vorteilhafterweise nasse Kupplung 600 übernommen wird.
Infolge Achsversatzes und Länge der Welle 40 bei langen Nutzfahrzeugen 1 sind zusätzliche Gelenke 18 eingebaut und der Elektromotor 78 mit zumindest einer der Kupplungen 70 im Bereich am Verbrennungsmotor 4 befestigt.
Dargestellt ist außerdem die Gelenkwelle 610 welche auf die profilierte vorn am Fahrzeug angebrachte Zapfwelle 34 aufgesteckt wird.
Beschreibung der Fig. 29
Bild 29 zeigt ein Nutzfahrzeug 1, welches zumindest eine der Systemfunktionen F1 bis F29 realisieren kann, welches zusätzlich vorteilhafterweise gekennzeichnet ist, durch eine elektrisch antreibbare profilierte Hybrid-Frontzapfwelle 34, hier vorteilhafterweise mit einer zusätzlichen elektromagnetisch beeinflussbaren Kupplung 600.
Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine stehende Zapfwelle 34 beim Start des Verbrennungsmotors 4 durch die Elektrische Maschine 78 die Kupplung 70 durch Federkraft geschlossen ist und die Kupplung 600 geöffnet ist. Die elektrische Maschine 78 kann auch hier als Generator oder Elektromotor 78 betrieben werden. Vorteilhafterweise durch ein Steuergerät 115 mit einer elektrischen Leitung 107 zum Drehzahlabgleich und Datenaustausch mit dem Verbrennungsmotorsteuergerät 5 zur Realisierung zumindest einer der Funktionen F1 bis F29.
Das elektrisch antreibbare Frontzapfwellen-Antriebssystem zur Realisierung von zumindest einer der beschriebenen Funktionen F1 bis F29 ist auch hier vorteilhafterweise kombinierbar mit einer Fronthydraulik 167, 189 zum Befestigen und zum Aufnehmen eines, Zusatzgerätes welches durch die zapfwelle 34 angetrieben von der elektrischen Maschine 78 auch antreibbar ist. Auch hier erfolgt der Abtrieb gegenüber der Schwungradscheibe dem Schwungrad 265. Das damit angetriebene Zusatzgerät ist somit im Sichtfeld des Fahrers des Nutzfahrzeugs 1 vorteilhafterweise betreibbar, was für die gesamte Erfindung und alle Ausführungsbeispiele gilt.
Mit einer weiteren stromlos offenen schaltbaren Schaltkupplung 600, vorteilhafterweise ausgeführt ist diese als eine Reibkupplung, ist vorteilhafterweise elektromagnetisch beeinflussbar also ist die Zapfwelle 34 abschaltbar und einschaltbar auch bei einer laufenden elektrischen Maschine 78 als Generator oder Elektromotor 78.
Bei dieser Kombination gemäß 21 ist dann die Kupplung 70 an der Kurbelwelle 6 als trockene Kupplung oder schaltbare Klauenkupplung ausführbar, da der Reibanteil durch ein Schalten der Zapfwelle 34 bei dem laufendem Verbrennungsmotor 4 durch die zusätzliche Kupplung 600 übernommen wird.
