DE102021120667A1 - Harvesting chain with transmission of electrical energy from a transport vehicle to a harvesting machine and method for its operation - Google Patents
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Abstract
Eine Erntekette umfasst eine selbstfahrende Erntemaschine (10) mit Mitteln zum Vortrieb der Erntemaschine (10) über ein Feld, Mitteln zu Aufnahme von Erntegut von einem Feld, Mitteln zur Bearbeitung des aufgenommenen Ernteguts und Mitteln zur Überladung des aufgenommenen und bearbeiteten Emteguts auf ein Transportfahrzeug (12), wobei die besagten Mittel elektrisch antreibbar sind und die Erntemaschine (10) einen ersten elektrischen Energiespeicher (44) umfasst, mit dem die elektrisch angetriebenen Mittel der Erntemaschine (10) versorgbar sind, und wenigstens ein Transportfahrzeug (12) mit Vortriebsmitteln und einem Behälter (18) zur Aufnahme des Ernteguts von der Erntemaschine (10). Das Transportfahrzeug (12) weist einen zweiten elektrischen Energiespeicher (94) auf, der während des Überladens von Erntegut von der Erntemaschine (10) auf den Ladebehälter (18) des Transportfahrzeugs (12) mit der Erntemaschine (10) verbindbar ist, um die elektrisch betriebenen Mittel der Erntemaschine (10) zu versorgen und/oder den ersten Energiespeicher (44) aus dem zweiten Energiespeicher (94) aufzuladen.A harvesting chain comprises a self-propelled harvesting machine (10) with means for driving the harvesting machine (10) across a field, means for picking up crops from a field, means for processing the picked-up crops and means for transferring the picked-up and processed crops onto a transport vehicle ( 12), wherein said means can be driven electrically and the harvesting machine (10) comprises a first electrical energy store (44) with which the electrically driven means of the harvesting machine (10) can be supplied, and at least one transport vehicle (12) with propulsion means and a Container (18) for receiving the crop from the harvesting machine (10). The transport vehicle (12) has a second electrical energy accumulator (94) which can be connected to the harvesting machine (10) during the transfer of crops from the harvesting machine (10) to the loading container (18) of the transport vehicle (12) in order to to supply the means operated by the harvesting machine (10) and/or to charge the first energy store (44) from the second energy store (94).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Emtekette, umfassend eine selbstfahrende Erntemaschine mit Mitteln zum Vortrieb der Erntemaschine über ein Feld, Mitteln zu Aufnahme von Erntegut von einem Feld, Mitteln zur Bearbeitung des aufgenommenen Emteguts und Mitteln zur Überladung des aufgenommenen und bearbeiteten Emteguts auf ein Transportfahrzeug, wobei die besagten Mittel elektrisch antreibbar sind und die Erntemaschine einen ersten elektrischen Energiespeicher umfasst, mit dem die elektrisch angetriebenen Mittel der Erntemaschine versorgbar sind, und wenigstens ein Transportfahrzeug mit Vortriebsmitteln und einem Behälter zur Aufnahme des Emteguts von der Emtemaschine, sowie ein entsprechendes Verfahren.The present invention relates to a harvesting chain, comprising a self-propelled harvesting machine with means for propelling the harvesting machine over a field, means for picking up crops from a field, means for processing the picked-up crops and means for transferring the picked-up and processed crops onto a transport vehicle, wherein said means can be driven electrically and the harvesting machine comprises a first electrical energy store, with which the electrically driven means of the harvesting machine can be supplied, and at least one transport vehicle with propulsion means and a container for receiving the crop from the harvesting machine, and a corresponding method.
Stand der TechnikState of the art
Bei der Ernte von landwirtschaftlichen Gütern auf einem Feld ist es gängige Praxis, dass eine Erntemaschine ein neben der Erntemaschine herfahrendes Transportfahrzeug mit geerntetem Gut belädt. Ein Ladebehälter des Transportfahrzeugs, bei dem es sich beispielsweise um einen Schlepper mit Anhänger oder einen Lastwagen handelt, wird während der Fahrt durch eine Überladeeinrichtung der Erntemaschine mit dem geernteten Gut beladen, beispielsweise bei einem Feldhäcksler durch einen Auswurfkrümmer und bei einem Mähdrescher durch ein Abtankrohr.When harvesting agricultural goods in a field, it is common practice for a harvesting machine to load a transport vehicle driving alongside the harvesting machine with harvested goods. A loading container of the transport vehicle, which is, for example, a tractor with a trailer or a truck, is loaded with the harvested crop while driving by a transfer device of the harvesting machine, for example by an ejection spout in the case of a forage harvester and by a discharge pipe in the case of a combine harvester.
