DE102012100541A1

DE102012100541A1 - Fahrbare Vorrichtung zum Zerkleinern von Pflanzen

Info

Publication number: DE102012100541A1
Application number: DE201210100541
Authority: DE
Inventors: Dr. Stall Eugen
Original assignee: Motor Germany & Co KG As GmbH; AS Motor Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Motor Germany & Co KG As GmbH; AS Motor Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine fahrbare Vorrichtung zum Zerkleinern von Pflanzen, insbesondere zum Mähen oder Mulchen, umfassend eine Zerkleinerungseinheit zum Zerkleinern der Pflanzen sowie eine Antriebseinheit zum Antreiben der Zerkleinerungseinheit. Um eine derartige Vorrichtung bereitzustellen, deren Zerkleinerungseinheit energiesparender betrieben werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Antriebseinheit einen mit der Zerkleinerungseinheit gekoppelten Verbrennungsmotor zu deren Antreiben aufweist, eine Energiespeichereinrichtung zum Speichern von Energie sowie einen mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehenden und mit der Zerkleinerungseinheit gekoppelten Elektromotor, dem Energie aus der Energiespeichereinrichtung zuführbar ist und mit dem die Zerkleinerungseinheit antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine fahrbare Vorrichtung zum Zerkleinern von Pflanzen, insbesondere zum Mähen oder Mulchen, umfassend eine Zerkleinerungseinheit zum Zerkleinern der Pflanzen sowie eine Antriebseinheit zum Antreiben der Zerkleinerungseinheit.
Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere als Mäh- oder Mulchvorrichtung ausgestaltet und dementsprechend die Zerkleinerungseinheit als Mähwerk oder als Mulchwerk. Insbesondere bodennaher Pflanzenwuchs kann beim Bewegen der Vorrichtung über zu bearbeitenden Grund zerkleinert und zum Beispiel gemäht oder gemulcht werden. Eine gattungsgemäße Vorrichtung kann als sogenannte "Ride-on"-Vorrichtung ausgestaltet sein, die von einem Benutzer auf ihr sitzend oder stehend gesteuert wird und einen Fahrantrieb umfasst. Denkbar ist auch, dass die Vorrichtung handgeführt ist und zum Beispiel als sogenannte "Walk-behind"-Vorrichtung ausgestaltet ist, die von einem Benutzer von der Rückseite gesteuert werden kann. Eine handgeführte Vorrichtung kann mit oder ohne Fahrantrieb versehen sein. "Fahrbar" setzt dementsprechend vorliegend nicht voraus, dass die Vorrichtung einen Fahrantrieb aufweist, sondern sie kann auch von einem Benutzer unter Einsatz von Muskelkraft insbesondere schiebend verfahren werden.
Bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art, die insbesondere im Bereich der Landschaftspflege zum Einsatz kommen, ist es bekannt, die Antriebseinheit als Brennkraftmaschine, insbesondere als Verbrennungsmotor, auszubilden. Der Verbrennungsmotor ist üblicherweise über ein Getriebe und eine Kupplung mit der Zerkleinerungseinheit gekoppelt und wird im normalen Zerkleinerungsbetrieb mit mehr oder weniger konstanter Motordrehzahl betrieben. Allerdings schwankt das Motordrehmoment abhängig von der Beschaffenheit des Pflanzenwuchses erheblich. So muss beispielsweise das Motordrehmoment deutlich gesteigert werden, wenn mit der Vorrichtung dichter Pflanzenwuchs zerkleinert werden soll, etwa in einem Gestrüpp oder Gebüsch. Um ein Blockieren der Zerkleinerungseinheit und ein Abwürgen des Motors aufgrund des dichten Pflanzenwuchses zu vermeiden, ist der Verbrennungsmotor daher üblicherweise deutlich überdimensioniert ausgebildet, insbesondere dann, wenn der Verbrennungsmotor auch als Fahrantrieb genutzt wird. In der Praxis kann auf diese Weise, häufig auch nur kurzzeitig, das erforderliche Motordrehmoment bereitgestellt werden, um den Zerkleinerungsbetrieb aufrechtzuerhalten. Die Überdimensionierung des Verbrennungsmotors hat allerdings zur Folge, dass dieser im normalen Zerkleinerungsbetrieb, wenn kein überhöhtes Motordrehmoment bereitgestellt werden muss, an einem ungünstigen Arbeitspunkt betrieben wird. Dies führt zu einer Erhöhung des Kraftstoffbedarfs. Des Weiteren erweist es sich als nachteilig, dass bei Bereitstellen eines erhöhten Motordrehmoments ein "Aufheulen" des Verbrennungsmotors und damit eine starke Geräuschentwicklung erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, deren Zerkleinerungseinheit energiesparender betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Antriebseinheit einen mit der Zerkleinerungseinheit gekoppelten Verbrennungsmotor zu deren Antreiben aufweist, eine Energiespeichereinrichtung zum Speichern von Energie sowie einen mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehenden und mit der Zerkleinerungseinheit gekoppelten Elektromotor, dem Energie aus der Energiespeichereinrichtung zuführbar ist und mit dem die Zerkleinerungseinheit antreibbar ist.
In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, dass im normalen Zerkleinerungsbetrieb, wenn die Zerkleinerungseinheit keinem wesentlichen Widerstand durch den Pflanzenwuchs und keiner Blockade ausgesetzt ist, ein Antrieb der Zerkleinerungseinheit durch den Verbrennungsmotor mit im Wesentlichen konstanter Motordrehzahl, konstantem Motordrehmoment und konstanter Motorleistung möglich ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Möglichkeit gegeben, die hierfür erforderliche Motorleistung mit einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, der kleiner dimensioniert ist als bei Vorrichtungen der bekannten Art und an einem möglichst optimalen Arbeitspunkt kraftstoffsparend betrieben wird. Eine bei Bedarf erhöhte Leistung der Zerkleinerungseinheit kann durch den zusätzlichen Elektromotor der Antriebseinheit bereitgestellt werden, mit dem eine Anpassung der benötigten Leistung der Zerkleinerungseinheit an die vorzugsweise im Wesentlichen konstante Leistung des Verbrennungsmotors möglich ist. Ist eine gesteigerte Leistung der Zerkleinerungseinheit erforderlich, insbesondere wegen drohender Blockade, kann der Elektromotor in Betrieb gesetzt werden, um die zusätzliche Leistung bereitzustellen. Im normalen Zerkleinerungsbetrieb hingegen kann der Elektromotor zur Einsparung von Energie abgeschaltet sein. Die zum Betreiben des Elektromotors erforderliche Energie kann der vorzugsweise elektrischen Energiespeichereinrichtung – etwa in Gestalt einer Batterie –, in der sie gespeichert ist, entnommen und dem Elektromotor zugeführt werden. Zu diesem Zweck kann die Antriebseinheit einen elektronischen Umrichter umfassen, der auch in den Elektromotor integriert sein kann und über den der Elektromotor mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung steht. Auf den Elektromotor und/oder den Umrichter kann beispielsweise mittels einer Steuereinheit, die den Zufluss von Energie von der Energiespeichereinrichtung zum Elektromotor steuert und/oder regelt, eingewirkt werden, um den Elektromotor zu aktivieren und zu deaktivieren.
Durch die Möglichkeit, den gesteigerten Leistungsbedarf der Zerkleinerungseinheit durch bedarfsgerechtes Zuschalten des Elektromotors zu decken, kann auch ein Aufheulen des Verbrennungsmotors vermieden werden, der weiterhin mit im Wesentlichen konstanter Motorleistung betrieben werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch auch durch einen leiseren Betrieb aus.