Bild 27 zeigt eine Hybridfrontzapfelle in der Ausführung wie in den Bildern zuvor, jedoch vorteilhafterweise zusätzlich eine weitere schaltbare Kupplung 600 welche vorzugsweise stromlos offen ist zwischen der Zapfwelle 34 und dem Elektromotor 78 angeordnet, vorteilhafterweise kann hierbei die Zapfdem Elektromotor 78 angeordnet, vorteilhafterweise kann hierbei die Zapfwelle 34 auch abgeschaltet werden wenn der Elektromotor 78 als lichtmaschine oder Anlasser, beim boosten, beim Generatorbetrieb dreht. Dies hat den Vorteil dass an der Fronthydraulik bzw. dem Frontantrieb an bzw. auf gesteckte anzutreibende Zusatzgeräte abschaltbar sind im Falle der Elektromotor 78 beispielsweise den Verbrennungsmotor 4 startet oder diesen in dessen Leistung „Boosten” auserhalb beim Fahren auf öffentlichen Strassen und abgeschaltetem Zusatzgerät unterstützt. Dies gilt auch für das Laden der Battrie 199, 198 beispielsweise auf öffentlichen Strassen mittels dem Elektromomotor 78 der elektrischen Maschine 78
Ein elektromagnetischer Aktuator 601 schaltet diese Kupplung 600. Ein Drehzahlsensor am Modulgehäuse 45 angebracht kann zusätzlich zur kupplung 70 auch diese Kupplung 600 durch Vergleich mit der Kurbelwellendrehzahl der Kurbelwelle 6 auf Schlupf überwachen und ein elktrisches signak zur fahreranzeigen, Lampe oder fehlermeldung, geben und oder die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 6 und i oder des Elektromotors zur Schonung der Kupplung 600 reduzieren
Die Kupplung 600 ist vorzugsweise stromlos offen. Der Kupplungsschließkolben 605, also der direkt an der Kupplung 600 angeordnete Kupplungsaktuator 603 zum betätigen der Kupplung 600; oder Elektromotor hat vorzugsweise eine Federückstellung mittels einer Feder 602 um sicherzustellen das die Kupplung bei geöffnetem Zustand nicht schleift.
Die Kupplung 600 kann dur ein Geberelement vorzugsweise einen Schalter oder Taster oder einem Ventilhebel im Führerhaus des eingehend beschriebenen Nutzfahrzeugs 1 beeinlusst werden und auch geöffnet und geschlossen werden.
Die Kupplung 600 wir bei Realisierung der Funktion F21 und F23, dem Verbrennungsmotorstart vorteilhafterweise automatisch geöffnet, hierzu Gekennzeichnet ist diese Ausführung mit der zusätzlichen Kupplung 600 hauptsächlich durch die obig beschriebenen Merkmale.
Außerdem ist hier eine zusätzliche Lichtmaschine 223 eingebaut welche durch einen elektrische Leitung, durch Elektronen durch diese elektrische Leitung fliesend vom Steuergerät 115 beeinflusst werden kann. Zusätzlich kann diese Lichtmaschine ein Kabel zum Verbrennungsmotorensteuergerät 5 haben.
Vorteilhafterweise hat die Lichtmaschine 223 auch einen Anschluss zu zumindest einem der elektrischen Energiespeicher 198, 199. Angetrieben wird diese Lichtmaschine 223 über einen Riemen 611. Befestigt und einstellbar ist diese Lichtmaschine 223 dann vorteilhafterweise an einer gemeinsamen Traverse an welcher auch der Elektromotor 78 befestigt und einstellbar, verstellbar befestigt ist. Vorteilhafterweise sind an dieser Traverse 620 zumindest noch Riemenspannrollen 43, 44 zum spannen zumindest eines der Riemen 400, 401, 611 befestigt.
Vorteilhafterweise sind daran auch Steuergeräte zB die Pos. 115, Sensoren, elektrische Energieträger 199. 189 mit zugehörenden Steuergräten und/oder Aktuatoren für diese Nutzfahrzeug, dienend diesem elektrisch antreibbaren Frontzapfwellensystem befestigt.
Dies ermöglicht eine Vormontage und Gewichtseinsparung und Erhöhung Funktionssicherheit des Systems.
Beschreibung der Fig. 30
30 zeigt eine Ausführung der Kupplung 70 in Form eine formschlüssigen vorteilhafterweise in einer trockenen Bauart beispielsweise als Klauenkupplung 70 um den Elektromotor 78 von der Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors abzukuppeln.
Die Klauenkupplung 70 wird durch gespeicherte Energie beispielsweise durch Federkraft stromlos geschlossen. Dieses schließen der Kupplung 70 kann durch einen Zentralausrücker, in einer konzentrischer Anordnung um die Welle 17 welche der Zapfwelle 34 antreibt vorgeschaltet ist realisiert werden.
