DE102020211498A1

DE102020211498A1 - Drehmomentglättvorrichtungen für grossquaderballenpressen

Info

Publication number: DE102020211498A1
Application number: DE102020211498.6A
Authority: DE
Inventors: Christopher D. Turner; William J. Vande Haar; Darin L. Roth
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2021-04-29
Also published as: US20210120745A1; US11700792B2

Abstract

Eine Drehmomentglättungsvorrichtung wird in Verbindung mit einer Großquaderballenpresse (GQP) verwendet, die eine Ballenkammer, einen Kolben, der für eine Hin- und Herbewegung innerhalb der Ballenkammer montiert ist, und eine GQP-Antriebsleitung beinhaltet. In Ausführungsformen beinhaltet die Drehmomentglättungsvorrichtung ein Planetengetriebezug und ein Schwungrad, das über das Planetengetriebe mechanisch mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist. Ein Hilfsmotor mit einem Motorausgang ist mechanisch über das Planetengetriebe mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt, während eine Steuerung betriebsfähig mit dem Hilfsmotor gekoppelt ist. Die Steuerung befiehlt dem Hilfsmotor, selektiv Drehmoment auf den GQP-Antriebsstrang aufzubringen, so dass das von dem Hilfsmotor aufgebrachte Drehmoment in Kombination mit einem Drehmomentbeitrag des Schwungrades Schwankungen der Drehmomentanforderungen reduziert, die an einen Fahrzeugmotor gestellt werden, wenn sich der Kolben während der GQP-Ballenbildung hin- und herbewegt.

Description

OUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Nicht zutreffend.
ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Nicht zutreffend.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf Drehmomentglättungsvorrichtungen, die in Verbindung mit Großquaderballenpressen verwendet werden, wie etwa Großquaderballenpressen, die durch die Zapfwelle eines Traktors oder eines anderen Arbeitsfahrzeugs angetrieben werden.
ABKÜRZUNGEN
Abkürzungen, die in diesem Dokument relativ selten vorkommen, werden bei ihrer ersten Verwendung definiert, während Abkürzungen, die in diesem Dokument häufiger vorkommen, im Folgenden definiert werden.

GQP - Großquaderballenpresse;
ms - Millisekunden;
PTO - Zapfwelle; und
U/min - Umdrehungen pro Minute.

HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Im Gegensatz zu Rundballenpressen, die auf einem System von Riemenläufen beruhen, um Erntegut zu Rundballen zu formen, bilden GQPs im Allgemeinen rechteckige oder „quadratische“ Erntegutballen, die einen relativ großen Kolben verwenden, der zur Hin- und Herbewegung innerhalb einer Ballenkammer montiert ist. Während des GQP-Betriebs verdichtet der Kolben aufgenommenes Erntegut in Schichten oder „Flocken“, die innerhalb der Ballenpresskammer zusammengestellt werden, um Schicht für Schicht quadratische Erntegutballen aufzubauen. Zu Beginn oder am oberen Ende des Kolbenhubs wird frisches Erntegut in die Ballenkammer durch einen Stopfmechanismus zugeführt, der den Strom des Ernteguts durch einen mit einer Aufnahmebaugruppe verbundenen Zuführschacht harkt oder anderweitig verarbeitet. Das in die Ballenkammer aufgenommene Erntegut wird dann zu einer Flocke komprimiert, wenn der Kolben sich in seine Boden- oder Vollhubstellung erstreckt. Dieser Vorgang wird wiederholt, um einen Erntegutballen auf eine gewünschte Größe innerhalb der Ballenpresskammer aufzubauen. Nachdem ein gegebener Erntegutballen seine gewünschte Größe erreicht hat, wird der Erntegutballen gebunden (z. B. durch einen Knotermechanismus) und dann von einem hinteren Abschnitt der GQP ausgeworfen. Dies bereitet die Ballenkammer für die Bildung eines neuen Erntegutballens vor, während die GQP weiter über ein Erntegutfeld gezogen wird.
Bei herkömmlicher Konstruktion wird der Kolben der GQP nicht unabhängig von einer Maschine oder Motor an Bord der GQP selbst angetrieben, sondern vom Motor des Traktors (oder eines anderen Arbeitsfahrzeugs), mit dem die GQP verbunden ist. Der GQP-Antriebsstrang kann in einem Zapfwellenkoppler enden, der mit einer Zapfwelle des Traktors verbunden ist, wenn er an der GQP befestigt ist. Der GQP-Antriebsstrang umfasst eine oder mehrere Wellen, die sich mit der Zapfwelle mitdrehen, wenn sie vom Traktormotor drehangetrieben werden. Die Drehung des GQP-Antriebsstrangs wird durch geeignete mechanische Komponenten innerhalb der GQP, wie etwa eine Getriebe- und Kolbenkurbelanordnung, in eine hin- und hergehende Kolbenbewegung umgewandelt. Auf diese Weise wird der Traktormotor zum Antreiben der Hin- und Herbewegung des Kolbens während der Ballenbildung durch die GQP genutzt, wodurch die Notwendigkeit eliminiert wird, die GQP mit einem separaten Motor (als Haupttreiber) auszustatten, wodurch Kosten und Komplexität reduziert werden, während der Bedienerkomfort erhöht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es wird eine Drehmomentglättungsvorrichtung für den Einsatz in Verbindung mit einer GQP bereitgestellt, die eine Ballenkammer, einen Kolben, der für eine Hin- und Herbewegung innerhalb der Ballenkammer montiert ist, und einen GQP-Antriebsstrang beinhaltet. Die GQP kann an einem Arbeitsfahrzeug mit einem Fahrzeugmotor angebracht werden. In Ausführungsformen beinhaltet die Drehmomentglättungsvorrichtung ein Planetengetriebezug und ein Schwungrad, das über das Planetengetriebe mechanisch mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist. Das Planetengetriebe ist ferner zwischen dem Schwungrad und dem GQP-Kolben gekoppelt. Ein Hilfsmotor mit einem Motorausgang ist mechanisch über das Planetengetriebe mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt, während eine Steuerung betriebsfähig mit dem Hilfsmotor gekoppelt ist. Die Steuerung befiehlt dem Hilfsmotor, selektiv Drehmoment auf den GQP-Antriebsstrang aufzubringen, so dass das von dem Hilfsmotor aufgebrachte Drehmoment in Kombination mit einem Drehmomentbeitrag des Schwungrads Schwankungen der Drehmomentanforderungen reduziert, die an den Fahrzeugmotor gestellt werden, wenn sich der Kolben innerhalb der Ballenkammer hin- und herbewegt, um Erntegutballen unter Verwendung der GQP zu bilden.
In weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Drehmomentglättungsvorrichtung ein Planetengetriebe, einen Hilfsmotor, der mechanisch mit dem GQP-Antriebsstrang durch das Planetengetriebe in einer variablen Drehbeziehung verbunden ist, und ein Schwungrad, das ferner mechanisch mit dem GQP-Antriebsstrang durch das Planetengetriebe in einer variablen Drehbeziehung verbunden ist. Eine Steuerung ist betriebsfähig mit dem Hilfsmotor gekoppelt. Die Steuerung befiehlt dem Hilfsmotor, selektiv Drehmoment über das Planetengetriebe auf den GQP-Antriebsstrang aufzubringen, so dass das von dem Hilfsmotor aufgebrachte Drehmoment in Kombination mit einem Drehmomentbeitrag des Schwungrades Schwankungen der Drehmomentanforderungen reduziert, die während der Ballenbildung durch die GQP an den Fahrzeugmotor gestellt werden.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen sowie in der nachstehenden Beschreibung festgelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste
Mindestens ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben:

Die 1 und 2 sind perspektivische Ansichten einer beispielhaften GQP, die in geeigneter Weise mit einer Ausführungsform der Drehmomentglättungsvorrichtung ausgestattet ist, wobei die beispielhafte GQP mit bzw. ohne Abdeckstück gezeigt ist;
3 ist ein Querschnittsschema, das ein Planetengetriebe, ein Schwungrad und ein Steuersystem veranschaulicht, die in der Drehmomentglättungsvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel enthalten sind;
Die 4-7 drücken ausgewählte Leistungsparameter der in 3 dargestellten beispielhaften Drehmomentglättungsvorrichtung grafisch aus;
8 ist ein Querschnittsschema, das verschiedene Komponenten veranschaulicht, die in der Drehmomentglättungsvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel enthalten sind; und
die 9 und 10 sind graphisch vorgegebene Leistungsparameter der in 8 dargestellten beispielhaften Drehmomentglättungsvorrichtung.

Gleiche Bezugssymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit der Darstellung können Beschreibungen und Details bekannter Merkmale und Techniken weggelassen werden, um unnötiges Verdecken der in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschriebenen beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung zu vermeiden. Es versteht sich ferner, dass Merkmale oder Elemente, die in den begleitenden Figuren erscheinen, nicht zwangsläufig maßstabsgetreu gezeichnet sind, sofern nicht anders vermerkt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den beigefügten Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten in Betracht gezogen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt.
Wie in diesem Dokument dargestellt, wird der Begriff „feste Drehbeziehung“ verwendet, um zwei genannte Komponenten zu beschreiben, deren Drehzahlen eine feste Beziehung (z. B. 1:1-Beziehung oder eine 1:X-Beziehung, wobei X > 1 ist) während des Betriebs der nachstehend beschriebenen Drehmomentglättungsvorrichtung teilen. Umgekehrt wird der Begriff „variable Drehbeziehung“ in Bezug auf zwei genannte Komponenten verwendet, deren Drehzahlen während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung nicht proportional variieren können, beispielsweise durch das Vorsehen eines variablen Getriebes zwischen den genannten Komponenten. Ferner beziehen sich der Begriff „Großquaderballenpresse“ und die entsprechende Abkürzung „GQP“, wie sie in diesem Dokument erscheinen, allgemein auf eine landwirtschaftliche Maschine, in der sich mindestens ein Kolben hin- und herbewegt, um Erntegut (z. B. auf einer schichtweisen oder flockenweisen Basis) zu einem Erntegutballen für Verpackungszwecke zu komprimieren, unabhängig von der allgemeinen Ballenform oder -größe.
