-
Die
Anmeldung betrifft einen Futtermischwagen mit einem Behälter, welcher
der Aufnahme von Biomasse oder Futter dient und in dem wenigstens zwei
Arbeitsorgane, wenigstens ein Mischorgan zum Durchmischen des Futters
und/oder wenigstens ein Antrieb für die Ausdosierung des Futters,
angeordnet sind.
-
Mischwagen,
insbesondere Futtermischwagen dienen zum Mischen verschiedener Bestandteile einer
Futterration (in der Regel für
Rinder). Dazu werden verschiedene Bestandteile der Ration in den
Futtermischwagen eingefüllt,
durch rotierende Mischorgane gemischt und anschließend mittels
einer geeigneten Vorrichtung während
der Vorbeifahrt an den Fressplätzen
ausdosiert. Beim Befüllen
des Behälters
muss das Mischwerk laufen, daher sind im Allgemeinen zwei Fahrzeuge
erforderlich, eines zum Beladen und eines zum Antreiben des Mischwagens.
-
Die
DE 298 01 664 U1 beschreibt
einen Futtermischwagen zum Mischen von Silagefutter mit mehreren
im Wesentlichen horizontal in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden rotierenden Mischwalzen,
die durch ihre Reiß-
und Transportwirkung das auf ihnen liegende Futter auseinanderziehen
und mischen. Der Antrieb der Mischwalzen erfolgt über eine
von einem Zugfahrzeug angetriebene Gelenkwelle und ein Getriebe.
Die Entladung des Mischraums erfolgt über die Freigabe einer Entladeöffnung,
indem ein Öffnungsschieber
mittels eines Hydraulikzylinders verschoben wird. Das aus dem Mischraum
austretende Futter wird durch ein Transportband rechts oder links
vom Futtermischwagen im Futtergang abgelegt.
-
Die
DE 200 10 221 U1 beschreibt
eine Antriebsvorrichtung für
vertikale Mischschnecken an einem Futtermischwagen, welcher von
einem Schlepper verfahren werden kann. In einem Mischraum sind mindestens
zwei umlaufende, sich nach oben verjüngende Mischschnecken angeordnet,
welche gemeinsam direkt von einer Zapfwelle des Schleppers über eine
Antriebsgelenkwelle und einem unterhalb des Mischraum-Bodens angeordneten Übersetzungsgetriebe,
welches mehrere Abtriebswellen aufweist, mechanisch angetrieben
werden.
-
Der
in der
DE 298 01 664
U1 und der
DE
200 10 221 U1 beschriebene Zentralantrieb für mehrere Mischorgane über eine
Zapfwelle erfordert eine vergleichsweise komplizierte Konstruktion.
Es sind große
Untersetzungen notwendig, welche insbesondere bei den relativ häufig auftretenden
Drehmomentstößen besonders
kritisch sind und in der Regel Überlastkupplungen
erfordern. Die Mischorgane können nicht
getrennt voneinander geschaltet werden. Ihre Drehzahl steht in einem
festen Verhältnis
mit der Zapfwellendrehzahl und kann nicht auf die jeweiligen Gegebenheiten
angepasst werden. Um die Gelenkwelle zwischen Zapfwelle und Zentralantrieb
nicht zu überlasten,
muss der Antrieb bei Kurvenfahrt unter Umständen ausgeschaltet werden.
Dies führt
zu großen
Lasten beim Wiederanfahren der Mischorgane, bzw. macht das Wiederanfahren
sogar unmöglich.
