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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drehtrommelantrieb insbesondere
eines Drehtrommel-Müllsammelfahrzeugs.
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Ein
solches Drehtrommel-Müllsammelfahrzeug weist dabei eine
einen Müllsammelbehälter bildende Drehtrommel
auf, in deren Innenraum eine Förderschnecke angeordnet
ist. Bei derartigen Drehtrommel-Müllsammelfahrzeugen kann
der Müll dann z. B. über eine Hub-Kippvorrichtung
in die Drehtrommel gekippt und von der darin angeordneten Förderschnecke
weiter in das Innere der Drehtrommel befördert werden.
Hierzu muß die Drehtrommel von einem Drehtrommelantrieb
in Rotation versetzt werden, wobei eine Drehgeschwindigkeit von
z. B. sechs Umdrehungen pro Minute zur Beladung der Drehtrommel
mit Müll benötigt wird.
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Solche
Drehtrommel-Müllsammelfahrzeuge nach dem Stand der Technik
sind in
1 und
2 gezeigt
und z. B. aus
DE 200
21 695 U1 bekannt. Hierbei erfolgt der Antrieb der Drehtrommel
mechanisch über ein Ritzel, welches an einem auf der Drehtrommel
10 aufgeschweißten
Gegenzahnrad
12 angreift.
1 zeigt
dabei auch den prinzipiellen Aufbau eines solchen Drehtrommel-Müllsammelfahrzeugs.
Die Drehtrommel
10 ist dabei auf ihrer Vorderseite mit
ihrer Drehachse auf einem Lagerbock
13 gelagert. Auf ihrer
hinteren Seite stützt sie sich über ein Großwälzlager
11 auf
dem Unterbau
4 des Müllsammelfahrzeugs ab. Am
Heck ist eine Heckklappe
5 an einem Kastenrahmen
3 angeordnet,
welche zum Verschließen und zum Befüllen der hinten
offenen Drehtrommel
10 dient. Die im Inneren der Drehtrommel
angeordnete Förderschnecke
14 befördert
dann den Müll nach vorne in die Drehtrommel hinein.
2 zeigt
die Lagerung und den Drehtrommelantrieb nochmals in einer vertikalen
Schnittansicht längs der Drehachse, wobei rechts die Heckklappe
5 gezeigt
ist. Hierbei ist das Großwälzlager
11 ebenfalls
im Schnitt zu sehen, über welches die Drehtrommel
10 am
Kastenträger
3 gelagert ist. Ebenso zu sehen ist
das am Umfang der Drehtrommel
10 aufgeschweißte
Gegenzahnrad
12.
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Nicht
gezeigt ist der Hydraulikmotor, welcher in einem hydrostatischen
Kreislauf von einer Hydraulikpumpe angetrieben wird, welche wiederum
von der fahrzeugseitigen PTO (power take off) vom Fahrmotor angetrieben
wird. Dem Hydraulikmotor vorgeschaltet ist ein ebenfalls nicht gezeigtes
mehrstufiges Planetengetriebe, an dessen Abtriebsseite ein ebenfalls
nicht gezeigtes Zahnritzel aufgesteckt ist. Das Ritzel greift in
das auf der Trommel 10 aufgeschweißte Gegenzahnrad 12 und überträgt
die Drehbewegung und die Drehmomente auf die Drehtrommel.
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Nachteilig
an dem Antrieb der Drehtrommel nach dem Stand der Technik ist, daß die
mechanische Kraftübertragung eine erhöhte Lärmbelastung erzeugt
und einem großen Verschleiß unterworfen ist. Zudem
verbraucht dieser Antrieb viel Energie.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Drehtrommelantrieb
insbesondere für ein Drehtrommel-Müllsammelfahrzeug
zur Verfügung zu stellen, welcher leise und verschleißarm
arbeitet. Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
möglichst energiesparenden Drehtrommelantrieb zur Verfügung
zustellen.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe von einem Drehtrommelantrieb gemäß Anspruch
1 gelöst. Dabei erfolgt der Antrieb der Drehtrommel über
einen Elektromo tor, wobei die Drehtrommel den Rotor des Elektromotors
bildet. Da die Kraftübertragung beim Elektromotor zwischen
Stator und Rotor elektromagnetisch erfolgt, ist der Verschleiß und
die Geräuschentwicklung erheblich reduziert. Die Rotorwicklung bzw.
die Rotorleiter sind dabei an der Drehtrommel angeordnet, während
der Stator bzw. die Statorwicklungen unbeweglich mit dem Müllsammelfahrzeug verbunden
sind. Die Kraftübertragung zwischen dem Stator und der
als Rotor fungierenden Drehtrommel erfolgt dann berührungslos.