Als Umrichter wird insbesondere eine Einrichtung angesehen, die Energie der Energiespeichereinrichtung in Strom und/oder Spannung gewünschter Frequenz und/oder Phase und/oder umgekehrt umsetzt für eine gewünschte Elektromaschine wie den Elektromotor und/oder einen Generator. Dadurch kann die Elektromaschine in den gewünschten Arbeitspunkt versetzt werden, beispielsweise elektromotorisch oder generatorisch betrieben werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Benutzer den Elektromotor bei erhöhtem Leistungsbedarf der Zerkleinerungseinheit manuell an- und anschaltet, etwa an einer Bedieneinheit. Das Schaltsignal des Benutzers kann direkt auf den Elektromotor oder den Umrichter wirken oder über die Steuereinheit.
Der Elektromotor ist vorzugsweise ein Wechselstrommotor, es kann sich jedoch auch um einen Gleichstrommotor handeln.
Günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine Steuereinheit umfasst, mit der mindestens eine mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors verknüpfte Messgröße ermittelbar ist und wenn dem Elektromotor abhängig von der ermittelten mindestens einen Messgröße Energie zuführbar ist. Dies erlaubt ein automatisches An- und/oder Abschalten des Elektromotors. Als mindestens eine Messgröße kann zum Beispiel das Motordrehmoment, die Motorleistung, die Motordrehzahl, der Kraftstoffverbrauch des Motors und ein Motorgeräusch ermittelt werden. Beispielsweise kann der Elektromotor von der Steuereinheit dann zugeschaltet werden, wenn der Wert mindestens einer Messgröße einen vorgebbaren Schwellenwert übersteigt oder unterschreitet. Umgekehrt kann der Elektromotor abgeschaltet werden, wenn der Wert mindestens einer Messgröße einen Schwellenwert (welcher sich vom erstgenannten Schwellenwert unterscheiden kann) unterschreitet bzw. übersteigt. Das Zu- bzw. Abschalten des Elektromotors, mit dem die Zufuhr von Energie aktivierbar bzw. deaktivierbar ist, kann beispielsweise durch Einwirken auf den vorstehend erwähnten Umrichter erfolgen.
Vorzugsweise ist der Elektromotor mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Dies erlaubt es beispielsweise, den Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor zu starten und dadurch einen separaten Anlasser für den Verbrennungsmotor einzusparen.
Von Vorteil ist es, wenn die Antriebseinheit einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten und mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehenden Generator umfasst und wenn vom Generator bereitgestellte Energie der Energiespeichereinrichtung zuführbar und darin speicherbar ist. Der Generator steht bevorzugt über einen Umrichter mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung. Dies erlaubt es, im normalen Zerkleinerungsbetrieb überschüssige Motorleistung des Verbrennungsmotors an den Generator abzugeben und mit diesem elektrische Energie bereitzustellen, die in der vorzugsweise elektrischen Energiespeichereinrichtung gespeichert werden kann. Hierzu kann vorgesehen sein, dass mittels einer Steuereinheit der Vorrichtung erfasst wird, welche Motorleistung an den Generator abgegeben werden kann und zugleich der blockadefreie Betrieb der Zerkleinerungseinheit aufrechterhalten werden kann.
Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, mit der mindestens eine mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors verknüpfte Messgröße ermittelbar ist, wobei der Energiespeichereinrichtung abhängig von der ermittelten mindestens einen Messgröße Energie zuführbar ist. Beispielsweise wird der Energiespeichereinrichtung abhängig von der verfügbaren Motorleistung des Verbrennungsmotors Energie zur Aufladung zugeführt.
Bevorzugt umfasst die Antriebseinheit eine Elektromaschine, die betriebsartabhängig den Elektromotor und den Generator ausbildet. Dies ermöglicht es, der Vorrichtung eine einfache Ausgestaltung unter Erzielung der vorstehend erwähnten Vorteile zu verleihen. Hierbei ist eine Elektromaschine vorgesehen, die wahlweise als Elektromotor und als Generator wirken und dementsprechend im Vierquadrantenbetrieb arbeiten kann. Dies ermöglicht auch den Einsatz nur eines Umrichters, über den die Elektromaschine mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehen kann. Im normalen Zerkleinerungsbetrieb kann die Elektromaschine zum Beispiel den Generator ausbilden, so dass der Energiespeichereinrichtung Energie zugeführt und diese aufgeladen werden kann. Bei erhöhtem Leistungsbedarf der Zerkleinerungseinheit kann die Elektromaschine den Elektromotor ausbilden, um den erhöhten Leistungsbedarf zu decken. Das Umschalten der Elektromaschine vom Generatorbetrieb in den elektromotorischen Betrieb und/oder umgekehrt kann von einer Steuerung der Vorrichtung ausgelöst werden, die zu diesem Zweck beispielsweise auf einen mit der Elektromaschine gekoppelten oder in diese integrierten Umrichter einwirken kann. In der Praxis ist es möglich, die Betriebsart der Elektromaschine im Zehntelsekundenbereich umzuschalten, so dass nahezu in Echtzeit eine bedarfsgerechte Anpassung der Betriebsart der Antriebseinheit an den Leistungsbedarf der Zerkleinerungseinheit möglich ist.
Günstig ist es, wenn die Antriebseinheit eine erste Kupplungseinrichtung umfasst, die zwischen den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine geschaltet ist und mit der die Kopplung des Verbrennungsmotors mit der Elektromaschine aufhebbar und bereitstellbar ist und/oder wenn die Antriebseinheit eine zweite Kupplungseinrichtung umfasst, die zwischen die Elektromaschine und die Zerkleinerungseinheit geschaltet ist und mit der die Kopplung der Elektromaschine mit der Zerkleinerungseinheit aufhebbar und bereitstellbar ist. Die Bezeichnung "erste" und "zweite" Kupplungseinrichtung dient vorliegend nur der besseren Lesbarkeit. Es ist insbesondere möglich, dass die Vorrichtung nur eine Kupplungseinrichtung umfasst, beispielsweise die erste oder die zweite Kupplungseinrichtung. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mittels der ersten Kupplungseinrichtung der Verbrennungsmotor von der Zerkleinerungseinheit abgekoppelt werden. Dies erlaubt es, die Zerkleinerungseinheit rein elektrisch mittels des Elektromotors zu betreiben und damit geräuscharm und bei stehendem Verbrennungsmotor ohne Verbrauch von Brennstoff. Mittels der zweiten Kupplungseinrichtung kann die Elektromaschine von der Zerkleinerungseinheit entkoppelt werden. Dies gibt beispielsweise die Möglichkeit, ohne die Zerkleinerungseinheit zu betreiben, die Elektromaschine generatorisch zu betreiben und die Energiespeichereinrichtung aufzuladen. Durch Vorsehen beider Kupplungseinrichtungen können beide vorstehend erwähnte Vorteile erzielt werden.
Bei einer andersartigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor mit der Zerkleinerungseinheit gekoppelt ist und dass die Antriebseinheit eine Kupplungseinrichtung umfasst, die zwischen den Verbrennungsmotor und die Zerkleinerungseinheit geschaltet ist und mit der die Kopplung des Verbrennungsmotors mit der Zerkleinerungseinheit aufhebbar und bereitstellbar ist. Auch dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Zerkleinerungseinheit rein elektrisch mittels des Elektromotors zu betreiben. Es kann eine Kupplungseinrichtung zum Aufheben und Bereitstellen der Kopplung des Elektromotors mit der Zerkleinerungseinheit vorgesehen sein.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Kopplung des Verbrennungsmotors mit dem Generator aufzuheben und bereitzustellen und/oder dass eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Kopplung des Verbrennungsmotors mit dem Elektromotor aufzuheben und bereitzustellen.
Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor kupplungslos an die Zerkleinerungseinheit angekoppelt ist, um eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Vorrichtung zu erzielen.