ÜBERSICHT
Wie bereits erwähnt, enthalten GQPs häufig einen einzelnen, relativ großen Kolben, der zur Hin- und Herbewegung in einer Ballenkammer montiert ist. Während der Ballenbildung wird die Bewegung des Kolbens vom Motor eines Arbeitsfahrzeugs (typischerweise eines Traktors) angetrieben, das verwendet wird, um die GQP über ein Erntegutfeld zu ziehen. Wenn sich der Kolben innerhalb der Ballenkammer hin- und herbewegt, variieren die Leistungsanforderungen des Kolbens (hier auch ausgedrückt als die „Drehmomentanforderungen“ an rotierende Komponenten, die den GQP-Antriebsstrang, die Zapfwelle oder den Fahrzeugmotor enthalten) signifikant in Bezug auf die Phase des Kolbenhubs. Wenn der Kolben in Richtung der Rückseite der Ballenkammer gleitet, um Erntegut zu einer Flocke oder Schicht eines neu gebildeten Erntegutballens zu verdichten, durchläuft er eine Verdichtungsphase, die durch hohe Drehmomentanforderungen gekennzeichnet ist. Beim Zurückziehen und in den anderen Phasen des Kolbenhubes wird dagegen relativ wenig Leistung (Drehmoment pro Zeiteinheit) benötigt, um die Kolbenbewegung anzutreiben. Aus zeitlicher Sicht stellt die Verdichtungsphase des Kolbenhubs mit hohem Drehmomentbedarf typischerweise einen relativ kleinen Bruchteil (z. B. weniger als ein Drittel) der Gesamtdauer des Kolbenhubzyklus dar.
Aus den vorstehenden Gründen stellt eine GQP typischerweise stark zyklische Drehmomentanforderungen an den Motor des Fahrzeugs, das verwendet wird, um die GQP während der Ballenbildung mit Leistung zu versorgen. In bestimmten Fällen können sich die Anforderungen an Spitzenenergie (Drehmoment) oder Leistung (Drehmoment pro Zeiteinheit), die von der GQP über die Zapfwelle an den Fahrzeugmotor gestellt werden, den Drehmomentausgabefähigkeiten des Motors annähern und möglicherweise kurz darüber hinausgehen. In solchen Fällen ist es oft unpraktisch, dass der Fahrzeugmotor die Zapfwellendrehzahl mit einer Rate regelt, die den stark transienten Belastungsbedingungen des Kolben- und GQP-Antriebsstrangs entspricht. Es ergeben sich mehrere negative Ergebnisse. Erstens neigt eine solche schnelle und ausgeprägte zyklische Belastung des Fahrzeugmotors dazu, den Motor kurzzeitig und iterativ zu überlasten, was den Verschleiß verstärkt und die Lebensdauer von Motorkomponenten verringert. Zweitens kann eine solche aggressive zyklische Belastung des Fahrzeugmotors zu einem „Pulsieren“ des Motors und zu Abweichungen in der Bodengeschwindigkeit des Fahrzeugs führen, das verwendet wird, um die GQP über ein Erntegutfeld zu ziehen. Diese Motorpuls- und Fahrgeschwindigkeitsschwankungen sind für den Fahrzeugbediener oft wahrnehmbar und beeinträchtigen somit die Bedienererfahrung.
Aus den oben genannten Gründen werden schwungradbasierte Drehmomentglättungsvorrichtungen in moderne GQPs integriert, um die stark zyklischen Drehmomentanforderungen, die auf einen Fahrzeugmotor beim Betreiben einer GQP ausgeübt werden, zu glätten (d. h. zeitlich gleichmäßiger zu machen). Wie hier dargestellt, wird der Begriff „Drehmomentglättung“ verwendet, um die Verringerung von Lastvarianzen (erforderliche Drehmomentausgabe) zu beschreiben, die auf einen Fahrzeugmotor gelegt werden, wenn eine GQP während der Ballenbildung angetrieben wird. Bei herkömmlichen Drehmomentglättungsvorrichtungen aus Schwungradbasis werden Schwungräder mit hoher Trägheit verwendet, die drehfest mit der Zapfwelle des Zugfahrzeugs (z. B. eines Traktors) mechanisch gekoppelt sind. Somit variieren Schwungraddrehzahlen im Zusammenhang mit solchen bestehenden Drehmomentglättungsvorrichtungen auf Schwungradbasis direkt proportional zur Drehzahl der Zapfwelle, um transiente Lasten während der Verdichtungsphase des Kolbenhubs zu reduzieren, während die Belastung des Fahrzeugmotors während der anderen Phasen des Kolbenhubs erhöht wird.
Während die Drehmomentanforderungen an einen Fahrzeugmotor gleichmäßiger gestaltet werden, wenn eine GQP während der Ballenbildung angetrieben wird, bleiben bestehende Drehmomentglättungsvorrichtungen auf Schwungradbasis in mehrfacher Hinsicht begrenzt. Als primäre Einschränkung erfordern derartige Drehmomentglättungsvorrichtungen oft die Verwendung von relativ massiven Schwungrädern mit hoher Trägheit. Dies erhöht nicht nur Kosten und Volumen für die GQP, sondern die Verwendung solcher massiven Schwungräder beeinträchtigt auch das Ansprechverhalten der Drehmomentglättungsvorrichtung. Folglich kann die Masse eines Schwungrades inakzeptabel groß werden, um in bestimmten Fällen die Variation der Zapfwellendrehzahl auf akzeptable Werte zu reduzieren. Alternativ zu Drehmomentglättungsvorrichtungen auf Schwungradbasis verwenden bestimmte GQPs zweitaktige Kolbenkonstruktionen, um die Drehmomentanforderungen, die auf den Traktormotor ausgeübt werden, besser über den Ballenbildungszyklus zu verteilen. Solche alternativen Ausführungen sind jedoch typischerweise wesentlich aufwendiger und kostenintensiver als GQP-Ausführungen mit einem Kolben. Somit besteht nach wie vor eine anhaltende Nachfrage der Branche nach der Bereitstellung von Drehmomentglättungsvorrichtungen auf Schwungradbasis, die besser in der Lage sind, Schwankungen der Zapfwellendrehzahl und Motorlast während der Ballenbildung durch die GQP zu reduzieren und/oder andere Vorteile gegenüber bestehenden Drehmomentglättungsvorrichtungen auf Schwungradbasis bereitzustellen.
Um diese Branchenanforderung zu erfüllen, werden verbesserte Drehmomentglättungsvorrichtungen auf Schwungradbasis für die Integration in GQPs oder den Einsatz in Verbindung mit GQPs offenbart, die während der Ballenbildung hauptsächlich durch den Motor eines Fahrzeugs (Traktor) angetrieben werden. Ausführungsformen der nachstehend beschriebenen Drehmomentglättungsvorrichtung verwenden eine einzigartige Kombination aus einem Summierplanetengetriebe, einem Schwungrad und einem Steuersystem, das einen Hilfsmotor (z. B. einen elektrischen oder hydraulischen Motor) beinhaltet, um ein unendlich stufenloses Getriebe (Infinitely Variable Transmission - IVT) zu erzeugen, das gut zur Drehmomentglättung geeignet ist, wenn eine GQP durch eine Zapfwelle angetrieben wird, die mit dem Motor des Fahrzeugs (Traktor) verbunden ist. Das Schwungrad, der Hilfsmotor und der GQP-Antriebsstrang sind in Ausführungsformen jeweils drehfest mit einem anderen Element des Planetengetriebes verbunden, wobei die Schwungraddrehzahl relativ zur Drehzahl des GQP-Antriebsstrangs und damit zur Drehzahl der Zapfwelle variieren kann. Gleichzeitig können höhere Drehzahlen ein geringeres Gewicht des Schwungrads ermöglichen, um die Reaktionsfähigkeit relativ zu herkömmlichen Drehmomentglättungsvorrichtungen auf Schwungradbasis zu erhöhen. Dies wiederum ermöglicht es der Schwungraddrehzahl, sich bei Bedarf schnell zu erhöhen oder zu verringern, um Energie in einer Weise zu speichern bzw. abzugeben, die Drehmomentanforderungen, die an die Zapfwelle und den Fahrzeugmotor gestellt werden, in vielen Fällen auf gleichmäßige oder nahezu gleichmäßige Niveaus glättet. Dementsprechend kann durch die Integration der nachstehend beschriebenen Drehmomentglättungsvorrichtung in eine gegebene GQP eine verbesserte Gleichmäßigkeit in der Motorlast erreicht werden, um den Motorverschleiß zu verringern und die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern, während Abweichungen in der Bodengeschwindigkeit des Arbeitsfahrzeugs beseitigt und die Bedienererfahrung verbessert werden.
Zwei beispielhafte Ausführungsformen der Drehmomentglättungsvorrichtung werden im Folgenden in Verbindung mit den 3-10 beschrieben. Zunächst wird jedoch eine beispielhafte GQP in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben, um einen nicht einschränkenden veranschaulichenden Kontext bereitzustellen, in dem Ausführungsformen der Drehmomentglättungsvorrichtung besser verstanden werden können. Ungeachtet der folgenden Beschreibung sind Ausführungsformen der Drehmomentglättungsvorrichtung nicht auf die Verwendung innerhalb eines bestimmten GQP-Typs beschränkt. Obwohl nachfolgend in erster Linie beschrieben, wie in einer GQP enthalten, die in Verbindung mit einem Traktor verwendet wird, versteht es sich, dass die GQP, in die die Drehmomentglättungsvorrichtung integriert ist, in Verbindung mit jedem geeigneten Arbeitsfahrzeug verwendet werden kann, das in der Lage ist, die GQP während der Ballenbildung anzutreiben.
GROßQUADERBALLENPRESSE MIT BEISPIELHAFTEN DREHMOMENTGLÄTTVORRICHTUNGEN
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine GQP 20 gezeigt, die mit einem Drehmomentglättungssystem oder einer Drehmomentglättungsvorrichtung 22 ausgestattet ist, wie gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Die GQP 20 beinhaltet zwei Paare von Bodeneingriffsrädern 24, ein Fahrgestell 26, das von den Bodeneingriffsrädern 24 getragen wird, und eine Lasche 28, die sich von einem vorderen oder führenden Abschnitt des Fahrgestells 26 erstreckt. Die Lasche 28 erleichtert das Anbringen der GQP 20 an einem Traktor (oder einem anderen Arbeitsfahrzeug), der verwendet wird, um die GQP 20 über ein Erntegutfeld zu ziehen. Wenn die GQP 20 so gezogen wird, wird Erntegut 30 über eine Aufnahmebaugruppe 32, die einen Drehzinkenaufnehmer 34 und eine Walzenleitwand 36 beinhaltet, in die GQP 20 aufgenommen. Das von der Aufnahmevorrichtung 32 in die GQP 20 eingesammelte Erntegut wird dann durch einen Zuführschacht oder eine Vorverdichtungskammer 38 geleitet. Ein Stopfmechanismus 42, der eine Packergabel 44 ( 2) enthält, drängt das Strömen des Ernteguts (z. B. aufgrund einer Zahnstangenwirkung der Packergabel 44) in eine Öffnung, die in einem unteren vorderen Abschnitt der Ballenkammer 40 zur Flockenkompression bereitgestellt ist.