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Als
weiterer Vorteil eines solchen elektrischen Antriebs, bei welchem
die Drehtrommel selbst als Rotor dient, ergibt sich, daß im
Unterschied zum Getriebe prinzipiell keine radialen Kraftkomponenten auf
die Trommel wirken, welche das Lager der Trommel belasten würden.
So wird auch hier der Verschleiß vermindert.
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Ebenso
läßt sich durch den Wegfall der vorher zum Antrieb
benötigten Energieübertragungskette aus PTO, Hydraulikpumpe,
Hydraulikmotor, Reduktionsgetriebe und Zahnradpaarung ein deutlich besserer
Wirkungsgrad erreichen.
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Vorteilhafterweise
ist der Stator dabei am feststehenden Kastenträger, am
Unterbau des Fahrzeugs oder am Lagerbock der Drehtrommel angeordnet.
Ist der Stator am Lagerbock angeordnet, so wird vorteilhafterweise
eine Anordnung des Stators im Bereich der äußeren
Hälfte der Stirnseite der Drehtrommel gewählt,
da eine Anordnung in der Nähe der Drehachse nur sehr kleine
Drehmomente erzeugen würde. Am besten wird jedoch der Stator
am feststehenden Kastenträger des Müllsammelfahrzeugs
oder an seinem Unterbau angeordnet.
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Dementsprechend
sind vorteilhafterweise die Rotorwicklungen bzw. die Rotorleiter
am Umfang der Drehtrommel angeordnet. Hierdurch werden höhere
Drehmomente des elektromagnetischen Antriebs erzeugt, wobei sich
zudem konstruktive Vorteile ergeben. Hierbei können entweder
tatsächliche Rotorwicklungen zum Einsatz kommen, an welche Spannungen
angelegt werden, oder aber Rotorleiter, in welche lediglich Magnetfelder
induziert werden.
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Weiterhin
vorteilhafterweise sind die Rotorwicklungen bzw. die Rotorleiter
in der hinteren Hälfte der Drehtrommel, in welchen sich
ein Großwälzlager befindet, angeordnet. Durch
die Anordnung der Rotorwicklungen bzw. der Rotorleiter und damit
der kraftübertragenden Elemente im Bereich der Lagerung
der Drehtrommel mittels eines Großwälzlagers ergeben
sich konstruktive Vorteile, welche die auf die Drehtrommel wirkenden
Belastungen bei Beschleunigung und Abbremsung vermindern. Hierdurch
vermindert sich zusätzlich der Verschleiß.
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Alternativ
können die Rotorwicklungen jedoch auch an der Stirnseite
der Drehtrommel angeordnet werden.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist die Drehtrommel als Kurzschlußläufer
ausgeführt. Dabei werden kurzgeschlossene Leiterbahnen
an der den Rotor des Elektromotors bildenden Drehtrommel angeordnet,
in welche Kreisströme durch die vom Stator erzeugten elektromagnetischen
Felder induziert werden. Diese Kreisströme erzeugen wiederum
elektromagnetische Felder, so daß sich eine elektromagnetische
Kraftübertragung von Stator auf Rotor ergibt. Eine solche
Kurzschlußläuferanordnung der Drehtrommel hat
den Vorteil, daß keine meterlangen Spulen verwendet werden
müssen, an denen gefährlich hohe Spannungen anliegen.
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Weiterhin
vorteilhafterweise sind dabei kurzgeschlossene Stäbe aus
Kupfer oder Aluminium an der Drehtrommel angeordnet und vorteilhafterweise in
das Drehtrommelblech integriert. So läßt sich
auf kostengünstige Weise ein elektromagnetischer Drehtrommelantrieb
mit einer als Kurzschlußläufer arbeitenden Drehtrommel
ausführen.
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Weiterhin
vorteilhafterweise liegen die Statorwicklungen nur in einem Teilwinkelbereich
dem Rotor gegenüber und arbeiten wie in einem Linearmotor.
Hierdurch können meterlange Wicklungen mit hohen Spannungen
vermieden werden, was insbesondere bezüglich der Betriebssicherheit
von großem Vorteil ist. Eine solche Lösung nach
dem Linearmotorprinzip, bei welcher ein in dem Stator wanderndes
elektromagnetisches Feld ein bewegliches Element antreibt, ist z.
B. vom Transrapid oder von Positionierantrieben in der Industrie
bekannt. Bei einem richtigen Linearmotor sind Stator und Läufer
natürlich gerade Elemente, wobei das Prinzip jedoch genau ebenso
auf einer Kreisbahn realisiert werden kann.
