DE102019214355A1

DE102019214355A1 - Antriebssystem eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs und Verfahren zu dessen Betrieb gemeinsam mit einem zumindest einen elektrischen Verbraucher aufweisenden Anbaugerät

Info

Publication number: DE102019214355A1
Application number: DE102019214355.5A
Authority: DE
Inventors: Samuel Willems; Raphael Himmelsbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Bei einem Antriebssystem eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs (1) mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (3) und einem eine elektromechanische Leistungsverzweigung aufweisenden Planetengetriebe (4) weist die Leistungsverzweigung zwei gemeinsam einen Variator (14) bildende elektrische Maschinen (5 und 13) auf. Diese werden je nach Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses am Planetengetriebe (4) und einer Leistungsanforderung zumindest eines elektrischen Verbrauchers (20, 21, 22) eines Anbaugerätes (2) jeweils als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben, wobei die von zumindest einer der elektrischen Maschinen (5, 13) erzeugte elektrische Leistung auf einen Zwischenkreis (17) übertragen wird, der mit diesen und dem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) verbunden ist. Zur Verbesserung der Versorgung des zumindest einen Verbrauchers mit elektrischer Leistung derart, dass dieser auch bei erhöhtem Leistungsbedarf konstant betrieben werden und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten werden kann, soll eine Steuereinheit (18) manuell oder automatisch in einen Modus zur kontinuierlichen Versorgung des zumindest einen Verbrauchers (20, 21, 22) mit elektrischer Leistung verstellbar sein, wobei die Steuereinheit (18) mit einer ersten Verstellvorrichtung (26') zur Einstellung der Drehzahl des Antriebsmotors (3) und einer zweiten Verstellvorrichtung (26a') zur Einstellung einer Übersetzung des Variators (14) verbunden ist, und wobei von der Steuereinheit (18) in dem Modus in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung die Drehzahl des Antriebsmotors (3) veränderbar und/oder die Übersetzung des Variators (14) ins Langsame oder Schnelle verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor und einem eine elektromechanische Leistungsverzweigung aufweisenden Planetengetriebe, wobei die Leistungsverzweigung zwei gemeinsam einen Variator bildende elektrische Maschinen aufweist, die je nach Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses am Planetengetriebe und einer Leistungsanforderung zumindest eines elektrischen Verbrauchers eines Anbaugerätes jeweils als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben werden, wobei die von zumindest einer der elektrischen Maschinen erzeugte elektrische Leistung auf einen Zwischenkreis übertragen wird, der mit diesen und dem zumindest einen elektrischen Verbraucher verbunden ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs gemeinsam mit einem zumindest einen elektrischen Verbraucher aufweisenden Anbaugerät, wobei ein Fahrantrieb des Fahrzeugs von einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor über ein mit einer elektromechanischen Leistungsverzweigung versehenes Planetengetriebe angetrieben wird, wobei eine erste und eine zweite elektrische Maschine der Leistungsverzweigung in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung durch die elektrischen Verbraucher und einem eingestellten Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben werden und wobei die von den elektrischen Maschinen erzeugte elektrische Leistung auf einen Zwischenkreis übertragen wird, der mit zumindest einem in einem Anbaugerät vorgesehenen elektrischen Verbraucher verbunden ist.
Land- und bauwirtschaftlich nutzbare Fahrzeuge werden im Allgemeinen mit einer großen Anzahl unterschiedlicher im Front- oder Heckbereich angekuppelter Anbaugeräte betrieben, die zur Ausführung unterschiedlicher Arbeiten dienen. Viele der Anbaugeräte werden mechanisch über eine auch als Zapfwelle bezeichnete Power-Take-Off-Welle (PTO) angetrieben, wobei eine von der Zapfwelle über eine Gelenkwelle auf das Anbaugerät übertragene Drehzahl durch den Hersteller des Geräts vorgegeben wird und hierzu bislang drei unterschiedliche Normdrehzahlen zur Verfügung stehen. Diese werden durch ein schaltbares Zapfwellengetriebe und eine vorgegebene Drehzahl des Antriebsmotors erreicht. Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit innerhalb des Anbaugeräts hydrostatische Antriebe vorgesehen, wobei die Hydromotoren dieser Antriebe über ein mit Remote-Anschlüssen versehenes Power-Beyond-Anschlusssystem des Fahrzeugs mit Druckmittel versorgt werden.
Entsprechende hydrostatische Antriebe können zum einen durch elektrische Antriebe ersetzt werden, wobei die elektrische Leistung den Verbrauchern des Anbaugeräts aus einem zum Teil mit einer höheren Nennspannung betriebenen Bordnetz des Fahrzeugs über einen AEF-Konnektor und ein Verbindungskabel zur Verfügung gestellt wird. Zum anderen wird inzwischen bei vielen Anbaugeräten auf einen Antrieb über eine mechanische Zapfwelle verzichtet und der jeweilige, nachfolgend auch als Baueinheit bezeichnete Verbraucher des Anbaugerätes nur noch elektrisch angetrieben, so dass sich die Drehzahl der Baueinheit stufenlos verstellen lässt, was sehr vorteilhaft ist. Dabei können mehrere Schnittstellen, also AEF-Konnektoren, und mehrere auf dem Anbaugerät betriebene Baueinheiten vorgesehen. Diese Versorgung von einer oder mehreren Entnahmestellen des Anbaugerätes mit der Leistung des Fahrzeugs wird nachfolgend auch als elektrische Zapfwelle (ePTO) bezeichnet.
Außerdem weisen moderne land- und bauwirtschaftlich nutzbare Fahrzeuge zumeist leistungsverzweigte Getriebe auf, mit denen sich ein Übersetzungsverhältnis des Fahrantriebes stufenlos verstellen lässt. In der Vergangenheit waren diese stufenlosen Antriebssysteme in der Regel als hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigung mit einem Planetengetriebe und einem mit diesem eingangs- oder ausgangsseitig gekoppelten, als hydrostatisches Getriebe ausgebildeten Stellgetriebe, das auch als Variator bezeichnet wird, versehen. Dem Planetengetriebe ist in der Regel ein stufenweise in unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse schaltbares Schaltgetriebe in Vorgelegebauweise oder ebenfalls als Planetengetriebe nachgeschaltet. Die vom Verbrennungsmotor übertragene Eingangsleistung wird bei der Leistungsverzweigung in zwei Leistungszweige aufgeteilt, nämlich in einen mechanischen und einen hydrostatischen Leistungszweig. Dabei kann ein günstiger Wirkungsgrad erzielt werden, wenn die von einem Verbrennungsmotor übertragene Leistung zu einem hohen Anteil über den mechanischen Leistungspfad übertragen wird, wohingegen sich der Wirkungsgrad verschlechtert, wenn die Leistung zu einem höheren Anteil über das hydrostatische Stellgetriebe übertragen wird.