Im Stand der Technik erfolgt der Antrieb von Erntemaschinen durch einen oder mehrere Verbrennungsmotor(en), welche die angetriebenen Elemente der Erntemaschine über mechanische, hydraulische oder elektrische (vgl.
Es gibt in der Landmaschinentechnik, ähnlich wie in der Automobilindustrie, jedoch auch Ansätze auf einen Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellen (s.
Aus dem Automobilbereich sind eine Reihe an Vorschlägen zum Aufladen elektrisch angetriebener Fahrzeuge während der Fahrt bekannt, wie Hinführen eines Versorgerfahrzeugs zu einer geplanten Überladeposition und Aufladen der Batterie des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs im Stillstand oder während der Fahrt (
Die
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die erwähnten Nachteile eines reinen Batteriebetriebs einer Erntemaschine zumindest teilweise zu vermeiden.The object of the present invention is to at least partially avoid the mentioned disadvantages of purely battery operation of a harvesting machine.
LösungSolution
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre der Patentansprüche 1 und 8 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.According to the invention, this object is achieved by the teaching of
Eine Erntekette umfasst eine selbstfahrende Erntemaschine mit Mitteln zum Vortrieb der Erntemaschine über ein Feld, Mitteln zu Aufnahme von Erntegut von einem Feld, Mitteln zur Bearbeitung des aufgenommenen Ernteguts, und Mitteln zur Überladung des aufgenommenen und bearbeiteten Emteguts auf ein Transportfahrzeug, wobei die besagten Mittel elektrisch antreibbar sind und die Erntemaschine einen ersten elektrischen Energiespeicher umfasst, mit dem die elektrisch angetriebenen Mittel der Erntemaschine versorgbar sind, und wenigstens ein Transportfahrzeug mit Vortriebsmitteln und einem Behälter zur Aufnahme des von der Erntemaschine erhaltenen Ernteguts. Es wird vorgeschlagen, dass das Transportfahrzeug einen zweiten elektrischen Energiespeicher aufweist, der während des Überladens von Erntegut von der Erntemaschine auf den Ladebehälter des Transportfahrzeugs mit der Erntemaschine verbindbar ist, um die elektrisch betriebenen Mittel der Erntemaschine zu versorgen und/oder den ersten Energiespeicher aus dem zweiten Energiespeicher aufzuladen.A harvesting chain includes a self-propelled harvesting machine with means for propelling the harvesting machine across a field, means for picking up crops from a field, means for processing the picked-up crops, and means for transferring the picked-up and processed crops onto a transport vehicle, said means being electric are drivable and the harvesting machine comprises a first electrical energy store, with which the electrically driven means of the harvesting machine can be supplied, and at least one transport vehicle with propulsion means and a container for receiving the harvested crop obtained from the harvesting machine. It is proposed that the transport vehicle has a second electrical energy storage device which can be connected to the harvesting machine during the transfer of harvested crops from the harvesting machine onto the loading container of the transport vehicle in order to supply the electrically operated means of the harvesting machine and/or the first energy storage device from the charge second energy storage.
Demnach erfolgt die elektrische Versorgung der rein elektrisch angetriebenen, nicht mit einem Verbrennungsmotor und Generator oder einer Brennstoffzelle ausgestatteten Erntemaschine und/oder die Aufladung des ersten, der Erntemaschine zugeordneten Energiespeichers durch den zweiten, dem Transportfahrzeug zugeordneten Energiespeicher während des Überladevorgangs. Hierzu wird eine (elektrische, jedoch nicht notwendigerweise galvanische, sondern in beliebiger Weise, wie induktiv oder durch elektromagnetische Wellen hergestellte) Verbindung zwischen dem zweiten Energiespeicher und der Erntemaschine hergestellt, um den Betrieb der Erntemaschine und ggf. einen Aufladevorgang des ersten Energiespeichers zu ermöglichen. Somit ist ein rein elektrischer Betrieb der Erntemaschine mit hinreichender Laufzeit ohne Verbrennungsmotor o.ä. technisch und wirtschaftlich darstellbar, auch bei begrenzter Kapazität des ersten Energiespeichers.Accordingly, the purely electrically powered harvesting machine, which is not equipped with an internal combustion engine and generator or a fuel cell, is supplied with electricity and/or the first energy storage device assigned to the harvesting machine is charged by the second energy storage device assigned to the transport vehicle during the overcharging process. For this purpose, a connection (electrical, but not necessarily galvanic, but produced in any way, such as inductively or by electromagnetic waves) is established between the second energy storage device and the harvesting machine in order to enable the operation of the harvesting machine and, if necessary, a charging process for the first energy storage device. Thus, a purely electric operation of the harvesting machine with a sufficient running time without an internal combustion engine or the like is technically and economically feasible, even with a limited capacity of the first energy store.