Vorteilhafterweise kann auch ein Schaltgabel ein Schalthebel verwendet werden die Kupplung 70 zu schließen.
Vorteilhafterweise kann ein elektromagnetisches Schaltglied beispielsweise ein Magnetschalter 54, 55, 56, vergleiche auch 5, vorteilhafterweise mit der darin integrierten Schaltzustandszeige – also dem darin integrierten Schaltkontakt, zur Freigabe also Beeinflussung gewisser Elektromotorfunktionen 78, eines Standartanlassers für mittlere Verbrennungsmotoren 4 bis 6 ltr Hubraum und mit zugehöriger Schaltgabel wie in 5 beschrieben zum Schalten der Kupplung 70 verwendet werden.
Optional kann vorteilhafterweise in diese formschlüssige Kupplung 70 noch ein Freilauf zur Kurbelwelle 6 hin integriert werden um nicht so oft die Kupplung 70 betätigen zu müssen. Dieser Freilauf ist dann vorteilhafterweise derart integriert, dass auch bei stehendem Verbrennungsmotor 4 die Zapfwelle 34 mittels der elektrischen Maschine 78 bzw. dem Elektromotor 78, gemäß den Ansprüchen angetrieben werden kann.
Nutzfahrzeuge mit elektromotorisch angetriebenen Zapfwelle und Fronthydrauliken mit Hubzylindern zur Aufnahme von schweren angetriebenen Zusatzgeräten haben vorteilhafterweise eine hydraulische Bremse die sehr robust ist und sehr klein baut und dabei hohe Bremskräfte auch für Fahrten in im rauen Feld- und Ackerbetrieb erzeugen kann.
Nutzfahrzeuge mit einer derartigen Frontzapfwelle 34 und einer Fronthydraulik in zumindest einer zuvor beschriebenen Bauweisen gemäss den 27 bis 30 und betreibbar in zumindest einer der Funktionsweisen F1 bis F29 haben vorteilhafterweise ein Fronthydrauliksystem mit dem Merkmal dass das ein hydraulisches Abenken der Fronthydraulik mit dem darin befindlichen anzutreibenden Zusatzgerät beziehungsweise Arbeitsgerät und nachfolgender Leistungsabgabe der Frontzapfwelle erst dann erlaubt; wenn zumindest die Kupplung 602 auch wirklich geschlossen ist. Dieses Schließen der Kupplung 602 wird über einen elektrischen Sensor detektiert. Im Falle diese Kupplung 602 nicht richtig geschlossen ist wird somit eine erhöhte Leistungsabgabe an das Zusatzgerät, einer oder an ein Kreiselmähwerk im Frontbetrieb unterbunden. Ein elektrisch angesteuertes Magnetventil sperrt die hydraulischen Hubzylinder 158 zur Absenkung der Hubarme 167, 189 dafür zeitweilig von zumindest einer der Hydraulikleitungen ab.