Die GQP 20 beinhaltet ferner ein Ballengehäuse oder -kasten 46 (2), in dem die Ballenkammer 40 bereitgestellt ist. Der Ballenkasten 46 ist eine im Allgemeinen rechteckige, kastenartige Struktur, die zwei Seitenplatten 48 (von denen eine sichtbar ist), eine untere Platte (nicht sichtbar) und eine obere Platte 50 beinhaltet. Eine Kompressionszylinderbaugruppe 52 umgibt einen hinteren Endabschnitt des Ballenkastens 46 und übt eine nach innen gerichtete Kraft auf die Platten 48, 50 aus. Dieser nach innen gerichtete Druck fördert die Bildung von dichten Erntegutballen innerhalb der Ballenkammer 40, wenn das Erntegut in die Ballenkammer 40 eingeführt und durch Bewegung eines Kolbens (d. h. des GQP-Kolbens 58, der nachfolgend beschrieben wird), der sich innerhalb der Ballenkammer 40 hin- und herbewegt, komprimiert wird. Wie in 1 gezeigt, sind der Ballenkasten 46 und die anderen internen Komponenten der GQP 20 von einer äußeren Abdeckung oder Ummantelung 53 umschlossen, wenn die GQP 20 vollständig zusammengebaut ist.
Die GQP 20 enthält ferner einen Kolbenantrieb 54 (2) mit einen Kolben oder Plunger 58, einen Kolbenkurbelmechanismus 60 und ein Getriebe 62. Der Kolben 58 ist für eine Hin- und Herbewegung mit der Ballenkammer 40 (z. B. durch ein Gelenkviereck) montiert, während er so geformt und bemessen ist, dass er im Wesentlichen der Querschnittsinnengeometrie der Kammer 40 entspricht. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 58 innerhalb der Ballenkammer 40 wird durch einen GQP-Antriebsstrang 64 angetrieben, der wiederum drehend durch die Zapfwelle des Traktors (oder eines anderen Arbeitsfahrzeugs) angetrieben wird, der zum Ziehen der GQP 20 verwendet wird, wie durch den Pfeil 66 in 1 angezeigt. Der GQP-Antriebsstrang 64 kann eine einzelne Welle oder mehrere Wellen 68 beinhalten, die zur gemeinsamen Drehung miteinander verbunden sind; z. B. über ein oder mehrere U-Gelenke, wenn die Wellen 68 eine nicht parallele Ausrichtung aufweisen. Der GQP-Antriebsstrang 64 beinhaltet ferner einen Zapfwellenkoppler 70, der mit einem Gegenkoppler verbunden ist, der an einem Traktor bereitgestellt ist, wenn er mit der GQP 20 verbunden ist. Wenn die GQP 20 auf diese Weise mit einem Traktor (oder einem anderen Arbeitsfahrzeug) verbunden ist, treibt der Traktormotor die Drehung der Zapfwelle des Traktors an, was wiederum die Welle(n) 68 antreibt, die in dem GQP-Antriebsstrang 64 enthalten ist/sind. Eine Drehung der Antriebsstrangwelle(n) 68 wird dann durch das Getriebe 62 in eine Drehung des Kolbenkurbelmechanismus 60 umgewandelt, wobei eine Drehung des Kolbenkurbelmechanismus 60 dann eine Hin- und Herbewegung des Kolbens 58 innerhalb der Ballenkammer 40 antreibt.
Wenn sich der Kolben 58 hin- und herbewegt, komprimiert der Kolben 58 das Erntegut 30, das in die Ballenkammer 40 geleitet wird, in komprimierte Schichten oder Flocken. Wenn mehrere Flocken nacheinander gebildet werden, werden die Flocken zusammengedrückt, um allmählich einen quadratischen oder rechteckigen Erntegutballen 56 zu erstellen oder aufzubauen. Wenn der Erntegutballen 56 seine gewünschte Größe erreicht, wird der Erntegutballen 56 beispielsweise unter Verwendung eines Knotermechanismus 72 an Bord der GQP 20 gebunden. Der neu gebundene Erntegutballen 56 wird dann von der Rückseite der GQP 20 durch eine hintere oder nachfolgende Öffnung ausgeworfen, nachdem eine hintere Klappe 74 abgesenkt wurde. Dieser Vorgang wird dann wiederholt, um zusätzliche quadratische Ballen zu erzeugen, wenn die GQP 20 auf die zuvor beschriebene Weise über das Erntegutfeld gezogen wird.
Wie oben erörtert, werden aufgrund des Wesens des Ballenbildungsprozesses während der Verdichtungsphase des Kolbenhubs außergewöhnlich hohe Drehmomentbelastungen oder -anforderungen an den Traktormotor gestellt. Konkret werden derartige Drehmomentanforderungen auf den Traktormotor durch den Tauchkurbelmechanismus 60, durch die Welle(n) 68, die in dem GQP-Antriebsstrang 64 beinhaltet ist/sind, und letztlich durch die Zapfwelle des Traktors, die mit dem Traktormotor verbunden ist, ausgeübt. Ansonsten werden relativ geringe Drehmomentanforderungen an den Traktormotor und die Komponenten des GQP-Antriebsstrangs 64 (einschließlich des Kolbenkurbelmechanismus 60) während des verbleibenden Teils des Kolbenhubs gestellt. Die Spitzenenergie (z. B. das Spitzenkolbenkurbeldrehmoment), die erforderlich ist, um die Kolbenbewegung während der Verdichtungsphase aufrechtzuerhalten, variiert zwischen den Ausführungsformen. Als nicht einschränkendes Beispiel können sich jedoch die Spitzenenergieanforderungen des Kolbens 58 in bestimmten Fällen 108 Kilojoule (kJ) annähern oder übersteigen, während das Spitzenkolbenkurbeldrehmoment (ausgeübt durch den Kolbenkurbelmechanismus 60) 100 Kilojoule pro Meter (kNm) übersteigen kann. Ferner stellt die hohe Drehmomentanforderung, Verdichtungsphase des Kolbenhubs typischerweise einen relativ kleinen Bruchteil der Gesamtdauer des Kolbenhubs dar. In einem Beispielszenario, in dem der Kolben 58 mit ungefähr 45 Hüben pro Minute arbeitet und jeder Kolbenhub zum Abschluss ungefähr 1333 ms erfordert, kann die Kompressionsphase des Kolbenhubs eine Dauer von ungefähr 350 bis 400 ms aufweisen.
Um solche Schwankungen der Drehmomentlast, die auf den Fahrzeugmotor beim Antreiben der GQP 20 während der Ballenbildung ausgeübt wird, zu glätten (d. h. im Laufe der Zeit gleichmäßiger zu machen), ist die GQP 20 ferner mit der Drehmomentglättungsvorrichtung 22 ausgestattet, die allgemein in 2 gezeigt ist. Als ein Schwerpunkt kann die Drehmomentglättungsvorrichtung 22 verschiedene Formen annehmen, kann aber im Allgemeinen ein Planetengetriebe, ein Schwungrad, einen Hilfsmotor und ein Steuersystem beinhalten. Das Schwungrad, der Hilfsmotor und der GQP-Antriebsstrang 64 können jeweils mit einem anderen Element des Planetengetriebesystems in einer drehfesten Beziehung verbunden sein, wobei das Steuersystem den Betrieb des Hilfsmotors regelt, um die Drehzahl des Schwungrads zu regulieren, wie nachfolgend beschrieben. Eine solche Anordnung ermöglicht es effektiv, die Schwungraddrehzahl relativ zur Zapfwellendrehzahl zu variieren, während es dem Hilfsmotor ermöglicht wird, die Schwungraddrehzahl sehr reaktionsschnell und mit geringer Leistungsaufnahme zu regeln. Nachfolgend werden zwei beispielhafte Ausführungsformen verschiedener Systeme oder Vorrichtungen beschrieben, die zur Verwendung als Drehmomentglättungsvorrichtung 22 geeignet sind. Die erste beispielhafte Ausführungsform der Drehmomentglättungsvorrichtung wird in Verbindung mit den 3-7 beschrieben, während die zweite beispielhafte Ausführungsform der Drehmomentglättungsvorrichtung in Verbindung mit den 8-10 beschrieben wird.
Unter Bezugnahme nun auf 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Drehmomentglättungsvorrichtung 76 schematisch dargestellt. Die beispielhafte Drehmomentglättungsvorrichtung 76 ist zur Verwendung als die Drehmomentglättungsvorrichtung 22 geeignet, die schematisch in den 1-2 dargestellt ist. Die Drehmomentglättungsvorrichtung 76 beinhaltet ein Steuersystem 80, ein Planetengetriebe 82, ein Schwungrad 84 und einen Hilfsmotor 86. Das Planetengetriebe 82 und das Schwungrad 84 sind um den GQP-Antriebsstrang 64 zur Drehung um eine gemeinsame Drehachse 78 montiert. Obwohl nur teilweise in 3 gezeigt, versteht es sich, dass die Komponenten des Planetengetriebes 82 und des Schwungrads 84 allgemein axialsymmetrisch um die Drehachse 78 des GQP-Antriebsstrangs 64 sind. In der beispielhaften Ausführungsform von 3 ist die Drehmomentglättungsvorrichtung 76 um eine einzelne Welle 68 montiert, die in dem GQP-Antriebsstrang 64 enthalten ist, und kann daher als eine „Vollwellen“- oder „Durchgangswellen“-Konstruktion aufweisend beschrieben werden. In weiteren Implementierungen kann die Drehmomentglättungsvorrichtung 76 um zwei oder mehr koaxiale Wellen montiert sein, die in dem GQP-Antriebsstrang 64 enthalten sind, wie weiter unten in Verbindung mit 8 dargestellten beispielhaften Drehmomentglättungsvorrichtung erörtert.
Das Planetengetriebe 82 der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 beinhaltet ein Hohlrad 88, eine Planetenträgerbaugruppe 90 und ein Sonnenrad 92. Die Planetenträgerbaugruppe 90 wiederum beinhaltet einen Träger 94, der eine Anzahl von (z. B. drei) Planetenrädern 96 trägt, von denen eines in 3 gezeigt ist. Die Planetenräder 96 sind in ineinandergreifendem Eingriff zwischen dem gezahnten Innenumfang des Hohlrads 88 und dem gezahnten Außenumfang des Sonnenrads 92 positioniert. Die Planetenträgerbaugruppe 90, das Hohlrad 88 und das Sonnenrad 92 sind zur koaxialen Drehung um die Drehachse 78 der Welle 68 angeordnet, die in dem GQP-Antriebsstrang 64 enthalten ist. Das Sonnenrad 92 des Planetengetriebes 82 wird durch ein oder mehrere Wälzlager 98 (z. B. Kugel- oder Rollenlager) gestützt, die um die Welle 68 auf einer ersten Seite des Trägers 94 angeordnet sind. In ähnlicher Weise wird das Hohlrad 88 durch Wälzlager 100 (z. B. Kugel- oder Rollenlager) gestützt, die ferner um die Welle 68 auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite des Trägers 94 angeordnet sind.