Bei einer elektro-mechanischen Leistungsverzweigung, um die es nachfolgend geht, besteht der Variator aus zwei elektrischen Maschinen, die beim Zusammenwirken mit dem Planetengetriebe als Elektrogenerator oder Elektromotor betrieben werden. Die Antriebsleistung des Antriebsmotors wird auf einen elektrischen und einen mechanischen Pfad aufgeteilt. Dabei arbeiten die elektrischen Maschinen je nach Betriebspunkt als Elektromotor oder als Elektrogenerator, wobei generatorisch erzeugte Leistung in einen Zwischenkreis eingespeist wird, an das auch das zuvor erwähnte mit einer höheren Nennspannung betriebene Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen sein kann. Dabei ergibt sich bei einer elektro-mechanischen Leistungsverzweigung in einigen Betriebsbereichen zwangsläufig ein Betrieb der elektrischen Maschinen mit generatorischer Leistungsteilung, in dem beide elektrischen Maschinen als Generatoren arbeiten und elektrische Leistung erzeugen.
Das bietet auch unter dem Gesichtspunkt der Dimensionierung der Maschinen Vorteile. Wenn in einem Betrieb mit einer elektrischen Maschine als Elektrogenerator und der anderen elektrischen Maschine als Elektromotor die gleiche elektrische Leistung im Zwischenkreis zur Verfügung gestellt werden soll, müsste im Hinblick darauf die generatorisch arbeitende elektrische Maschine größer dimensioniert werden als das für andere Betriebsbereiche erforderlich ist. Im Bereich der generatorischen Leistungsteilung addieren sich die Generatorleistungen, und eine kleinere Dimensionierung der elektrischen Maschinen ist möglich, so dass bei gleicher Auslegung in den verschiedenen Betriebsbereichen unterschiedlich viel elektrische Leistung abgegeben werden kann. Durch Schnittstellen, wie beispielsweise die Verbindung über einen AEF-Konnektor mit einem oder mehreren Verbrauchern des Anbaugeräts oder durch auf dem Fahrzeug angebrachte Komponenten kann die durch generatorische Leistungsteilung erzeugte elektrische Leistung gezielt ausgenutzt werden.
Ein landwirtschaftlich nutzbares Fahrzeug mit einem an dieses ankuppelbares Anbaugerät gemäß der jeweiligen Gattung der Patentansprüche 1, 4 und 6 geht aus der DE 10 2015 208 160 A1 hervor. Die Getriebevorrichtung weist einen elektrischen Variator auf, der aus einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine und einer Steuerung der elektrischen Maschinen besteht. Wenn eine externe Leistungsanforderung besteht, die durch einen außerhalb der Getriebevorrichtung vorgesehenen elektrischen Verbraucher verursacht wird, so soll ein Übersetzungsbereich des Getriebes mit verstellbarer Übersetzung derart eingestellt werden, dass die erste elektrische Maschine generatorisch und die zweite elektrische Maschine derart betrieben werden, dass eine bezogen auf die externe Leistungsanforderung bestehende Leistungsunterdeckung bzw. der Leistungsüberdeckung kompensiert wird.
Unter einer externen Leistungsanforderung ist zu verstehen, dass beispielsweise von einem auf dem Fahrzeug angeordneten elektrischen Verbraucher oder von einem elektrischen Verbraucher eines an das Fahrzeug angekuppelten Anbaugeräts Leistung angefordert wird. Eine Leistungsunterdeckung soll vorliegen, wenn die externe Leistungsanforderung die erzeugte elektrische Leistung übersteigt. Unter einer Leistungsüberdeckung wird ein Betrieb verstanden, bei dem die erzeugte elektrische Leistung die externe Leistungsanforderung übersteigt. Für den Fall, dass nur einer der elektrischen Maschinen eine elektrische Leistung in einer bestimmten Höhe erzeugt, aber ein höherer externer Leistungsbedarf besteht, soll diese Differenz zumindest teilweise dadurch kompensiert werden, dass die andere elektrische Maschine ebenfalls generatorisch betrieben wird. Es soll also dieser Betrieb des Variators mit generatorischer Leistungsteilung, der sich zwangsläufig durch dessen Ausgestaltung und Zusammenwirken mit dem Planetengetriebe ergibt, zur Deckung des externen Leistungsbedarfs dienen.
Weiterhin ist aus der DE 10 2011 087 946 A1 ein elektrisch stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe mit einem Variator, der zwei elektrische Maschinen aufweist, bekannt. Ein Verbrennungsmotor ist antriebsmäßig mit einem Planetengetriebe und mit einer ersten elektrischen Maschine, die als Generator wirkt, verbunden. Für den elektrischen Leistungspfad ist die erste elektrische Maschine über einen elektrischen Zwischenkreis mit einer zweiten, als Motor dienenden elektrischen Maschine verbunden. Außerdem soll dem Zwischenkreis ein Steuer-und Regelkreis bzw. Ansteuerkreis zugeordnet sein, der regelungstechnisch die Umrichter der beiden elektrischen Maschinen miteinander verbindet. Der Steuer- und Regelkreis weist zumindest einen Übersetzungsregler zum Einstellen der gewünschten bzw. vorgegebenen Sollübersetzung des Getriebes und zumindest einen Spannungsregler zum Einstellen einer vorgegebenen Sollspannung des Zwischenkreises auf.
Dadurch soll ein Ansteuerkonzept geschaffen werden, mit dem eine vorgegebene Übersetzung optimal im Sinne der Regelgütedynamik und des Regelaufwandes bzw. des Energiebedarfes eingeregelt werden kann. Wenn von dem Zwischenkreis auch Nebenantriebe versorgt werden, können diese Nebenantriebe und somit auch die daran angeschlossenen Nebenverbraucher von dem Zwischenkreis mit Hilfe des Steuer- und Regelkreises entsprechend angesteuert werden. Beispielsweise kann ein erhöhter Leistungsbedarf der Nebenverbraucher in dem elektrischen Zwischenkreis berücksichtigt werden, indem eine Anhebung der Drehzahl des Verbrennungsmotors über den Steuer- und Regelkreis angefordert wird.
Außerdem geht aus der DE 10 2016 218 159 A1 ein mit einer elektromechanischen Leistungsverzweigung versehenes Planetengetriebe eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs hervor. Als Energiewandler bezeichnete elektrische Maschinen sind zum einen als erster und zweiter, jeweils als Generator und Motor ausgebildete Energiewandler Bestandteil eines Variators und andererseits als dritter und vierter Energiewandler mit der Wirkung als Motoren für einen Antrieb einer Vorderachse des Fahrzeugs und einen Antrieb eines Anbaugerätes vorgesehen. Die Energiewandler sind über einen als elektrische Leitung bezeichneten Zwischenkreis miteinander verbunden und über eine Leistungselektronik geregelt, wobei zumindest der dritte und/oder vierte Energiewandler dazu vorgesehen sein sollen, dauerhaft mit einer von der ersten Zusatzantriebseinheit abgezweigten elektrischen Leistung versorgt zu werden, um eine Drehmomentbelastung an dem zweiten Energiewandler herabzusetzen und das Fahrzeug mit einer maximalen Zugleistung zu betreiben.
