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Diese Offenbarung betrifft Zapfwellenantriebe, einschließlich der Verwendung mehrstufiger Zapfwellenantriebe in der Stromerzeugung.
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Diverse Fahrzeuge (sowie diverse ortsfeste Maschinen) können eine Zapfwellenschnittstelle nutzen, mittels derer Leistung von einer Leistungsquelle innerhalb des Fahrzeugs an ein fahrzeugexternes Gerät übertragen werden kann. Zum Beispiel umfassen diverse Traktoren und andere Arbeitsfahrzeuge eine Zapfwellenschnittstelle, mit welcher ein Zapfwellenstummel in Eingriff gebracht werden kann, um einem externen Gerät mechanische Leistung bereitzustellen.
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Diverse externe Geräte können auch ausgestaltet sein, elektrische statt mechanische Eingangsleistung zu nutzen. Im Landwirtschaftsbereich, zum Beispiel, können gezogene Sämaschinen elektrische Leistung nutzen, um diverse Sävorgänge auszuführen.
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Es wird ein mehrstufiges Zapfwellensystem offenbart. Das System umfasst eine drehbare Eingangswelle, eine drehbare Abtriebswelle und eine drehbare Vorgelegewelle, wobei die Eingangswelle Drehleistung von einer im Fahrzeug enthaltenen Leistungsquelle empfängt, und die Abtriebswelle eine Eingriffsschnittstelle für einen drehfesten Eingriff mit einem bzw. einer oder mehreren von einem abnehmbaren Zapfwellenstummel und einer Eingangswelle einer elektrischen Maschine umfasst. Das System umfasst eine Kupplungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, mit einer oder mehreren der Eingangswelle, Abtriebswelle und Vorgelegewelle in Eingriff zu stehen. Den Zapfwellenstummel mit der Eingriffsschnittstelle in Eingriff zu bringen, bewirkt ein Ausrichten der Kupplungsvorrichtung in eine erste Eingriffsstellung, wodurch Drehleistung von der Eingangswelle an die Abtriebswelle über die Kupplungsvorrichtung, nicht aber über die Vorgelegewelle übertragen wird. Die Abtriebswelle und der Zapfwellenstummel drehen sich dadurch mit einer mechanischen Zapfwellenabtriebsdrehzahl. Die Eingangswelle der elektrischen Maschine mit der Verbindungsschnittstelle der Abtriebswelle in Eingriff zu bringen, bewirkt ein Ausrichten der Kupplungsvorrichtung in eine zweite Eingriffsstellung, wodurch Drehleistung von der Eingangswelle an die Abtriebswelle über die Kupplungsvorrichtung und die Vorgelegewelle übertragen wird. Die Abtriebswelle, sowie die Eingangswelle der elektrischen Maschine drehen sich dadurch mit einer Stromerzeugungsdrehzahl.
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Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können im offenbarten Zapfwellensystem ebenfalls enthalten sein. Zum Beispiel kann das System ein erstes Zahnrad umfassen, das einen Abschnitt der Eingangswelle umschließt und drehschlüssig mit der ersten Eingangswelle in Eingriff steht, ein zweites Zahnrad, das einen Abschnitt der Abtriebswelle umschließt und sich um die zweite Achse dreht, und ein drittes Zahnrad, das einen Abschnitt der Vorgelegewelle umschließt und sich um die dritte Achse dreht. Die erste und zweite Achse können sich überlappen, wobei das erste Zahnrad Drehleistung zwischen der Eingangswelle und der Vorgelegewelle übertragen kann und das zweite Zahnrad mit dem dritten Zahnrad kämmen kann. In der ersten Eingriffsstellung kann die Kupplungsvorrichtung mit dem ersten Zahnrad, nicht aber mit dem zweiten Zahnrad in Eingriff stehen. In der zweiten Eingriffsstellung kann die Kupplungsvorrichtung mit dem zweiten Zahnrad, nicht aber mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehen.