-
Durch
die
DE 201 15 929
U1 ist ein Fahrzeug zum Mischen und Austragen von Biomasse
bekannt geworden mit wenigsten einer fremdbefüllbaren eine Vertikalmischschnecke
enthaltenden Mischkammer. Jeder Mischkammer ist wenigstens eine
Austragvorrichtung zugeordnet. Das Fahrzeug enthält ein Fahrwerk mit einem Fahrantrieb
und ein Antriebssystem zum wahlweisen Antrieb der Vertikalmischschnecken,
der Austragvorrichtung und des Fahrwerkes. Bei dem Antriebssystem
handelt es sich um ein duales System, das zwischen mechanischem
Betrieb und elektrischen Betrieb umschaltbar ist. Der mechanische
Antrieb der Vertikalmischschnecken erfolgt über einen Zapfwellenanschluss,
ein Anpassungsgetriebe, eine Kupplung, einen gemeinsamen in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden Antriebsstrang und über
von dem Antriebsstrang abzweigende Antriebe, die jeder Vertikalmischschnecke
zugeordnet sind. Für
den elektrischen Betrieb ist ein Elektromotor vorgesehen, der über eine
Kupplung wahlweise an den Antriebsstrang angeschlossen werden kann.
Für den mechanischen
Antrieb gelten für
die Anordnung gemäß der
DE 201 15 929 U1 die
gleichen Einschränkungen,
wie sie im Zusammenhang mit der
DE 298 01 664 U1 und der
DE 200 10 221 U1 beschrieben wurden.
Der elektrische Antrieb bedient sich der Komponenten des mechanischen
Antriebs und stellt daher eine relativ aufwendige Konstruktion dar.
Es ist auch nicht möglich,
die Vertikalmischschnecken einzeln oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten anzutreiben.
Der Elektromotor wird über
ein Schleppkabel an eine Steckdose angeschlossen, so dass der elektrische
Betrieb lediglich im Bereich der Futterplätze erfolgen kann.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, einen
Futtermischwagen der eingangs genannten Art derart auszubilden,
dass die eingangs genannten Probleme überwunden werden. Insbesondere
soll bei einem einfachen technischen Aufbau ein variabler Antrieb
der Arbeitsorgane möglich
sein und zwar sowohl im stationären
Betrieb als auch im Beladungs- und Transportbetrieb.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
-
Der
Futtermischwagen enthält
einen Behälter,
welcher der Aufnahme von Biomasse oder Futter dient, und wenigstens
zwei Arbeitsorgane. Erfindungsgemäß ist jedem Arbeitsorgan ein
gesonderter elektrischer Antrieb zugeordnet, durch den das Arbeitsorgan
ausschließlich
angetrieben wird. Dabei kann der Futtermischwagen von einem Zugfahrzeug (Schlepper)
gezogen werden oder als Selbstfahrer ausgebildet sein. Bei einem
selbstfahrenden Futtermischwagen können auch für den Fahrantrieb Elektromotoren
(z. B. Einzelradantriebsmotoren) verwendet werden. Als elektrische
Energiequelle kommt beispielsweise ein auf dem Zugfahrzeug oder
dem Selbstfahrer montierter, durch eine Verbrennungsmaschine antreibbarer
Generator oder elektrische Energiespeicher (Batterie, Supercap,
Schwungradspeicher etc.), die auf dem Zugfahrzeug oder dem Futtermischwagen
montiert sein könne,
oder ein stationäres
elektrisches Netz mit Steckdose in Betracht. Es ist ein stationärer Betrieb
ohne Zugfahrzeug an einer Steckdose möglich.
-
Der
erfindungsgemäße Futtermischwagen hat
eine Reihe von Vorteilen: Durch den Wegfall eines mechanischen Antriebs
sind nunmehr keine Gelenkwellen mit ihren oben geschilderten Nachteilen (Kraftübertragung
bei Kurvenfahrt) erforderlich. Durch den Wegfall einer Gelenkwelle
lässt sich
der Kuppelvorgang zwischen Zugfahrzeug und Futtermischwagen beschleunigen
und automatisieren. Des Weiteren ergibt sich durch den Wegfall der üblichen Antriebswelle
und des Verteilergetriebes ein einfacher, raumsparender Aufbau,
bei dem die Komponenten relativ tief angeordnet werden können. Beispielsweise
kann hierdurch der Schwerpunkt des Futtermischwagens tiefer als
bisher üblich
liegen, es können
größere Behälter verwendet
werden und/oder es kann eine niedrigere Durchfahrtshöhe erreicht
werden. Die Elektromotoren lassen sich weitgehend in die Arbeitsorgane,
beispielsweise in die Mischorgane, integrieren, was eine kompakte
Bauweise mit modular ausgebildeten Komponenten ermöglicht.
