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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen Feldhäcksler.
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Stand der Technik
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Selbstfahrende Feldhäcksler werden zur Ernte von Gras- sowie Maissilage als Viehfutter oder zur Energiegewinnung in Biogasanlagen verwendet. Hierzu wird das zu erntende Erntegut von einem in der Front angebauten Erntevorsatz aufgenommen, einem mit einer Häckseltrommel ausgestatteten Häckselaggregat zugeführt und durch die Häckseltrommel im Zusammenwirken mit einer Gegenschneide zerkleinert und schließlich über einen Auswurfkrümmer einem Transportbehälter zum Abtransport des Ernteguts zugeführt. Zur Zerkleinerung des Ernteguts ist die Häckseltrommel mit über den Umfang verteilten Messern bestückt, deren Schärfegrad einen entscheidenden Einfluss auf die Schnittqualität und somit auf die Qualität der Silage haben. Aus diesem Grund müssen die Messer in regelmäßigen Intervallen nachgeschliffen werden. Je nach Verschleißzustand und Erntebedingungen kann dies mehrmals täglich notwendig sein. Das Schleifen geschieht nach dem Stand der Technik durch einen über der Häckseltrommel angeordneten Schleifstein, der bei einer in der normalen, beim Erntebetrieb oder sich gegensinnig dazu mit einer gegenüber dem normalen Erntebetrieb reduzierter Drehzahl drehenden Häckseltrommel quer über die Messer gezogen wird. Hierbei erfolgt ggf. eine radiale Verschiebung des Schleifsteins hin zur Häckseltrommel, die dann während eines einzelnen Schleifzyklus beibehalten wird. Je nach Zustand der Messer sind mehrere Schleifzyklen nötig.
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Das Antreiben der Häckseltrommel während des Schleifvorgangs wird im Stand der Technik durch mechanische oder hydrostatische Getriebe (vgl. beispielsweise
DE 10 2009 003 242 A1 ) realisiert, die es notwendig machen, dass der Verbrennungsmotor des Feldhäckslers beim Schleifvorgang zumindest in Leerlaufdrehzahl betrieben wird.
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Zudem ist vorgeschlagen worden (
DE 20 2011 002 195 U1 ), die bisherigen mechanischen oder hydrostatischen Antriebe von Erntegutförder- und/oder -bearbeitungselementen eines Feldhäckslers, die nur kleinere Antriebsleistungen benötigen, durch einen Elektromotor zu ersetzen, wozu man einen Generator durch den Verbrennungsmotor antreibt. Die größeren Verbraucher, wie die Häckseltrommel, werden jedoch mechanisch angetrieben, da hinreichend leistungsstarke Generatoren und Elektromotoren bisher als unwirtschaftlich angesehen werden. Wie die Häckseltrommel beim Schleifvorgang angetrieben wird, ist nicht beschrieben.
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Weiterhin wurde vorgeschlagen (s.
EP 1 563 724 A1 ), einen Feldhäcksler mit einem elektrischen Generator auszustatten, der beispielsweise innerhalb einer Häckseltrommel angeordnet sein kann und im normalen Erntebetrieb eine Batterie auflädt. Bei Lastspitzen wird der Generator aus der Batterie gespeist und dient zur Erhöhung der ansonsten vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Antriebsleistung. Zudem kann auch ein Vorpresswalzenpaar mit einem Generator und einer Batterie ausgestattet werden, was es erlaubt, die vom Generator der Häckseltrommel erzeugte, elektrische Energie zum Reversieren des Vorpresswalzenpaars zu nutzen. Auch hier wird nicht beschrieben, wie die Häckseltrommel beim Schleifvorgang angetrieben wird.
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Aufgabe
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Nach alledem ist erkennbar, dass der Verbrennungsmotor bisheriger Feldhäcksler beim Schleifen der Häckseltrommel im Betrieb sein muss. Da der Schleifvorgang üblicherweise vor oder nach der Arbeit erfolgt, wenn der Feldhäcksler wieder zu seinem Standort zurückgekehrt ist, oder während Arbeitspausen, entsteht dabei eine Geräuschbelastung und ein Kraftstoffverbrauch, die an sich unnötig wären.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Antriebssystem für einen Feldhäcksler bereitzustellen.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Ein Antriebssystem für einen Feldhäcksler umfasst einen Verbrennungsmotor sowie einen mechanischen Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Häckseltrommel, der einen ersten, mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abschnitt und einen zweiten, mit der Häckseltrommel gekoppelten Abschnitt umfasst. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind durch eine trennbare Kupplung untereinander mechanisch koppelbar. Mit dem zweiten Abschnitt des Antriebsstrangs ist ein Generator antriebsmäßig gekoppelt. Der Generator ist durch eine Schalteinrichtung elektrisch mit einem Stromspeicher verbindbar. Eine signalübertragend mit einem zur Betätigung der Kupplung angeordneten Aktor und der Schalteinrichtung verbundene Steuereinrichtung ist zur Durchführung eines Erntebetriebs in einer ersten Betriebsart betreibbar, in welcher die Kupplung geschlossen ist und der Generator bei Bedarf zum Aufladen des Stromspeichers mit dem Stromspeicher verbindbar ist. Zum Schleifen der Häckseltrommel ist die Steuereinrichtung in einer zweiten Betriebsart betreibbar, in welcher die Kupplung geöffnet und der Generator als Motor zum Antrieb der Häckseltrommel elektrisch aus dem Stromspeicher gespeist wird.