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Die Kupplungsvorrichtung kann eine Schaltmuffe enthalten, die eine keilverzahnte Schiebeverbindung mit der Abtriebswelle aufweist. Das System kann auch ein Vorspannelement wie eine Vorspannfeder enthalten, das mit der Kupplungsvorrichtung in Eingriff steht und eine Vorspannkraft entlang der ersten Achse bereitstellt. Die Schaltmuffe kann mit einem Außenumfang eines Abschnitts des zweiten Zahnrads in Eingriff stehen. Die Eingriffsschnittstelle der Abtriebswelle kann eine Aufnahme für einen drehschlüssigen Eingriff mit einer der Zapfwelle und Eingangswelle der elektrischen Maschine umfassen. Das Fahrzeug kann eine oder mehrere Montagehalterungen für eine elektrische Maschine enthalten, wobei die elektrische Maschine die Eingangswelle der elektrischen Maschine umfasst. Wenn die elektrische Maschine an der einen oder den mehreren Montagehalterungen befestigt ist, kann die Eingangswelle der elektrischen Maschine drehschlüssig mit der Eingriffsschnittstelle der Abtriebswelle in Eingriff stehen. Das System kann einen Schutzschild umfassen. Der Schutzschild kann, zumindest teilweise, fahrzeugextern sein und umgibt, zumindest teilweise, die erste Achse. Der Schutzschild kann eine oder mehrere Belüftungsöffnungen zum Kühlen der elektrischen Maschine umfassen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein mehrstufiges Zapfwellensystem: eine sich um eine erste Achse drehende Eingangswelle, eine sich um eine zweite Achse drehende Abtriebswelle und eine Eingriffsschnittstelle für einen drehfesten Eingriff mit einer oder mehreren Gerätewellen, die außerhalb des Fahrzeugs verlaufen, wenn sie in Eingriff mit dem Eingriffsabschnitt stehen, und eine sich um eine dritte Achse drehende Vorgelegewelle. Das System umfasst auch eine Kupplungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, mit einer oder mehreren der Eingangswelle, Abtriebswelle und Vorgelegewelle in Eingriff zu stehen, und ein Vorspannelement, das der Kupplungsvorrichtung eine Vorspannkraft entlang der ersten Achse bereitstellt. Eine erste der einen oder mehreren Gerätewellen mit der Anschlussschnittstelle der Abtriebswelle in Eingriff zu bringen, bewirkt, zumindest teilweise, ein Ausrichten der Kupplungsvorrichtung in eine erste Eingriffsstellung, wodurch Drehleistung von der Eingangswelle an die Abtriebswelle über die Kupplungsvorrichtung, nicht aber über die Vorgelegewelle übertragen wird. Dadurch drehen sich die Abtriebswelle und die erste Gerätewelle mit einer ersten Abtriebsdrehzahl. Wenn eine zweite der einen oder mehreren Gerätewellen mit der Verbindungsschnittstelle der Abtriebswelle in Eingriff steht und die Kupplungsvorrichtung in eine zweiten Eingriffsstellung ausgerichtet ist, kann Drehkraft von der Eingangswelle an die Abtriebswelle über die Kupplungsvorrichtung und die Vorgelegewelle übertragen werden. Dadurch drehen sich die Abtriebswelle und die zweite Gerätewelle mit einer von der ersten Abtriebsdrehzahl verschiedenen zweiten Abtriebsdrehzahl.
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Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können ebenfalls enthalten sein. Zum Beispiel kann das System ein erstes Zahnrad umfassen, das einen Abschnitt der Eingangswelle umschließt und sich um die erste Achse dreht, ein zweites Zahnrad, das einen Abschnitt der Abtriebswelle umschließt und sich um die zweite Achse dreht, und ein drittes Zahnrad, das einen Abschnitt der Vorgelegewelle umschließt und sich um die dritte Achse dreht. Die erste Achse und die zweite Achse können axial miteinander fluchten. Das erste Zahnrad kann Drehleistung zwischen der Eingangswelle und der Vorgelegewelle übertragen. Das zweite Zahnrad kann mit dem dritten Zahnrad kämmen. In der ersten Eingriffsstellung kann die Kupplungsvorrichtung mit dem ersten Zahnrad, nicht aber mit dem zweiten Zahnrad in Eingriff stehen. In der zweiten Eingriffsstellung kann die Kupplungsvorrichtung mit dem zweiten Zahnrad, nicht aber mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehen. Die Kupplungsvorrichtung kann eine Schaltmuffe sein, die eine keilverzahnte Schiebeverbindung mit der Abtriebswelle aufweist. In der ersten Eingriffsstellung kann die Schaltmuffe mit einem Innenumfang eines Abschnitts des ersten Zahnrads in Eingriff stehen. In der zweiten Eingriffsstellung kann die Schaltmuffe mit einem Außenumfang eines Abschnitts des zweiten Zahnrads in Eingriff stehen.
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Die in der Abtriebswelle enthaltene drehfeste Verbindungsschnittstelle kann eine Aufnahme umfassen, die ausgestaltet ist, drehschlüssig mit einer der Zapfwelle und Eingangswelle der elektrischen Maschine in Eingriff zu stehen. Die erste Abtriebsdrehzahl kann eine mechanische Zapfwellenabtriebsdrehzahl sein und die zweite Abtriebsdrehzahl kann eine Stromerzeugungsdrehzahl sein. Das System kann ein Vorspannelement umfassen, das mit der Kupplungsvorrichtung in Eingriff steht und eine Vorspannkraft bereitstellt, die zu einer oder mehreren der ersten und zweiten Achse koaxial sein kann. Wenn die Zapfwelle drehschlüssig in der Aufnahme der Abtriebswelle in Eingriff gebracht wird, bewirkt die Zapfwelle, zumindest teilweise, dass die Kupplungsvorrichtung mit einem ersten Zahnrad, das einen Abschnitt der Eingangswelle umschließt, in Eingriff gelangt. Wenn die Eingangswelle der elektrischen Maschine drehschlüssig in der Aufnahme der Abtriebswelle in Eingriff gebracht wird, kann die Vorspannvorrichtung, zumindest teilweise, bewirken, dass die Kupplungsvorrichtung mit einem zweiten Zahnrad, das einen Abschnitt der Abtriebswelle umschließt, in Eingriff gelangt.