Dadurch soll eine dauerhafte Leistungsteilung innerhalb der ersten Zusatzantriebseinheit erfolgen, wobei die abgezweigte Leistung dauerhaft an den dritten und/oder vierten Energiewandler abgeführt wird. Alternativ soll es auch denkbar sein, die abgezweigte Leistung lediglich temporär an mindestens einen weiteren Verbraucher abzuführen. Mittels dieser Antriebsanordnung soll eine Bereitstellung einer elektrischen Energie durch den Zwischenkreis, ohne dabei die Getriebeübersetzung und dadurch auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors anpassen zu müssen, ermöglicht werden. Dabei soll im System keine Blindleistung auftreten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Versorgung des zumindest einen auf dem Anbaugerät angeordneten Verbrauchers mit elektrischer Leistung derart zu verbessern, dass dieser auch bei erhöhtem Leistungsbedarf konstant betrieben werden und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1, 4 und 6 in Verbindung mit deren kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Patentansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Danach besteht gemäß Patentanspruch 1 ein Antriebssystem eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs aus einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor und einem eine elektromechanische Leistungsverzweigung aufweisenden Planetengetriebe. Im Rahmen der Leistungsverzweigung wird die vom Antriebsmotor übertragene Leistung auf einen mechanischen Leistungspfad und einen auch als Variator bzw. als Stell- oder Überlagerungsgetriebe bezeichneten elektrischen Leistungspfad aufgeteilt, der stufenlos verstellbar ist. In dem Variator wird die mechanische Leistung in elektrische Leistung gewandelt und umgekehrt.
Der Variator weist zwei elektrische Maschinen auf, die je nach einem an diesem Übersetzungsverhältnis und einer externen Leistungsanforderung durch zumindest einen elektrischen Verbraucher eines Anbaugerätes als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben werden. Dabei wird das Übersetzungsverhältnis, ausgehend von einer elektrischen Spannung innerhalb eines Stellbereichs des Variators durch eine Steuereinheit eingestellt. Die von zumindest einer der elektrischen Maschinen erzeugte elektrische Leistung wird auf einen Zwischenkreis übertragen, der mit diesen und mit dem elektrischen Verbraucher verbunden ist.
Erfindungsgemäß soll die Steuereinheit manuell oder automatisch in einen Modus zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrauchers mit elektrischer Leistung verstellbar sein. Durch entsprechende auf dem Anbaugerät angeordnete Verbraucher sind vorzugsweise als mit Elektromotoren versehene Komponenten ausgebildet, für deren Antrieb bislang eine mechanische Zapfwelle (PTO) oder ein über Schlauchleitungen verbundenes hydrostatisches Antriebssystem vorgesehen war. Die Steuereinheit, die dem Antriebssystem zugeordnet ist, steht mit einer ersten Verstellvorrichtung zur Einstellung der Drehzahl des Verbrennungsmotors und einer zweiten Verstellvorrichtung zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes durch Verstellung des Variators in Verbindung. In dem Modus zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrauchers mit elektrischer Leistung wird ein Betriebspunkt, in dem der Variator mit generatorischer Leistungsteilung betrieben wird, gezielt angefahren, wofür in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung die Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes mittels der Steuereinheit und des Variators verstellbar sind.
Wenn also dieser Modus aktiviert ist, was manuell durch den Fahrer per Tastendruck an einem Terminal in der Fahrerkabine oder per automatischer Erkennung durch das System geschehen soll, wird das Antriebssystem durch die Steuereinheit derart gesteuert, dass für eine maximal mögliche Entnahme von elektrischer Leistung aus dem Zwischenkreis die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Übersetzung des Planetengetriebes geändert werden. Durch diese Verstellung wird erreicht, dass der Betriebspunkt der beiden elektrischen Maschinen des Variators in Bereiche der generatorischen Leistungsteilung verschoben wird. Wenn dieser Modus nicht aktiviert wäre, würde das Antriebssystem an Betriebspunkten arbeiten, in welchen die elektrischen Maschinen als Motor und Generator arbeiten. Demzufolge müsste dann der jeweilige Generator größer dimensioniert sein, um eine vergleichbare Leistung abführen zu können.
Wichtig ist dabei, dass dieser Modus aktiv vom Fahrer oder durch ein Einschalten der entsprechenden Funktion des Anbaugeräts aktiviert werden kann. Im Falle einer manuellen Bedienung kann der Fahrer bei Beginn einer Arbeit mit dem angekuppelten Anbaugerät den Modus aktivieren oder ihm wird signalisiert, dass die Leistungsanforderung die Leistung des Zwischenkreises übersteigt, und er aktiviert dann den Modus. Bei einer automatischen Aktivierung des Modus' werden die vorgenannten Voraussetzungen über eine Signalleitung auf die Steuereinheit übertragen, die dann den Modus auslöst. Wenn hingegen vorgesehen ist, dass das land- der bauwirtschaftlich nutzbare Fahrzeug gerade als Zugfahrzeug, also ohne externe elektrische Verbraucher eines angekuppelten Anbaugeräts betrieben werden soll, ist der erfindungsgemäß vorgesehene Modus deaktiviert.
Demgegenüber ist bei der Vorrichtung nach der DE 10 2015 208 160 A1 eine entsprechende manuelle oder automatische Betätigung einer Steuereinheit in einen Betriebsmodus zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrauchers mit elektrischer Leistung nicht vorgesehen. Dabei besteht zwar bei einer externen Leistungsanforderung, neben der ersten elektrischen Maschine auch die zweite elektrische Maschine generatorisch zu betreiben, wozu es aber im Stellbereich des elektrischen Variators gemeinsam mit der Planetenstufe kommt, denn diese Betriebspunkte werden durch eine geeignete Wahl der jeweils stufenlos eingestellten Getriebeübersetzung generell durchfahren. Eine Anpassung der Drehzahl des Antriebsmotors, mit der die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst werden kann, wird nach der Druckschrift nicht vorgenommen.
Sowohl die DE 10 2011 087 946 A1 als auch die DE 10 2016 218 159 A1 stellen darauf ab, dass die erste elektrische Maschine als Generator und die zweite elektrische Maschine als Motor betrieben werden, um einem externen Verbraucher Leistung zur Verfügung zu stellen. Obwohl bei den in diesen Druckschriften beschriebenen elektromechanischen Leistungsverzweigungen Betriebspunkte durchfahren werden, in denen systembedingt eine generatorische Leistungsteilung auftritt, wird vorgeschlagen, die für den Antrieb eines externen Verbrauchers erforderliche Leistung ausschließlich mittels der ersten, dann als Generator arbeitenden elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen, weshalb diese für eine hohe Leistung entsprechend groß dimensioniert sein muss. Ein Betrieb mit generatorischer Leistungsteilung ist also nicht vorgesehen. Nach der DE 10 2011 087 946 A1 ist zwar vorgesehen, bei einem erhöhten Leistungsbedarf der Nebenverbraucher in dem elektrischen Zwischenkreis über den Steuer- und Regelkreis die Drehzahl des Verbrennungsmotors anzuheben; das zielt aber nur darauf ab, die Leistung des einzigen Generators zu erhöhen.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein als elektrische Batterie ausgebildeter Zwischenspeicher über die Steuereinheit mit dem Zwischenkreis oder dem elektrischen Verbraucher des Anbaugeräts verbindbar ist. Durch die Implementierung einer Batterie und eine abgestimmte Betriebsstrategie kann in Bereichen ohne generatorische Leistungsteilung den Anbaugeräten zusätzliche elektrische Leistung zur Verfügung gestellt werden. In einem ersten Fahrbereich kann die Batterieleistung genutzt werden, um die benötigte Peak-Leistung der elektrischen Maschinen bei Leistungsentnahme aus dem elektrischen Zwischenkreis zeitweise zu reduzieren und diese dementsprechend kleiner dimensionieren zu können.