Nutzfahrzeuge mit elektromotorisch angetriebener Zapfwelle 34 haben infolge des rauhen Feld und Ackerbetriebes auch keine Luftfederung, weshalb ein Druckluftkompressor zur Anhängerbremsversorgung nicht zur Grundausrüstung des Fahrzeugantriebes zählt. Vorteilhafterweise kann deshalb für ein solches Fahrzeug ein durch den Elektromotor 78 angetriebener Luftverdichter sein in der Funktion als E-Lader. Ein E-Lader ist ein elektromotorisch zusätzlich angetriebener Turbolader der bei kleinen Verbrennungsmotorendrehzahlen beispielsweise beim anfahren durch einpressen von Sauerstoff in die Brennkamer des Verbrennungsmotors dessen Russbildung verhindert. Hilfreich ist die Verwendung des kräftigen Elektromotors 78 der hier zumindest elektromotorisch unterstützend angetriebenen Zapfwelle 34. Nutzfahrzeuge 1 mit einer derartigen Zapfwelle 34 einer Frontzapfwelle 34 und einer Fronthydraulik in zumindest einer zuvor beschriebenen Bauweisen gemäss den 27 bis 30 und betreibbar in zumindest einer der Funktionsweisen F1 bis F29 haben vorteilhafterweise ein Fronthydrauliksystem mit dem Merkmal dass das ein hydraulisches Abenken der Fronthydraulik mit dem darin befindlichen anzutreibenden Zusatzgerät beziehungsweise Arbeitsgerät und nachfolgender Leistungsabgabe der Frontzapfwelle erst dann erlaubt; wenn zumindest die Kupplung 602 auch wirklich geschlossen ist. Dieses Schließen der Kupplung 602 wird über einen elektrischen Sensor detektiert. Im Faule diese Kupplung 602 nicht richtig geschlossen ist wird somit eine erhöhte Leistungsabgabe an das Zusatzgerät, einer oder an ein Kreiselmähwerk im Frontbetrieb unterbunden. Ein elektrisch angesteuertes Magnetventil „MV” sperrt die hydraulischen Hubzylinder 158 zur Absenkung der Hubarme 167, 189 dafür zumindest zeitweilig von zumindest einer der Hydraulikleitungen ab. Damit wird verhindert dass bei zumindest einer unvollständig geschlossener Kupplung oder einer Schadhafter Frontzapfwelle beispielsweise auch eines Sensorfehlers, eine elektrischen Steuergerätefehlers zumindest eines der systembeteiligten Steuergeräte des Elektrozapfwellensystems 115 oder eines auftretenden zu großen Kupplungsschlupfes oder eine schadhaften Synchronschalteinrichtung eine Leistungsabgabe beispielsweise eines Mähwerkes oder eine Bodenfräse an die zu bearbeitende Erde abgebrochen, unterbunden wird, um weiter Zerstörungen zu verhindern. Dies gilt vorteilhafterweise auch dann wenn in zumindest einem der Gehäuse 45 oder 45' kein Öl zur Schmierung des Übersetzungsgetriebes 37 vorhanden ist. Vorteilhafterweise gilt dies auch wenn kein Öl im Gehäuse 45' zur Schmierung von zumindest einer der schaltbaren Kupplungen 70, 602 vorhanden ist.

Claims

Elektrozapfwellensystem für den Antrieb einer profilierten Zapfwelle 34 für ein Nutzfahrzeug 1 zum Antrieb von wechselbaren Zusatzgerätenbestehend aus: – einer profilierten Zapfwelle 34 – einem Übersetzungsgetriebe 37 – zumindest einer gegenüber dem Schwungrad 265 der Kurbelwelle 6 angeordnete Kupplung 70, 602 die mit zumindest einem elektrischen Mittel 64, 54, 71 beeinflussbar ist, – einer der profilierten Zapfwelle 34 vorgeschalteten Kupplung 70 welche in geöffneter Schaltstellung den Elektromotor 78 und die Zapfwelle 34 von der Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 4 trennt dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 78 fest mit dem Nutzfahrzeug 1 verbunden ist.
Elektrozapfwellensystem für ein Nutzfahrzeug 1 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass ein zweite schaltbare mit elektrischen Mitteln 601 beeinflussbare Kupplung 602 im System eingebaut ist welche es ermöglicht den Elektromotor 78 von der Zapfwelle 34 zu trennen um damit bei stehendem Verbrennungsmotor 4 und bei stehender profilierten Zapfwelle 34 mit dem Elektromotor 78 zumindest ein zusätzliches Geräte 20, 48, 105, 104 anzutreiben.
Elektrozapfwellensystem für ein Nutzfahrzeug 1 nach dem Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet dass ein zweite schaltbare mit elektrischen Mitteln 601 beeinflussbare Kupplung 602 im System eingebaut ist welche es ermöglicht den Elektromotor 78 von der Zapfwelle 34 zu trennen um damit bei laufendem Verbrennungsmotor 4 und bei stehender profilierten Zapfwelle 34 dem Verbrennungsmotor bei dessen Anfrage über eine elektrische Leitung 107 auch Leistung abzugeben.