Das Transportfahrzeug kann beim Überladen des Emteguts selbsttätig parallel zur Erntemaschine geführt werden, mit oder ohne Positionsvariation zum sukzessiven, gleichmäßigen Befüllen des Behälters. Denkbar wäre jedoch auch eine manuelle Vorgabe der Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs durch deren Bediener.The transport vehicle can automatically be guided parallel to the harvesting machine when the crop is being loaded, with or without position variation for successive, even filling of the container. However, it would also be conceivable for the operator to specify the direction of travel and the speed of the transport vehicle manually.
Die Erntemaschine kann mit einem ersten Verbinder versehen sein, der mit einem zweiten Verbinder des Transportfahrzeugs lösbar elektrisch verbindbar ist, um die beschriebene Energieübertragung zu ermöglichen. Der zweite Verbinder kann seinerseits an einem Ausleger angebracht sein, der gegenüber dem Transportfahrzeug durch einen Verstelltrieb zwischen einer zurückgezogenen Ruheposition und einer mit dem ersten Verbinder gekoppelten Verbindungsposition beweglich ist. Selbstverständlich ist auch eine Anordnung mit einem an der Erntemaschine angebrachten Ausleger oder zwei Auslegern, von denen je einer an der Erntemaschine und am Transportfahrzeug vorgesehen ist, möglich. Die Verbinder können in der Verbindungsposition untereinander arretierbar sein, und der Ausleger kann flexibel sein, um eine Relativbewegung zwischen Erntemaschine und Transportfahrzeug auszugleichen.The harvesting machine can be provided with a first connector which can be releasably electrically connected to a second connector of the transport vehicle in order to enable the energy transmission described. The second connector can in turn be attached to a boom which is movable with respect to the transport vehicle by means of an adjusting mechanism between a retracted rest position and a connection position coupled to the first connector. Of course, an arrangement with one boom attached to the harvesting machine or two booms, one of which is provided on the harvesting machine and one on the transport vehicle, is also possible. The connectors can be mutually lockable in the connection position, and the boom can be flexible in order to compensate for a relative movement between the harvesting machine and the transport vehicle.
Insbesondere ist die erste Energiequelle (abgesehen von ggf. vorhandenen Stützbatterien für Hilfsantriebe oder Rechnereinrichtungen) die einzige Energiequelle der nicht mit einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle ausgestatteten Erntemaschine.In particular, the first energy source (apart from any backup batteries that may be present for auxiliary drives or computing devices) is the only energy source of the harvesting machine that is not equipped with an internal combustion engine or a fuel cell.
Figurenlistecharacter list
In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine seitliche Ansicht einer selbstfahrenden Erntemaschine und eines Transportfahrzeugs, -
2 eine schematische Draufsicht auf die Erntemaschine und das Transportfahrzeug, die gemeinsam auf einem Feld einen Ernte- und Überladevorgang durchführen, -
3 eine schematische rückwärtige Ansicht auf die Erntemaschine und das Transportfahrzeug beim Überladevorgang, -
4 ein elektrisches Schaltschema des Antriebssystems der Erntemaschine und des Transportfahrzeugs, -
5 eine Darstellung des Ladezustands des ersten Energiespeichers bei einem Emtevorgang, -
6 ein Schema für den Erntevorgang, und -
7 ein Flussdiagramm zur Vorgehensweise bei der Ernte.
-
1 a side view of a self-propelled harvester and a transport vehicle, -
2 a schematic top view of the harvesting machine and the transport vehicle, which carry out a harvesting and transfer operation together on a field, -
3 a schematic rear view of the harvesting machine and the transport vehicle during the transfer process, -
4 an electrical circuit diagram of the drive system of the harvesting machine and the transport vehicle, -
5 a representation of the state of charge of the first energy store during a harvesting process, -
6 a scheme for the harvesting process, and -
7 a flow chart of the procedure for harvesting.