Die Funktion in dem erfindungsgemäßen Modus, mit der für die Steuerung des Antriebssystems die Betriebspunkte verschoben werden, kann dabei aktiviert werden, um die Batterie auf einem konstanten Ladelevel zu halten. In den Bereichen der konventionellen Leistungsteilung bei eingangsgekoppelten Systemen kann durch den Einsatz der Batterie mehr Antriebsleistung am Fahrantrieb zur Verfügung gestellt werden. Dabei muss die Batterie nicht zwangsläufig groß ausgeführt sein, wenn über die Betriebsstrategie eine hohe Ladung der Batterie mittels einer möglichen Betriebspunktverschiebung der Drehzahl des Verbrennungsmotors sichergestellt wird. Das ist nur möglich, wenn das Gesamtsystem nicht an seiner Leistungsgrenze sondern im Teillastbetrieb betrieben wird. Auch ein zeitlich begrenzter Boost-Betrieb, in dem die Batterie zusätzliche Leistung für den Fahrantrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stellt, ist möglich.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Batterie in einem im Frontbereich des Fahrzeugs, dessen Vorderachse vorgelagerten Behälter angeordnet ist und zu dessen Ballastierung dient. Eine Ballastierung des Fahrzeugs ist in der Regel erforderlich, um das Traktionsverhalten der auf der Vorderachse angebrachten Räder zu verbessern. Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, mehrere Batterien vorzusehen, die im Fahrzeug zu dessen Ballastierung unterschiedlich positioniert sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch im Rahmen eines Verfahrens zum Betrieb eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs gemeinsam mit einem zumindest einen elektrischen Verbraucher aufweisenden Anbaugerät gelöst, wobei ein Fahrantrieb des Fahrzeugs von einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor über ein mit einer elektromechanischen Leistungsverzweigung versehenes Planetengetriebe angetrieben wird. Dem Planetengetriebe ist an seinem als Summierungsgetriebe dienenden Teil vorzugsweise ein mehrere Schaltstufen aufweisendes Schaltgetriebe nachgeschaltet.
Dabei werden eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die gemeinsam einen Variator für die Leistungsverzweigung bilden, in Abhängigkeit von einer Steuerung durch eine Steuereinheit und einer Leistungsanforderung durch den zumindest einen Verbraucher jeweils als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben. Wenn beide elektrische Maschinen als Elektrogeneratoren betrieben werden, handelt es sich um einen Betrieb im Bereich der generatorischen Leistungsteilung. Die von einer oder beiden elektrischen Maschinen erzeugte elektrische Leistung wird auf einen Zwischenkreis übertragen, der mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher verbunden ist.
Dabei soll erfindungsgemäß im Rahmen einer Routineüberwachung eine eventuelle Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis ermittelt und ein Signal auf die Steuereinheit übertragen werden. Dabei wird von der Steuereinheit ermittelt, ob die Leistungsentnahme eine im Zwischenkreis zur Verfügung stehende Leistung überschreitet. Ist das der Fall, wird in der Steuereinheit ein Modus zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrauchers mit elektrischer Leistung gesetzt. In dem Modus wird zunächst ein Betriebspunkt des Variators angefahren, in welchem beide elektrische Maschinen als Elektrogeneratoren arbeiten. Anschließend werden im Modus im Hinblick auf eine einzuhaltende Fahrgeschwindigkeit und eine optimale Auslastung des Antriebsmotors dessen Motordrehzahl überprüft.
Falls erforderlich, wird die Motordrehzahl von der Steuereinheit auf die Nenndrehzahl angepasst, also angehoben oder abgesenkt. Weiterhin wird von der Steuereinheit geprüft, ob unter Berücksichtigung der angepassten Motordrehzahl eine vorgegebene Fahrgeschwindigkeit erzielbar ist, woraufhin durch die Steuereinheit eventuell eine Änderung der Getriebeübersetzung des Planetengetriebes vorgenommen wird, so dass zum einen eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit erreicht wird und zum anderen ausreichende Leistung auf den Verbraucher übertragen werden kann.
Weiterhin soll die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe im Rahmen eines die zuvor erläuterten Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 4 aufweisenden Verfahrens gelöst werden. Dabei soll erfindungsgemäß die Steuereinheit für einen Betrieb des Anbaugeräts mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher manuell in einen Modus zur kontinuierlichen Versorgung des Verbrauchers mit elektrischer Leistung geschaltet werden. Im Ablauf dieses Modus' wird die Motordrehzahl des Antriebsmotors geprüft und bis auf die Nenndrehzahl angehoben. Weiterhin wird von der Steuereinheit geprüft, ob unter Berücksichtigung der angepassten Motordrehzahl eine vorgegebene Fahrgeschwindigkeit erzielbar ist, woraufhin diese durch eine eventuelle durch die Steuereinheit bewirkte Änderung der Übersetzung des Planetengetriebes erfolgt.
Ein entsprechender Ablauf kann folgender maßen gestaltet sein: Der Fahrer hat den ePTO-Modus manuell per Tastendruck aktiviert, wobei jedoch zunächst noch keine elektrische Leistung seitens des Anbaugeräts gefordert wird. Die erste arbeitet generatorisch, die zweite elektrische Maschine motorisch, so dass sich das System in diesem Betriebspunkt im Zustand der regulären Leistungsteilung befindet.
Wenn nun der eigentlich Arbeitszyklus beginnt, fordert das Anbaugerät bei einer Drehzahl des Antriebsmotors von beispielsweise n=2.100 rpm und einer Fahrgeschwindigkeit von v_Fzg = 9 km/h aus dem Zwischenkreis eine Leistung von beispielsweise 50 kW. Dies entspricht dem beispielhaften Auslegungspunkt des Getriebesystems, dieser Zustand kann zeitlich unbegrenzt und bei allen Fahrgeschwindigkeiten dargestellt werden. Die am Fahrantrieb zur Verfügung stehende Leistung sinkt dementsprechend. Die erste elektrische Maschine, die generatorisch arbeitet, befindet sich beispielsgemäß an der Dauerleistungsgrenze. Die zweite elektrische Maschine wird dann z.B. nach wie vor motorisch betrieben. Das System befindet sich also auch in diesem Betriebspunkt im Zustand der regulären Leistungsteilung.
Nun fordern die Verbraucher des Anbaugeräts eine Leistungsentnahme von 80 kW an, so das die generatorisch arbeitende erste elektrische Maschine diese zusätzliche Last größtenteils aufbringen muss und dadurch ihre Dauerleistungsgrenze überschreitet. Dieser Zustand kann unter Umständen zeitlich begrenz dargestellt werden, ist jedoch nicht anzustreben. Dadurch sinkt die am Fahrantrieb zur Verfügung stehende Leistung entsprechend weiter. Da der erfindungsgemäße Modus aktivert ist, erkennt das System diesen Betriebszustand über die Steuereinheit. Da kein zusätzlicher Antrieb des Anbaugerätes über eine mechanische Zapfwelle vorgesehen ist und es somit keine Drehzahlvorgabe für den Antriebsmotor gibt, senkt die Steuereinheit diese beispielsweise auf n=1.800 rpm ab.