Von Vorteil ist es, wenn die Vorrichtung mindestens eine weitere Zerkleinerungseinheit zum Zerkleinern von Pflanzen umfasst sowie mindestens einen weiteren mit dieser gekoppelten und mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehenden Elektromotor, dem Energie aus der Energiespeichereinrichtung zuführbar ist und mit dem die mindestens eine weitere Zerkleinerungseinheit antreibbar ist. In diese vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung fließt der Gedanke mit ein, dass in der Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie auch zum Betreiben mindestens eines weiteren Aggregates der Vorrichtung eingesetzt werden kann. Beispielsweise ist mindestens eine weitere Zerkleinerungseinheit vorgesehen, die unterstützend zur eigentlichen Zerkleinerungseinheit zum Einsatz kommen kann. Die weitere Zerkleinerungseinheit ist beispielsweise ein zusätzliches Mäh-, Mulch- oder Schneidwerk, das beispielsweise seitlich an der Vorrichtung angeordnet ist. Durch Einsatz des mindestens einen weiteren Elektromotors, beispielsweise eines Gleichstrommotors, kann die weitere Zerkleinerungseinheit elektromotorisch betrieben werden, was eine flexible Positionierung an der Vorrichtung erlaubt. Es kann vorgesehen sein, dass die weitere Zerkleinerungseinheit nach Bedarf von einem Benutzer manuell an- oder abgeschaltet werden kann. Auch ein automatisches An- oder Abschalten über die Steuereinheit ist denkbar.
Die fahrbare Vorrichtung weist insbesondere ein Fahrwerk auf. Günstig ist es, wenn die Vorrichtung ein Fahrwerk aufweist, das mindestens eine antreibbare Achse umfasst, und wenn die Vorrichtung eine Fahrantriebseinheit zum Antreiben der mindestens einen antreibbaren Achse aufweist. "Achse" bezieht sich vorliegend auf eine Anordnung von Antriebskörpern des Fahrwerks, insbesondere Rädern, bezogen auf dessen Längs- bzw. Hauptbewegungsrichtung. Es ist hierbei nicht erforderlich, dass die beispielsweise zwei Räder einer Achse über eine gemeinsame Achswelle miteinander verbunden sind, mittels derer sie angetrieben werden können. Es kann auch vorgesehen sein, dass den Rädern einer Achse separate Achswellen zugeordnet sind, über die die Räder separat antreibbar sind.
Die Vorrichtung ist beispielsweise eine zweiachsige Vorrichtung, umfassend eine Vorderachse und eine Hinterachse, und in diesem Fall günstigerweise als Aufsitzvorrichtung ausgestaltet.
Bevorzugt ist die Fahrantriebseinheit als elektrische Fahrantriebseinheit ausgestaltet und umfasst mindestens einen mit der mindestens einen antreibbaren Achse gekoppelten und mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehenden Elektromotor, dem Energie aus der Energiespeichereinrichtung zuführbar ist und mit dem die mindestens eine Achse antreibbar ist. Dies gibt die Möglichkeit, die Fahrantriebseinheit unter Ausnutzung der in der Energiespeichereinrichtung gespeicherten Energie zu bewegen. Beispielsweise ist der mindestens eine Elektromotor über mindestens einen Umrichter, der auch in den Elektromotor integriert sein kann, mit der Energiespeichereinrichtung gekoppelt. Der Umrichter und/oder der Elektromotor direkt kann beispielsweise von der Steuereinheit angesteuert werden, abhängig von einer Vorgabe durch den Benutzer an einem Bedienelement, etwa einem Gaspedal. Die Ausgestaltung der Fahrantriebseinheit als elektrische Einheit erweist sich in der Praxis als vorteilhaft, insbesondere im Falle der Vorrichtung in Gestalt einer Mäh- oder Mulchvorrichtung. Eine solche Vorrichtung wird üblicherweise langsam bewegt, so dass die Leistung, die der Fahrantriebseinheit bereitgestellt werden muss, im Verhältnis zu der von der Zerkleinerungseinheit erforderlichen Leistung hier gering ist. In der Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie kann für die elektrische Fahrantriebseinheit eingesetzt werden, ohne dass es erforderlich ist, wie bei herkömmlichen Vorrichtungen einen Verbrennungsmotor direkt als Fahrantrieb einzusetzen.
Der mindestens eine Elektromotor der Fahrantriebseinheit ist vorzugsweise ein Wechselstrommotor, es kann sich jedoch auch um einen Gleichstrommotor handeln.
Günstig ist es, wenn das Fahrwerk zwei antreibbare Achsen umfasst und wenn die Fahrantriebseinheit jeder der Achsen zugeordnet mindestens einen Elektromotor zu deren Antrieb aufweist. Dadurch kann beispielsweise konstruktiv einfach eine allradbetriebene Vorrichtung bereitgestellt werden. Beispielsweise weist die Vorrichtung eine antreibbare Hinterachse und eine antreibbare und lenkbare Vorderachse auf.
Der Einsatz mindestens eines Elektromotors, der jeder antreibbaren Achse zugeordnet ist, erweist sich bei einer Ausbildung der Vorrichtung als Mäh- oder Mulchfahrzeug vorteilhaft, um eine konstruktiv einfache Ausgestaltung zu erzielen. Bei einem derartigen Fahrzeug ist die Zerkleinerungseinheit in Gestalt eines Mäh- oder Mulchwerks üblicherweise verhältnismäßig groß dimensioniert und nimmt einen beträchtlichen Teil an der Unterseite des Fahrzeugs zwischen der Hinterachse und der Vorderachse ein. Dies erschwert es, Kraftübertragungselemente wie beispielsweise Antriebswellen im unteren Bereich des Fahrzeugs anzuordnen, um die Vorderachse und die Hinterachse aneinander zu koppeln. Indem jeder antreibbaren Achse mindestens ein Elektromotor zugeordnet ist, kann auf derartige Kraftübertragungselemente verzichtet werden.
Vorzugsweise weist die Fahrantriebseinheit jedem Rad einer antreibbaren Achse zugeordnet einen Elektromotor zu dessen Antrieb auf, wobei die Räder einer Achse mittels des ihnen jeweils zugeordneten Elektromotors getrennt voneinander antreibbar sind. Dies erlaubt eine besonders vielseitige und flexible Möglichkeit, die Vorrichtung anzutreiben. Beispielsweise ist es möglich, eine Motordrehzahl jedes Elektromotors und damit die Drehzahl jedes Rades separat einzustellen. Dadurch kann eine besonders geländegängige Vorrichtung erzielt werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass die Drehzahlen von Rädern zu unterschiedlichen Seiten der Vorrichtung, bezogen auf deren Querrichtung, unterschiedlich sind. Dadurch lässt sich beispielsweise eine Lenkfunktion der Vorrichtung allein durch Einstellen der Motordrehzahlen erreichen, etwa indem die Räder auf der linken Seite und auf der rechten Seite der Vorrichtung mit unterschiedlichen Drehzahlen gedreht werden. Eine separate Lenkung kann dadurch eingespart werden.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, mittels derer die Elektromotoren getrennt voneinander ansteuerbar sind. Dies erlaubt eine flexible Ansteuerung der Elektromotoren, beispielsweise über mit diesen gekoppelte oder in diese integrierte Umrichter, und ermöglicht es, der Vorrichtung eine hohe Beweglichkeit und insbesondere Geländegängigkeit zu verleihen. Über die Umrichter können die Elektromotoren mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehen.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Rädern auf derselben Seite der Vorrichtung, bezogen auf deren Querrichtung, zugeordneten Elektromotoren miteinander elektrisch gekoppelt sind und mittels einer Steuereinheit der Vorrichtung hinsichtlich ihrer Motordrehzahl und/oder ihres Motordrehmomentes synchronisierbar sind. Beispielsweise können die Elektromotoren, die den linken Rädern an einer Vorder- und einer Hinterachse der Vorrichtung zugeordnet sind, mit derselben Motordrehzahl und/oder demselben Motordrehmoment betrieben werden. Entsprechendes gilt für Räder, die an einer rechten Seite der Vorrichtung an deren Vorder- und Hinterachse angeordnet sind. Die elektrische Kopplung der Elektromotoren auf der jeweils selben Querseite der Vorrichtung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass beide Elektromotoren der jeweiligen Seite mit einem mit der Energiespeichereinrichtung in Wirkverbindung stehenden Umrichter gekoppelt sind, so dass für die linken Räder der Vorrichtung und für die rechten Räder der Vorrichtung jeweils ein Umrichter vorgesehen ist. Durch Vorgabe der Motordrehzahl und/oder des Motordrehmomentes durch die Steuereinheit kann dadurch spurweise (rechts oder links) die gleiche Drehzahl der Elektromotoren und damit der Räder erzielt werden. Dies ermöglicht es, bei der Vorrichtung eine Lenkfunktion bereitzustellen, wie sie bei einer spurweisen mechanischen Kopplung von Vorder- und Hinterrädern, etwa bei einem Panzerantrieb, erzielt werden kann. Dadurch ist auch die Möglichkeit gegeben, die Vorrichtung auf der Stelle zu drehen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren als Synchronmotoren ausgestaltet sind, insbesondere wenn jedem Rad ein separater Elektromotor zugeordnet ist. Durch elektrische Kopplung der Synchronmotoren, beispielsweise Parallelschaltung an einem gemeinsamen Drehstrom-Umrichter, kann deren gleiche Motordrehzahl und damit eine gleiche Raddrehzahl sichergestellt werden.
Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Motoren Asynchronmotoren sind. Durch elektrische Kopplung der Asynchronmotoren, beispielsweise Parallelschaltung an einem gemeinsamen Drehstrom-Umrichter, ist es möglich, eine nahezu gemeinsame Motordrehzahl und damit Raddrehzahl zu erzielen. Dadurch ist der Vorteil gegeben, dass die Drehzahl der miteinander gekoppelten Asynchronmotoren geringfügig variieren kann. Dies erlaubt es, in der Praxis auftretenden Radschlupf gezielt zuzulassen. Dadurch kann ein Asynchronmotor, der mit dem das schlupfende Rad antreibenden Asynchronmotor elektrisch gekoppelt ist, so angesteuert werden, dass kurzzeitig eine höhere Antriebsleistung für das mit ihm gekoppelte Rad bereitgestellt wird. Dies erlaubt es, eine bessere Traktion der Räder und damit Geländegängigkeit der Vorrichtung zu gewährleisten. Die elektrische Kopplung, insbesondere der Parallelbetrieb mehrerer Asynchronmotoren an einem Drehstrom-Umrichter weist damit dieselben Vorteile auf, die mechanisch mittels einer Kopplung über Flüssigkeitskupplungen wie beispielsweise einer Visco-Kupplung erzielt werden können.
Bevorzugt ist die mindestens eine antreibbare Achse als bevorzugt höhenverstellbare Portalachse ausgestaltet, um eine noch bessere Geländegängigkeit der Vorrichtung zu erzielen.
Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein Aufsitzmähfahrzeug oder ein Aufsitzmulchfahrzeug ist.
Bei der Vorrichtung kann es sich auch um eine handgeführte Mäh- oder Mulchvorrichtung handeln, die vorzugsweise eine Fahrantriebseinheit aufweist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung fernsteuerbar und/oder selbstfahrend und/oder selbstlenkend ausgebildet ist.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ausgestaltet als Mähfahrzeug;
2: eine schematische Darstellung einer zweiten, als Mähfahrzeug ausgestalteten bevorzugten Ausführungsform;
3: eine schematische Darstellung einer dritten, als Mähfahrzeug ausgestalteten bevorzugten Ausführungsform;
4: eine schematische Darstellung einer vierten, als Mähfahrzeug ausgestalteten bevorzugten Ausführungsform und
5: eine schematische Schnittdarstellung einer als Portalachse ausgestalteten Antriebsachse der Ausführungsformen gemäß 3 oder 4.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Gestalt eines mit dem Bezugszeichen 10 belegten Mähfahrzeuges. Das Mähfahrzeug 10 ist ein Aufsitzfahrzeug mit einem nur schematisch dargestellten Sitz 11 für eine Bedienperson (nur bei der Ausführungsform gemäß 1 gezeigt) und umfasst ein Fahrwerk 12 mit einer antreibbaren Hinterachse 13 und einer lenkbaren Vorderachse 14. Die Hinterachse 13 ist mit einer in 1 nicht gezeigten Fahrantriebseinheit antreibbar. Denkbar ist zum Beispiel, dass sie mit dem nachfolgend erwähnten Verbrennungsmotor 24 antreibbar ist. Sie weist ein linkes Rad 15 und ein rechtes Rad 16 auf, und die Vorderachse 14 weist ein linkes Vorderrad 17 und ein rechtes Vorderrad 18 auf. "Vorne" und "hinten" sowie "links" und "rechts" sind vorliegend in Bezug auf eine durch einen Pfeil 19 symbolisierte Hauptbewegungsrichtung des Mähfahrzeuges 10 aufzufassen, die dessen Längsrichtung entspricht.
Das Mähfahrzeug 10 weist eine Zerkleinerungseinheit zum Zerkleinern von bodennahen Pflanzen auf in Gestalt eines Mähwerkes 20. Das Mähwerk 20 ist an einer Unterseite des Mähfahrzeugs 10 zwischen dessen Achsen 13 und 14 positioniert und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Mähfahrzeuges 10. Zum Zerkleinern von Pflanzen weist das Mähwerk 20 eine um eine beispielsweise vertikale Achse 21 drehend antreibbare Schneideinrichtung 22 in Gestalt eines umlaufenden Messers oder dergleichen auf. Bodennahe Pflanzen werden von der rotierenden Schneideinrichtung 22 erfasst, abgeschnitten und dadurch zerkleinert.
Anstelle der Schneideinrichtung 22 kann eine andersartige Schneideinrichtung vorgesehen sein, um das Mähwerk 20 zum Beispiel als Spindelmähwerk, als Balkenmähwerk oder als Schlegelmähwerk auszubilden.
Eine Variante des Mähfahrzeuges 10 ist als Mulchfahrzeug ausgestaltet, das als Zerkleinerungseinheit ein Mulchwerk aufweist.
Zum Antreiben des Mähwerks 20 umfasst das Mähfahrzeug 10 eine Antriebseinheit 23 mit einem Verbrennungsmotor 24, der mit dem Mähwerk 20 über eine Antriebswelle 25 gekoppelt ist. Die Kopplung über die Antriebswelle 25 kann starr sein, es können jedoch auch Kupplungsvorrichtungen längs der Antriebswelle 25 angeordnet sein, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Durch Antrieb des Verbrennungsmotors 24 kann die Antriebswelle 25 und damit auch die Schneideinrichtung 22 in Rotation versetzt werden, um Pflanzen zu zerkleinern.
Weiter umfasst die Antriebseinheit 23 eine Elektromaschine 26, die in die Antriebswelle 25 und damit in den Antriebsstrang vom Verbrennungsmotor 24 zum Mähwerk 20 geschaltet ist. Die Elektromaschine 26 kann elektromotorisch, also als Elektromotor (bevorzugt als Wechselstrommotor), und generatorisch, also als Generator, betrieben werden. Die Art und Weise des Betriebs der Elektromaschine 26 kann gewählt werden durch einen elektronischen Umrichter 27, mit dem die Elektromaschine 26 gekoppelt ist und der auch in diese integriert sein könnte. Der Umrichter 27 ist über eine Steuerleitung 28 mit einer Steuereinheit 29 des Mähfahrzeugs 10 verbunden. Durch Bereitstellen eines Steuersignals an den Umrichter 27 kann die Steuereinheit 27 eine Änderung der Betriebsart der Elektromaschine 26 vom Elektromotor zum Generator und umgekehrt auslösen. Die Änderung der Betriebsart kann im Zehntelsekundenbereich erfolgen.
Denkbar ist auch, dass die Elektromaschine 26 einen passiven Betriebszustand einnehmen kann, in dem sie weder als Elektromotor noch als Generator betrieben wird.