Das Schwungrad 84 ist mechanisch mit dem Sonnenrad 92 in einer festen Drehbeziehung gekoppelt. Im veranschaulichten Beispiel sind das Schwungrad 84 und das Sonnenrad 92 in einer 1:1-Drehbeziehung mechanisch gekoppelt und können durch eine feste Verbindung gekoppelt sein. Genauer gesagt, und wie links in 3 gezeigt, können das Schwungrad 84 und das Sonnenrad 92 als eine Schwungrad-Sonnenrad-Struktur 102 kombiniert sein. Die Schwungrad-Sonnenrad-Struktur 102 kann in Ausführungsformen einstückig oder monolithisch ausgebildet sein, um die Anzahl der Teile zu minimieren und die Komplexität zu reduzieren. In anderen Implementierungen können das Schwungrad 84 und das Sonnenrad 92 als diskrete Komponenten hergestellt sein, die dann verbunden oder anderweitig in einer drehfesten Beziehung angeordnet werden, wenn die Drehmomentglättungsvorrichtung 76 zusammengebaut wird. In ähnlicher Weise kann in Ausführungsformen der Träger 94 der Planetenträgerbaugruppe 90 einstückig mit der Welle 68 ausgebildet sein; oder stattdessen anderweitig mit der Welle 68 in einer festen Drehbeziehung verbunden oder montiert sein, wie etwa durch eine verzahnte oder geschweifte Schnittstelle.
In der Ausführungsform von 3 ist das Hohlrad 88 Teil einer größeren Hohlrad-Eingangszahnrad-Struktur 104. Die Hohlrad-Eingangszahnrad-Struktur 104 beinhaltet ferner ein Eingangszahnrad 106, das mit einem Ritzel 108 in Eingriff steht, das fest mit einem Motorausgang 109 (z. B. einer Abtriebswelle) des Hilfsmotors 86 gekoppelt ist. Aufgrund dieser Anordnung ist der Hilfsmotor 86 steuerbar, um selektiv Drehmoment aufzubringen, das in die Hohlrad-Eingangszahnrad-Struktur 104 aufgebracht wird. Der Hilfsmotor 86 kann Drehmoment über das Hohlrad 88 auf das Planetengetriebe 82 aufbringen, wenn dies von einer Steuerung 110 befohlen wird, die ferner in dem Steuersystem 80 enthalten ist (nachfolgend beschrieben). In ähnlicher Weise wie die Schwungrad-Sonnenrad-Struktur 102 kann die Hohlrad-Eingangszahnrad-Struktur 104 in Ausführungsformen einstückig oder monolithisch hergestellt sein. Alternativ können das Hohlrad 88 und das Eingangszahnrad 106 getrennt hergestellt und in einer festen Drehbeziehung gesichert werden, wenn die Drehmomentglättungsvorrichtung 76 zusammengebaut wird.
Der Hilfsmotor 86 kann eine beliebige Vorrichtung sein, die zum Antreiben der Drehung einer Komponente oder eines Getriebeelements geeignet ist, die/das im Getriebe 82 enthalten ist (im vorliegenden Beispiel durch Antreiben der Drehung des Hohlrads 88). Der Hilfsmotor 86 regelt auch den Schlupf des Hohlrads 88; und verhindert oder zumindest verzögert daher die unerwünschte Drehung des Hohlrads 88 während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung 76. In dieser Hinsicht kann der Hilfsmotor 86 die Form eines elektrischen oder hydraulischen Motors annehmen, der als Reaktion auf Befehlssignale von einer Steuerung 110 arbeitet, die ferner in dem Steuersystem 80 enthalten ist. In Ausführungsformen, in denen der Hilfsmotor 86 ein Hydraulikmotor ist, können verschiedene andere standardisierte Komponenten (z. B. Ventile, Pumpen, Strömungskreise usw.) zwischen der Steuerung 110 und dem Hilfsmotor 86 (in 3 zur Klarheit nicht dargestellt) gekoppelt werden. Die Verbindung zwischen der Steuerung 110 und dem Hilfsmotor 86 ist in 3 durch den Pfeil 112 dargestellt und kann eine Festnetzverbindung oder eine drahtlose Verbindung sein. In einigen Ausführungsformen kann der Hilfsmotor 86 der Steuerung 110 eine Rückkopplung bereitstellen, die die Betriebsparameter (z. B. Drehmomentausgabe oder Drehzahl) der Motorausgabe 109 anzeigt, die die Steuerung 110 dann berücksichtigen kann, wenn sie die nachfolgend beschriebenen Steuerfunktionen ausführt.
Die Steuerung 110 der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 kann jede Form annehmen, die geeignet ist, um die in diesem Dokument beschriebenen Funktionen zu erfüllen. Ferner wird der Begriff „Steuerung“, wie er hierin erscheint, in einem nicht einschränkenden Sinne verwendet, um sich allgemein auf die Verarbeitungsarchitektur der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 zu beziehen. Die Steuerung 110 kann einen oder mehrere Prozessoren, Steuercomputer, einen computerlesbaren Speicher, Stromversorgungen, Speichervorrichtungen, Schnittstellenkarten und andere standardisierte Komponenten beinhalten oder damit verbunden sein. Die Steuerung 110 kann auch eine beliebige Anzahl von Firmware- und Softwareprogrammen oder computerlesbaren Anweisungen enthalten oder mit diesen interagieren, die zur Ausführung der verschiedenen hier beschriebenen Prozessaufgaben, Berechnungen und Steuerfunktionen dienen. Solche computerlesbaren Anweisungen können in einem Speicher 114 gespeichert sein, auf den die Steuerung 110 zugreifen kann. Während allgemein in 3 als ein einzelner Block veranschaulicht, kann der Speicher 114 eine beliebige Anzahl und Art von Speichermedien umfassen, die sich zur Speicherung eines computerlesbaren Codes oder von Anweisungen eignen, sowie sonstige Daten, die zur Unterstützung des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 verwendet werden. Der Speicher 114 kann in Ausführungsformen wie beispielsweise einem System-in-Package, einem System-on-a-Chip oder einer anderen Art von mikroelektronischem Gehäuse oder Modul in die Steuerung 110 integriert sein. Während die Komponenten der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 vollständig an Bord der GQP 20 angeordnet sein können, muss dies nicht in allen Ausführungsformen der Fall sein. Beispielsweise können sich die Steuerung 110 und möglicherweise ein oder mehrere der nachstehend beschriebenen Sensoren 116 in bestimmten Ausführungsformen an Bord des Traktors befinden, mit dem die GQP 20 verbunden ist.
Das Steuersystem 80 kann einen oder mehrere Sensoren 116 beinhalten, die eine Signaleingabe an den Hilfsmotor 86 bereitstellen (zusätzlich oder anstelle einer Signalrückkopplung, die durch den Hilfsmotor 86 selbst bereitgestellt wird). In der veranschaulichten Ausführungsform sind zwei derartige Sensoren 116 allgemein gezeigt und als „S₁“ und „S₂“ gekennzeichnet. Wenn sie in der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 enthalten sind, können die Sensoren 116 Sensoreingaben an die Steuerung 110 bereitstellen, die verschiedene Betriebsparameter der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 und, allgemeiner, der GQP 20 anzeigen. Insbesondere kann die Steuerung 110 in zumindest einigen Implementierungen Sensordaten verwenden, um die Kolbenposition (d. h. die translatorische Position des Kolbens 58 innerhalb der Ballenkammer 40, wie in 2 gezeigt) zu überwachen, wenn der Hilfsmotor 86 gesteuert wird. Die Kolbenposition kann direkt überwacht, aus der Position einer Komponente, die mechanisch an den Kolben 58 gekoppelt ist, in einer festen Beziehung abgeleitet werden (z. B. durch Überwachen der Drehposition des Kolbenkurbelmechanismus 60) oder aus Belastungsbedingungen abgeleitet werden. Somit kann die Steuerung 110 in solchen Ausführungsformen die Kolbenposition während der Ballenbildung mithilfe solcher Sensordaten schätzen und dann die Drehzahl der Motorausgabe 109 zumindest teilweise auf Grundlage der geschätzten Kolbenposition steuern. Eine Art und Weise, wie die Steuerung 110 die Drehzahl der Motorausgabe 109 steuern kann, ist in 6 dargestellt, wie nachfolgend beschrieben. In anderen Fällen kann die Steuerung 110 andere Arten von Sensordaten bei der Implementierung eines etablierten Steuerschemas berücksichtigen, wie etwa Daten, die indikativ für die Drehzahl des GQP-Antriebsstrangs 64 und/oder indikativ für Drehmoment oder Drehzahl des Hilfsmotors 86 sind. Ferner können die Sensoren 116 in Ausführungsformen, in denen das Steuersystem 80 einen Bremsmechanismus (z. B. den nachfolgend beschriebenen Bremsmechanismus 118) beinhaltet, der während des Hochfahrens und/oder Herunterfahrens der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 aktiviert ist, ferner Daten bereitstellen, die den Betriebsstatus der GQP 20 anzeigen.
In bestimmten Ausführungsformen kann eine Kupplung gegen Überdrehzahlbedingungen in die Drehmomentglättungsvorrichtung 76 des Hilfsmotors 86 integriert sein. Ein Beispiel für eine solche Kupplung 147, wie etwa eine Fliehkraftkupplung, ist ferner schematisch in 3 gezeigt. Die Kupplung 147 ist mechanisch zwischen dem Schwungrad 84 und dem Hilfsmotor 86 gekoppelt und konfiguriert, um den Motorausgang 109 von dem Schwungrad 84 zu lösen, wenn die Drehzahl über die Kupplung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Bremsmechanismus 118 in der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 enthalten sein. Wenn vorhanden, kann der Bremsmechanismus 118 durch die Steuerung 110 selektiv gegen einen äußeren Umfang der Hohlrad-Eingangszahnrad-Struktur 104 in Eingriff gebracht werden, um die Drehung der Struktur 104 zu verlangsamen oder zu stoppen. Insbesondere kann der Bremsmechanismus 118 in Eingriff gebracht werden, um eine Drehung des Hohlrads 88 zu verhindern, um das Hochdrehen des Schwungrads 84 auf eine gewünschte Drehzahl beim Starten der GQP 20 zu erleichtern. Zusätzlich oder alternativ kann das Bremsen des Hohlrads 88 verwendet werden, um das sich drehende Schwungrad beim Abschalten der GQP zu verlangsamen (und dadurch die von ihm gespeicherte kinetische Energie abzuleiten). Somit kann die Steuerung 110 in solchen Ausführungsformen den Betriebsstatus der GQP 20 überwachen und den Bremsmechanismus in Eingriff bringen, um eine Drehung des Hohlrads 88 beim Hochfahren und/oder Herunterfahren der GQP 20 zu verhindern.