Gleichzeitig wird die Getriebeübersetzung so angepasst, dass die Fahrgeschwindigkeit unverändert bleibt. Durch diese Betriebspunktverschiebung wird der Zustand der generatorischen Leistungsteilung erreicht, in dem beide elektrische Maschinen generatorisch arbeiten. Die von der ersten elektrischen Maschine aufzubringende Leistung sinkt dadurch signifikant, und es wird ein dauerhaft haltbarer Systemzustand erreicht, denn keine der beiden elektrischen Maschinen befindet sich an oder über ihrer jeweiligen Dauerleistungsgrenze. Der Vorteil davon ist, dass die elektrischen Maschinen für die Leistungsanforderung nicht größer dimensioniert werden müssen. Außerdem bleibt die am Fahrantrieb zur Verfügung stehende Leistung auf dem vorherigen reduzierten Niveau.
Schließlich soll im Rahmen der beanspruchten Verfahren der Fahrer in dem Modus durch eine Anzeige gewarnt werden, wenn die erforderliche Leistungsentnahme des zumindest einen Verbrauchers durch die elektrische Leistung, die im Zwischenkreis zur Verfügung gestellt werden kann, nicht ausreicht. Es kann sich dabei um eine optische und/oder akustische Anzeige handeln. Wenn das der Fall ist, kann der Fahrer eventuell an dem Anbaugerät Einstellungen vornehmen, um die Leistungsaufnahme zu reduzieren, wobei im Anschluss daran unter Umständen auch die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs reduziert werden kann. Da moderne Anbaugeräte einen zwischen dem Fahrzeug und diesem eingesetzten Steuerbus besitzen, der mit einem CAN Bus System (Controller Area Network) des Fahrzeugs verbunden wird, könnten aufgrund des Signals die vom Anbaugerät aufgenommene Leistung und die Fahrgeschwindigkeit selbsttätig verstellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 4 und 5 und der von diesen abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Patentansprüche nicht beschränken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Antriebssytems eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs, mit dem ein Anbaugerät verbunden ist,
2 ein Schema eines mit einer elektromechanischen Leistungsverzweigung versehenen Getriebes, welches für ein Antriebssystem nach der 1 vorgesehen sein kann,
3a eine Darstellung der Leistungsverläufe in dem Antriebssystem, wenn in einem Betriebsbereich eines Variators eine erste elektrische Maschine als Generator und eine zweite elektrische Maschine als Motor betrieben werden,
3b eine Darstellung der Leistungsverläufe in dem Antriebssystem, wenn in einem Betriebsbereich des Variators die erste elektrische Maschine als Motor und die zweite elektrische Maschine als Generator betrieben werden,
3c eine Darstellung der Leistungsverläufe in dem Antriebssystem, wenn in einem Betriebsbereich des Variators beide elektrische Maschinen als Generatoren betrieben werden, so dass eine generatorische Leistungsteilung stattfindet,
4 ein Diagramm mit Leistungskurven beider elektrischer Maschinen, wobei eine Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der von den elektrischen Maschinen erzeugten elektrischen Leistung aufgetragen ist,
5 ein Diagramm, in dem die für eine Leistungsentnahme durch elektrische Verbraucher des Anbaugeräts zur Verfügung stehende Leistung über der Fahrgeschwindigkeit aufgetragen ist,
6 eine Kombination der beiden in den 4 und 5 dargestellten Diagramme, aus denen die Wirkung einer Verschiebung der Betriebspunkte in den Bereich der generatorischen Leistungsteilung hervorgeht, und
7 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Aktivierung eines ePTO-Modus' und die dabei vorgenommenen Verstellvorgänge am Antriebsmotor und am Getriebe verdeutlicht.

In der 1 ist mit 1 ein land- oder bauwirtschaftlich Fahrzeug bezeichnet, das über eine nicht dargestellte Dreipunktaufhängung eines ebenfalls nicht dargestellten Krafthebers oder über eine ebenfalls nicht dargestellte Anhängekupplung mit einem Anbaugerät 2 verbunden ist. Das Fahrzeug 1 wird von einem Antriebsmotor 3 angetrieben, wobei die Antriebsleistung des Antriebsmotors 3, wie die in der 1 insgesamt als Linien dargestellten mechanischen Leistungsflüsse erkennen lassen, auf ein Planetengetriebe 4, eine erste elektrische Maschine 5, ein Zapfwellengetriebe 6 und eine Arbeitshydraulik 7 übertragen wird. Ein Zapfwellenstummel 8 kann über eine Kardanwelle mit einem mechanischen Antrieb des Anbaugeräts 2 verbunden werden. Das Planetengetriebe 4 treibt über ein Hinterachsdifferential 9 eine Hinterachse 10 und über ein Vorderachsdifferential 11 eine Vorderachse 12 an.
Die erste elektrische Maschine 5 bildet gemeinsam mit einer zweiten elektrischen Maschine 13 und einer in 2 dargestellten ersten Planetenstufe 35 des Planetengetriebes 4 einen Variator 14. Die beiden elektrischen Maschinen 5 und 13 sind jeweils über einen Umrichter 15 und 16 mit einem Zwischenkreis 17 verbunden, wobei eine Steuereinheit 18 innerhalb des Zwischenkreises 17 angeordnet ist, die den Zwischenkreis 17 wahlweise mit einem vorzugsweise als Batterie ausgebildeten Zwischenspeicher 19 oder externen elektrischen Verbrauchern 20, 21 und 21 verbinden kann. Mittels der Umrichter 15 und 16 wird der von den elektrischen Maschinen 5 und 13 erzeugte Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt, der im Zwischenkreis 17 zwischen diesen, dem Zwischenspeicher 19 und auf AEF-Konnektoren 20a, 21 a und 22a übertragen wird.
Weiterhin gehen von den am heckseitigen Ende des Fahrzeugs 1 angeordneten AEF-Konnektoren 20a, 21a und 22a Verbindungskabel 20b, 21 b und 22b aus, die mit den innerhalb des Anbaugeräts 2 vorgesehenen elektrischen Verbrauchern 20, 21 22 und verbunden sind. Wie der 1 weiterhin zu entnehmen ist, wird bei dem vorliegenden Beispiel auf die beiden Verbraucher 20 und 21 ein Wechselstrom übertragen, weshalb den beiden AEF-Konnektoren 20a und 21 a jeweils ein Umrichter 20c und 21c vorgeschaltet ist. Der weitere AEF-Konnektor 22a überträgt einen Gleichstrom auf den Verbraucher 22, wobei dieser Gleichstrom, wie der Darstellung zu entnehmen ist, auch auf dem Fahrzeug 1 zur Verfügung stehen soll.