Die Elektromaschine 26 steht über den Umrichter 27 und eine daran angeschlossene Versorgungsleitung 30 mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung der Antriebseinheit 23 in Wirkverbindung. Die Energiespeichereinrichtung ist zum Beispiel ausgestaltet als wiederaufladbare Batterie 31 oder als Hochleistungskondensator (Supercaps etc). Der Batterie 31 kann über den Umrichter 27 von der als Generator wirkenden Elektromaschine 26 bereitgestellte Energie zum Speichern zugeführt werden. Umgekehrt kann der Batterie 31 gespeicherte Energie entnommen und über den Umrichter 27 der Elektromaschine 26 zugeführt werden, damit die Elektromaschine 26 als Elektromotor betrieben werden kann.
Die Steuereinheit 29 steht über eine bidirektionale Steuer- und Signalleitung 32 mit dem Verbrennungsmotor 24 in Verbindung. Über die Steuer- und Signalleitung 32 kann die Steuereinheit 29 den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 24 steuern, insbesondere die Motorleitung und die Motordrehzahl. Ferner kann der Steuereinheit 29 eine Information über Messgrößen, die mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 24 verknüpft sind, bereitgestellt werden. Beispiele für Messgrößen des Verbrennungsmotors 24, die von der Steuereinheit 29 ermittelbar sind, sind die Motordrehzahl, die Motorleistung, der Kraftstoffverbrauch, das Motordrehmoment und ein Motorgeräusch.
Der Verbrennungsmotor 24 ist beim Mähfahrzeug 10 so ausgelegt, dass er, wenn kein übermäßig dichter Pflanzenwuchs zu schneiden ist, mit im Wesentlichen konstanter Motordrehzahl und konstanter Motorleistung arbeitet. Die Motorleistung überragt dabei die im normalen Mähbetrieb erforderliche Leistung des Mähwerks 20 zumindest geringfügig, jedoch wird der Verbrennungsmotor 24 nahe einem optimalen Arbeitspunkt möglichst kraftstoffsparend betrieben. Dadurch kann mit dem Verbrennungsmotor 24 ein hoher Wirkungsgrad und ein energiesparender Betrieb erzielt werden.
Die mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 24 verknüpften Messgrößen können von der Steuereinheit 29 anhand der über die Steuer- und Signalleitung 32 übertragenen Informationen ermittelt und überwacht werden. Abhängig von zumindest einer Messgröße kann die Betriebsart der Elektromaschine 26 von der Steuereinheit 29 festgelegt werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Elektromaschine 26, sofern eine vorgebbare Messgröße, beispielsweise das Motordrehmoment oder die Motorleistung, einen vorgebbaren Schwellenwert nicht überschreitet, generatorisch betrieben wird. Dies erlaubt es, überschüssige Motorleistung des Verbrennungsmotors 24 in elektrische Energie umzuwandeln, die der Batterie 31 bereitgestellt und darin gespeichert werden kann.
Bei dichtem Pflanzenwuchs kann es erforderlich sein, dass dem Mähwerk 20, üblicherweise kurzzeitig, eine hohe Leistung zur Verfügung gestellt werden muss, damit zum Einen der Pflanzenwuchs noch mit der Schneideinrichtung 22 zerkleinert werden kann und zum Anderen ein Abwürgen des Verbrennungsmotors 24 vermieden werden kann. Trifft die Schneideinrichtung 22 auf dichten Pflanzenwuchs, was das Bereitstellen einer höheren Leistung erfordert, wird die Schneideinrichtung 22 abgebremst. Da der Verbrennungsmotor 24 vorzugsweise mit im Wesentlichen konstanter Motordrehzahl betrieben wird, hat dies eine Änderung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 24 zur Folge. Dies kann von der Steuereinheit 29 überwacht und erfasst werden. Die Steuereinheit 29 kann überprüfen, ob eine der ermittelten Messgrößen, beispielsweise das Motordrehmoment oder die Motorleistung, den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird ein Steuersignal an den Umrichter 27 bereitgestellt, um die Elektromaschine 26 binnen kurzer Zeit vom Generatorbetrieb in den elektromotorischen Betrieb umzuschalten. Hierzu wird der Elektromaschine 26 gespeicherte Energie aus der Batterie 31 zugeführt.
Die als Elektromotor wirkende Elektromaschine 26 treibt die Antriebswelle 25 gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor 24 an, so dass die von der Antriebseinheit 23 insgesamt bereitgestellte Antriebsleistung für das Mähwerk 20 gesteigert wird. Dies gibt die Möglichkeit, die vom Mähwerk 20 benötigte Leistung zum Durchdringen dichten Pflanzenwuchses binnen kurzer Zeit bedarfsgerecht bereitzustellen. Gleichzeitig kann eine Blockade des Mähwerks 20 und ein Abwürgen des Verbrennungsmotors 24 weitgehend vermieden werden.
Die Deckung erhöhten Leistungsbedarfs des Mähwerks 20 durch die Elektromaschine 26 erlaubt es, den Verbrennungsmotor 24 kleiner zu dimensionieren, als dies bei gattungsgemäßen Mähfahrzeugen der Fall ist. Insbesondere kann der Verbrennungsmotor 24, wie bereits erwähnt, nahe einem optimalen Arbeitspunkt energiesparend betrieben werden. Ferner ist es von Vorteil, dass der erhöhte Leistungsbedarf mittels der Elektromaschine 26 gedeckt werden kann. Dies erlaubt es, den Verbrennungsmotor 24 auch in diesem Fall durch frühzeitiges Zuschalten mit im Wesentlichen konstanter Motordrehzahl und Motorleistung zu betreiben. Dadurch ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, ein Aufheulen des Verbrennungsmotors 24 zu vermeiden, so dass sich das erfindungsgemäße Mähfahrzeug 10 auch durch einen geräuscharmen Betrieb auszeichnet.
Entfällt der erhöhte Leistungsbedarf am Mähwerk 20, weil der Pflanzenwuchs weniger dicht ist, kann der dadurch bedingte geänderte Betriebszustand von der Steuereinheit 29 anhand der über die Signal- und Steuerleitung 32 übertragenen Informationen ermittelt werden. Die Elektromaschine 26 kann, abhängig von mindestens einer Messgröße, bedarfsgerecht wieder vom elektromotorischen in den generatorischen Betrieb umgeschaltet werden, um die Batterie 31 erneut aufzuladen.
Ein weiterer Vorteil des Mähfahrzeuges 10 liegt in der Kopplung der Elektromaschine 26 an die Antriebswelle 25. Dies erlaubt es, die Elektromaschine 26 zum Anlassen des Verbrennungsmotors 24 elektromotorisch zu betreiben. Auf einen separaten Anlasser kann dadurch verzichtet werden.
Wie bereits erwähnt, können in die Antriebswelle 25 eine oder mehrere Kupplungseinrichtungen, nachfolgend Kupplungen genannt, geschaltet sein. Beispielsweise ist eine erste Kupplung 33 vorgesehen, die zwischen den Verbrennungsmotor 24 und die Elektromaschine 26 in die Antriebswelle 25 geschaltet ist und die mit der Steuereinheit 29 über eine Steuerleitung 34 verbunden ist. Des Weiteren kann eine zweite Kupplung 35 vorgesehen sein, die zwischen die Elektromaschine 26 und das Mähwerk 20 in die Antriebswelle 25 geschaltet ist und mit der die Steuereinheit 29 über eine Steuerleitung 36 verbunden ist.
Durch Schließen sowohl der Kupplung 33 als auch der Kupplung 35 kann das Mähfahrzeug 10 wie vorstehend erläutert betrieben werden. Ist die Kupplung 33 geschlossen und die Kupplung 35 geöffnet, kann die Batterie 31 bei generatorischem Betrieb der Elektromaschine 26 und stehendem Mähwerk 20 geladen werden. Ist umgekehrt die Kupplung 33 geöffnet und die Kupplung 35 geschlossen, erlaubt dies einen rein elektromotorischen Antrieb des Mähwerks 20 mittels der Elektromaschine 26. Ein rein elektromotorischer Antrieb des Mähwerks 20 ist zum Einen geräuscharm und zum Anderen emissionsfrei.
