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Die Erfindung betrifft eine selbstfahrende landwirtschaftliche Erntemaschine, umfassend:
einen sich in einer Vorwärtsfahrtrichtung erstreckenden Rahmen, der durch im Eingriff mit dem Erdboden befindliche Mittel abgestützt wird und durch die genannten Mittel in der Vorwärtsrichtung bewegbar ist,
einen am Rahmen abgestützten Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, die mit einer ersten Riemenscheibe mit horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung orientierter Drehachse in Antriebsverbindung steht,
wenigstens ein einen Hauptleistungsverbraucher darstellendes, erstes Arbeitsorgan zur Bearbeitung von Erntegut, das über eine zweite Riemenscheibe mit einer horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung orientierten Drehachse antreibbar ist, welche mit einem Treibriemen zusammenwirkt, der durch die erste Riemenscheibe antreibbar ist,
und einem durch den Verbrennungsmotor antreibbaren, eine Antriebswelle umfassenden Generator zur elektrischen Versorgung eines Elektromotors zum Antrieb von einem oder mehreren weiteren Arbeitsorganen zur Aufnahme, Förderung und/oder Bearbeitung von Erntegut.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik wurde bereits vorgeschlagen, Elemente von Erntemaschinen und deren Erntevorsätzen durch Elektromotore anzutreiben. Der elektrische Antrieb hat den Vorteil einer Verstell- und Regelbarkeit der Ausgangsdrehzahl und einen besseren Wirkungsgrad als hydrostatische Antriebe. Zur Stromversorgung der Elektromotore dienen Generatoren, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. Bisher wird der Generator direkt durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (
DE 100 34 784 A1 ) oder über ein hydrostatisches Getriebe (
DE 10 2007 049 250 A1 ) oder über ein mechanisches Getriebe angetrieben (
DE 10 2004 007 837 A1 ,
M. Gallmeier: „Elektrische Baugruppenantriebe – eine Alternative zur Hydraulik?", Landtechnik 2007, S. 266–267). Hierbei ist als nachteilig anzusehen, dass entweder der Generator für die üblichen Drehzahlbereiche des Verbrennungsmotors zu dimensionieren ist, oder dass zusätzliche Getriebe erforderlich sind, die zudem noch im relativ beengten Motorraum der Erntemaschine mit unterzubringen sind.
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Die
DE 10 2006 030 971 A1 schlägt einen Feldhäcksler vor, dessen Häckseltrommel über einen Antriebsriemen mit einem Verbrennungsmotor mit quer zur Fahrtrichtung stehender Kurbelwelle antriebsverbunden ist. Der Antriebsriemen treibt außerdem einen Nachbeschleuniger für das Erntegut und ein hydrostatisches Getriebe an, welches zum Antrieb des Einzugs dient.
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Aufgabe der Erfindung
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine selbstfahrende Erntemaschine mit einem mechanisch über einen Riemenantrieb angetriebenen, einen Hauptleistungsverbraucher darstellenden Arbeitsorgan zur Bearbeitung des Ernteguts und weiteren, elektromotorisch angetriebenen Elementen zur Förderung und/oder Bearbeitung des Ernteguts bereitzustellen, bei welcher ein Generator zur Stromerzeugung an einer räumlich günstigen Lage anbringbar und ohne großen Aufwand mit einer vorteilhaften Drehzahl antreibbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Lösung der Aufgabe
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Eine selbstfahrende landwirtschaftliche Erntemaschine umfasst einen sich in einer Vorwärtsfahrtrichtung erstreckenden Rahmen, der durch im Eingriff mit dem Erdboden befindliche Mittel (in der Regel Räder oder Gummiraupenlaufwerke) abgestützt wird und durch die genannten Mittel in der Vorwärtsrichtung bewegbar ist. Die Erntemaschine weist weiterhin ein erstes Arbeitsorgan auf, das zur Bearbeitung von Erntegut dient und einen Hauptleistungsverbraucher der Erntemaschine darstellt. Am Rahmen ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der über eine erste Riemenscheibe mit horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung orientierter Drehachse einen Treibriemen antreiben kann. Das erste Arbeitsorgan ist über eine zweite Riemenscheibe mit horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung orientierter Drehachse antreibbar, um welche der Treibriemen umläuft. Ein Generator zur elektrischen Versorgung mindestens eines Elektromotors für den Antrieb von einem oder mehreren weiteren Arbeitsorganen zur Aufnahme, Förderung und/oder Bearbeitung von Erntegut hat eine Antriebswelle, die direkt mit einer dritten, mit dem Treibriemen zusammenwirkenden Riemenscheibe verbunden ist.