Auf die Steuereinheit 18 werden als Messwerte über eine Signalleitung 23 die im Zwischenkreis 17 zur Verfügung stehende elektrische Leistung, über eine Signalleitung 24 eine Leistungsanforderung des Anbaugerätes 2 und über eine Signalleitung 25 über eine Steuerleitung 25 ein Istwert des Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes 4 übertragen. Aufgrund dieser Messwerte werden von der Steuereinheit 18 und über eine Steuerleitung 26 mittels einer Verstelleinrichtung 26' eine Drehzahl des Antriebsmotors 3 und über eine Steuerleitung 26a mittels einer Verstelleinrichtung 26a' das Übersetzungsverhältnis des Variators 14 verstellt.
In der 2 ist der mechanische Teil des bereits zur 1 erläuterten Antriebssystems sowie der aus den beiden elektrischen Maschinen 5, 13 und der ersten Planetenstufe 35 des Planetengetriebes 4 bestehende Variator 14 dargestellt. Am Antriebsmotor 3 ist ein Drehschwingungsdämpfer 27 vorgesehen, von dem eine Getriebeeingangswelle 28 ausgeht, wobei diese Getriebeeingangswelle 28 zum einen das in der 1 gezeigte Zapfwellengetriebe 6 und zum anderen über Räderpaare 29 - 30 und 31 - 32 eine Rotorwelle 33 der ersten elektrischen Maschine 5 antreibt. Außerdem ist die Getriebeeingangswelle 28 als mechanischer Leistungspfad drehfest mit einem Hohlrad 34 einer ersten Planetenstufe 35 verbunden. Die erste elektrische Maschine 5 steht über den Zwischenkreis 17 mit der zweiten elektrischen Maschine 13 in Verbindung.
Ein drehfest mit einer Rotorwelle 36 der zweiten elektrischen Maschine 13 verbundenes Zahnrad 37 befindet sich im Eingriff mit einem Zahnrad 38, das drehfest mit einem Sonnenrad 39 der ersten Planetenstufe 35 verbunden ist. Auf diese Weise ist mit den beiden elektrischen Maschinen 5 und 13 des Variators 14 ein elektrischer Leistungspfad geschaffen, mit dem sich das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 4 stufenlos verstellen lässt. Weiterhin sind der ersten Planetenstufe 35 weitere Planetenstufen 40 und 41 nachgeschaltet, wobei das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 4 durch Kupplungen 42, 43, 44 und 45 sowie eine Bremse 46, die mit Getriebegliedern der Planetenstufen 35, 40 und 41 zusammenwirken, stufenweise veränderbar ist.
Dem Planetengetriebe 4 ist ein Wendegetriebe 47 nach geschaltet, in welchem das Fahrzeug 1 mittels Kupplungen 48 und 49 in seinen Fahrtrichtungen vorwärts oder rückwärts betrieben werden kann. Weiterhin können der Darstellung Pumpen 50, 51, 52 und 53 entnommen werden, die Bestandteil der Arbeitshydraulik 7 sind, wobei die Pumpen 50, 51, 52 und 53 ebenfalls über den mechanischen Leistungspfad, und zwar von der Getriebeeingangswelle 28 über das Räderpaar 29 - 30, das Zahnrad 31, ein Zwischenrad 54 und ein Abtriebsrad 55 angetrieben werden.
In den 3a, 3b und 3c sind Leistungsflüsse, die sich an den beiden elektrischen Maschinen 5 und 13 innerhalb jeder durchfahrenen Übersetzungsstufe des Planetengetriebes 4 in unterschiedlichen Betriebspunkten der elektromechanischen Leistungsverzweigung ergeben. Das Antriebssystem ist so ausgelegt, dass bei allen Fahrgeschwindigkeiten die von dem in den Darstellungen mit VM abgekürzten Antriebsmotor 3 übertragene Getriebeeingangsleistung zu 50 % auf den Fahrantrieb, bezeichnet mit FA, und zu 50 % auf die zuvor erläuterten externen elektrischen Verbraucher, bezeichnet mit ePTO, aufgeteilt wird.
In der 3a befindet sich der Variator 14 in einem Betriebspunkt, in dem die erste elektrische Maschine 5 als Generator und die zweite elektrische Maschine 13 als Motor arbeiten. Die Getriebeeingangsleistung (100%) teilt sich auf in 80%, die auf den Generator übertragen wird, und 20%, die mechanisch in das Planetengetriebe 4 fließen. Über den vom Generator elektrisch angetriebenen Motor werden dem Planetengetriebe außerdem 30% der Leistung zur Verfügung gestellt, so dass von diesem insgesamt 50% der Getriebeeingangsleistung auf den Fahrantrieb FA übertragen werden. Im Übrigen erfolgt über den Zwischenkreis 17 die Versorgung externer Verbraucher 20, 21 und 22 sowie gegebenenfalls des Zwischenspeichers 19 mit 50% der Getriebeeingangsleistung auf.
Für diesen Betrieb muss ein relativ leistungsstarker Generator vorgesehen werden, wenn bei einer Leistungsübertragung von 80% die vorgesehenen 50% der vom Antriebsmotor 3 gelieferten Getriebeeingangsleistung über den Zwischenkreis 17 entnommen werden sollen. Wird von den Verbrauchern 20, 21 und 22 des Anbaugerätes 2 nach 1 eine elektrische Leistung von mehr als 50% der Getriebeeingangsleistung gefordert, so kann diese Anforderung nicht bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten erfüllt werden.
Im Unterschied dazu werden im Betriebspunkt nach der 3b die erste elektrische Maschine 5 als Motor und die zweite elektrische Maschine 13 als Generator betrieben. Dabei wird die Getriebeeingangsleistung VM (100%) über den Motor, also die erste elektrische Maschine 5 um 30% erhöht, so dass 130% der Leistung auf das Planetengetriebe 4 übertragen werden. Davon gelangen 80% in den Generator, also in die zweite elektrische Maschine 13, und 50% in den Fahrantrieb FA. Die von dem Motor abgegebene Leistung in Höhe von 30%, die vom Variator 14 in den mechanischen Leistungszweig zurückfließt, ergibt sich aus der Differenz zwischen der dem Generator zur Verfügung gestellten Leistung in Höhe von 80% und der für eine Leistungsentnahme durch ein ePTO in den Zwischenkreis 17 übertragenen Leistung von 50%. Hierfür ist es erforderlich, eine relativ leistungsstarke zweite elektrische Maschine vorzusehen. Dabei gilt ebenfalls, dass eine von den Verbrauchern 20, 21,22 des Anbaugerätes 2 nach 1 geforderte elektrische Leistung von mehr als 50% der Getriebeeingangsleistung nicht bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten erfüllt werden kann.
Ein geeigneter und daher im erfindungsgemäßen Modus verwendeter Betriebspunkt des Variators 14 für eine Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis 17 ist in der 3c dargestellt. In diesem Fall werden beide elektrische Maschinen 5 und 13 im Rahmen einer generatorischen Leistungsteilung als Generatoren betrieben. Die wiederum über in den Antriebsmotor VM zur Verfügung gestellten 100 % Getriebeeingangsleistung gelangen zu 20 % in die als Generator arbeitende erste elektrische Maschine 5 und werden im Übrigen zu 80 % als mechanische Leistung auf das Planetengetriebe 4 übertragen.