Elektrozapfwellensystem für ein Nutzfahrzeug 1 nach dem Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet dass ein zweite schaltbare mit elektrischen Mitteln 601 beeinflussbare Kupplung 602 im System eingebaut ist welche es ermöglicht den Elektromotor 78 von der Zapfwelle 34 zu trennen um damit bei laufendem Verbrennungsmotor 4 und bei stehender profilierten Zapfwelle 34 vom Verbrennungsmotor 4 Leistung als Generator betrieben aufzunehmen und zumindest eine der elektrischen Energieträger 198, 199 zu laden und, oder um überschüssige Energie an eine der Steckdosen 174, 175 im Bedarfsall abzugeben.
Elektrozapfwellensystem, nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet dass ein zweite mit elektrischen Mitteln 601 beeinflussbare Kupplung 602 im System eingebaut, dadurch gekennzeichnet, dass diese Kupplung 602 bei laufendem Verbrennungsmotor und geschlossener Kupplung 70 bei fahrendem Nutzfahrzeug 1 stromlos geöffnet bleibt.
Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Verbindung 107 abzweigend vom Steuergerät 115 beeinflussend den Elektromotor 78 eingebaut ist, um elektrische Informationen bereitzustellen, damit zumindest eine der Funktionen F1 bis F28 realisieren zu können.
Elektrozapfwellensystem, nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor des Elektromotors 78 zumindest ein Permanentmagnet eingebaut ist.
Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Generator 224 eingebaut ist.
Elektrozapfwellensystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor und der Generator durch Übersetzungsmittel 611, 57, 400 401 angetrieben wird, welche gegenüber der Schwungscheibe 265 angeordnet sind wobei Generator 224 auch als Elektromotor arbeiten kann.
Elektrozapfwellensystem, nach Anspruch 9 wobei der Generator 224 auch als zusätzlicher Elektromotor 224 den Verbrennungsmotor 4 zur Realisierung zumindest einer der Funktionen F1 bis F29 bei der Leistungsabgabe zumindest zeitweise unterstützt.
Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kupplungen 70, 602 als ein Freilauf aufgebaut ist und der Elektromotor 78 somit auch bei stehendem Verbrennungsmotor 4 Zusatzverbraucher antreiben kann.
Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmaschine 224 derart angeordnet ist dass diese von der Kurbelwelle 6 nicht abgekoppelt werden kann, und die Lichtmaschine 224 und der Elektromotor 78 auf einer gemeinsamen einstellbaren Traverse am Verbrennungsmotor 4 zum laufruhigen Betrieb zumindest einer der Funktionen F1 bis F28 einstellbar, befestigt sind.
Elektrozapfwellensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet das die gemeinsame Traverse eine dafür spezielle Formgebung aufweist und damit zusätzliche Elemente zum Betreiben des Elektrozapfwellenstems für zumindest einer der Funktionen F1 bis F29 ermöglicht.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, mit einer frontangebauten elektrisch antreibbaren profilierten Zapfwelle 34 gekennzeichnet dadurch, daß am Nutzfahrzeug 1 ein Fronthubystem eingebaut ist, zum Befestigen und zur Höhenverstellen von Zusatzgeräten die durch diese frontseitig profilierte Zapfwelle 34 des Elektrozapfwellensystems angetrieben werden.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem, nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hubzylinder 158 zur Aufnahme und zur Höheneinstellung, von elektrisch antreibbaren Zusatzgeräten, an einer gemeinsamen Stahltraverse 15 vormontiert sind, welche zumindest zusätzlich das Getriebe 37 mit der elektrisch beeinflussbaren Kupplung 602 aufnimmt und dem dazugehörigen Gehäuse 45.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame stählerne Traverse 15 weitere Formgebungen und Befestigungen aufweist welche es ermöglicht die Bauweise des Elektrozapfwellensystems in zumindest eine der Funktionen F1 bis F29 zu unterstützen.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet dass zusätzliche Befestigungen für zumindest eines der elektrischen Elemente 78, 199, 189, 115, 175, 176 integriert sind.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet dass zumindest eine der schaltbaren Kupplung 70 und die Kupplung 602 als eine formschlüssige schaltbare Kupplung aufgebaut ist, vorzugsweise als eine Synchronschalteinrichtung aufgebaut ist, und die Welle 17 mit vom Elektromotor 78 angetrieben wird.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet dass zumindest eine der Kupplungen 70, 602 mit zumindest einem der elektromagnetisch wirkenden Aktuatoren 64, 54, 71, 601 daran vormontiert in einem zusätzlichen Gehäuse 45' gemeinsam untergebracht sind, welches im Nutzfahrzeug 1 gegenüber dem Schwungrad 264 des Verbrennungsmotors 4, befestigt ist.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 78 vor dem Schließen der Kupplung 702 zum einkuppeln der Zapfwelle 34, zuerst die Kupplung 70 zur Verbrennungsmotorenkurbelwelle 6 öffnet, und danach die Kupplung 602 schließt.