Ob und welche der Kupplungen 33 und 35 geöffnet oder geschlossen sind, kann eine Bedienperson an einer Bedieneinheit des Mähfahrzeuges 10 einstellen (nicht gezeigt). Von der Bedieneinheit kann ein entsprechender Steuerbefehl der Steuereinheit 29 bereitgestellt werden, welche die Kupplungen 33 und 35 über die Steuerleitungen 34 bzw. 36 ansteuern kann.
Nachfolgend wird auf in den 2 bis 4 dargestellte weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mähfahrzeugs eingegangen. Die nachfolgend beschriebenen weiteren vorteilhaften Ausführungsformen umfassen die bislang beschriebenen und erläuterten Merkmale und Bauteile des Mähfahrzeugs 10. Gleiche und gleichwirkende Merkmale und Bauteile sind mit demselben Bezugszeichen belegt, und die mit dem Mähfahrzeug 10 erzielbaren Vorteile können mit den nachfolgenden Mähfahrzeugen ebenfalls erzielt werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher nachfolgend nur auf die weiteren Merkmale und Bauteile der Mähfahrzeuge eingegangen. Bei den nachfolgenden Mähfahrzeugen können die Kupplungen 33 und 35, die beim Mähfahrzeug 10 optional zum Einsatz kommen können, ebenfalls optional vorhanden sein.
Eine in 2 schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform ist mit dem Bezugszeichen 40 belegt. Beim Mähfahrzeug 40 wird ausgenutzt, dass in der Batterie 31 gespeicherte Energie nicht nur zum Betreiben der Elektromaschine 26 eingesetzt werden kann, sondern auch für eine Fahrantriebseinheit 41, um das Mähfahrzeug 40 zu bewegen. Die Fahrantriebseinheit 41 ist dementsprechend vorliegend als elektrische Antriebseinheit ausgestaltet, so dass auf einen separaten Verbrennungsmotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor 24 verzichtet werden kann. Dennoch eignet sich die Fahrantriebseinheit 41 sehr gut zum Bewegen des Mähfahrzeuges 40, weil dieses üblicherweise nur langsam und mit geringer Bescheunigung bewegt wird und es dementsprechend in der Praxis ausreicht, eine eher geringe Fahrleistung zur Verfügung zu stellen.
Die Fahrantriebseinheit 41 umfasst eine elektromotorisch betriebene Elektromaschine 42, die über eine Welle 43 mit einem Differentialgetriebe 44 der Hinterachse 13 gekoppelt ist. Über an das Differentialgetriebe 44 gekoppelte Achswellen 45 und 46 können die Hinterräder 15 und 16 von der Elektromaschine 42 gemeinsam angetrieben werden.
Die Elektromaschine 42 steht über einen elektronischen Umrichter 47, der auch in die Elektromaschine 42 integriert sein könnte, mit der Batterie 31 über eine Versorgungsleitung 48 in Wirkverbindung. Des Weiteren ist der Umrichter 47 über eine Steuerleitung 49 mit der Steuereinheit 29 verbunden.
Eine Bedieneinheit 50 umfassend Bedienelemente zum Fahren und/oder Lenken des Mähfahrzeuges 40, beispielsweise ein Gas- und ein Bremspedal und/oder eine Lenkung, ist mit der Steuereinheit 29 über eine Steuerleitung 51 verbunden, so dass die Steuereinheit 29 zugleich eine Fahrsteuerung des Mähfahrzeuges 40 ausbildet.
Wie erwähnt, wird die Elektromaschine 42 elektromotorisch betrieben. Durch Betätigung der Bedieneinheit 50 kann eine Bedienperson zur Einstellung der Geschwindigkeit des Mähfahrzeuges 40 auf die Steuereinheit 29 einwirken. Die Steuereinheit 29 stellt dem Umrichter 47 ein entsprechendes Steuersignal bereit. Zum Betreiben der Elektromaschine 42 erforderliche Energie kann aus der Batterie 31 zugeführt werden, um die Hinterachse 13 entsprechend der Vorgabe der Bedienperson anzutreiben.
Umgekehrt kann die Elektromaschine 42 auch generatorisch betrieben werden, indem beim Abbremsen der Räder 15 und 16 elektrische Energie bereitgestellt, an die Batterie 31 übermittelt und darin gespeichert wird.
Alternativ oder ergänzend zu dem vorstehend erläuterten Antrieb der Hinterachse 13 weist das Mähfahrzeug 40 einen entsprechenden Antrieb für die Vorderachse 14 auf, der ebenfalls einen Bestandteil der elektrischen Fahrantriebseinheit 41 ausbildet. Hierzu ist eine elektromotorisch betriebene Elektromaschine 52 vorgesehen, die über eine Welle 53 mit einem Differentialgetriebe 54 gekoppelt ist. Das Differentialgetriebe 54 steht über Achswellen 55 und 56 mit den Rädern 17 bzw. 18 in Verbindung, so dass diese von der Elektromaschine 52 angetrieben werden können.
Über einen korrespondierend zum Umrichter 47 ausgebildeten Umrichter 57 und eine sich daran anschließende Versorgungsleitung 58 steht die Elektromaschine 52 mit der Batterie 31 in Wirkverbindung. Der Umrichter 57 ist mit der Steuereinheit 29 über eine Steuerleitung 59 verbunden. Der Antrieb der Vorderachse 14 erfolgt entsprechend zu dem vorstehend erläuterten Antrieb an der Hinterachse 13 und ist alternativ oder ergänzend zu diesem vorhanden.
Dadurch lässt sich insbesondere ein Allradantrieb beim Mähfahrzeug 40 ausbilden, so dass dies eine hohe Geländegängigkeit aufweist.
Durch Vorsehen separater Antriebe der Hinterachse 13 und Vorderachse 14 kann insbesondere auf Kraftübertragungselemente zwischen den Achsen 13 und 14 verzichtet werden, deren Anordnung aufgrund der verhältnismäßig großen Ausgestaltung des Mähwerks 20 konstruktiv aufwendig ist.
In der Batterie 31 gespeicherte Energie kann weiter vorteilhaft zum Antreiben eines weiteren Mähwerks 60 des Mähfahrzeuges 40 eingesetzt werden. Das Mähwerk 60 ist ein Hilfsmähwerk, das an der rechten Seite des Mähfahrzeuges 40 angeordnet ist und wie das Hauptmähwerk 20 eine Schneideinrichtung 61 zum Zerkleinern von Pflanzen aufweist. Die Schneideinrichtung 61 ist über eine Antriebswelle 62 mit einer elektromotorisch betriebenen Elektromaschine 63 gekoppelt und von dieser antreibbar. Die Elektromaschine 63, beispielsweise ein Gleichstrommotor, ist über eine Versorgungsleitung 64, in die ein Schalter 65 geschaltet ist, mit der Batterie 31 verbunden, so dass ihr elektrische Energie bereitgestellt werden kann.
Der Schalter 65 ist beispielsweise von der Steuereinheit 29 ansteuerbar in Abhängigkeit einer Betätigung der Bedienperson an der Bedieneinheit 50, oder er ist unmittelbar von der Bedienperson betätigbar. Bei Bedarf kann die Bedienperson das Hilfsmähwerk 60 aktivieren, um an der rechten Seite des Mähfahrzeuges 40 angeordnete Pflanzen ebenfalls zu zerkleinern. Das Vorsehen des Mähwerks 60 erhöht die Vielseitigkeit des Mähfahrzeuges 40 und erlaubt es damit zugleich, ein besseres Bearbeitungsergebnis zu erzielen.
Das Mähwerk 60 könnte auch an einer anderen Seite als der rechten Seite des Mähfahrzeuges 40 angeordnet sein und auch bei den weiteren hier erläuterten vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz kommen. Ferner ist denkbar, dass ergänzend oder alternativ zum Mähwerk 60 ein oder mehrere andersartige Hilfszerkleinerungseinheiten zum Einsatz kommen.