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Das Fahrzeug kann eine oder mehrere Montagehalterungen für eine elektrische Maschine umfassen, wobei die zweite der einen oder mehreren Gerätewellen eine Eingangswelle der elektrischen Maschine ist. Die Eingangswelle zur elektrischen Maschine kann drehschlüssig mit der Verbindungsschnittstelle der Abtriebswelle in Eingriff stehen, wenn die elektrische Maschine an der einen oder den mehreren Montagehalterungen befestigt ist. Die Eingangswelle zur elektrischen Maschine mit der Verbindungsschnittstelle der Abtriebswelle in Eingriff zu bringen, kann, zumindest teilweise, bewirken, dass die Kupplungsvorrichtung in die zweite Eingriffsstellung ausgerichtet wird. Das System kann einen Schutzschild umfassen. Der Schutzschild kann, zumindest teilweise, die zweite Achse umgeben. Der Schutzschild kann eine oder mehrere Belüftungsöffnungen zum Kühlen der elektrischen Maschine umfassen.
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Die Details einer oder mehrerer Implementierungen sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
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1 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Fahrzeugs, im Hinblick auf welches ein hier offenbartes Zapfwellensystem implementiert werden kann,
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines im Fahrzeug von 1 enthaltenen, beispielhaften mehrstufigen Zapfwellensystems,
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3 ist eine perspektivische Schnittdarstellung des mehrstufigen Zapfwellensystems von 2,
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4 ist eine seitliche Schnittdarstellung des mehrstufigen Zapfwellensystems von 2 mit einer in Eingriff stehenden ersten Zapfwelle,
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5 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Bereichs 5-5 in 4,
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6 ist eine Schnittdarstellung des mehrstufigen Zapfwellensystems von 2 mit einer in Eingriff stehenden beispielhaften elektrischen Maschine.
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7 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Bereichs 7-7 in 6,
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8 ist eine perspektivische Ansicht eines Hinterabschnitts des Fahrzeugs von 1, in der die beispielhafte Zapfwelle in Eingriff steht, wie in 4, und
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9 ist eine perspektivische Ansicht eines Hinterabschnitts des Fahrzeugs von 1, in der die elektrische Maschine in Eingriff steht, wie in 6.
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In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
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Im Folgenden werden eine oder mehrere der in den oben kurz erläuterten beigefügten Figuren der Zeichnungen dargestellten beispielhaften Ausführungsformen des offenbarten Zapfwellensystems (power take-off system, PTS) beschrieben. Dem Fachmann werden sich diverse Modifizierungen der beispielhaften Ausführungsformen erschließen.
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Wie oben bereits aufgezeigt, können diverse Fahrzeuge eine Zapfwellen(power takeoff, PTO)-Schnittstelle umfassen, durch welche mechanische Leistung von einem Fahrzeugmotor an ein externes Gerät übertragen werden kann. In bestimmten Ausgestaltungen kann ein Benutzer zum Beispiel einen PTO-Wellenstummel mit einer PTO-Schnittstelle an einem Fahrzeug in Eingriff bringen, wobei der Wellenstummel dann mit diversen mechanischen Geräten verbunden werden kann, um den Geräten Leistung vom Fahrzeugmotor bereitzustellen.
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Statt mechanischer Leistung können verschiedene externe Geräte optimal jedoch elektrische Leistung nutzen. Demzufolge können ein herkömmlicher PTO-Wellenstummel und dazugehörige PTO-Schnittstellen und Maschinen den erforderlichen Leistungstyp (d.h. elektrische Leistung) nicht direkt bereitstellen. Ferner können für mechanisch angetriebene Geräte erforderliche Standarddrehzahlen weit unterhalb der für eine wirksame Stromerzeugung erforderlichen Drehzahl liegen. Typische PTO-Wellen drehen sich zum Beispiel mit Drehzahlen in der Größenordnung von 1.000 U/min, wohingegen ein Stromerzeuger oft Drehzahlen erfordert, die um mehrere Vielfache höher liegen. Dementsprechend können herkömmliche PTO-Einrichtungen eine entsprechende Drehzahl für elektrisch angetriebene Geräte nicht bereitstellen. Darüber hinaus kann die große Variabilität von Ausgestaltungen von auf Anhängern montierten Stromerzeugern (z. B. unterschiedliche Platzierungen und Orientierungen, unterschiedliche Spannung, Strom oder sonstige elektrische Anforderungen usw.) es erschweren, eine generalisierte Ausgestaltung für die Leistungsabgabe von einer PTO-Welle an diese Stromerzeuger bereitzustellen und zum Erwerb von speziellen Stromerzeugern für jedes Gerät zwingen.
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Diverse hier offenbarte Ausführungsformen des PTS können diese und andere Probleme lösen. Zum Beispiel kann es ein PTS Benutzern ermöglichen, Leistung von einer PTO-Schnittstelle sowohl für mechanische Anwendungen mit niedrigerer Drehzahl, als auch für eine höherdrehzahlige Stromerzeugung zu nutzen, sowie schnelle und einfache Übergänge zwischen diesen Betriebsmodi ermöglichen. Ferner kann das PTS ein direktes Befestigen eines Stromerzeugers an einem entsprechenden Fahrzeug (oder einer anderen Maschine) ermöglichen und dadurch eine komplett tragbare und leicht spezifisch anpassbare Stromerzeugung ermöglichen.