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Mit anderen Worten wird in der ersten Betriebsart (dem Erntebetrieb) die Häckseltrommel vom Verbrennungsmotor her über den ersten Abschnitt des Antriebsstrangs, die Kupplung und den zweiten Abschnitt des Antriebsstrangs mechanisch angetrieben. Mit dem zweiten Abschnitt des Antriebsstrangs ist ein elektrischer Generator antriebsverbunden, der in der ersten Betriebsart über eine von der (auch einen Aktor der Kupplung kommandierenden) Steuereinrichtung kontrollierte Schalteinrichtung mit einem Stromspeicher verbunden ist oder werden kann und zum Laden des Stromspeichers (z.B. Akkumulator, auch als Batterie bezeichnet) dient, solange der Stromspeicher noch nicht hinreichend geladen ist. In der zweiten Betriebsart (beim Schleifen der Häckseltrommel) weist die Steuereinrichtung den Aktor der Kupplung an, die Kupplung zu öffnen, sodass die Häckseltrommel mechanisch von dem Verbrennungsmotor getrennt wird. Der Antrieb der Häckseltrommel erfolgt in der zweiten Betriebsart durch den nunmehr von der Schalteinrichtung als Motor angesteuerten Generator, der durch den Stromspeicher gespeist wird.
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Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor in der zweiten Betriebsart durch einen Bediener und/oder selbsttätig durch die Steuereinrichtung abschaltbar zu machen, insofern nicht andere Kriterien gegen ein Abschalten des Verbrennungsmotors sprechen.
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Der Generator kann durch die Schalteinrichtung derart ansteuerbar sein, dass er die Häckseltrommel in der zweiten Betriebsart gegenüber der ersten Betriebsart mit verringerter Drehzahl und/oder umgekehrter Drehrichtung antreibt.
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Der Generator kann in der ersten Betriebsart durch die Schalteinrichtung mit einem Elektromotor verbunden werden, der zum Antrieb einer Gutbearbeitungs- und/oder Fördereinrichtung dient.
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Ausführungsbeispiel
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Anhand der Abbildungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische seitliche Ansicht eines selbstfahrenden Feldhäckslers, und
- 2 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem des Feldhäckslers.
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In der 1 ist einen selbstfahrender Feldhäcksler 10 in schematischer Seitenansicht dargestellt. Der Feldhäcksler 10 baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 14 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 16 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus ein Erntevorsatz 20 in Form eines Aufnehmers einsehbar ist. Mittels des Erntevorsatzes 20 vom Boden aufgenommenes Erntegut, z. B. Gras oder dergleichen, wird über einen Einzugsförderer 22 mit Vorpresswalzen, die innerhalb eines Einzugsgehäuses 24 an der Frontseite des Feldhäckslers 10 angeordnet sind, einer unterhalb der Fahrerkabine 18 angeordneten Häckseltrommel 26 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einer Fördervorrichtung 28 aufgibt. Das Gut verlässt den Feldhäcksler 10 zu einem nebenher fahrenden Transportfahrzeug über einen um eine etwa vertikale Achse drehbaren und in der Neigung verstellbaren Austragschacht 30. Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben, wie seitlich, unten und oben, auf die Vorwärtsbewegungsrichtung V des Feldhäckslers 10, die in der 1 nach rechts verläuft.