Beispielhafte Betriebsparameter der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 werden nun unter Bezugnahme auf die Diagramme 119, 121, 123, 125, die in den 4, 5, 6 bzw. 7 dargestellt sind, erörtert. In jedem der Diagramme 119, 121, 123, 125 ist die Zeit entlang der horizontalen Achse (Abszisse) für eine Dauer von 0 ms bis etwa 1333 ms aufgetragen. In Übereinstimmung mit dem zuvor eingeführten Beispiel entspricht dies dem Zeitraum, den der Kolben 58 benötigt, um einen Hub in einer beispielhaften Implementierung aufzuführen, bei der sich der Kolben 58 mit 45 Hüben pro Minute hin- und herbewegt. Ferner tritt in jedem der veranschaulichten Diagramme 119, 121, 123, 125 die Kompressionsphase mit hohem Drehmomentbedarf des Kolbenhubs zwischen ungefähr 0 ms und 350 ms auf. Dies kann unter Bezugnahme auf das Kolbenkurbeldrehmoment erkannt werden, das in Diagramm 119 durch eine Spur 120 (4) aufgetragen ist. Das Kolbenkurbeldrehmoment (Spur 120) wird in kNm ausgedrückt und entspricht der vertikalen Achsenskala, die links im Diagramm 119 gezeigt ist. Wie ersichtlich, entspricht der relativ steile Anstieg des Kolbenkurbeldrehmoments (Spur 120, Spitzenwert bei etwa 3500 kNm) der Verdichtungsphase des Kolbenhubs, die zwischen etwa 0 ms und etwa 350 ms auftritt. Nach diesem Zeitraum nimmt das Kolbenkurbeldrehmoment (Spur 120) mit einer schnellen Rate ab, bis es bei etwa 380 ms auf einen Minimalwert von etwa 500 kNm zurückkehrt. Das Kolbenkurbeldrehmoment (Spur 120) bleibt dann für den Rest des Kolbenhubs im Wesentlichen konstant (von etwa 380 ms bis etwa 1400 ms in dem veranschaulichten Beispiel), bis sich der Kolbenhubzyklus wiederholt.
Es ist ferner im Diagramm 119 (4) gezeigt, dass trotz der ausgeprägten Varianz des Kolbendrehmomentbedarfs die Zapfwellendrehzahl (Spur 122) und damit die auf den Traktormotor aufgebrachte Last (wie insbesondere von der GQP 20 beigetragen) über den Kolbenhubzyklus im Wesentlichen konstant gehalten wird. Im Diagramm 119 wird die Zapfwellendrehzahl (Spur 122) in U/min ausgedrückt und über den Kolbenhub bei etwa 1000 U/min gehalten (wiederum unter Bezugnahme auf die linke vertikale Skala in 4). Entsprechend bleibt die Kolbenkurbeldrehzahl (Spur 126) ebenfalls im Wesentlichen konstant bei etwa 45 U/min, wie auf der rechten vertikalen Skala des Diagramms 119 angegeben. Die Differenz zwischen der Kolbenkurbeldrehzahl (Spur 126) und der Zapfwellendrehzahl (Spur 122) ist auf eine feste Untersetzung durch das Getriebe 62 zurückzuführen, hier eine Untersetzung von 22,2. Somit steuert die Steuerung 110 in solchen Ausführungsformen den Hilfsmotor 86 (und reguliert insbesondere die Drehzahl des Motorausgangs 109), um die Zapfwelle und den GQP-Antriebsstrang 64 während der Ballenbildung durch die GQP 20 auf einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl zu halten. Wie hier zu sehen, wird ein benannter Wert (z. B. die Drehzahl der Zapfwelle) als „im Wesentlichen konstant“ betrachtet, wenn er sich über den Kolbenhubzyklus um weniger als 5 % unterscheidet. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 110 die Drehzahl des Hilfsmotors 86 derart regeln, dass die Drehzahl des GQP-Antriebsstrangs 64 und die Drehzahl der nicht veranschaulichten Zapfwelle über den Kolbenhubzyklus der GQP 20 um weniger als 10 % variiert.
Um diese Konstanz in der Kolbenkurbeldrehzahl (Spur 126) und der Zapfwellendrehzahl (Spur 122) zu erreichen, stellt das Schwungrad 84 (und in geringerem Ausmaß der Hilfsmotor 86) einen positiven Drehmomentbeitrag bereit, der den steilen Anstieg des Drehmomentbedarfs über die Verdichtungsphase des Kolbenhubs kompensiert. Dies kann ferner durch Bezugnahme auf die Schwungraddrehzahlt, die durch die Spur 124 in 4 aufgetragen ist, erkannt werden, während die allmähliche Abnahme der Schwungraddrehzahl (die einen positiven Drehmomentbeitrag angibt) beobachtet wird, die dem erhöhten Bedarf an Kolbenkurbeldrehmoment (Spur 120) entspricht, der zwischen ungefähr 0 und 350 ms auftritt. Danach steigt bei etwa 350 ms die Schwungraddrehzahl allmählich an (und erreicht eine maximale Drehzahl von etwa 3500 U/min), da zusätzliche kinetische Energie in dem Schwungrad 84 gespeichert wird. Das Schwungrad 84 stellt folglich einen negativen Drehmomentbeitrag über den Rest des Kolbenzyklus bereit, der nach der Verdichtungsphase mit hohem Drehmomentbedarf auftritt. Anders ausgedrückt beschleunigt und speichert die Zapfwellenleistung Energie im Schwungrad 84, wenn die Kolbenleistung niedriger als die durchschnittliche Kolbenzyklusleistung ist; und umgekehrt verlangsamt und entfernt die Kolbenlast Energie vom Schwungrad 84, wenn die Kolbenleistung höher als die durchschnittliche Kolbenzyklusleistung ist.
Unter Bezugnahme auf das in 5 gezeigte Diagramm, ist die Varianz des Zapfwellendrehmoments über dem Kolbenhub ferner durch eine Spur 128 aufgetragen. Im veranschaulichten Beispiel variiert das Zapfwellendrehmoment von einem Maximalwert von ungefähr 880 Nm zu einem Minimalwert von ungefähr 710 Nm. Während also eine gewisse Varianz des Zapfwellendrehmoments über die Kompressionsphase des Kolbenhubs auftritt (wiederum zwischen etwa 0 und etwa 350 ms), ist diese Varianz des Zapfwellendrehmoments im Vergleich zu der bei herkömmlichen Drehmomentglättungsvorrichtungen mit relativ massiven Schwungrädern mit hoher Trägheit minimiert. Ferner steigt die Leistung zum Kolbenantrieb 64 (Spur 130, ausgedrückt in Kilowatt (kW)) über einen Zeitraum, der dem erhöhten Bedarf an Kolbenkurbeldrehmoment entspricht (Kurve 120, 4). Konkret steigt die Leistung zum Kolbenantrieb 64 (Spur 130) während der Verdichtungsphase auf eine Spitze von ungefähr 300 kW an, bevor sie für den Rest des Kolbenhubs auf ungefähr 50 kW abnimmt. Gleichzeitig und wie durch eine Spur 131 (ausgedrückt in kW) angezeigt, die in dem in 5 gezeigten Diagramm 121 aufgetragen ist, bleibt die Zapfwellenleistung über den Kolbenhub im Wesentlichen konstant; z. B. bleibt die Zapfwellenleistung über den Kolbenhubzyklus bei ungefähr 100 kW.
Die Art und Weise, in der das Schwungrad 84 zwischen positiven und negativen Energie- (Drehmoment-) Beiträgen schwankt, um die Varianz der Drehmomentanforderungen, die an die Zapfwelle und den GQP-Antriebsstrang 64 gestellt werden, zu reduzieren, kann ferner unter Bezugnahme auf den Graphen 123 (6) erkannt werden. Wie im Diagramm 123 angegeben, ist der Leistungs- oder Drehmomentbeitrag vom Schwungrad 84 anfänglich positiv, wie durch den Abschnitt der Spur 133 über der gepunkteten Nulllinie 134 angezeigt wird, der bei etwa 200 kW seinen Höhepunkt erreicht. Dies zeigt wiederum, auf welche Weise das Schwungrad 84 verlangsamt wird, um einen positiven Drehmomentbeitrag zum Antrieb der Kolbenbewegung während der Kompressionsphrase des Kolbenhubs bereitzustellen. Umgekehrt sinkt nach der Verdichtungsphase bei etwa 350 ms der Drehmomentbeitrag des Schwungrades 84 unter die Nulllinie 134 auf einen Wert von etwa -50 kW. Dies zeigt einen negativen Beitrag (Soll) vom Schwungrad 84 an, da das Schwungrad 84 nun beginnt, kinetische Energie zur Verwendung im nächsten Zyklus zu erfassen und zu speichern.
Die Ringdrehzahl und Drehrichtung (wie durch die Positionierung der Spur 136 relativ zur Nulllinie 134 angegeben) variiert in Verbindung mit der Drehmomenteingabe oder -ausgabe von dem Schwungrad 84. Insbesondere gibt die Spur 136 eine Weise an, auf die die Steuerung 110 die Drehzahl der Motorausgabe 109 (und somit die Drehzahl des Hohlrads 88) regeln kann, um eine im Wesentlichen konstante Zapfwellendrehzahl (Spur 122) und eine im Wesentlichen konstante Kolbenkurbeldrehzahl (Spur 126) während des Betriebs der GQP 20 aufrechtzuerhalten. Wiederum kann die Steuerung 110 die geeigneten Einstellungen der Drehzahl des Hohlrads 88 unter Verwendung von Sensordaten bestimmen, die von den Sensoren 116 (3) empfangen werden, die die Kolbenposition, Belastungsbedingungen oder einen anderen derartigen Betriebsparameter der GQP 20 anzeigen. Die Steuerung 110 steuert die Motorausgabe 109 des Hilfsmotors 86 derart, dass die Drehrichtung des Hohlrads 88 während der Kolbenhubkompressionsphase anfänglich umkehrt (von einer Drehung in einer ersten Drehrichtung zu einer Drehung in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung übergeht); und dann ein zweites Mal umkehrt (Rückkehr zur Drehung in der ersten Drehrichtung) an einem vorbestimmten Zeitpunkt, der der Kompressionsphase folgt (in dem veranschaulichten Beispiel etwa bei 850 ms). In anderen Implementierungen kann das Hohlrad 88 seine Drehrichtung während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 nicht umkehren; das Zulassen einer Rückwärtsbewegung des Hohlrads 88 kann jedoch ermöglichen, dass die Leistungsanforderungen des Hilfsmotors 86 reduziert werden, und ist somit in zumindest einigen Ausführungsformen der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 zulässig.