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Zum Beispiel kann das PTS ein in einem Fahrzeug enthaltenes Getriebe aufweisen. Das Getriebe kann ausgestaltet sein, eine Drehleistung von einem Fahrzeugmotor zu empfangen und Drehleistung mit unterschiedlichen Drehzahlen abzugeben. Die Abtriebsdrehzahlen können vom Leistungsübertragungsweg durch das Getriebe, sowie von diversen anderen Faktoren abhängen. In bestimmten Ausführungsformen kann die jeweilige Abtriebsdrehzahl davon abhängen, welcher Typ von Vorrichtung mit dem Abtriebsabschnitt des Getriebes in Eingriff steht. Wenn zum Beispiel ein herkömmlicher PTO-Wellenstummel mit dem Getriebe in Eingriff steht, kann das Getriebe eine niedrigere Abtriebsdrehzahl (z.B. 1.000 U/min) bereitstellen. Ebenso kann, wenn eine Welle eines elektrischen Generators mit dem Getriebe in Eingriff steht, das Getriebe eine höhere Abtriebsdrehzahl (z.B. 8.000 U/min) bereitstellen. Der Übergang zwischen diesen beiden (oder anderen) Modi kann automatisch implementiert werden, basierend auf dem mit dem Getriebe in Eingriff stehenden externen Wellentyp (z. B. PTO-Wellenstummel oder Eingangswelle eines elektrischen Generators).
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In bestimmten Ausführungsformen kann das PTS eine erste Eingangswelle, eine Abtriebswelle und eine Vorgelegewelle umfassen. Die Eingangswelle und die Abtriebswelle können sich, zum Beispiel, auf einer einzigen Achse drehen, während sich die Vorgelegewelle auf einer versetzten Achse dreht. Die Abtriebswelle kann eine Verbindungsschnittstelle (z. B. eine keilverzahnte Aufnahmeverbindung) umfassen, die ausgestaltet ist, drehschlüssig (d.h. eine Drehkraft übertragend) in Eingriff mit diversen Wellen externer Geräte (z. B. PTO-Wellenstummeln und Eingangswellen elektrischer Generatoren) zu stehen. Eine Kupplungsvorrichtung, wie zum Beispiel eine Schaltmuffe, kann ausgestaltet sein, mit verschiedenen Komponenten in Eingriff zu stehen, um den Leistungsübertragungsweg von der Eingangswelle auf die Abtriebswelle, und dadurch zu einer angeschlossenen Welle eines externen Geräts zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine Kupplungsvorrichtung ausgestaltet sein, mit der Eingangswelle, der Abtriebswelle oder der Vorgelegewelle, entweder direkt, oder über ein oder mehrere mit den Wellen verbundene Zahnräder in Eingriff zu stehen.
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In bestimmten Ausführungsformen kann ein Vorspannelement wie eine Vorspannfeder mit der Kupplungsvorrichtung in Eingriff stehen. Auf diese Weise kann, zum Beispiel, wenn eine entsprechende Welle eines externen Geräts mit der Abtriebswelle in Eingriff gebracht wird, die Kupplungsvorrichtung einen ersten Leistungsübertragungsweg (z. B. einen Weg mit niedrigerer Drehzahl) bereitstellen und wenn diese Welle von der Kupplungsvorrichtung entfernt wird, einen zweiten Leistungsübertragungsweg (z. b. einen höherdrehzahligen Weg) bereitstellen.
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Wie aus der vorliegenden Erörterung ersichtlich wird, kann das offenbarte PTS vorteilhaft in unterschiedlichen Rahmenbedingungen und mit unterschiedlichen Arbeitsmaschinen verwendet werden. Zum Beispiel ist nun in 1 ein Arbeitsfahrzeug 10 (z. B. ein Traktor) mit einer Gelenkwelle 12 gezeigt. In bestimmten Ausführungsformen kann das Fahrzeug 10 ein PTO-System umfassen, um über eine Gelenkwelle 12 externen Geräten Leistung bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen kann dementsprechend das Fahrzeug 10 ein PTS 14 umfassen. Es ist anzumerken, dass das Fahrzeug 10 zwar als ein bestimmter Traktor dargestellt ist, es sich aber versteht, dass ein PTS im Hinblick auf eine Vielzahl von anderen Plattformen implementiert werden kann. Zum Beispiel kann ein PTS im Hinblick auf andere Arbeitsfahrzeuge, Nicht-Arbeitsfahrzeuge oder andere Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. ortsfeste Maschinen) implementiert werden. Ferner sind, obwohl das PTS 14 als am rückwärtigen Teil eines Fahrzeugs 10 befindlich gezeigt ist, andere Konfigurationen und Befestigungsstellen möglich. Es versteht sich bei Betrachtung der vorliegenden Erörterung auch, dass ein PTS als Nachrüstung vorhandener Fahrzeuge (oder anderer Maschinen) oder als Ausstattung neuer Fahrzeuge (oder Maschinen) implementiert werden kann.