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Die 2 zeigt eine Draufsicht auf die Antriebsanordnung des Feldhäckslers 10. Im rückwärtigen Bereich des Feldhäckslers 10 befindet sich ein Verbrennungsmotor 36 insbesondere in Form eines Dieselmotors. Die Kurbelwelle 40 des Verbrennungsmotors 36 erstreckt sich in der Vorwärtsrichtung des Feldhäckslers 10. Der Verbrennungsmotor 36 treibt im Betrieb mit seiner Kurbelwelle 40 eine Längswelle 44 an, die mit dem ersten Kegelzahnrad 48 eines Winkelgetriebes 52 verbunden ist. Die Längswelle 44 treibt auch über Zahnräder 70, 72 und eine zweite Längswelle 76 ein Pumpenaggregat 74 an, das eine Hydropumpe zum Antrieb von Hydromotoren für den Vortrieb der Erntemaschine, eine Lenkpumpe und eine Hydropumpe zur Ölversorgung der Steuerung des hydrostatischen Antriebs für den Vortrieb der Erntemaschine 10 umfasst. Es wäre auch denkbar, über eines der Zahnräder 70, 72 oder ein dazwischen angeordnetes Zahnrad (nicht gezeigt) weitere permanent angetriebene Elemente, wie einen elektrischen Generator zur Versorgung des Bordnetzes des Feldhäckslers 10 und/oder einen Gebläseantrieb für die Kühlluftzufuhr für die Verbrennungsmotoren 36, 38 anzutreiben.
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Das zweite Kegelzahnrad 50 des Winkelgetriebes 52 ist mit einer Querwelle 80 verbunden, die sich durch eine mit der Riemenscheibe 82 verbundene Hohlwelle 106 hindurch auf die von dem Winkelgetriebe 52 abgewandte Seite der Riemenscheibe 82 erstreckt und dort mit einer Kupplung 78 verbunden ist. Die Kupplung 78 ist ausgangsseitig mit der Hohlwelle 106 verbunden, die außerdem auf der dem Winkelgetriebe 52 zugewandten Seite der Riemenscheibe 82 über Zahnräder 96, 108 und 100 einen Generator 102 antreibt. Die Kupplung 78 ermöglicht es, den Treibriemen 84 und mit ihm die Häckseltrommel 26 und die Fördervorrichtung 28 ein- und auszuschalten.
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Der Generator 102 ist als Drehstromgenerator ausgeführt und über eine dreiphasige Leitung 124 mit einer Schalteinrichtung 126 verbunden, die einen Umrichter beinhaltet. Die Schalteinrichtung 126 ist über ebenfalls dreiphasige Leitungen mit einem ersten Elektromotor 112, der über ein Getriebe 114 die Vorpresswalzen des Einzugsförderers 22 antreibt, und mit einem zweiten (an Bord des Feldhäckslers 10 oder auf dem Erntevorsatz 20 angeordneten) Elektromotor 116 verbunden, der die mechanisch angetriebenen Elemente des Erntevorsatzes 20 antreibt. Die Schalteinrichtung 126 hat zudem einen Gleichstromanschluss, der über einen ersten Gleichstrombus 128 mit einem Gleichspannungswandler 130 verbunden ist, der seinerseits über einen zweiten Gleichstrombus 132 mit einem Stromspeicher 134 in Form eines Akkumulators verbunden ist. Während der zweite Gleichstrombus 132 und der Stromspeicher 134 mit relativ niedrigen Spannungen (z.B. 60 V) arbeiten, kann der erste Gleichstrombus 128 mit demgegenüber höheren Spannungen (z.B. im Bereich von einigen 100 V) arbeiten. Es wäre auch denkbar, dass der Generator 102 und die Motoren 112, 116 als Gleichstrommotoren ausgeführt sind. Der Umrichter der Schalteinrichtung 126 würde dann als Gleichspannungswandler ausgeführt sein und der Gleichspannungswandler 130 könnte optional entfallen. Auch können anstelle der Elektromotoren 112, 116 oder zusätzlich dazu weitere Elektromotoren zum Antrieb anderer Elemente des Feldhäckslers 10 mit der Schalteinrichtung 126 verbunden sein, z.B. für den Fahrantrieb oder zum Antrieb von stromab der Häckseltrommel 26 angeordneten Konditionierwalzen 38.