Die Leistung, die durch den Hilfsmotor 86 auf das Hohlrad 88 aufgebracht wird, ist im Diagramm 123 als Spur 133 (ausgedrückt in Hektowatt-Einheiten (hW)) aufgetragen. Wie im Diagramm 123 dargestellt, unterscheiden sich die Einheiten der Ringleistung (Spur 133, ausgedrückt in hW) relativ zu den Einheiten des Schwungradleistungsbeitrags (Spur 138, ausgedrückt in kW) um den Faktor 10. Dies geschieht, um die Varianz der Ringleistung (die vom Hilfsmotor 86 auf das Hohlrad 88 aufgebrachte Leistung) über den Kompressionshub des Kolbens 58, der von etwa 0 ms bis 350 ms auftritt, deutlicher zu veranschaulichen. Zusätzlich muss der Hilfsmotor 86, wie ersichtlich, nur eine relativ bescheidene Drehmomenteingabe in dem veranschaulichten Beispiel bereitstellen, wodurch Größe und Kosten des Motors 86 minimiert werden können.
Schließlich, unter Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Diagramm 125, werden mehrere Drehmomentvergleiche dargestellt. Dies beinhaltet das Drehmoment, das auf den Kolbenantrieb 54 ausgeübt wird (Spur 139), das Drehmoment, das auf das Hohlrad ausgeübt wird (Spur 140), das Zapfwellendrehmoment (Spur 142) und den Drehmomentbeitrag des Schwungrads 84 (Spur 144). Die veranschaulichten Spuren (Spuren 138, 140, 142, 144) werden jeweils in Nm im Diagramm 125 ausgedrückt. Erneut steigt das Drehmoment, das auf den Kolbenantrieb 54 ausgeübt wird (Spur 139), über die Verdichtungsphase des Kolbenhubs, ebenso wie das Ringdrehmoment (Spur 140) und das Schwungraddrehmoment, das auf das Sonnenrad 92 ausgeübt wird (Spur 144). Im Vergleich dazu bleibt das Zapfwellendrehmoment (Spur 142) im Wesentlichen konstant. Der negative Drehmomentbeitrag des Schwungrads 84 (Spur 144), der während dieser Phase des Kolbenhubs auftritt, wird durch die Abschnitte der Kurve 144 unterhalb der Nulllinie 146 dargestellt.
Auf die oben beschriebene Weise ist die Steuerung 110 der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 konfiguriert, um dem Hilfsmotor 86 zu befehlen, selektiv Drehmoment auf den GQP-Antriebsstrang 64 aufzubringen, so dass das durch den Hilfsmotor 86 aufgebrachte Drehmoment in Kombination mit dem (positiven oder negativen) Drehmomentbeitrag des Schwungrads 84 Schwankungen der Drehmomentanforderungen reduziert, die an den Fahrzeugmotor gestellt werden, wenn sich der Kolben 58 innerhalb der Ballenkammer 40 hin- und herbewegt, um einen Erntegutballen 56 zu bilden, wie etwa den in 2 gezeigten. Die Variation der Drehmomentanforderungen oder -last, die auf den Fahrzeugmotor ausgeübt wird, ist im Vergleich zu den Drehmomentanforderungen reduziert, die ansonsten von der GQP 20 während der Ballenbildung an den Fahrzeugmotor ausgeübt würden, wenn der GQP 20 die Drehmomentglättungsvorrichtung 76 fehlt. In alternativen Ausführungsformen kann die Drehmomentglättungsvorrichtung verschiedene andere Formen annehmen, während sie dennoch eine solche Reduzierung der Drehmomentanforderungen bereitstellt, die während des Betriebs der GQP an den Fahrzeugmotor gestellt werden. Um diesen Punkt weiter zu betonen, wird eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer Drehmomentglättungsvorrichtung, die auch zur Verwendung als die Drehmomentglättungsvorrichtung 22 geeignet ist, wie in 2 allgemein gezeigt, nun in Verbindung mit den 8-10 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine zweite beispielhafte Drehmomentglättungsvorrichtung 148 schematisch dargestellt. In vielerlei Hinsicht ist die Drehmomentglättungsvorrichtung 148 ähnlich der Drehmomentglättungsvorrichtung 76, die oben in Verbindung mit den 3-7 beschrieben ist. Zum Beispiel beinhaltet die Drehmomentglättungsvorrichtung 148 ein Planetengetriebe 150, ein Schwungrad 152, eine Steuerung 154 und einen Hilfsmotor 156, wie etwa einen Hydraulik- oder Elektromotor. Der Steuerung 154 ist ein Speicher 160 zugeordnet, der computerlesbare Anweisungen enthält, die das Steuerschema spezifizieren, das durch die Steuerung 154 implementiert wird, wenn der Hilfsmotor 156 gesteuert wird. Die Steuerung 158 kann Sensoreingabedaten von einer beliebigen Anzahl von Sensoren 162 empfangen, wobei diese Sensoreingabe verwendet wird, um eine gewünschte Ausgabe des Hilfsmotors 156 zu bestimmen, und dann entsprechende Befehlssignale über eine Verbindung 164 an den Hilfsmotor 156 übertragen, um die gewünschte Motorausgabe umzusetzen. Die Steuerung 158 kann auch einen Bremsmechanismus 166 steuern, der selektiv in Eingriff gebracht werden kann, um die Drehung eines Hohlrads 174, das in dem Planetengetriebe 150 enthalten ist, während des Hochfahrens und/oder Herunterfahrens der GQP, wie zuvor beschrieben, zu verhindern.
Während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung 148 kann die Steuerung 158 dem Motor 156 befehlen, einen Motorausgang 168 und ein Ritzel 170 zu drehen. Die Drehung des Ritzels 170 treibt die Drehung eines Eingangszahnrads 172 an, das drehfest mit einem Hohlrad 174 verbunden ist, das in dem Planetengetriebe 150 enthalten ist. Wiederum kann eine Kupplung 176 am Motorausgang 168 bereitgestellt werden, um eine Überdrehzahl des Motors 156 auf analoge Weise wie oben beschrieben zu verhindern. Zusätzlich zum Hohlrad 174 beinhaltet das Planetengetriebe 150 ferner eine Planetenträgerbaugruppe 178 mit einem Träger 180, an dem eine Vielzahl von Planetenrädern 182 angebracht ist. Ein Sonnenrad 184 steht entlang seines gezahnten Außenumfangs mit den Planetenrädern 182 in Eingriff, die mit dem gezahnten Innenumfang des Hohlrads 174 in Eingriff stehen. Schließlich können, wie zuvor der Fall war, Lager 186 (z. B. Kugel- oder Rollenlager) bereitgestellt werden, um die rotierenden Komponenten des Planetengetriebes 150 zu stützen, wie gezeigt. Das Sonnenrad 184 und das Schwungrad 152 können in Ausführungsformen als ein einziges Stück oder monolithisches Teil (hier eine „Schwungrad-Sonnenrad-Struktur 188“) hergestellt werden. In anderen Fällen können das Sonnenrad 184 und das Schwungrad 152 als separate Komponenten realisiert und in eine drehfeste Beziehung gebracht werden, wenn die Drehmomentglättungsvorrichtung 148 zusammengebaut wird. Dies gilt auch für das Hohlrad 174 und das Eingangszahnrad 172, obwohl sie in Ausführungsformen nicht im Wesentlichen als einteiliges oder monolithisches Teil (hier „Hohlrad-Eingangszahnrad-Struktur 190“) ausgebildet sind.
Im Gegensatz zu der Drehmomentglättungsvorrichtung 76, die oben in Verbindung mit 3 beschrieben ist, fehlt der Drehmomentglättungsvorrichtung 148 (8) eine Durchgangswellen- oder Vollwellenkonfiguration. Stattdessen sind zwei getrennte Wellen 68 (a), 68(b) in einer koaxialen Beziehung positioniert, um sich um die Achse 78 zu drehen, während sie durch einen axialen Versatz oder Spalt 192 getrennt sind. In 8 ist die Abtriebswelle (die zu dem GQP-Kolben 58 führt) durch das Bezugszeichen „68(a)" identifiziert, während die Eingangswelle durch das Bezugszeichen „68(b)" identifiziert ist. Die Drehmomentglättungsvorrichtung 148 und insbesondere das Planetengetriebe 150 ist über die zwei Wellen 68(a), 68(b) montiert und überspannt (erstreckt sich axial über) den axialen Spalt 192. Während des Betriebs wird Drehmoment über die Zapfwelle auf die Eingangswelle 68(b) aufgebracht, um den Träger 180 mit einer relativ schnellen Drehzahl um die Drehachse 78 zu drehen. Im Vergleich dazu kann der Ausgang 168 des Hilfsmotors 156 stationär bleiben oder sich mit einer relativ langsamen Drehrate drehen, abhängig von den Befehlssignalen, die von der Steuerung 158 empfangen werden. Dies induziert eine Drehung des Sonnenrades 184 und damit des Schwungrades 152, um die gewünschte Energiespeicherfunktion bereitzustellen. Somit muss der Motor 156 wiederum nur einen relativ geringen Drehmomentbeitrag bereitstellen und kann entsprechend dimensioniert werden. Die Steuerung 158 befiehlt dem Hilfsmotor 156, die Motorausgabe 158 zu drehen und einen positiven Drehmomentbeitrag über das Planetengetriebe 150 in den GQP-Antriebsstrang 64 einzugeben, wie nachfolgend in Verbindung mit den 9 und 10 beschrieben.
Unter Bezugnahme nun auf die 9 und 10, kann die Kolbenkurbeldrehzahl während des Kolbenhubzyklus variieren, wie durch eine Spur 194 in Diagramm 193 (9) angegeben. Insbesondere liegt die Kolbenkurbeldrehzahl (Spur 194) während des Betriebs der beispielhaften Drehmomentglättungsvorrichtung 148 (8) im Bereich von etwa 41 bis 50 U/min (auf der rechten vertikalen Skala in 9 angegeben). Unter Bezugnahme auf die linke vertikale Skala des Diagramms 193 erfährt das Kolbenkurbeldrehmoment (Spur 196, ausgedrückt in kNm) während der Verdichtungsphase des Kolbenhubs (von etwa 0 ms bis etwa 350 ms) einen vorübergehenden Spitzenwert, wobei das Kolbenkurbeldrehmoment in dem veranschaulichten Beispiel wieder einen Spitzenwert von etwa 60 kNm erreicht. Nach dem Spitzenwert während der Verdichtungsphase des Kolbenhubs nimmt das Kolbenkurbeldrehmoment (Spur 196) dann schnell auf einen relativ niedrigen Wert (z. B. >10 kNm) ab und bleibt bis zur nächsten Iteration der Verdichtungsphase des Kolbenhubzyklus im Wesentlichen konstant.