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Weiterhin ist in 2 eine Ansicht einer Ausführungsform des PTS 14 gezeigt. Das PTS 14 kann, zum Beispiel, ein Gehäuse 20 umfassen, das im Allgemeinen innerhalb des Fahrzeugs 10 enthalten ist. Bei bestimmten Konfigurationen kann das Gehäuse 20 konstruiert sein, den gleichen (oder einen ähnlichen) Raum einzunehmen wie eine vorhandene PTO-Vorrichtung, um eine einfachere Herstellung oder Nachrüstung von Fahrzeugen mit einem PTS 14 zu begünstigen.
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Die Eingangswelle 22 kann sich in das Gehäuse 20 erstrecken, um dem PTS 14 (z. B. vom Motor 12) Leistung bereitzustellen. Wie auch oben angemerkt, kann das PTS 14 in bestimmten Ausführungsformen am rückwärtigen Teil des Fahrzeugs 10 angeordnet sein. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen die Rückseite 24 des Gehäuses 20 bündig mit (oder anderweitig nahe an) einer Rückwand des Fahrzeugs 10 verlaufen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein externes Gehäuse 26 sich außerhalb des Fahrzeugs 10 vom PTS 14 aus erstrecken. Das externe Gehäuse 26 kann zum Beispiel einen zusätzlichen Schutzschild bereitstellen, der eine Abtriebsschnittstelle des PTS 14 (in 2 nicht gezeigt) teilweise umhüllt.
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Weiter mit Bezug auf 3 und 4 kann ein PTS 14 ein Antriebsritzel 34 umfassen, das mit sich verjüngenden Lagern 36 gelagert sein kann, die sich entlang einer Nabe 38 des Antriebsritzels befinden. Die Eingangswelle 22 kann drehschlüssig in Eingriff mit dem Antriebsritzel 34 stehen. Zum Beispiel können die Eingangswelle 22 und das Antriebsritzel 34 über eine keilverzahnte Verbindung 40 entlang der Nabe 38 verbunden sein. Dementsprechend kann sich das Antriebsritzel 34 mit derselben Drehzahl drehen wie die Eingangswelle 22 (z. B. ~1.000 U/min).
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Das Antriebsritzel 34 kann ausgestaltet sein, Drehleistung von der Welle 22 zur Vorgelegewelle 42 zu übertragen, die mit Lagern 44 und 46 gelagert sein kann. Zum Beispiel kann ein Vorgelegewelle-Antriebsritzel drehschlüssig mit der Vorgelegewelle 42 in Eingriff stehen (z. B. über eine keilverzahnte Verbindung) und auch mit dem Antriebsritzel 34 kämmen. In bestimmten Ausführungsformen (wie z. B. in 3 gezeigt) kann das Antriebsritzel 34 direkt mit der Vorgelegewelle 42 in Eingriff stehen. Wenn das Antriebsritzel 34 einen größeren Wirkdurchmesser aufweist, als die Vorgelegewelle 42 (oder ein eingreifendes Vorgelegewellenrad), so kann dies in dem Rahmen zu einer Erhöhung der Drehzahl führen, wie Drehleistung von der Eingangswelle 22 über das Antriebsritzel 34 an die Vorgelegewelle 42 übertragen wird (d.h. bewirken, dass sich die Vorgelegewelle 42 mit ~4.000 U/min dreht). Es versteht sich jedoch, dass andere Ausgestaltungen möglich sein können.
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Ein auswärts liegendes Vorgelegewellenrad 48 kann drehschlüssig mit der Vorgelegewelle 42 in Eingriff stehen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Vorgelegewellenrad 48 über eine keilverzahnte Verbindung oder diverse andere Mittel in Eingriff mit der Vorgelegewelle 42 stehen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Vorgelegewellenrad 48 einstückig mit der Vorgelegewelle ausgebildet sein.
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Das PTS 14 kann ferner eine Abtriebswelle 52 umfassen, die zum Beispiel mit Lagern 54a und 54b gelagert sein kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die Abtriebswelle 52 eine Eingriffsschnittstelle in Form einer tassenförmigen Aufnahmeschnittstelle 56 aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Schnittstelle einen keilverzahnten Innenumfang umfassen, der mit Nuten auf einem Außenumfang des PTO-Wellenstummels 58 (oder einer anderen abnehmbaren Welle eines externen Gerätes) in Eingriff stehen kann. Auf diese Weise kann, zum Beispiel, Drehleistung von der Abtriebswelle 52 zum Wellenstummel 58 übertragen werden. In bestimmten Ausführungsformen kann der PTO-Wellenstummel 58 ein im Durchmesser verringertes inneres Ende 58a umfassen, das ausgestaltet sein kann, in einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt 56a der Schnittstelle 56 zu passen, um den Wellenstummel 58 richtig führen zu können.