Nutzfahrzeug 1 mit einem Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet dass nach dem Einkuppeln der Zapfwelle 34, durch das Schließen der Kupplung 602, die Kupplung 70 wieder geschlossen wird.
Nutzfahrzeug mit einem Elektrozapfwellensystem, nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet dass zumindest eine der Kupplungen 70, 602 mittels zumindest eines elektromagnetisch wirkenden Aktuators 64, 54, 71, 601 in deren Schaltverhalten beeinfluss bar ist.
Nutzfahrzeug mit einem Elektrozapfwellensystem, nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem vom Fahrer betätigten Schalter zum Schließen von zumindest einer der Kupplungen 70, 602 mittels elektrischer Sensoren überprüft wird ob zumindest eine der Kupplungen 70, 602 richtig geschlossen ist und solange die Antriebsleistung zumindest einer der Antriebsmotoren, des Elektromotors 78 und des Verbrennungsmotors 4 in dessen Leistungsabgabe reduziert wird bis dieser Kupplungsschließvorgang von einem der Sensoren als vollzogen bestätigt wird.
Nutzfahrzeug mit einem Elektrozapfwellensystem, nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle zumindest ein Fehler oder Schaden an zumindest einem der Sensoren oder Elektrozapfwellensystems auftritt die Leistungsabgabe solange von zumindest einem der Antriebsmotoren, des Elektromotors 78 oder des Verbrennungsmotors 4 in dessen Leistungsabgabe reduziert wird.
Nutzfahrzeug mit einem Elektrozapfwellensystem, nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass ein absenken von zumindest einem Hubzylinder 185 erst ermöglicht wird, wenn der Kupplungsschließvorgang von zumindest einer der Kupplungen 602, 70, von einem Sensor als vollzogen bestätigt wird.
Elektrozapfwellensystem bestehend aus den zwei Modulgehäusen 45 und 45' mit je einem zugehörenden Übersetzungsgetriebe 37 und 37', wobei jedes aufgebaut ist mit formschlüssigen Übersetzungsmitteln und mit zumindest einer eingebauten, mit elektromagnetischen mitteln schaltbare Kupplung 70, 602, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 78 die außen profilierte Zapfwelle auch antreiben kann, wenn die Kurbelwelle 6 steht.
Elektrozapfwellensystem nach einem der Ansprüche zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor 78 auch bei stehendem Verbrennungsmotor 4 zumindest einen weiteren im Nutzfahrzeug fest eingebauten Nebenverbraucher, einen Luftpresser zur Druckluftversorgung, eine Lenkhilfepumpe zur Lenkkraftunterstützung, einen Klimakompressor zur Kältemittelverdichtung, eine Hydraulikpumpe zur Ölversorgung zumindest eines Hydraulikzylinders auch dann antreiben kann wenn die Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 4 steht.