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Hierbei
sind die Statorwicklungen vorteilhafterweise in einem Kreissegment
angeordnet, welches vorteilhafterweise einen Winkel von weniger
als 90 Grad umfaßt. Der Stator kann so z. B. im Kastenträger
an der gleichen Stelle angeordnet werden, an welcher nach dem Stand
der Technik das Ritzel angeordnet war. So ergibt sich eine ebenso
platzsparende wie kostengünstige Lösung.
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Weiterhin
vorteilhafterweise ist die Drehtrommel berührungslos am
Stator gelagert. Hierbei tragen die im Elektromotor vorhandenen
elektromagnetischen Felder die Drehtrommel im Bereich des Stators
berührungslos, was den Verschleiß zusätzlich vermindert.
Eine solches Wirkungsprinzip, bei welcher der Antrieb zugleich auch
die Lagerung darstellt, ist bereits von den Linearmotoren des Transrapid
bekannt und kann auf den Trommelantrieb übertragen werden.
Hierbei übernimmt die Funktionseinheit aus Rotor und Stator
neben dem Antrieb der Trommel auch deren Lagerung, so dass auf das
Großwälzlager verzichtet werden kann.
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Die
hier vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin einen Drehtrommelantrieb,
welcher einen Energiespeicher umfaßt. Dabei arbeitet der
Antrieb bei Abbremsvorgängen als Generator, so daß die
Bewegungsenergie der Drehtrommel im Energiespeicher gespeichert
werden kann. Da im Müllsammelbetrieb eines Drehtrommel-Müllsammelfahrzeugs
die Drehtrommel zuerst beschleunigt und dann zur Weiterfahrt wieder
abgebremst wird, können durch diese Energierückgewinnung
erhebliche Verbrauchseinsparungen realisiert werden. Eine solche
Energierückgewinnung ist dabei offensichtlich unabhängig von
der konkreten Ausgestaltung des Antriebs von großem Vorteil.
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Vorteilhafterweise
erfolgt der Antrieb der Drehtrommel dabei über einen Elektromotor,
weiterhin vorteilhafterweise über einen Elektromotor nach der
vorliegenden Erfindung. Dabei arbeitet der Elektromotor bei Abbremsvorgängen
als Generator und wandelt die Bewegungsenergie der Drehtrommel in elektrische
Energie um, welche im Energiespeicher gespeichert wird. Eine solche
Energierückgewinnung über einen Elektromotor und
einen Energiespeicher für elektrische Energie ist dabei
offensichtlich unabhängig von der konkreten Ausgestaltung
des Elektromotors von großem Vorteil, wobei sich insbesondere zusammen
mit der als Rotor ausgeführten Drehtrommel der vorliegenden
Erfindung besondere Vorteile bezüglich der Energieeinsparung
ergeben.
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Weiterhin
umfaßt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere
ein Drehtrommel-Müllsammelfahrzeug mit einem Drehtrommelantrieb nach
einem der vorangegangenen Ansprüche. Ein solches Drehtrommel-Müllsammelfahrzeug
weist dabei eine den Müllsammelbehälter bildende
Drehtrommel auf, in deren Innenraum eine Förderschnecke angeordnet
ist. Zum Antrieb der Drehtrommel dient dann der erfindungsgemäße
Drehtrommelantrieb. Offensichtlich ergeben sich hierdurch die gleichen Vorteile,
wie sie bereits im Zusammenhang mit dem Drehtrommelantrieb beschrieben
wurden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Drehtrommelantriebs
ergeben sich aber auch ganz allgemein für Fahrzeuge mit
Drehtrommeln.
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Weiterhin
vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße
Fahrzeug einen Hybridantrieb auf, bei welchem der Vortrieb des Fahrzeugs über
einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor erfolgt und der Elektromotor
beim Bremsen als Generator arbeitet und einen Energiespeicher lädt.
Der erfindungsgemäße Drehtrommelantrieb kann dann
an mit der ohnehin vorhandenen elektrischen Energieversorgung des
Fahrzeugs verbunden werden. Besondere Vorteile ergeben sich offensichtlich,
wenn dabei auch der Drehtrommelantrieb beim Abbremsen der Drehtrommel
als Generator verwendet wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen
und Figuren näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Drehtrommel-Müllsammelfahrzeug nach dem Stand der Technik,
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2 eine
Schnittansicht durch einen Drehtrommelantrieb nach dem Stand der
Technik,
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3 eine
Schnittansicht durch einen Drehtrommelantrieb nach der vorliegenden
Erfindung,
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4a eine
Prinzipdarstellung einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen
Drehtrommelantriebs und
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4b eine
Prinzipansicht einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen
Drehtrommelantriebs.