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In bestimmten Ausführungsformen kann das Abtriebsrad 60 einen Abschnitt der Abtriebswelle 52 umschließen, und kann mit dem Vorgelegewellenrad 48 kämmen. Zum Beispiel kann sich das Abtriebsrad 60 im Allgemeinen frei um die Welle 52 (z. B. auf einem Wellenlager zwischen den Komponenten) drehen. In der dargestellten Ausführungsform kann das Abtriebsrad 60 einen kleineren Durchmesser aufweisen als das Vorgelegewellenrad 48. Dementsprechend kann sich, wenn Drehleistung vom Vorgelegewellenrad 48 an das Abtriebsrad 60 übertragen wird, das Abtriebsrad 60 mit einer schnelleren Drehzahl drehen, als das Vorgelegewellenrad 48. Zum Beispiel kann, bei einer Drehzahl von etwa 1.000 U/min an der Eingangswelle 22, das Abtriebsrad 60 eine Drehzahl von etwa 8.000 U/min aufweisen.
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Weiterhin ist in 5 eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 5-5 von 4 gezeigt. Wie auch oben angemerkt, kann das PTS 14 eine Kupplungsvorrichtung umfassen, die ausgestaltet ist, den Leistungsübertragungsweg durch das PTS 14 zu verändern und dadurch die Drehzahl der Abtriebswelle 52 gegenüber der Eingangswelle 22 zu ändern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das PTS 14 eine Schaltmuffe 64 umfassen, die gegenüber der Abtriebswelle 52 drehfest aber axial beweglich sein kann. Zum Beispiel kann das PTS 14 eine keilverzahnte Verbindung 66 zwischen der Schaltmuffe 64 und der Abtriebswelle 52 umfassen, entlang welcher die Schaltmuffe 64 gleiten kann. Dementsprechend kann sich die Schaltmuffe 64 zwischen verschiedenen Eingriffsstellungen bewegen, um Drehleistung an die Abtriebswelle 52 zu übertragen.
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Die Schaltmuffe 64, das Antriebsritzel 34 und das Abtriebsrad 60 können verschiedene Merkmale umfassen, die einen Dreheingriff der Schaltmuffe 64 mit einem vom Antriebsritzel 34 und Abtriebsrad 60 ermöglichen. Zum Beispiel kann die Schaltmuffe 64 eine keilverzahnte Schnittstelle entlang des Außenumfangs eines Ansatzes 64a und eine keilverzahnte Schnittstelle entlang des Innenumfangs eines Ansatzes 64b umfassen. Ebenso kann das Antriebsritzel 34 eine keilverzahnte Schnittstelle entlang des Innenumfangs des Ansatzes 34a umfassen und das Abtriebsrad 60 kann eine keilverzahnte Schnittstelle entlang des Außenumfangs des Ansatzes 60a umfassen. Zu Herstellungszwecken kann es zweckdienlich sein, die verschiedenen keilverzahnten Schnittstellen der Schaltmuffe 64 und Zahnräder 34 und 60 auszugestalten wie vorstehend beschrieben. Es kann zum Beispiel einfacher sein, das Abtriebsrad 60 mit einer keilverzahnten Schnittstelle entlang eines Außenumfangs des Ansatzes 60a statt entlang eines Innenumfangs herzustellen. Es versteht sich jedoch, dass diverse andere Ausgestaltungen zum Steuern der Leistungsübertragung von einem der Zahnräder 34 und 60 über eine Kupplungsvorrichtung an die Abtriebswelle 52 möglich sein können.
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Wie in 3 und 4 und in der vergrößerten Ansicht in 5 dargestellt, können, wenn die Schaltmuffe 64 innerhalb des Fahrzeugs einwärts (d.h. von der Perspektive der 3–5 aus gesehen nach rechts) geschoben wird, die keilverzahnten Schnittstellen an den Ansätzen 64a und 34a in Eingriff gebracht werden, und dadurch das Übertragen von Drehleistung vom Antriebsritzel 34 zur Schaltmuffe 64 (über die Ansätze 34a und 64a) und von der Schaltmuffe 64 zur Abtriebswelle 52 (über die keilverzahnte Verbindung 66) ermöglicht werden. Ebenso können, wenn die Schaltmuffe 64 innerhalb des Fahrzeugs auswärts geschoben wird (d.h. in 3–5 nach links) die keilverzahnten Schnittstellen an den Ansätzen 64b und 60a in Eingriff gebracht werden und dadurch das Übertragen von Drehleistung vom Abtriebsrad 60 an die Schaltmuffe 64 (über die Ansätze 60a und 64b) und von der Schaltmuffe 64 zur Abtriebswelle 52 (über die keilverzahnte Verbindung 66) ermöglicht werden. Wenn die Schaltmuffe 64 einwärts geschoben wird, um mit dem Antriebsritzel 34 in Eingriff zu stehen (wie in 3–5), kann sich die Abtriebswelle 52 mit einer niedrigeren Drehzahl (z .B. mit einer gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle 22) drehen. Dies kann zweckdienlich sein wenn, zum Beispiel, der Wellenstummel 58 externen mechanischen Geräten Drehleistung bereitstellen soll. Im Gegensatz dazu kann sich, wenn die Schaltmuffe 64 auswärts geschoben wird, um mit dem Zahnrad 60 in Eingriff zu stehen (wie in 6 und 7), die Abtriebswelle 52 mit einer höheren Drehzahl drehen (d.h. mit der Drehzahl der Eingangswelle 22 multipliziert mit der Gangübersetzung des Leistungsübertragungswegs durch die Vorgelegewelle 42). Dies kann zum Beispiel zweckdienlich sein, wenn das PTS 14 eine Drehausgangsleistung zum Erzeugen von elektrischer Leistung durch ein externes Gerät bereitstellen soll.