Eine Abdichtung zwischen Mischbehälter und der rotierenden Antriebswelle
ist nicht mehr erforderlich. Wegen der erheblichen Reduzierung von Wellen
und Gelenken ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Ausbildung viel weniger
Schmierstellen als bei bekannten Futtermischwagen, so dass sich
der Wartungsaufwand erheblich reduziert. Die Antriebe sind in jeder
Betriebsbedingung (einerseits beim Fahren, z. B. beim Beladen oder
Transportieren, und andererseits stationär beim Ausdosieren) stufenlos
einstellbar, sie lassen sich mit unterschiedlichen Drehzahlen betreiben,
und ihre Drehzahl ist umkehrbar. Dies gilt insbesondere dann, wenn
die elektrische Energieversorgung der Elektromotoren durch ansteuerbare
Frequenzumrichter erfolgt. Jeder Antrieb lässt sich unabhängig von
den anderen Antrieben ein- und abschalten. Erfindungsgemäße ausgebildete
Futtermischwagen ermöglichen
beim Betrieb mit Energiespeichern ein stark emissionsvermindertes
(Abgase und Schall) Fahren und Arbeiten in Stallgebäuden oder
allgemein in der Nähe
von Tieren.
-
Wird
der Mischbehälter
so ausgeführt,
dass er mehrere voneinander getrennte Mischkammern aufweist, ergibt
sich insbesondere der Vorteil, dass die Drehzahlen der Mischorgane
den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der in den Kammern
enthaltenen Gütern
angepasst werden kann. Wird eine Kammer nicht befüllt, kann
der Mischantrieb problemlos und verlustleistungsfrei ausgeschaltet
werden.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind als Arbeitsorgane wenigstens zwei
Mischorgane mit jeweils einem zugehörigen elektrischen Antrieb
vorgesehen. Falls gewünscht, kann
eine relativ hohe Anzahl an Mischorganen mit nahezu beliebiger Positionierung
innerhalb des Futtermischagens gewählt werden, ohne dass dies
an konstruktive Grenzen stößt. Durch
die Erhöhung
der Anzahl der Mischorgane ergibt sich ein besseres und gleichzeitig
schonenderes Durchmischen.
-
Vorzugsweise
enthält
wenigstens ein Arbeitsorgan ein Mischorgan mit einer im Wesentlichen vertikal
angeordneten Mischschnecke (Vertikalschnecke).
-
Als
elektrischer Antrieb wird zweckmäßiger Weise
ein Asynchronmotor oder einen Synchronmotor verwendet. Diese Motoren
lassen sich mit Hilfe von Frequenzumrichtern speisen. Asynchronmotoren
erfordern hingegen einen geringeren technischen und finanziellen
Aufwand. Sie haben allerdings eine geringere Leistungsdichte und
erfordern daher einen größeren Bauraum
als Synchronmotoren.
-
Zur
Drehzahl- und Drehmomentwandlung enthält der elektrische Antrieb
gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen Elektromotor mit nachgeordnetem
Getriebe, insbesondere einem Planetengetriebe. Das Getriebe kann
in eine Baueinheit bestehend aus Elektromotor, Getriebe und Antriebsorgan
integriert werden. Das Getriebe ist vorzugsweise als Untersetzungsgetriebe
ausgebildet, so dass sich der Elektromotor in einem günstigen Drehzahlbereich
betreiben lässt.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens
ein Arbeitsorgan eine elektrisch antreibare Stell- oder Dosiervorrichtung,
insbesondere einen Schieber oder ein Förderband, enthält. Diese
Arbeitsorgane nehmen im Allgemeinen eine deutlich geringere Leistung
auf als Mischschnecken. Für
ihren Antrieb können
mit beispielsweise 12 Volt gespeiste Gleichstrommotoren verwendet
werden.