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Demnach wird das erste Arbeitsorgan in bewährter Weise vom Verbrennungsmotor über einen mechanischen, den Treibriemen umfassenden Antriebsstrang angetrieben. Der Treibriemen treibt über die dritte Riemenscheibe auch die Antriebswelle des Generators an, und zwar direkt, d. h. ohne ein weiteres, dazwischen geschaltetes Getriebe. Auf diese Weise erreicht man ohne weitere Getriebe und mit geringem Aufwand durch geeignete Wahl des Durchmessers der dritten Riemenscheibe eine geeignete Drehzahl des Generators, der zudem an einer günstigen, gut erreichbaren Stelle der Erntemaschine positioniert werden kann.
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Im Falle eines Mähdreschers kann es sich bei dem ersten Arbeitsorgan um eine Tangentialdreschtrommel handeln und bei einem Feldhäcksler um eine Häckseltrommel.
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Als weitere Arbeitsorgane kommen insbesondere ein Einzugsförderer der Erntemaschine und/oder ein Querförderer und/oder ein Aufnahmeförderer eines an die Erntemaschine gekoppelten Erntevorsatzes in Frage, obwohl auch beliebige andere Förderer (z. B. eine stromauf eines Auswurfschachts eines Feldhäckslers angeordnete Fördereinrichtung) oder Erntegutbearbeitungseinrichtungen (z. B. Nachzerkleinerungseinrichtungen mit gegensinnig angetriebenen Walzen) durch einen vom Generator mit Strom versorgten Elektromotor angetrieben werden können.
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Zwischen die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und die erste Riemenscheibe kann eine Kupplung und/oder ein Winkelgetriebe geschaltet werden. Die Kupplung ermöglicht es, den Treibriemen und somit das erste Arbeitsorgan und den Generator vom Verbrennungsmotor zu trennen, wenn sie nicht benötigt werden, z. B. auf einer Straßenfahrt. Dadurch erübrigt sich in diesem Fall ein unnötiger Energieverbrauch durch einen frei mitlaufenden Generator. Das Winkelgetriebe erlaubt, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in der Fahrtrichtung zu orientieren.
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Ausführungsbeispiel
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Anhand der Abbildungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische seitliche Ansicht einer selbstfahrenden Erntemaschine in Form eines Feldhäckslers, und
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2 eine schematische Draufsicht auf die Antriebsanordnung der Erntemaschine aus 1.
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In der 1 ist eine Erntemaschine 10 in der Art eines selbstfahrenden Feldhäckslers in schematischer Seitenansicht dargestellt. Die Erntemaschine 10 baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 14 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 16 getragen wird. Die Bedienung der Erntemaschine 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus ein Erntevorsatz 20 einsehbar ist, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Aufnehmer (Pick-up) zum Aufsammeln von Gras oder dgl. ausgeführt ist. Mittels des Erntevorsatzes 20 vom Boden aufgenommenes Erntegut wird über einen Einzugsförderer 22 mit Vorpresswalzen, die innerhalb eines Einzugsgehäuses 24 an der Frontseite des Feldhäckslers 10 angeordnet sind, einer unterhalb der Fahrerkabine 18 angeordneten Häckseltrommel 26 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einer Fördervorrichtung 28 aufgibt. Das Gut verlässt die Erntemaschine 10 zu einem nebenher fahrenden Transportfahrzeug über einen vertikalen Schacht 32 und einen um eine etwa vertikale Achse drehbaren und in der Neigung verstellbaren Auswurfkrümmer 30. Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben, wie seitlich, unten und oben, auf die Vorwärtsbewegungsrichtung V der Erntemaschine 10, die in der 1 nach rechts verläuft.
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Die 2 zeigt eine Draufsicht auf die Antriebsanordnung der Erntemaschine 10. Im rückwärtigen Bereich der Erntemaschine 10 befinden sich zwei rückwärtig der Hinterachse angeordnete (erste und zweite) Verbrennungsmotoren 36, 38 insbesondere in Form von Dieselmotoren, die seitlich nebeneinander angeordnet und mit Längsträgern und/oder Querträgern des Rahmens 12 verbunden sind und sich jeweils separat auf dem Rahmen 12 abstützen, oder gemeinsam auf einem Hilfsrahmen montiert sind, der wiederum am Rahmen 12 befestigt ist. Zwischen den Verbrennungsmotoren 36, 38 und dem Rahmen 12 bzw. dem Hilfsrahmen können jeweils schwingungsdämpfende Gummi-Metall-Elemente angeordnet sein. Die Leistungen der Verbrennungsmotoren 36, 38 sind vorzugsweise identisch, obwohl auch Verbrennungsmotoren 36, 38 unterschiedlicher Leistung verwendbar wären. Die Verbrennungsmotoren 36, 38 erstrecken sich in der Vorwärtsrichtung der Erntemaschine 10 bis etwa zum rückwärtigen Ende des Rahmens 12 und umfassen (erste und zweite) Kurbelwellen 40, 42, die sich nach vorn aus den Gehäusen der Verbrennungsmotoren 36, 38 heraus erstrecken. Die Kurbelwellen 40, 42 treiben jeweils eine sich horizontal und nach vorn erstreckende (erste und zweite) Längswelle 44, 46 an.