Im Planetengetriebe 4 fließen 30 % von dieser Leistung in die als Generator arbeitende zweite elektrische Maschine 13, während die sich als Summe der beiden mechanisch auf die Generatoren übertragenen Teilleistungen als elektrische Leistung von 50 % in den Zwischenkreis 17 gelangt und somit dem ePTO zur Verfügung steht. Es ist erkennbar, dass aufgrund dieser generatorischen Leistungsteilung nahezu gleiche Leistungsflüsse in die erste elektrische Maschine 5 und in die zweite elektrische Maschine 13 erfolgen, so dass sich diese mit relativ geringen baulichen Abmessungen ausführen lassen.
In der 4 sind in einem Leistungs-Geschwindigkeits-Diagramm die Leistungen der ersten elektrischen Maschine 5 und der zweiten elektrischen Maschine 13 über der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs aufgetragen. Bezogen auf die unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten ergeben sich sowohl für die erste elektrische Maschine 5 als auch die zweite elektrische Maschine 13 insgesamt jeweils 4 Leistungskurven, die jeweils in einer mit den entsprechenden Kupplungen 42,43, 44 und 45 sowie der Bremse 46 geschalteten Übersetzungsstufe verlaufen. In einem ersten Bereich der Fahrgeschwindigkeit ist die Leistungskurve für die erste elektrische Maschine 5 mit 5.1 bezeichnet, während das Diagramm für die zweite elektrische Maschine 13 eine Leistungskurve 13.1 aufweist.
In entsprechender Weise sind für die übrigen Bereiche der Fahrzeuggeschwindigkeit Leistungskurven mit 5.2, 5.3 und 5.4 sowie 13.2, 13.3 und 13.4 bezeichnet. Weiterhin sind im Diagramm Bereiche I, II, III und IV durch gestrichelte Linien begrenzt, in denen beide elektrische Maschinen 5 und 13 eine negative Leistung aufweisen, d.h., sie werden beide generatorisch betrieben. In diesen Bereichen der sogenannten generatorischen Leistungsteilung kann für den Zwischenkreis 17 theoretisch die größte elektrische Leistung zur Leistungsentnahme durch das ePTO bereitgestellt werden.
Dabei bleibt die vom Antriebsmotor 3 ausgehende Gesamtsystemleistung konstant, kann jedoch anders aufgeteilt werden. In einem Fahrgeschwindigkeitsbereich, der unterhalb der Bereich I vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit liegt, kann die generatorische Leistung insgesamt gesenkt werden, indem der Energiespeicher 19 benötigte Leistung zur Verfügung stellt. Daher können die elektrischen Maschinen 5 und 13 kleiner dimensioniert werden.
In einem weiteren Diagramm nach der 5 ist die aus dem Zwischenkreis 17 über die elektrischen Verbraucher 20, 21, 22 entnehmbare Leistung P_ePTO über der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg aufgetragen. Aus dem Diagramm geht hervor, dass in einem Punkt A eine Leistung zur Entnahme durch die Verbraucher 20, 21, 22, die als ePTO vorgesehen sein soll, von ca. 65 kW vorgesehen ist. Durch zeitgleiche Verstellung der Drehzahl des Antriebsmotors 3 und Anpassung der Getriebeübersetzung kann bei gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit eine Leistung von 80 kW im Punkt C und von etwa 100 kW im Punkt B im Zwischenkreis 17 zur Verfügung gestellt werden. Somit kann eine wesentlich höhere Leistung für das ePTO zur Verfügung gestellt werden.
Weiterhin sind gemäß der 6 die zuvor erläuterten Diagramme nach den 4 und 5 miteinander kombiniert, um anhand eines Beispiels zu veranschaulichen, wie bei einer Transportfahrt zusätzlich verfügbare Leistung aus dem Zwischenkreis 17 in den als Batterie ausgebildeten Zwischenspeicher 19 eingespeist werden kann. Hierbei befindet sich das landwirtschaftlich nutzbare Fahrzeug 1 beispielsweise auf einer Fahrt von einem oder zu einem Feld, wobei folglich kein Anbaugerät angetrieben wird. Das Antriebssystem wird in einem Betriebspunkt A bei einer Drehzahl des Antriebsmotors 3 von n=1.800 rpm betrieben, wobei eine generatorische Leistungsteilung nicht möglich ist. Daraus resultiert eine niedrigere maximal abzugebende Leistung aus dem Zwischenkreis. Wenn mehr Leistung in den Zwischenkreis abgegeben werden soll, um die Batterie zu laden, kann die Drehzahl des Antriebsmotors 3 auf n=2.100 rpm angepasst werden und eine Verstellung der Getriebeübersetzung in den Punkt B erfolgen. Bei einer Anpassung der Drehzahl des Antriebsmotors 3 auf U=1.600 rpm würde demgegenüber bei gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit der Punkt C erreicht werden.
Schließlich zeigt die 7 im Rahmen eines Ablaufdiagramms ein Verfahren, mit dem in einem gezielt ausgelösten Modus von dem Variator 14 für eine Leistungsentnahme durch externe elektrische Verbraucher eine ausreichende Leistung zur Verfügung gestellt wird. Der elektrische Verbraucher soll dabei als elektrische Zapfwelle ePTO ausgebildet sei, die ein Anbaugerät antreibt. Dabei kann dieser Betriebsmodus entweder manuell durch den Fahrer an einem im Fahrerhaus befindlichen Terminal oder automatisch nach Erfassung einer erhöhten Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis 19 eingeschaltet werden.
An dem in Betrieb befindlichen Fahrzeug wird zunächst eine Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis 17 erfasst, wobei geprüft wird, ob diese Leistungsanforderung eine mögliche Zwischenkreisleistung übersteigt. Wenn das der Fall ist, wird ein sogenannter ePTO-Modus aktiviert, indem die Drehzahl des Antriebsmotors und die Getriebeübersetzung überprüft und angepasst werden. Damit sollte durch den angepassten Betrieb des Antriebssystems eine ausreichende Leistung für eine Entnahme durch den ePTO-Antrieb zur Verfügung stehen.
Wenn dann aber die Leistungsanforderung nach wie vor eine mögliche Zwischenkreisleistung übersteigt, wird erkannt dass die Systemleistung Grenze überschritten ist und somit eine Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis nicht gedeckt werden kann. Das hat zur Folge dass das Anbaugerät 2 keine ausreichende elektrische Leistung erhält, woraufhin der Fahrer entsprechend gewarnt wird.