-
Vorzugsweise
ist wenigstens ein Frequenzumrichter vorgesehen. Insbesondere kann
eine Gleichrichtereinheit den 3-Phasen-Wechselstrom eines Netzes gleichrichten,
während
eine der Gleichrichtereinheit nachgeordnete Wechselrichtereinheit eine
Frequenzwandlung für
Asynchronmotoren oder Synchronmotoren vornimmt. Während die
Stromversorgung beispielsweise durch einen auf dem Zugfahrzeug angeordneten
Generator erfolgt, befinden sich die Wechselrichtereinheit auf dem
Futtermischwagen. Bei Verwendung eines stationären Wechselstromnetzes kann
die Gleichrichtereinheit entweder auf dem Futtermischwagen selbst
oder ebenfalls stationär
angeordnet werden.
-
Anhand
der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der
Erfindung näher
beschrieben und erläutert.
-
Es
zeigt:
-
1 die
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Futtermischwagens mit zwei Mischschnecken,
-
2 das
Antriebssystem für
eine Mischschnecke,
-
3 eine
Blockskizze eines ersten elektrischen Kreises zur Versorgung von
Elektromotoren und
-
4 eine
Blockskizze eines zweiten elektrischen Kreises zur Versorgung von
Elektromotoren.
-
Der
in 1 dargestellte Futtermischwagen besteht im Wesentlichen
aus einem Fahrwerk 10 mit einem rechten und einem linken
Rad 12, mit einer Zugöse 14 zum
Anhängen
an ein nicht gezeigtes Zugfahrzeug, insbesondere an einen landwirtschaftlichen
Traktor, mit einem Behälter 16 zur
Aufnahme verschiedener Bestandteile einer Futterration, mit zwei
vertikale Mischschnecken 18, 20 zum Vermischen
der Futterration und mit einer Vorrichtung 22 zum Ausdosieren,
welche einen an einer Seitenwand des Behälters 16 angeordneten
Schieber 24 und ein Förderband 26 umfasst.
Die Arbeitsorgane 18, 20, 24, 26 des
Futtermischwagens lassen sich mit Hilfe von Elektromotoren antreiben.
-
Im
Bereich des Schiebers 24 ist ein Gleichstrommotor 28 angeordnet,
der durch elektrische Signale ansteuerbar ist, um den Schieber 24 zu öffnen oder
zu schließen.
Durch die bei offenem Schieber freigelegte Öffnung in der Wandung des Behälters 16 kann
die Futterration austreten, welche dann auf das Förderband 26 fällt, um
von diesem zur Futterstelle gefördert
zu werden. Das Ausdosieren der Futterration kann durch die Mischschnecken 18, 20 unterstützt werden,
deren Drehzahl sich zu diesem Zweck auf einen geeigneten Wert einstellen
lässt.
Das Förderband 26 wird
im Bedarfsfall durch einen Gleichstrommotor 30 angetrieben.
Die Stromversorgung für die beiden
Gleichstrommotoren 28, 30 kann durch das 12 Volt
Bordnetz des Zugfahrzeugs erfolgen. Zu diesem Zweck ist eine nicht
dargestellte trennbare elektrische Steckverbindung zwischen dem
Zugfahrzeug und dem Futtermischwagen vorgesehen.
-
Aus 2 geht
eine Baueinheit bestehend aus Mischschnecke 18, einem Elektromotor 32 und einem
als Untersetzungsgetriebe dienenden Planetengetriebe 34 hervor.
Der Elektromotor 32 enthält ein Motorgehäuse 36,
dass auf dem Behälterboden des
Futtermischwagens montierbar ist und eine Ständerwicklung 38 trägt. Innerhalb
des Motorgehäuses 36 ist
mittels zweier Drehlager 40, 42 der Läufer 44 des
Elektromotors 32 gelagert. Die Ausgangswelle 46 des
Elektromotors 32 treibt das Sonnenrad 48 des Planetengetriebes 34 an,
dessen Ringrad 50 mit dem Motorgehäuse 36 drehfest verbunden
ist. Ein Planetenträger 52 trägt mehrere
Planetenräder 54 und
ist drehfest mit der Mischschnecke 18 verbunden. Der untere
Bereich der Mischschnecke 18 stützt sich über ein Drehlager 56 an
dem Behälterboden des
Futtermischwagens ab. Die Komponenten der Baueinheit können vormontiert
werden und als komplette Baueinheit in den Futtermischwagen eingesetzt
werden.