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Der erste Verbrennungsmotor 36 treibt im Betrieb mit seiner Kurbelwelle 40 die erste Längswelle 44 an, die mit der Eingangsseite einer ersten Kupplung 56 verbunden ist. Die Ausgangsseite der ersten Kupplung 56 ist über eine dritte Längswelle 104 mit einem ersten Kegelzahnrad 48 eines ersten Winkelgetriebes 52 verbunden. Die dritte Längswelle 104 treibt auch über Zahnräder 70, 72 und eine fünfte Längswelle 76 ein Pumpenaggregat 74 an, das eine Hydropumpe zum Antrieb von Hydromotoren für den Vortrieb der Erntemaschine, eine Lenkpumpe und eine Hydropumpe zur Ölversorgung der Steuerung des hydrostatischen Antriebs für den Vortrieb der Erntemaschine 10 umfasst. Es wäre auch denkbar, über eines der Zahnräder 70, 72 oder ein dazwischen angeordnetes Zahnrad (nicht gezeigt) weitere permanent angetriebene Elemente, wie einen elektrischen Generator zur Versorgung des Bordnetzes der Erntemaschine 10 und/oder einen Gebläseantrieb für die Kühlluftzufuhr für die Verbrennungsmotoren 36, 38 anzutreiben.
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Das zweite Kegelzahnrad 50 des ersten Winkelgetriebes 52 ist mit einem ersten Abschnitt 58 einer Querwelle 58, 80, 90 verbunden, der wiederum über eine Gelenkwelle 92 mit einem zweiten Abschnitt 90 der Querwelle 58, 80, 90 verbunden ist, der sich bis zu einem zweiten Kegelzahnrad 68 eines zweiten Winkelgetriebes 64 erstreckt. Der zweite Verbrennungsmotor 38 treibt im Betrieb mit seiner Kurbelwelle 42 die zweite Längswelle 46 an, die mit der Eingangsseite der zweiten Kupplung 60 verbunden ist. Die Ausgangsseite der zweiten Kupplung 60 ist über eine vierte Längswelle 62 mit dem ersten Kegelzahnrad 66 des zweiten Winkelgetriebes 64 verbunden.
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Die Verbrennungsmotoren 36, 38 sind getrennt voneinander am Rahmen 12 oder einem Hilfsrahmen befestigt, in der Regel über Dämpfungselemente. An ihren Gehäusen sind auch die zugehörigen Kupplungen 56 bzw. 60 und Winkelgetriebe 52, 64 befestigt. Die Gelenkwelle 92 ermöglicht den Ausgleich von möglichen Toleranzen der Positionen der Verbrennungsmotoren 36, 38 und der Winkelgetriebe 52, 64.
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Der zweite Abschnitt 90 der Querwelle 58, 80, 90 und das zweite Kegelzahnrad 68 des zweiten Winkelgetriebes 64 sind mit einem äußeren Abschnitt 80 der Querwelle 58, 80, 90 verbunden, der sich durch eine mit einer ersten Riemenscheibe 82 verbundene Hohlwelle 106 hindurch auf die von den Winkelgetrieben 52, 64 abgewandte Seite einer ersten Riemenscheibe 82 erstreckt und dort mit einer dritten Kupplung 78 verbunden ist. Die dritte Kupplung 78 ist ausgangsseitig mit der Hohlwelle 106 verbunden. Die Riemenscheibe 82 wird von einem Treibriemen 84 umschlungen, der auch eine zweite Riemenscheibe 88 zum Antrieb der Häckseltrommel 26, eine Riemenscheibe 86 für den Antrieb der Fördereinrichtung 28 und eine dritte Riemenscheibe 108 umschlingt. Anstelle der oder zusätzlich zur dritten Kupplung 78 kann der Antriebsstrang der Häckseltrommel 26 und der Fördervorrichtung 28 durch einen nicht gezeigten Mechanismus zum Spannen und Lösen des Treibriemens 84 in Bewegung versetzt oder angehalten werden. Die dritte Kupplung 78 ermöglicht es, den Treibriemen 84 und mit ihm die Häckseltrommel 26 und die Fördervorrichtung 28 ein- und auszuschalten.
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Die dritte Riemenscheibe 108 ist in Vorwärtsrichtung vor der ersten Riemenscheibe 82 und rückwärtig der Riemenscheibe 86 für den Antrieb der Fördereinrichtung 28 angeordnet, die wiederum rückwärtig der zweiten Riemenscheibe 88 angeordnet ist. Die Drehachsen aller erwähnten Riemenscheiben 82, 86, 88 und 108 sind horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung angeordnet. Die dritte Riemenscheibe 108 treibt über eine Antriebwelle 112 direkt einen elektrischen Generator 110 an. Der elektrische Generator 110 ist über eine Steuerschaltung 114 mit Elektromotoren 116, 118, 120 verbunden.