Eine in 3 schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein mit dem Bezugszeichen 70 belegtes Mähfahrzeug und umfasst ebenfalls die Fahrantriebseinheit 41, die elektrisch ausgestaltet ist. Anders als beim Mähfahrzeug 40 sind jeder der Achsen 13, 14 zwei Elektromaschinen zugeordnet. Die Elektromaschinen werden elektromotorisch betrieben und sind jeweils mit dem Bezugszeichen 71 belegt. Jedes der Räder 15 bis 18 ist von einer Elektromaschine 71 antreibbar, die zu diesem Zweck jeweils über ein Getriebe 72 und eine Achswelle 73 mit dem jeweiligen Rad 15 bis 18 gekoppelt ist. Alternativ könne die Elektromaschine 71 auch jeweils unmittelbar an die Achswelle 73 gekoppelt sein. Beim Mähfahrzeug 70 sind daher keine durchgängigen oder über ein Differentialgetriebe getrennte Achswellen zwischen den Rädern 15 und 16 bzw. 17 und 18 vorhanden, so dass die Achsen 13 und 14 jeweils mittig zwischen den Rädern 15 und 16 bzw. 17 und 18 unterbrochen sind.
Jede Elektromaschine 71 steht über einen elektronischen Umrichter 74 und eine daran angeschlossene Versorgungsleitung 75 mit der Batterie 31 in Wirkverbindung, um der Elektromaschine 71 Energie zuzuführen. Des Weiteren ist jeder Umrichter 74, der auch in die ihm zugeordnete Elektromaschine 71 integriert sein könnte, über eine Steuerleitung 76 mit der Steuereinheit 29 verbunden.
Die Elektromaschinen 71 funktionieren elektromotorisch sowie generatorisch wie die Elektromaschinen 42 und 52 des Mähfahrzeugs 40, so dass diesbezüglich auf voranstehende Erläuterung verwiesen werden kann.
Beim Mähfahrzeug 70 kann durch Vorsehen von vier Elektromaschinen 71, je eine pro Rad 15 bis 18, ein Allradantrieb bereitgestellt werden, der besonders vielseitig ist. Jede der Elektromaschinen 71 kann von der Steuereinheit 29 über die Umrichter 74 gesondert angesteuert werden, insbesondere kann deren Motordrehzahl und damit auch die Drehzahl des jeweiligen Rades 15 bis 18 eingestellt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die linken Räder 15 und 17 einerseits und die rechten Räder 16 und 18 andererseits jeweils mit derselben Drehzahl betrieben werden, wobei sich die Drehzahlen der linken und rechten Räder voneinander unterscheiden. Dadurch lässt sich eine Lenkfunktion beim Mähfahrzeug 70 ausbilden, so dass auf eine gesonderte Lenkung an der Vorderachse 14 verzichtet werden kann. Dennoch kann eine derartige Lenkfunktion, wie bei den Mähfahrzeugen 10 und 40, vorhanden sein.
Eine Bedienperson kann an der Bedieneinheit 50 Sollwerte für Beschleunigung, Geschwindigkeit und Lenkung des Mähfahrzeuges 70 vorgeben, die von der Steuereinheit in die entsprechende Ansteuerung der Elektromaschinen 71 umgesetzt werden.
Zur Kontrolle der Drehzahlen der Räder 15 bis 18 kann eine entsprechende Erfassungseinheit vorhanden sein, beispielsweise an den Rädern 15 bis 18 angeordnete Radencoder (nicht gezeigt), deren Signale an die Steuereinheit 29 übermittelt werden können. Anhand der ihr zugeführten Signale kann die Steuereinheit 29 über die Umrichter 74 auf die Elektromaschinen 71 einwirken, um die Drehzahl der Räder 15 bis 18 entsprechend dem gewünschten Sollwert zu steuern und/oder zu regeln. Dies ist auch bei der Ausführungsform gemäß 4 möglich.
Die in 4 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein mit dem Bezugszeichen 80 belegtes Mähfahrzeug. Das Mähfahrzeug 80 ist weitgehend identisch ausgestaltet zum Mähfahrzeug 70, und es umfasst insbesondere vier Elektromaschinen 71, von denen je eine einem der Räder 15 bis 18 zum Antrieb zugeordnet ist.
Anstelle der vier Umrichter 74 weist die Fahrantriebseinheit 41 des Mähfahrzeuges 80 zwei Umrichter 81 auf (bevorzugt als Drehstrom-Umrichter ausgebildet). Die Elektromaschinen 71 für die linken Räder 15 und 17 sind dabei parallel an einen Umrichter 81 geschaltet und dadurch elektrisch miteinander gekoppelt. In entsprechender Weise sind die Elektromaschinen 71 für die rechten Räder 16 und 18 an den zweiten Umrichter 81 parallel geschaltet und elektrisch miteinander gekoppelt. Zu diesem Zweck steht der jeweilige Umrichter 81 mit den entsprechenden Elektromaschinen 71 über Leitungen 82 in Verbindung. Mit der Batterie 31 ist jeder der Umrichter 81 über eine Versorgungsleitung 83 verbunden, und mit der Steuereinheit 29 über eine Steuerleitung 84.
Von der Steuereinheit 29 kann entsprechend der Vorgabe einer Bedienperson für Beschleunigung, Geschwindigkeit und Lenkung an der Bedieneinheit 50 den elektromotorisch betriebenen Elektromaschinen 71 eine entsprechende Motordrehzahl so vorgegeben werden, dass die Elektromaschinen 71 das gewünschte Motordrehmoment abgeben. Dadurch, dass die Elektromaschinen 71 spurweise (links bzw. rechts) parallel geschaltet sind, kann bei Ausgestaltung der Elektromaschinen 71 als Synchron- oder Asynchronmaschinen sichergestellt werden, dass die Motordrehzahlen und damit die Drehzahlen der Räder 15, 17 bzw. 16, 18 hinten und vorne nahezu übereinstimmen. Zwar kann dies beim Mähfahrzeug 70 gemäß 3 auch durch Ansteuerung mittels der Steuereinheit 29 sichergestellt werden. Beim Mähfahrzeug 80 gemäß 4 ist dies bereits durch den Einsatz von nur zwei Umrichtern 81 und spurweisen Parallelschaltung der Elektromaschinen 71 möglich. Dies vereinfacht die konstruktive Ausgestaltung des Mähfahrzeuges 70 und erlaubt es durch Einsparung zweier Umrichter zugleich, Kosten zu sparen.
Durch Einprägen derselben Motordrehzahl von der Steuereinheit 29 hinten und vorne einer Spur (links bzw. rechts) lässt sich gewissermaßen der Effekt erzielen, der bei einer mechanischen Verbindung der linken Räder 15 und 17 einerseits bzw. rechten Räder 16 und 18 andererseits erzielbar ist. Eine Kette, wie sie beim Panzerantrieb zum Einsatz kommt, kann dadurch gewissermaßen elektronisch umgesetzt werden. Dies ermöglicht es auch, das Mähfahrzeug 70 auf der Stelle zu drehen.
Sind die Elektromaschinen 71 als Asynchronmaschinen ausgestaltet, wird einerseits ermöglicht, dass diese und damit die Räder 15, 17 bzw. 16, 18 nur mit nahezu derselben Drehzahl betrieben werden. Innerhalb einer Spur hinten und vorne werden geringe Drehzahlunterschiede der Räder 15, 17 bzw. 16, 18 zugelassen. Dadurch kann eine Kopplung der Räder einer Spur erzielt werden und gewissermaßen die Funktion einer Flüssigkeitskupplung ähnlich einer Visco-Kupplung nachgebildet werden. Dadurch wird die Geländegängigkeit des Mähfahrzeuges 80 weiter gesteigert. Bei Vorliegen von Radschlupf an einem der Räder einer Spur kann der Elektromaschine, die dem jeweils anderen Rad der Spur zugeordnet ist, ein höheres Motordrehmoment bereitgestellt werden und dadurch eine weitgehend optimale Traktion des Mähfahrzeuges 80 gewährleistet werden.