Bezugszeichenliste

1: land- oder bauwirtschaftlich nutzbares Fahrzeug
2: Anbaugerät
3: Antriebsmotor
4: Planetengetriebe
5: erste elektrische Maschine
5.1: erste Leistungskurve von 5
5.2: zweite Leistungskurve von 5
5.3: dritte Leistungskurve von 5
5.4: vierte Leistungskurve von 5
6: Zapfwellengetriebe
7: Arbeitshydraulik
8: Zapfwellenstummel
9: Hinterachsdifferential
10: Hinterachse
11: Vorderachsdifferential
12: Vorderachse
13: zweite elektrische Maschine
13.1: erste Leistungskurve von 13
13.2: zweite Leistungskurve von 13
13.3: dritte Leistungskurve von 13
13.4: vierte Leistungskurve von 13
14: Variator
15: Umrichter
16: Umrichter
17: Zwischenkreis
18: Steuereinheit
19: Zwischenspeicher
20: externer elektrischer Verbraucher
20a: AEF-Konnektor
20b: Verbindungskabel
20c: Umrichter
21: externer elektrischer Verbraucher
21a: AEF-Konnektor
21b: Verbindungskabel
21c: Umrichter
22: externer elektrischer Verbraucher
22a: AEF-Konnektor
22b: Verbindungskabel
23: Signalleitung
24: Signalleitung
25: Signalleitung
26: Steuerleitung
26': Verstelleinrichtung für 3
26a: Steuerleitung
26a': Verstelleinrichtung für 14
27: Drehschwingungsdämpfer
28: Getriebeeingangswelle
29: Zahnrad
30: Zahnrad
31: Zahnrad
32: Zahnrad
33: Rotorwelle von 5
34: Hohlwelle von 35
35: erste Planetenstufe von 4
36: Rotorwelle von 13
37: Zahnrad
38: Zahnrad
40: zweite Planetenstufe von 4
41: dritte Planetenstufe von 4
42: Kupplung
43: Kupplung
44: Kupplung
45: Kupplung
46: Bremse
47: Wendegetriebe
48: Kupplung
49: Kupplung
A: Betriebspunkt
B: Betriebspunkt
C: Betriebspunkt
VM: Leistung des Antriebsmotors 3
ePTO: elektrische Zapfwelle
FA: Leistungsübertragung auf den Fahrantrieb
I: erster Betriebsbereich für eine generatorische Leistungsteilung
II: zweiter der Betriebsbereich für eine generatorische Leistungsteilung
III: dritter Betriebsbereich für eine generatorische Leistungsteilung
IV: vierter Betriebsbereich für eine generatorische Leistungsteilung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015208160 A1 [0008, 0021]
DE 102011087946 A1 [0010, 0022]
DE 102016218159 A1 [0012, 0022]

Claims

Antriebssystem eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs (1) mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (3) und einem eine elektromechanische Leistungsverzweigung aufweisenden Planetengetriebe (4), wobei die Leistungsverzweigung zwei gemeinsam einen Variator (14) bildende elektrische Maschinen (5 und 13) aufweist, die je nach Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses am Planetengetriebe (4) und einer Leistungsanforderung zumindest eines elektrischen Verbrauchers (20, 21, 22) eines Anbaugerätes (2) jeweils als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben werden, wobei die von zumindest einer der elektrischen Maschinen (5, 13) erzeugte elektrische Leistung auf einen Zwischenkreis (17) übertragen wird, der mit diesen und dem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (18) manuell oder automatisch in einen Modus zur kontinuierlichen Versorgung des zumindest einen Verbrauchers (20, 21, 22) mit elektrischer Leistung verstellbar ist, wobei die Steuereinheit (18) mit einer ersten Verstellvorrichtung (26') zur Einstellung der Drehzahl des Antriebsmotors (3) und einer zweiten Verstellvorrichtung (26a') zur Einstellung des Variators (14) zur Änderung einer Übersetzung des Planetengetriebes (4) verbunden ist, und dass von der Steuereinheit (18) in dem Modus in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung die Drehzahl des Antriebsmotors (3) veränderbar und/oder die Übersetzung des Planetengetriebes (4) mit dem Variator (14) ins Langsame oder Schnelle verstellbar ist.
Antriebssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein als elektrische Batterie ausgebildeter Zwischenspeicher (19) über die Steuereinheit (18) mit dem Zwischenkreis (17) oder dem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) des Anbaugeräts (2) verbindbar ist.
Antriebssystem nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in einem im Frontbereich des Fahrzeugs (1), dessen Vorderachse (12) vorgelagerten Behälter angeordnet ist und zu dessen Ballastierung dient.
Verfahren zum Betrieb eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs (1) gemeinsam mit einem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) aufweisenden Anbaugerät (2), wobei ein Fahrantrieb des Fahrzeugs (1) von einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (3) über ein mit einer elektromechanischen Leistungsverzweigung versehenes Planetengetriebe (4) angetrieben wird, wobei eine erste (5) und eine zweite elektrische Maschine (13) der Leistungsverzweigung in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung durch den zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) und einem eingestellten Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes (4) als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben werden und wobei die von den elektrischen Maschinen (5 und 13) erzeugte elektrische Leistung auf einen Zwischenkreis (17) übertragen wird, der mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen einer Routineüberwachung eine eventuelle Leistungsentnahme aus dem Zwischenkreis (17) ermittelt und ein Signal auf eine Steuereinheit (18) übertragen und von dieser ermittelt wird, ob die Leistungsentnahme eine im Zwischenkreis (17) zur Verfügung stehende Leistung überschreitet, und dass bei einer Überschreitung in der Steuereinheit (18) automatisch ein Modus zur kontinuierlichen Versorgung des zumindest einen Verbrauchers (20, 21, 22) mit elektrischer Leistung gesetzt wird, in dessen Ablauf von diesem die Motordrehzahl des Antriebsmotors (3) geprüft und bis auf dessen Nenndrehzahl angehoben wird und weiterhin von der Steuereinheit (18) geprüft wird, ob unter Berücksichtigung der angepassten Motordrehzahl eine vorgegebene Fahrgeschwindigkeit erzielbar ist, woraufhin diese durch eine eventuelle durch die Steuereinheit (18) bewirkte Änderung der Getriebeübersetzung des Planetengetriebes (4) erfolgt.
Verfahren zum Betrieb eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs (1) gemeinsam mit einem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) aufweisenden Anbaugerät (2), wobei ein Fahrantrieb des Fahrzeugs (1) von einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (3) über ein mit einer elektromechanischen Leistungsverzweigung versehenes Planetengetriebe (4) angetrieben wird, wobei eine erste (5) und eine zweite elektrische Maschine (13) der Leistungsverzweigung in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung durch den zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) und einem eingestellten Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes (4) als Elektromotor oder als Elektrogenerator betrieben werden und wobei die von den elektrischen Maschinen (5 und 13) erzeugte elektrische Leistung auf einen Zwischenkreis (17) übertragen wird, der mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) für einen Betrieb des Anbaugeräts (2) mit dem zumindest einen elektrischen Verbraucher (20, 21, 22) manuell in einen Modus zur kontinuierlichen Versorgung desselben mit elektrischer Leistung geschaltet wird, in dessen Ablauf von diesem die Motordrehzahl des Antriebsmotors (3) geprüft und bis auf dessen Nenndrehzahl angehoben wird und weiterhin von der Steuereinheit (18) geprüft wird, ob unter Berücksichtigung der angepassten Motordrehzahl eine vorgegebene Fahrgeschwindigkeit erzielbar ist, woraufhin diese durch eine eventuelle durch die Steuereinheit (18) bewirkte Änderung der Getriebeübersetzung des Planetengetriebes (4) erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer in dem Modus durch eine Anzeige gewarnt wird, wenn die erforderliche Leistungsentnahme des zumindest einen Verbrauchers (20, 21, 22) durch die elektrische Leistung, die im Zwischenkreis (17) zur Verfügung gestellt werden kann, nicht ausreicht.