Eine in der
Die Erntemaschine 10 baut sich auf einem Rahmen 20 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 22 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 24 getragen wird. Die Bedienung der Erntemaschine 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 26 aus, von der aus ein Erntevorsatz 28 in Form eines Maismähvorsatzes sichtbar ist, der an einem Einzugskanal 30 an der Frontseite des Feldhäckslers 10 befestigt ist. Mittels des Erntevorsatzes 28 von einem Feld 34 aufgenommenes Erntegut wird im Erntebetrieb über einen im Einzugskanal 30 angeordneten Einzugsförderer mit Vorpresswalzen einer Häckseltrommel 36 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einem Nachbeschleuniger 38 aufgibt. Zwischen der Häckseltrommel 36 und dem Gebläse 38 erstreckt sich eine Nachbearbeitungsvorrichtung 42 mit zwei Körnerprozessorwalzen. Der Antrieb der erwähnten, antreibbaren Aggregate der Erntemaschine 10 und des Emtevorsatzes 28 erfolgt durch Elektromotore (vgl.
Das Zugfahrzeug 86 und der Anhänger 16 sind, abgesehen von den nachfolgend diskutierten Besonderheiten, konventionellen Aufbaus. Das Zugfahrzeug 86 umfasst vordere lenkbare Räder 64 und rückwärtige angetriebene Räder 66, die an einem Rahmen 68 abgestützt sind, der eine Fahrerkabine 70 trägt.The
In der
Die Erntemaschine 10 wird durch einen in der Fahrerkabine 18 sitzenden Fahrer oder durch eine an sich bekannte, selbsttätig arbeitende Lenkvorrichtung gelenkt. Das Zugfahrzeug 86 des Transportfahrzeugs 12 kann ebenfalls mit einer im Folgenden näher beschriebenen Lenkeinrichtung ausgestattet sein, um das Parallelfahren zur Erntemaschine 10 zu erleichtern bzw. automatisieren. Die Erntemaschine 10 könnte auch eine beliebige andere selbstfahrende Erntemaschine sein, wie ein Mähdrescher oder Rübenernter, oder eine Kombination aus einem Ackerschlepper und einer Ballenpresse oder einer anderen Erntemaschine, wie einem gezogenen Feldhäcksler. Diese Kombination stellt auch eine selbstfahrende Erntemaschine im Sinne der vorliegenden Offenbarung dar.The
Die Erntemaschine 10 ist mit einer ersten Positionsbestimmungseinrichtung 72 ausgestattet, die sich auf dem Dach der Kabine 26 befindet. Dort ist auch eine erste Radioantenne 74 positioniert. Das Transportfahrzeug 12 ist mit einer zweiten Positionsbestimmungseinrichtung 76 ausgestattet, die sich auf dem Dach der Kabine 70 befindet. Dort ist auch eine zweite Radioantenne 78 positioniert. Anhand der Signale der Positionsbestimmungseinrichtungen 72, 76 sendet eine Steuereinrichtung 80 der Erntemaschine 10 Anordnungen an eine Steuereinrichtung 82 des Zugfahrzeugs 86, die eine Lenkvorrichtung und eine Geschwindigkeitskontrollvorrichtung des Zugfahrzeugs 86 kontrolliert und diese während des Überladevorgangs anweist, das aus Zugfahrzeug 86 und Anhänger 16 zusammengesetzte Transportfahrzeug 12 synchron neben der Erntemaschine 10 herfahren zu lassen. Hierbei können nach und nach unterschiedliche Positionen angefahren werden, um den Ladebehälter 18 gleichmäßig zu füllen. Alternativ oder zusätzlich kann die Geschwindigkeitsvorgabe und Lenkung des Zugfahrzeugs 86 durch dessen Steuereinrichtung 82 anhand von Signalen einer Kamera erfolgen, die auf der Erntemaschine 10 oder dem Transportfahrzeug 12 angeordnet ist. Hierzu sei auf den Stand der Technik z.B. nach
Die
Aufgrund der aus Gewichts-, Raum- und Preisgründen begrenzten elektrischen Kapazität des ersten Energiespeichers 44, der im Übrigen auch als Kondensator oder elektrisch angetriebenes Schwungrad ausgeführt sein könnte, wird vorliegend eine Aufladung des ersten Energiespeichers 44 durch einen zweiten Energiespeicher 94 vorgeschlagen, die während des Überladevorgangs erfolgt. Dieser zweite Energiespeicher 94 befindet sich auf dem Transportfahrzeug 12, insbesondere auf dem Anhänger 16, und ist in der dargestellten Ausführungsform ebenfalls als Akkumulator ausgeführt, obwohl er auch als Kondensator oder Schwungradspeicher ausgeführt sein könnte. Zur elektrischen Kopplung des zweiten Energiespeichers 94 mit dem ersten Energiespeicher 44 ist am Transportfahrzeug 12, insbesondere am Anhänger 16 ein Ausleger 96 angebracht, der an seinem distalen Ende einen (zweiten) Verbinder 98 trägt, der in Zusammenwirken mit einem (ersten) Verbinder 100 der Erntemaschine 10 gebracht werden kann. Bei Nichtgebrauch kann der Ausleger 96 mit einem Verstellantrieb 104 in eine zurückgezogene Ruheposition unterhalb des Anhängers 18 oder an eine beliebige andere, geeignete Position gebracht werden, wie in der