5 zeigt in schematischer Ansicht am Beispiel der Hinterachse 13, wie bei den Mähfahrzeugen 70 und 80 eine höhenverstellbare Portalachse 86 zum Einsatz kommen kann, die den Mähfahrzeugen 70 und 80 eine besonders hohe Bodenfreiheit verleiht.
Die Portalachse 86 umfasst ein U-förmiges Gehäuse 87, das zwei Aufnahmeräume 88 ausbildet, jeweils zur Aufnahme einer Elektromaschine 71 und eines Getriebes 72. Jede Elektromaschine 71 ist auf der einer Mittelebene des Mähfahrzeuges 70, 80 zugewandten Seite des Aufnahmeraums 88 angeordnet und treibt eine Antriebswelle 89 an, die ihrerseits das Getriebe 72 antreibt. Das Getriebe 72 ist auf der den Rädern 15, 16 zugewandten Seite des Aufnahmeraums 88 in geringerem Abstand zum Boden angeordnet als die Elektromaschine 71 und vorliegend beispielsweise als Stirnradgetriebe ausgestaltet. Als Abtrieb des Getriebes 72 kommt die mit den Rädern 15, 16 gekoppelte Achswelle 73 zum Einsatz.
Die Antriebswellen 89 sind an Trägern 90 des Mähfahrzeugs 70, 80 um eine von ihnen definierte Achse 91 quer zur Längsrichtung des Mähfahrzeuges 70, 80 drehbar gelagert. Das Gehäuse 87 ist um die Achse 91 schwenkbar an den Trägern 90 gelagert. Mittels hebelförmiger Verstellelemente 92 am Gehäuse 87 kann dieses von einer Bedienperson relativ zu den Trägern 90 verschwenkt und dadurch die Bodenfreiheit des Mähfahrzeuges 70, 80 variiert werden.
Zum Bremsen der Räder 15, 16 können Bremsen 93 vorhanden sein, die unmittelbar auf die Antriebswellen 89 wirken und den Aufnahmeräumen 88 angeordnet sind.
Es ist möglich, dass eine der Portalachse 86 entsprechende Portalachse auch an der Vorderachse 14 des Mähfahrzeuges 70, 80 zum Einsatz kommt. Auch die Achsen 13, 14 der Mähfahrzeuge 10, 40 können Portalachsen sein.

Claims

Fahrbare Vorrichtung zum Zerkleinern von Pflanzen, insbesondere zum Mähen oder Mulchen, umfassend eine Zerkleinerungseinheit zum Zerkleinern der Pflanzen sowie eine Antriebseinheit zum Antreiben der Zerkleinerungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (23) einen mit der Zerkleinerungseinheit (20) gekoppelten Verbrennungsmotor (24) zu deren Antreiben aufweist, eine Energiespeichereinrichtung (31) zum Speichern von Energie sowie einen mit der Energiespeichereinrichtung (31) in Wirkverbindung stehenden und mit der Zerkleinerungseinheit (20) gekoppelten Elektromotor (26), dem Energie aus der Energiespeichereinrichtung (31) zuführbar ist und mit dem die Zerkleinerungseinheit (20) antreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10; 40; 70; 80) eine Steuereinheit (29) umfasst, mit der mindestens eine mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (24) verknüpfte Messgröße ermittelbar ist und dass dem Elektromotor (26) abhängig von der ermittelten mindestens einen Messgröße Energie zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) mit dem Verbrennungsmotor (24) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (23) einen mit dem Verbrennungsmotor (24) gekoppelten und mit der Energiespeichereinrichtung (31) in Wirkverbindung stehenden Generator (26) umfasst und dass vom Generator (26) bereitgestellte Energie der Energiespeichereinrichtung (31) zuführbar und darin speicherbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10; 40; 70; 80) eine Steuereinheit (29) umfasst, mit der mindestens eine mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (24) verknüpfte Messgröße ermittelbar ist und dass der Energiespeichereinrichtung (31) abhängig von der ermittelten mindestens einen Messgröße Energie zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (23) eine Elektromaschine (26) umfasst, die betriebsartabhängig den Elektromotor (26) und den Generator (26) ausbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (26) in einen Antriebsstrang vom Verbrennungsmotor (24) zur Zerkleinerungseinheit (20) geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (23) eine erste Kupplungseinrichtung (33) umfasst, die zwischen den Verbrennungsmotor (24) und die Elektromaschine (26) geschaltet ist und mit der die Kopplung des Verbrennungsmotors (24) mit der Elektromaschine (26) aufhebbar und bereitstellbar ist und/oder dass die Antriebseinheit (23) eine zweite Kupplungseinrichtung (35) umfasst, die zwischen die Elektromaschine (26) und die Zerkleinerungseinheit (20) geschaltet ist und mit der die Kopplung der Elektromaschine (26) mit der Zerkleinerungseinheit (20) aufhebbar und bereitstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) mit der Zerkleinerungseinheit (20) gekoppelt ist und dass die Antriebseinheit (23) eine Kupplungseinrichtung (33, 35) umfasst, die zwischen den Verbrennungsmotor (24) und die Zerkleinerungseinheit (23) geschaltet ist und mit der die Kopplung des Verbrennungsmotors (24) mit der Zerkleinerungseinheit (20) aufhebbar und bereitstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10; 40; 70; 80) mindestens eine weitere Zerkleinerungseinheit (60) zum Zerkleinern von Pflanzen umfasst sowie mindestens einen weiteren mit dieser gekoppelten und mit der Energiespeichereinrichtung (31) in Wirkverbindung stehenden Elektromotor (63), dem Energie aus der Energiespeichereinrichtung (31) zuführbar und mit dem die mindestens eine weitere Zerkleinerungseinheit (60) antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung (10; 40; 70; 80) ein Fahrwerk (12) aufweist, das mindestens eine antreibbare Achse (13, 14) umfasst, und dass die Vorrichtung (10; 40; 70; 80) eine Fahrantriebseinheit (41) zum Antreiben der mindestens einen antreibbaren Achse (13, 14) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrantriebseinheit (41) als elektrische Fahrantriebseinheit (41) ausgestaltet ist und mindestens einen mit der mindestens einen antreibbaren Achse (13, 14) gekoppelten und mit der Energiespeichereinrichtung (31) in Wirkverbindung stehenden Elektromotor (42, 52; 71) umfasst, dem Energie aus der Energiespeichereinrichtung (31) zuführbar ist und mit dem die mindestens eine Achse (13, 14) antreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerk (12) zwei antreibbare Achsen (13, 14) umfasst und dass die Fahrantriebseinheit (41) jeder der Achsen (13, 14) zugeordnet mindestens einen Elektromotor (42, 52; 71) zu deren Antrieb aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrantriebseinheit (41) jedem Rad (15, 16, 17, 18) einer antreibbaren Achse (13, 14) zugeordnet einen Elektromotor (71) zu deren Antrieb aufweist, wobei die Räder (15, 16, 17, 18) einer Achse (13, 14) mittels des ihnen jeweils zugeordneten Elektromotors (71) getrennt voneinander antreibbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10; 40; 70; 80) eine Steuereinheit (29) umfasst, mittels derer die Elektromotoren (71) getrennt voneinander ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rädern (15, 16, 17, 18) auf derselben Seite der Vorrichtung (10; 40; 70; 80), bezogen auf deren Querrichtung, zugeordneten Elektromotoren (71) miteinander elektrisch gekoppelt sind und mittels einer Steuereinheit (29) der Vorrichtung (10; 40; 70; 80) hinsichtlich ihrer Motordrehzahl und/oder ihres Motordrehmomentes synchronisierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (42, 52; 71) als Synchronmotoren ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (42, 52, 71) als Asynchronmotoren ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine antreibbare Achse (13, 14) als vorzugsweise höhenverstellbare Portalachse (86) ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10; 40; 70; 80) ein Aufsitzmähfahrzeug oder ein Aufsitzmulchfahrzeug ist.