Wie zuvor bei der Steuerung 110 der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 der Fall war, kann die Steuerung 158 die Drehzahl des Motors 156 in einer Weise regulieren, die die Drehung der Eingangswelle 68(b) des GQP-Antriebsstrangs 64 und damit der Zapfwelle des Traktors bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl beibehält. Dies wird in dem Diagramm 193 (9) durch eine Spur 198 angezeigt. Wie durch die Spur 198 angezeigt, wird die Zapfwellendrehzahl über den Kolbenhubzyklus bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl (z. B. etwa 1000 U/min) gehalten. Schließlich, wie durch die Spur 200 in dem Diagramm 193 (9) angezeigt, verringert und erhöht sich die Schwungraddrehzahl in Bezug auf die Änderungen in der Anforderung des Kolbenkurbeldrehmoments, je nach Bedarf positives oder negatives Drehmoment beizutragen, um die Drehung der Eingangswelle 68(b) und der Zapfwelle bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl zu halten. Insbesondere verringert sich die Schwungraddrehzahl (Spur 200), um dem GQP-Antriebsstrang 64 während der Kolbenhubkompressionsphase zusätzliche Leistung (positiver Drehmomentbeitrag) durch das Planetengetriebe 150 zuzuführen. Umgekehrt nimmt die Schwungraddrehzahl (Spur 200) nach der Verdichtungsphase allmählich zu, wenn das Schwungrad 188 allmählich kinetische Energie speichert (wodurch ein negativer Drehmomentbeitrag bereitgestellt wird), um sie während der Verdichtungsphase des nächsten Kolbenhubs freizugeben.
Unter Bezugnahme auf das Diagramm 195 in 10 ist die Zapfwellenleistung durch eine Kurve 202 (ausgedrückt in kW) aufgetragen und bleibt über die Dauer des Kolbenhubzyklus konstant. Im Vergleich dazu ist die Ringgeschwindigkeit durch eine Spur 204 (ausgedrückt in U/min) aufgetragen, wobei Änderungen in der Drehrichtung des Hohlrads 174 durch die relative Position verschiedener Segmente der Spur 204 über oder unter einer gestrichelten Nulllinie 206 angezeigt werden. Wie zu erkennen ist, regelt die Steuerung 158 die Ausgabe des Hilfsmotors 156 derart, dass die Richtung, in der sich das Hohlrad 174 dreht, während der Kolbenhubkompressionsphase und erneut an einer vorbestimmten Stelle nach der Kompressionsphase (z. B. bei ca. 850 ms) umkehrt. Schließlich ist die Ringleistung im Diagramm 195 (10) durch eine Spur 208 aufgetragen. Erneut ist die Ringleistung (Spur 208) in hW (im Gegensatz zu kW) aufgetragen, was den relativ geringen Leistungsbeitrag angibt, der von dem Hilfsmotor 156 beim Durchführen des oben beschriebenen Steuerschemas erforderlich ist, um die Zapfwellendrehzahl und Motorlast während des Betriebs der GQP 20 im Wesentlichen konstant zu halten.
Auf eine Weise, die der Steuerung 110 der Drehmomentglättungsvorrichtung 76 ( 3) ähnlich ist, steuert die Steuerung 158 der Drehmomentglättungsvorrichtung 148 den Hilfsmotor 156, um selektiv Drehmoment auf den GQP-Antriebsstrang 64 aufzubringen, so dass das Drehmoment, das durch den Hilfsmotor 156 aufgebracht wird, in Kombination mit dem (positiven oder negativen) Drehmomentbeitrag des Schwungrads 152 Schwankungen in der Drehmomentanforderungen reduziert, die an den Fahrzeugmotor gestellt werden, wenn sich der Kolben 58 innerhalb der Ballenkammer 40 hin- und herbewegt, um einen Erntegutballen zu bilden. Zusätzlich kann die Steuerung 158 in verschiedenen Ausführungsformen die Ausgangsdrehzahl des Hilfsmotors 156 auf eine Weise regeln, die sicherstellt, dass die Drehzahl des GQP-Antriebsstrangs 64 und die Drehzahl der nicht dargestellten Zapfwelle während des Kolbenhubzyklus um weniger als 10 % variiert und möglicherweise während des Kolbenhubzyklus auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird.
AUFZÄHLUNG VON BEISPIELEN FÜR DIE DREHMOMENTGLÄTTUNGSVORRICHTUNG
Die folgenden Beispiele für die Drehmomentglättungsvorrichtung sind ferner bereitgestellt und zur einfacheren Bezugnahme nummeriert.

1. Es wird eine Drehmomentglättungsvorrichtung bereitgestellt, die in Verbindung mit einer GQP verwendet wird. Die GQP ist an einem Arbeitsfahrzeug anbringbar, das einen Fahrzeugmotor enthält. Die GQP beinhaltet eine Ballenkammer, einen Kolben, der für eine Hin- und Herbewegung innerhalb der Ballenkammer montiert ist, und einen GQP-Antriebsstrang, der durch den Fahrzeugmotor drehend angetrieben wird, wenn die GQP am Arbeitsfahrzeug befestigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Drehmomentglättungsvorrichtung ein Planetengetriebe und ein Schwungrad, das mechanisch über das Planetengetriebe an den GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist. Ein Hilfsmotor weist einen Motorausgang auf, der ferner mechanisch über das Planetengetriebe mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist. Eine Steuerung ist betriebsfähig mit dem Hilfsmotor gekoppelt. Die Steuerung ist konfiguriert, um dem Hilfsmotor zu befehlen, selektiv Drehmoment auf den GQP-Antriebsstrang aufzubringen, so dass das Drehmoment, das durch den Hilfsmotor aufgebracht wird, in Kombination mit einem Drehmomentbeitrag des Schwungrads, Schwankungen in den Drehmomentanforderungen reduziert, die an den Fahrzeugmotor gestellt werden, wenn sich der Kolben innerhalb der Ballenkammer hin- und herbewegt, um einen Erntegutballen zu bilden.
2. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, wobei das Arbeitsfahrzeug ferner eine Zapfwelle enthält, die mechanisch zwischen dem Fahrzeugmotor und dem GQP-Antriebsstrang verbunden ist. Die Steuerung ist konfiguriert, um den Hilfsmotor zu steuern, um die Zapfwelle während der Ballenbildung durch die GQP auf einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl zu halten.
3. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, wobei das Planetengetriebe Folgendes beinhaltet: ein Hohlrad, das mechanisch mit dem Ausgang des Hilfsmotors in einer festen Drehbeziehung gekoppelt ist; eine Planetenträgerbaugruppe, die einen Träger und eine Vielzahl von Planetenrädern beinhaltet, wobei die Vielzahl von Planetenrädern von dem Träger getragen wird und mit einem gezahnten Innenumfang des Hohlrads in Eingriff steht; und ein Sonnenrad, das koaxial mit dem Hohlrad und der Trägerbaugruppe ist, wobei das Sonnenrad mit der Vielzahl von Planetenrädern in Eingriff steht.
4. Die Drehmomentglättungsvorrichtung von Beispiel 3, wobei das Schwungrad mechanisch über das Sonnenrad und die Planetenträgerbaugruppe mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist.
5. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 4, wobei das Schwungrad drehbar an dem Sonnenrad fixiert ist.
6. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 3, wobei der GQP-Antriebsstrang eine Antriebsstrangwelle beinhaltet, um die die Planetenträgerbaugruppe angeordnet ist. Der Träger ist drehfest mit der Antriebsstrangwelle verbunden.
7. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 3, wobei der Hilfsmotor mechanisch über das Hohlrad mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist.
8. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 3, wobei die Steuerung den Hilfsmotor auf eine Weise anweist, die bewirkt, dass sich eine Drehrichtung des Hohlrads während einer Kolbenhubkompressionsphase des Kolbens umkehrt.
9. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, ferner umfassend einen Sensor, der Sensordaten bereitstellt, die die Zapfwellendrehzahl oder das Zapfwellendrehmoment einer Zapfwelle angeben, die mechanisch zwischen dem Fahrzeugmotor und dem GQP-Antriebsstrang verbunden ist. Die Steuerung ist mit dem Sensor gekoppelt und konfiguriert, um die Motordrehzahl einzustellen, um Schwankungen der Zapfwellendrehzahl oder des Drehmoments während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung zu reduzieren.
10. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, wobei die GQP ferner eine Kolbenkurbelwelle enthält, die mit dem Kolben verbunden ist, während die Drehmomentglättungsvorrichtung ferner einen Kolbenkurbelwellendrehzahlsensor beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Drehzahl der Kolbenkurbelwelle zu überwachen. Die Steuerung ist mit dem Kolbenkurbelwellendrehzahlsensor gekoppelt und ferner konfiguriert, um eine Drehzahl der Motorausgabe zu regulieren, um eine im Wesentlichen konstante Kolbenkurbelwellendrehzahl während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung aufrechtzuerhalten.
11. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, die ferner einen Bremsmechanismus beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Drehung des Hohlrads zu verhindern, wenn der Bremsmechanismus in Eingriff steht. Die Steuerung ist betriebsfähig mit dem Bremsmechanismus gekoppelt und konfiguriert, um den Bremsmechanismus beim Hochfahren und/oder Herunterfahren der GQP in Eingriff zu bringen.
12. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, die ferner eine Kupplung beinhaltet, die mechanisch zwischen dem Schwungrad und dem Hilfsmotor gekoppelt ist. Die Kupplung löst die Motorausgabe vom Schwungrad, wenn die Drehzahl über der Kupplung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
13. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, ferner beinhaltend einen Sensor, der Sensordaten bereitstellt, die die Kolbenposition des Kolbens innerhalb der Ballenkammer angeben. Die Steuerung ist an den Sensor gekoppelt und konfiguriert, um: (i) die Kolbenposition unter Verwendung der Sensordaten während der Ballenbildung durch die GQP zu schätzen und (ii) eine Drehzahl der Motorausgabe zumindest teilweise auf Grundlage der geschätzten Kolbenposition zu steuern.
14. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 1, wobei der GQP-Antriebsstrang Folgendes beinhaltet: eine Eingangswelle; eine Abtriebswelle, die koaxial mit der Eingangswelle ist und mechanisch zwischen der Eingangswelle und dem Kolben gekoppelt ist, der in der GQP enthalten ist; und einen axialen Spalt, der die Eingangswelle und die Abtriebswelle trennt, wobei das Planetengetriebe in einer koaxialen Beziehung mit der Eingangswelle und der Abtriebswelle angeordnet ist, während es den axialen Spalt überspannt.