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Eine elektronische Steuereinrichtung 94 ist mit einer Bedienerschnittstelle 98, der Schalteinrichtung 126 und einem Aktor 122 der Kupplung sowie einer Motorsteuerung 42 des Verbrennungsmotors 36 verbunden. Sie ermöglicht zumindest zwei Betriebsarten des Feldhäckslers 10, die mittels der Bedienerschnittstelle 98 ausgewählt werden können:
- (a) Eine erste Betriebsart, die dem normalen Erntebetrieb entspricht. In der ersten Betriebsart weist die Steuereinrichtung 94 den Aktor 122 an, die Kupplung 78 zu schließen. Dadurch wird ein erster (aus der Längswelle 44, dem Winkelgetriebe 52 und der Querwelle 80 aufgebauter) Abschnitt des mechanischen Antriebsstrangs der Häckseltrommel 26, der zwischen dem Verbrennungsmotor 36 und der Kupplung 78 liegt und ein zweiter (aus der Hohlwelle 106, der Riemenscheibe 82, dem Riemen 84, der Riemenscheibe 88 und der Welle der Häckseltrommel 26 aufgebauter) Abschnitt des mechanischen Antriebsstrangs der Häckseltrommel 26, der zwischen der Kupplung 78 und der Häckseltrommel 26 liegt, mechanisch untereinander verbunden, sodass der dann - aufgrund einer Anweisung der Steuereinrichtung 94 an die Motorsteuerung 42 - laufende Verbrennungsmotor 36 die Häckseltrommel 26 in der für den Erntebetrieb erforderlichen Drehrichtung mit dafür geeigneter Drehzahl antreibt. In der ersten Betriebsart versorgt der Generator 102 über die Schalteinrichtung 126 die Elektromotoren 112, 116 mit elektrischer Energie und er lädt bei Bedarf den Stromspeicher 134 über die Gleichstrombusse 128, 132 und den Gleichspannungswandler 130 auf. Ist der Stromspeicher 134 zu einem hinreichenden Maß geladen, wird der Ladevorgang beendet, sodass der Generator 102 dann nur die Elektromotoren 112, 116 anzutreiben braucht und er kein Drehmoment vom Verbrennungsmotor 36 zum Laden des Stromspeichers 134 mehr abnimmt. Die Drehzahl der Elektromotoren 112 und/oder 116 kann durch die Steuereinrichtung 94 durch entsprechende Ansteuerung der Schalteinrichtung 126 veränderbar sein, wozu Spannung und/oder ggf. Frequenz des den Elektromotoren 112 und/oder 116 zugeführten Gleich- oder Wechselstroms durch die Schalteinrichtung 126 variiert werden können. Dadurch ist eine Variation der Schnittlänge des Ernteguts durch Verstellen der Drehzahl des Elektromotors 112 und ggf. eine Anpassung der Zuführgeschwindigkeit des Erntevorsatzes 20 an die Geschwindigkeit der Vorpresswalzen des Einzugsförderers 22 möglich.
- (b) Eine zweite Betriebsart, die zum Schleifen der Messer der Häckseltrommel 26 durch eine Schleifeinrichtung 120 dient. In der zweiten Betriebsart, die mit der Bedienerschnittstelle 98 oder selbsttätig durch einen geeigneten Schärfensensor ausgewählt werden kann, weist die Steuereinrichtung 94 den Aktor 122 an, die Kupplung 78 zu öffnen. Der Verbrennungsmotor 36 kann nun durch die Steuereinrichtung 94 abgeschaltet werden. Der Antrieb der Häckseltrommel 26 erfolgt nunmehr durch den Generator 102, der durch die von der Steuereinrichtung 94 kontrollierte Schalteinrichtung 126 als Motor geschaltet und vom Stromspeicher 134 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Motoren 112, 116 werden in der zweiten Betriebsart ausgeschaltet. In der zweiten Betriebsart dreht die Häckseltrommel 26 vorzugsweise gegensinnig zur ersten Betriebsart und mit gegenüber der ersten Betriebsart verminderter, aber von 0 verschiedener Drehzahl. Die Versorgung von in der zweiten Betriebsart angetriebenen Elementen, z.B. der Schleifeinrichtung 120 kann durch das (batteriegestütze) Bordnetz des Feldhäckslers 10 und/oder den Stromspeicher 134 erfolgen. Die Steuereinrichtung 94 kann in der zweiten Betriebsart die Motorsteuerung 42 selbsttätig veranlassen, den Verbrennungsmotor 36 abzustellen, insofern nicht andere, einen Betrieb des Verbrennungsmotors 36 erfordernde Kriterien dagegen sprechen, wie ein Fahrbetrieb des Feldhäckslers 10 oder der Wunsch des Bedieners, eine Klimatisierung der Kabine 18 aufrecht zu erhalten. Dazu kann die Steuereinrichtung 94 im Fall, dass der Verbrennungsmotor 36 nicht zum Fahrbetrieb oder andere Operationen des Feldhäckslers 10 benötigt wird, was sie anhand entsprechender Eingaben oder Sensorwerte erkennen kann, den Bediener über die Bedienerschnittstelle 98 zu einer Eingabe auffordern, ob der Verbrennungsmotor 36 abgeschaltet werden soll oder nicht und ihn ggf. abschalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009003242 A1 [0003]
- DE 202011002195 U1 [0004]
- EP 1563724 A1 [0005]