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In bestimmten Ausführungsformen kann der vom PTS 14 genutzte jeweilige Leistungsübertragungsweg durch ein der entsprechenden Kupplungsvorrichtung zugeordnetes Vorspannelement beeinflusst werden. Zum Beispiel kann sich ein Kolben 68 von einem im Durchschnitt reduzierten Abschnitt 56a der Schnittstelle 56 durch einen Innenabschnitt der Abtriebswelle 52 zur Feder 70 erstrecken. Die Feder 70 kann auch ausgestaltet sein, sich innerhalb eines Innenabschnitts der Abtriebswelle 52 zu befinden. Wie in 3–7 gezeigt, kann die Feder 70 die Schaltmuffe 64 in eine Auswärtsrichtung vorspannen, so dass der Standardübertragungsweg durch das PTS 14 durch die Vorgelegewelle 42 verlaufen kann, und die Standardabtriebsdrehzahl an der Abtriebswelle 52 entsprechend höher sein kann als die Drehzahl der Eingangswelle 22. Wenn der Kolben 68 niedergedrückt wird, kann dadurch die Feder 70 zusammengedrückt werden, wodurch die Schaltmuffe einwärts geschoben wird. Dies kann dazu führen, dass Leistung von der Eingangswelle 22 (über die Schaltmuffe 64) direkt an die Abtriebswelle 52 übertragen wird, wobei sich die Abtriebswelle 52 und die Eingangswelle 22 mit derselben Drehzahl drehen. In Anbetracht dessen kann der Wellenstummel 58 zweckdienlicherweise so ausgestaltet sein, dass der im Durchmesser reduzierte Abschnitt 58a in den im Durchschnitt reduzierten Abschnitt 56a der Aufnahmeschnittstelle 56 passt. Dementsprechend kann das Einführen des Wellenstummels 58 in die Aufnahmeschnittstelle 56 dazu führen, dass die Feder 70 zusammengedrückt wird und die Schaltmuffe 64 mit dem Antriebsritzel 34 (statt mit dem Abtriebsrad 60) in Eingriff gelangt.
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Um nun auch auf 6 und 7 Bezug zu nehmen, so kann es zweckdienlich sein, andere Gerätewellen so auszugestalten, dass sie nicht in den im Durchmesser reduzierten Abschnitt 56a der Schnittstelle 56 passen. Auf diese Weise kann, wenn eine andere Gerätewelle mit der Abtriebswelle 52 in Eingriff gebracht wird (d.h. in der Aufnahmeschnittstelle 56 aufliegt), die Schaltmuffe 64 auswärts gleiten, um mit dem Abtriebsrad 60 in Eingriff zu stehen, und Leistung kann von der Eingangswelle 22 über die Vorgelegewelle 42 an die Gerätewelle übertragen werden. Zum Beispiel kann die Eingangswelle 72 der elektrischen Maschine 74 so ausgestaltet sein, dass sie den Kolben 68 nicht niederdrückt, wenn sie in die Aufnahmeschnittstelle 56 eingeführt wird. In bestimmten Ausführungsformen kann, zum Beispiel, die Welle 72 einen Außendurchmesser am einwärtigen Ende umfassen, der nicht in den im Durchmesser reduzierten Abschnitt 56a passt und dementsprechend den Kolben 68 nicht niederdrücken kann, um die Feder 70 zusammenzudrücken. Alternativ dazu kann, zum Beispiel, die Eingangswelle 72 ausgestaltet sein, zu kurz zu sein, um die Stange 68 niederzudrücken (oder anderweitig ausgestaltet, das Niederdrücken des Kolbens 68 zu verhindern). Zum Beispiel kann, wie in 6 dargestellt, die Eingangswelle 72 wenn die elektrische Maschine 74 mit dem Gehäuse 20 (oder einer rückwärtigen Oberfläche des Fahrzeugs 10) fluchtet, zu kurz sein, den Kolben 68 niederzudrücken. Dementsprechend kann die Feder 70 bewirken, dass die Schaltmuffe 64 auswärts gleitet, um mit dem Abtriebsrad 60 in Eingriff zu gelangen. Die Drehleistung kann dann von der Eingangswelle 22 über die Vorgelegewelle 42 zur Welle 72 übertragen werden, mit einer entsprechenden Erhöhung der Drehzahl über die Geschwindigkeit der Eingangswelle 22. Wie auch oben angemerkt, kann dies die für die Erzeugung von Strom mit der elektrischen Maschine 74 gewünschte höhere Drehzahl bereitstellen.