-
Die
Stromversorgung der beiden in 1 gezeigten
Elektromotoren 32, 33 für die Mischschnecken 18, 20 kann
auf unterschiedliche Weise erfolgen. Zum Einen kann als elektrische
Energiequelle ein stationäres
3-Phasen-Wechselstromnetz 60 dienen, wie es in 3 gezeigt
ist. Es ist eine Gleichrichtereinheit 62 zur Gleichrichtung
des Wechselstroms vorgesehen. Der Gleichstrom wird durch einen Wechselrichtereinheit 64 in
einen 3-Phasen-Wechselstrom gewünschter
Frequenz und Amplitude ungewandelt und dann dem 3-Phasen-Elektromotor 32 zugeführt. Durch
eine geeignete Ansteuerung der Wechselrichtereinheit 64 lässt sich
die Drehzahl der zugehörigen
Mischschnecke 18 variieren. In 3 ist neben
der Wechselrichtereinheit 64 und dem Elektromotor 32 eine
optionale zweite Wechselrichtereinheit 66 und ein zweiter
3-Phasen-Elektromotor 33 dargestellt.
-
Die
Gleichrichtereinheit 62 und die beiden Wechselrichtereinheiten 64, 66 können auf
dem Futtermischwagen angeordnet sein, beispielsweise in einem hierfür vorgesehen
am Behälterboden
befestigten Gehäuse 68.
In diesem ersten Fall ist eine 3-Phasen-Steckverbindung 70 zwischen
dem 3-Phasen-Netz 60 und dem Futtermischwagen vorgesehen.
Es ist auch möglich,
die Gleichrichtereinheit 62 stationär anzuordnen, so dass dann
zur Energieübertragung
eine Gleichstromsteckverbindung 72 zwischen dem 3-Phasen-Netz 60 und
dem Futtermischwagen verwendet wird. Die Wechselrichtereinheiten 64, 66 sind
auch in diesem zweiten Fall in dem Gehäuse 68 des Futtermischwagens
untergebracht.
-
Gemäß 4 erfolgt
die Stromversorgung der Elektromotoren 32, 33 für die Mischschnecken 18, 20 sowie
der Elektromotoren 28, 30 für den Schieber 24 und
das Förderband 26 durch
Stromquellen eines Traktors 72. Das übliche 12 Volt Bordnetz 74 des
Traktors versorgt die Elektromotoren 28 und 30 des
Schiebers 24 und des Förderbandes 26. In
den entsprechenden Verbindungsleitungen 76 ist eine lösbare Steckverbindung 78 vorgesehen.
-
Der
Traktor 72 enthält
neben seinem elektrischen Bordnetz 74 einen nicht näher dargestellten durch
den Traktormotor angetriebenen Generator und eine dem Generator
nachgeordnete Gleichrichtereinheit, durch die ein Gleichstrom erzeugt
wird, welcher über
Verbindungsleitungen 80 an eine lösbare Steckverbindung 82 geleitet
wird. An die Steckverbindung 80 sind zwei auf dem Futtermischwagen montierte
Wechselrichter 64, 66 angeschlossen, welche die
beiden den Mischschnecken 18, 20 zugeordneten
Elektromotoren 32, 33 versorgen.
-
Es
kann ein nicht näher
gezeigter Überlastschutz
vorgesehen sein, der durch die Software einer Steuereinheit realisiert
wird, indem eine Drehmomentobergrenze vorgegeben wird.
-
Auch
wenn die Erfindung lediglich anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben
wurde, erschließen
sich für
den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung sowie der Zeichnung
viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Varianten,
die unter die vorliegende Erfindung fallen.