15. Die Drehmomentglättungsvorrichtung nach Beispiel 14, wobei das Schwungrad drehbar an der Abtriebswelle fixiert ist.

FAZIT
Aus diesem Grund wurden Ausführungsformen einer Drehmomentglättungsvorrichtung für den Einsatz in Verbindung mit GQPs bereitgestellt. Ausführungsformen der Drehmomentglättungsvorrichtung verwenden eine einzigartige Kombination aus einem Summierplanetengetriebe, einem Schwungrad und einem Hilfsmotor (elektrisch oder hydraulisch), um ein unendlich stufenloses Getriebe (IVT) zum Bereitstellen einer erhöhten Gleichmäßigkeit der Drehmomentanforderungen zu erzeugen, die an einen Traktormotor gestellt werden, wenn die GQP während der Ballenbildung durch eine Zapfwelle angetrieben wird. Mehrere Vorteile werden durch Verbessern der Gleichmäßigkeit der Drehmomentanforderungen (oder „Glätten“ von Varianzen der Drehmomentanforderungen), die an den Traktormotor gestellt werden, erzielt, einschließlich zum Beispiel einer Verringerung des Motorverschleißes und einer verlängerten Lebensdauer von Motorkomponenten. Zusätzlich werden Abweichungen, die ansonsten bei der Bodengeschwindigkeit des Traktors auftreten können, wenn ein Drehmoment einer GQP während der Ballenbildung aufgebracht wird, minimiert, wenn nicht sogar eliminiert, wodurch die Bedienererfahrung verbessert wird. Ein geringeres Gewicht des Schwungrads, Komplexitätsreduktionen (im Vergleich zu Doppelkolbensystemen) und andere derartige Vorteile können zumindest in einigen Implementierungen erreicht werden. Ferner kann die Drehmomentglättungsvorrichtung in bestimmten Ausführungsformen eine im Wesentlichen gleichmäßige Kolbenkurbeldrehzahl erreichen. Zusätzlich oder alternativ können Ausführungsformen der Drehmomentglättungsvorrichtung relativ einfache Steuerschemata ermöglichen, wenn einem Hilfsmotor befohlen wird, selektiv Drehmoment über das Planetengetriebe auf das Schwungrad, den GQP-Antriebsstrang oder eine Kombination davon aufzubringen.
Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Sinn der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Drehmomentglättungsvorrichtung, die in Verbindung mit einer Großquaderballenpresse (GQP) verwendet wird, die an einem Arbeitsfahrzeug anbringbar ist, das einen Fahrzeugmotor enthält, wobei die GQP eine Ballenkammer, einen Kolben, der für eine Hin- und Herbewegung innerhalb der Ballenkammer montiert ist, und einen GQP-Antriebsstrang, der durch den Fahrzeugmotor drehangetrieben wird, wenn die GQP an dem Arbeitsfahrzeug angebracht ist, beinhaltet, wobei die Drehmomentglättungsvorrichtung Folgendes umfasst: ein Planetengetriebe; ein Schwungrad, das mechanisch über das Planetengetriebe mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist; einen Hilfsmotor mit einem Motorausgang, der ferner mechanisch über das Planetengetriebe mit dem GQP-Antriebsstrang gekoppelt ist; und eine Steuerung, die betriebsfähig mit dem Hilfsmotor gekoppelt ist, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um dem Hilfsmotor zu befehlen, selektiv Drehmoment auf den GQP-Antriebsstrang aufzubringen, so dass das von dem Hilfsmotor aufgebrachte Drehmoment in Kombination mit einem Drehmomentbeitrag des Schwungrads Schwankungen der Drehmomentanforderungen reduziert, die an den Fahrzeugmotor gestellt werden, wenn sich der Kolben innerhalb der Ballenkammer hin- und herbewegt, um Erntegutballen unter Verwendung der GQP zu bilden.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Arbeitsfahrzeug ferner eine Zapfwelle (PTO) enthält, die mechanisch zwischen dem Fahrzeugmotor und dem GQP-Antriebsstrang verbunden ist; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Hilfsmotor zu steuern, um die Zapfwelle während der Ballenbildung durch die GQP auf einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl zu halten.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Planetengetriebe Folgendes umfasst: ein Hohlrad, das mechanisch mit dem Ausgang des Hilfsmotors in einer festen Drehbeziehung gekoppelt ist; eine Planetenträgerbaugruppe, die einen Träger und eine Vielzahl von Planetenrädern beinhaltet, wobei die Vielzahl von Planetenrädern von dem Träger getragen wird und mit einem gezahnten Innenumfang des Hohlrads in Eingriff steht; und ein Sonnenrad, das koaxial mit dem Hohlrad und der Trägerbaugruppe ist, wobei das Sonnenrad mit der Vielzahl von Planetenrädern in Eingriff steht.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Schwungrad mechanisch mit dem GQP-Antriebsstrang durch das Sonnenrad und durch die Planetenträgerbaugruppe gekoppelt ist.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Schwungrad drehbar an dem Sonnenrad fixiert ist.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der GQP-Antriebsstrang eine Antriebsstrangwelle umfasst, um die die Planetenträgerbaugruppe angeordnet ist; und wobei der Träger drehbar an der Antriebsstrangwelle fixiert ist.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Hilfsmotor mechanisch über das Hohlrad mit dem QP-Antriebsstrang gekoppelt ist.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Steuerung den Hilfsmotor auf eine Weise anweist, die bewirkt, dass eine Drehrichtung des Hohlrads während einer Kolbenhubkompressionsphase des Kolbens umkehrt.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend einen Sensor, der Sensordaten bereitstellt, die eine Zapfwellendrehzahl (PTO) oder ein Zapfwellendrehmoment einer Zapfwelle angeben, die mechanisch zwischen dem Fahrzeugmotor und dem GQP-Antriebsstrang verbunden sind; wobei die Steuerung mit dem Sensor gekoppelt und konfiguriert ist, um die Motordrehzahl einzustellen, um Schwankungen der Zapfwellendrehzahl oder des Drehmoments während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung zu reduzieren.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die GQP ferner eine Kolbenkurbelwelle enthält, die mit dem Kolben verbunden ist; wobei die Drehmomentglättungsvorrichtung ferner einen Kolbenkurbelwellendrehzahlsensor umfasst, der konfiguriert ist, um eine Drehzahl der Kolbenkurbelwelle zu überwachen; und wobei die Steuerung mit dem Kolbenkurbelwellendrehzahlsensor gekoppelt und ferner konfiguriert ist, um eine Drehzahl der Motorausgabe zu regulieren, um eine im Wesentlichen konstante Kolbenkurbelwellendrehzahl während des Betriebs der Drehmomentglättungsvorrichtung aufrechtzuerhalten.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend einen Bremsmechanismus, der konfiguriert ist, um eine Drehung des Hohlrads zu verhindern, wenn der Bremsmechanismus in Eingriff steht; und wobei die Steuerung betriebsfähig mit dem Bremsmechanismus gekoppelt und konfiguriert ist, um den Bremsmechanismus beim Hochfahren und/oder Herunterfahren der GQP in Eingriff zu bringen.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend eine Kupplung, die mechanisch zwischen dem Schwungrad und dem Hilfsmotor gekoppelt ist, wobei die Kupplung die Motorausgabe von dem Schwungrad löst, wenn die Drehzahl über die Kupplung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend einen Sensor, der Sensordaten bereitstellt, die eine Kolbenposition des Kolbens innerhalb der Ballenkammer angeben; und wobei die Steuerung an den Sensor gekoppelt ist und konfiguriert ist, um: (i) die Kolbenposition unter Verwendung der Sensordaten während der Ballenbildung durch die GQP zu schätzen und (ii) eine Drehzahl der Motorausgabe zumindest teilweise auf Grundlage der geschätzten Kolbenposition zu steuern.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der GQP-Antriebsstrang Folgendes umfasst: eine Eingangswelle; eine Abtriebswelle, die koaxial mit der Eingangswelle ist und mechanisch zwischen der Eingangswelle und dem Kolben gekoppelt ist, der in der GQP enthalten ist; und einen axialen Spalt, der die Eingangswelle und die Abtriebswelle trennt, wobei das Planetengetriebe in einer koaxialen Beziehung mit der Eingangswelle und der Abtriebswelle angeordnet ist, während es den axialen Spalt überspannt.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Schwungrad drehbar an der Abtriebswelle fixiert ist.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Planetengetriebe eine Planetenträgerbaugruppe umfasst, die Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von Planetenrädern; und einen Träger, der die Vielzahl von Planetenrädern trägt und drehbar an der Eingangswelle fixiert ist.
Drehmomentglättungsvorrichtung, die in Verbindung mit einer Großquaderballenpresse (GQP) verwendet wird, die an einem Arbeitsfahrzeug, das einen Fahrzeugmotor beinhaltet, anbringbar ist, wobei die GQP einen GQP-Antriebsstrang beinhaltet, der durch den Fahrzeugmotor drehend angetrieben wird, wenn die QP an dem Arbeitsfahrzeug angebracht ist, wobei die Drehmomentglättungsvorrichtung Folgendes umfasst: ein Planetengetriebe; einen Hilfsmotor, der mechanisch mit dem GQP-Antriebsstrang durch das Planetengetriebe in einer variablen Drehbeziehung verbunden ist; und ein Schwungrad, das ferner mechanisch mit dem GQP-Antriebsstrang durch das Planetengetriebe in einer variablen Drehbeziehung verbunden ist; und eine Steuerung, die betriebsfähig mit dem Hilfsmotor gekoppelt ist, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um dem Hilfsmotor zu befehlen, selektiv Drehmoment über das Planetengetriebe auf den GQP-Antriebsstrang aufzubringen, so dass das vom Hilfsmotor aufgebrachte Drehmoment in Kombination mit einem Drehmomentbeitrag des Schwungrades Schwankungen der Drehmomentanforderungen reduziert, die während der Ballenbildung innerhalb der GQP an den Fahrzeugmotor gestellt werden.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Arbeitsfahrzeug ferner eine Zapfwelle (PTO) enthält, die mechanisch zwischen dem Fahrzeugmotor und dem GQP-Antriebsstrang verbunden ist; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Hilfsmotor zu steuern, um die Zapfwelle während der Ballenbildung durch die GQP auf einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl zu halten.
Drehmomentausgleichsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Planetengetriebe ein Hohlrad umfasst, das mechanisch mit dem Ausgang des Hilfsmotors in einer festen Drehbeziehung gekoppelt ist; eine Trägerbaugruppe, die einen Träger und eine Vielzahl von Planetenrädern beinhaltet, wobei die Vielzahl von Planetenrädern von dem Träger getragen wird und mit einem gezahnten Innenumfang des Hohlrads in Eingriff steht; und ein Sonnenrad, das koaxial mit dem Hohlrad und der Trägerbaugruppe ist, wobei das Sonnenrad mit der Vielzahl von Planetenrädern in Eingriff steht.
Drehmomentglättungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die GQP ferner einen Kolben beinhaltet, der zur Hin- und Herbewegung innerhalb einer Ballenkammer montiert ist; und wobei das Hohlrad die Drehrichtung während einer Verdichtungsphase des Kolbens umkehrt, wenn er sich in der Ballenpresskammer hin- und herbewegt.