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In bestimmten Ausführungsformen kann ein Schutzschild für die elektrische Maschine als Teil des PTS 14 bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein zylinderförmiger Schutzschild 76 mit verschiedenen Luftspalten 76 am Gehäuse 20 befestigt (oder einstückig mit diesem geformt) sein. Dieser Schutzschild kann zum Beispiel davor schützen, dass Gegenstände mit dem rotierenden (nicht gezeigten) Gebläse in Berührung kommen und dabei gleichzeitig auch eine entsprechende Luftzirkulation zum Kühlen der elektrischen Maschine 74 bereitstellen.
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Immer noch mit Bezug auf 6 kann das PTS 14 in verschiedenen Ausführungsformen verschiedene Schmiervorrichtungen umfassen. Zum Beispiel kann das PTS 14 eine Rückförderpumpe (z. B. die Pumpe 78) umfassen, um Schmierflüssigkeit von innerhalb des PTS 14 zu einer separaten Wanne bzw. einem separaten Flüssigkeitsbehälter zurückzuführen. Ebenso kann das PTS 14 eine Schmierpumpe (z. B. die Pumpe 80) umfassen, um Schmierflüssigkeit von einer Wanne oder einem Behälter an verschiedene Komponenten innerhalb des PTS 14 zu verteilen. Ferner können verschiedene Innenkanäle für die entsprechende Verteilung von Schmierflüssigkeit innerhalb des PTS bereitgestellt werden.
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Andere Komponenten können ebenfalls enthalten sein. Zum Beispiel können, wegen der potentiell hohen Drehzahl der Abtriebswelle 52, ein Radial-Wellendichtring 86 zwischen dem Gehäuse 20 und der Abtriebswelle 52 an der Schnittstelle zwischen dem PTS 14 und der Umgebung enthalten sein. In bestimmten Ausführungsformen können dem Fahrzeug 10 bestimmte Montagehalterungen bereitgestellt werden, um die richtige Verbindung einer elektrischen Maschine (z. B. der elektrischen Maschine 74) oder eines anderen externen Geräts mit dem PTS 14 zu erleichtern. Die Montagehalterungen 88 können so ausgestaltet sein, dass, wenn die Halterungen 88 dazu verwendet werden, eine elektrische Maschine (z. B. die elektrische Maschine 74) am PTS 14 zu befestigen, eine Eingangswelle der elektrischen Maschine entsprechend in der Eingriffsschnittstelle 56 aufliegt.
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Bezugnehmend auf 8 und 9 ist nun eine Ansicht der Rückseite des Fahrzeugs 10 gezeigt, mit entferntem Schutzschild, um die Lage des PTS 14 besser zu zeigen. Es ist zu erkennen, dass das PTS 14 eine einfache Ausgestaltung des Fahrzeugs 10 ermöglichen kann, entweder mechanische Leistung (z. B. bei niedrigerer Drehzahl) oder Stromerzeugung (z. B. bei höherer Drehzahl) an dessen PTO-Ausgang bereitzustellen. Zum Beispiel ist in 9 zu sehen, dass die elektrische Maschine 74 an den Hinterabschnitt 90 des Fahrzeugs 10 (z. B. über (in 9 nicht gezeigte) Halterungen 88) montiert worden ist. Die Welle 72 kann sich entsprechend in die Aufnahmeschnittstelle 56 erstrecken und die Schaltmuffe 64 kann einen Leistungsübertragungsweg von der Eingangswelle 22 über die Vorgelegewelle 42 zur Welle 72 bereitstellen (wie auch in 6 und 7 gezeigt). Die Welle 72 kann sich somit mit einer entsprechend hohen Drehzahl für den Betrieb der elektrischen Maschine 74 drehen und es der elektrischen Maschine so ermöglichen, zweckdienlich elektrische Leistung zu erzeugen. Ebenso ist aus 8 zu ersehen, dass die elektrische Maschine 74 abgekoppelt wurde und der Wellenstummel 58 in die Aufnahmeschnittstelle 56 eingeführt wurde. Entsprechend kann die Schaltmuffe 64 einen Leistungsübertragungsweg unter Umgehung der Vorgelegewelle 42 direkt von der Eingangswelle 22 zur Welle 58 bereitstellen (wie auch in 3–5 gezeigt). Die Welle 58 kann sich somit mit einer entsprechenden Drehzahl für den Betrieb verschiedener mechanischer Geräte drehen.
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Es versteht sich, bei Betrachtung von 8 und 9, dass das PTS 14 entsprechend implementiert werden kann, ohne eine Modifizierung des Hinterabschnitts 90 des Fahrzeugs 10 zu erfordern. Dies kann, zum Beispiel, einfache Änderungen von Herstellungsverfahren und -plänen ermöglichen, um das PTS 14 in neue Fahrzeuge aufzunehmen, sowie vorhandene Fahrzeuge einfach nachzurüsten.
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Die hier verwendete Terminologie dient lediglich zur Beschreibung besonderer Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht einschränken. Die hier verwendeten Singularformen ”ein”, ”eine”, ”der”, ”die” und ”das” sollen auch die Pluralformen beinhalten, sofern aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass eine Verwendung des Ausdrucks ”umfassen” und von Ableitungen davon in dieser Beschreibung immer das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Bestandteilen angibt, nicht jedoch das Vorhandensein oder Hinzufügen eines bzw. einer oder mehrerer weiterer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließt.