Der zweite Energiespeicher 94 könnte auch zur elektrischen Versorgung des insbesondere rein elektrisch betriebenen Zugfahrzeugs 86 dienen. Bei einer anderen Ausführungsform könnte das Zugfahrzeug 86 mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator oder einer Brennstoffzelle ausgestattet sein, die zum Antrieb des Zugfahrzeugs und zudem zum Aufladen des zweiten Energiespeichers 94 dienen.The
Die Verbinder 98, 100 können als übliche (zwei- oder mehrpolige) Stecker und Buchse ausgeführt sein, die untereinander eine galvanische Verbindung herstellen. Es wäre auch denkbar, den Ausleger 96 mit als Verbinder 98 dienenden, federnden Schleifern auszustatten, die (ähnlich wie Stromabnehmer an einer Oberleitung) an als Verbinder 100 dienenden Kontaktflächen der Erntemaschine 10 anliegen, die an deren Seitenwand, wie in den
Falls sich das Transportfahrzeug 12 beim Überladen gegenüber der Erntemaschine 10 bewegen soll, insbesondere zum gleichmäßigen Beladen des Ladebehälters 18, könnte der Verstellantrieb 104 den zweiten Verbinder 98 in einer an sich bekannten Weise (analog zur Verstellung des Auswurfkrümmers) nachführen, z.B. basierend auf Signalen von einer Kamera oder eines anderen Sensors zur Erfassung der Relativposition beider Verbinder 98, 100, oder die Verbinder 98, 100 werden bei Beginn des Überladevorgangs durch den Verstellantrieb 104 zusammengeführt und danach aneinander mechanisch oder magnetisch arretiert. Hierbei kann der Ausleger 96 hinreichend elastisch (federnd) ausgeführt sein, um die besagte Relativbewegung zwischen Erntemaschine 10 und Transportfahrzeug 12 zu ermöglichen.If the
Um einen effizienten Betrieb zu ermöglichen, kann eine geeignete Versorgungsstrategie gewählt werden, wie sie beispielhaft in der
Der typische Lastzyklus für die Erntemaschine 10 besteht aus der Fahrt zum Feld, dem Ernten auf langen Bahnen und Wendemanövern. Teilweise werden zwischendurch Standzeiten zum Wechseln des Transportfahrzeugs 12 benötigt. Die Erntemaschine 10 selbst verbraucht beim Ernten viel und beim reinen Fahren, Wenden und Stehen deutlich weniger Energie, wie in der Kurve a) der
Die Kurve c) der
Die
Die Anzahl der notwendigen Anhänger 18 oder Transportfahrzeuge 12 und Fahrer variiert je nach Entfernung des Feldes zum Silo und der Größe des Feldes. Durch die Reduktion des Energieverbrauchs der Erntemaschine 10 wird die Anzahl der benötigten Anhänger 18 oder Transportfahrzeuge 12 mit zweitem Energiespeicher 94, die Anzahl der in einer bisher üblichen Erntelogistikkette verwendeten Anhänger 18 bzw. Transportfahrzeuge 12 nicht übersteigen.The number of
Es sei noch angemerkt, dass der Auswurfkrümmer 40 durch den Aktor 46 um mehr als 180° um die Hochachse gedreht werden kann, damit das Transportfahrzeug 12 nach dem Wendevorgang auf der jeweils anderen Seite der Erntemaschine 10 fahren kann. Es ist somit sinnvoll, anders als in den Figuren gezeigt, jeweils einen Verbinder 100 auf beiden Seiten der Erntemaschine 10 und jeweils einen Verbinder 98 (mit Aktoren 104) auf beiden Seiten des Transportfahrzeugs 12 vorzusehen, damit auch nach dem Wenden ein Laden des Energiespeichers 44 bzw. Betrieb der Motoren 88 der Erntemaschine 12 aus dem Energiespeicher 94 erfolgen kann. Falls die Erntemaschine, wie bei einem üblichen Mähdrescher, ein Entladen nur zu einer Seite hin erlaubt, reichen die in den Figuren gezeigten Verbinder 98, 100 hingegen aus.It should also be noted that the
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