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In 3 wurde
der gleiche Ausschnitt gewählt wie in der 2,
so daß sich eine vertikale Schnittansicht durch die hintere
obere Ecke des Drehtrommelantriebs und der Drehtrommel 10 entlang
der Längsachse der Drehtrommel ergibt. Rechts ist hierdurch
die Heckklappe 5 eingezeichnet, während sich die
Drehtrommel 10 weiter nach links und nach unten erstreckt.
Die Drehtrommel 10 ist dabei über ein Großwälzlager 11 am
Kastenträger 3 gelagert. In der in 3 gezeigten
Anordnung bildet die Trommel 10 den Rotor eines Elektromotors,
wobei der Stator 2 am Kastenträger 2 angeordnet
ist. Die Rotorleiter bzw. Rotorwicklungen 1 liegen dabei
dem Stator 2 über einen Luftspalt gegenüber
und sind am Umfang der Drehtrommel 10 angeordnet. Die Rotorwicklungen
bzw. Rotorleiter 1 sind dabei in der hinteren Hälfte
der Drehtrommel 10 im Bereich des Großwälzlagers 11 angeordnet,
was eine besonders günstige Kraftübertragung und
Kraftabstützung der Drehtrommel mit geringem Verschleiß ermöglicht.
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Denkbar
sind hier alternativ auch Anordnungen mit mehreren Luftspalten bzw.
mit Luftspalten, welche gegenüber der in 3 gezeigten
Lösung um 90 Grad gedreht sind.
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Ebenfalls
ist es denkbar, auf das Großwälzlager zu verzichten
und die Drehtrommel 10 berührungslos am Stator 2 zu
lagern, wobei die Funktionseinheit aus Rotor 1 und Stator 2 neben
dem Antrieb der Drehtrommel 10 auch deren Lagerung übernimmt.
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Die 4a und 4b zeigen
nun zwei Prinzipdarstellungen des erfindungsgemäßen Drehtrommelantriebs
in einer Schnittansicht quer zur Drehachse der Drehtrommel. Der
Rotor 1 ist dabei in beiden Ausführungsbeispielen
als sogenannter Kurzschlußläufer realisiert. Dabei
werden anstelle von Wicklungen Stäbe aus Aluminium oder
Kupfer in das Trommelblech integriert. In diese Rotorleiter werden durch
die von den Statorwicklungen erzeugten Magnetfelder Ströme
induziert, welche ihrerseits Magnetfelder erzeugen und durch eine
entsprechende Ansteuerung der Statorwicklung den Rotor in Rotation versetzen.
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Im
Prinzip wäre es jedoch ebenfalls denkbar, Magnete zu verwenden,
welche auf die Trommel geklebt werden, was jedoch eine weniger kostengünstige
Lösung darstellen würde. Ebenso wäre
es denkbar, tatsächlich Wicklungen zu verwenden, was jedoch
ebenfalls weniger günstig als die Ausführung als
Kurzschlußläufer ist.
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Die
Statorwicklungen 2 sind in beiden Ausführungsbeispielen
am Kastenträger angeordnet, wobei in 4a Statorwicklungen 2 gezeigt
sind, welche den Rotor 1 in seinem gesamten Umfangsbereich
umgeben. Hierdurch werden jedoch sehr lange Spulen benötigt,
an welchen gefährliche Spannungen von z. B. 400 Volt anliegen.
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Bevorzugt
wird deshalb der erfindungsgemäße Drehtrommelantrieb
wie in 4b gezeigt ausgeführt,
wobei die Statorwicklungen nur in einem Teilwinkelbereich dem Rotor
gegenüber liegen und wie in einem Linearmotor arbeiten.
Die Statorwicklungen sind dabei lediglich in einem kleinen Kreissegment angeordnet,
welches kleiner als 90 Grad und weiterhin vorteilhafterweise kleiner
als 45 Grad ist. Der Stator 2 im Kastenträger 3 umfaßt
dadurch nur noch ein kleines Kreissegment, welches an der gleichen
Stelle angeordnet ist wie im Stand der Technik das Ritzel. Im Stator 2 wird dabei
ein wanderndes Magnetfeld erzeugt, welches wie in einem Linearmotor
den Rotor 1 antreibt.
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Hierdurch
ergibt sich eine kostengünstige Konstruktion, welche verschleißarm
und leise arbeitet und zudem wenig Energie verbraucht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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