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Der Elektromotor 116 treibt die Vorpresswalzen des Einzugsförderers 22 an. Der Elektromotor 118 treibt eine Querförderschnecke 122 des Erntevorsatzes 20 an. Der Elektromotor 120 treibt einen Aufnahmeförderer 124 in Form einer Aufsammeltrommel des Erntevorsatzes 20 an. Bei anderen Arten von Erntevorsätzen können Elektromotoren jeweils einen Teil oder die komplette Antriebsleistung zum Antrieb der Mittel zum Abschneiden, Aufnehmen und Abfördern des Ernteguts bis zum Einzugsförderer 22 übernehmen. Bei einem Maismähvorsatz mit Mäh- und Einzugseinrichtungen mit um die Hochachse rotierenden Förderscheiben und darunter angeordneten Schneidmessern kann beispielsweise ein Elektromotor je ein Schneidmesser antreiben, während die Förderscheiben jeder Mäh- und Einzugseinrichtung durch je einen anderen Elektromotor angetrieben werden, oder den Förderscheiben mehrerer oder aller Mäh- und Einzugseinrichtungen ein gemeinsamer Elektromotor zugeordnet ist. Die Elektromotoren können sich dabei auf dem Erntevorsatz 22 oder an Bord der Erntemaschine 10 befinden und durch Antriebsverbindungen (z. B. Gelenkwellen) mit dem Erntevorsatz verbunden werden. Analog könnte der Generator 110 auch Elektromotore (nicht gezeigt) zum Antrieb der Fördervorrichtung 28 und/oder einer zwischen der Häckseltrommel 26 und der Fördervorrichtung 28 angeordneten Nachzerkleinerungseinrichtung 34 mit Strom versorgen.
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Die Steuerschaltung 114 ermöglicht eine individuelle Einstellung oder Regelung (d. h. ohne oder mit Rückkopplung zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Drehzahl) der Geschwindigkeiten der Elektromotore 116, 118, 120. Dabei kann die Geschwindigkeit des Aufnahmeförderers 124 selbsttätig an die jeweilige Vortriebsgeschwindigkeit der Erntemaschine 10 angepasst werden. Da die Geschwindigkeit des Einzugsförderers 22 durch die Schnittlänge vorgegeben ist, kann die Geschwindigkeit der Querförderschnecke 122 durch die Steuerschaltung 114 und über den Elektromotor 118 auf einen zwischen den Fördergeschwindigkeiten des Aufnahmeförderers 124 und des Einzugsförderers 22 liegenden Wert verbracht werden.
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Da die Häckseltrommel 26 den Hauptleistungsverbraucher der Antriebsleistung der Verbrennungsmotore 36, 38 darstellt, liegen die Riemenscheiben 86, 108 im oberen Zugtrum des Treibriemens 84, während dessen unteres Trum ein Leertrum bildet. Es wäre denkbar, den Umschlingungswinkel des Treibriemens 84 um die Riemenscheibe 108 durch eine weitere Leerlaufrolle (nicht gezeigt) zu vergrößern.
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Eine Steuerung 94 (s. 1) dient zum Zuschalten und Abtrennen der Verbrennungsmotoren 36, 38 vom Antriebsstrang. Die Steuerung 94 ist mit den Kupplungen 56, 60 und 78 und mit Motorsteuerungen (nicht gezeigt) der Verbrennungsmotoren 36 und 38 verbunden. Es sind neben dem Stillstand der Verbrennungsmotoren 36, 38 drei Betriebsarten möglich. Bei größeren Leistungsanforderungen, beispielsweise bei der Maisernte mit einem anstelle des Aufnehmers 20 montierten Mähvorsatz (nicht gezeigt), laufen beide Verbrennungsmotoren 36, 38, und die Kupplungen 56 und 60 sind geschlossen. Die dritte Kupplung 78 dient in an sich bekannter Weise dazu, die Häckseltrommel 26, die Fördereinrichtung 28 und den Generator 110 und somit den Erntevorsatz 20 und den Einzugsförderer 22 bei Bedarf ein- und auszuschalten, wozu eine geeignete Bedienerschnittstelle 98 (z. B. Schalter) mit der Steuerung 94 verbunden ist. Bei geringeren Leistungsanforderungen, z. B. bei der Ernte eines Schwads mittels des in 1 dargestellten Aufnehmers 20 oder bei einer Straßenfahrt oder wenn bei der Maisernte nur einzelne Reihen am Feldrand zu ernten sind, wird nur einer der Verbrennungsmotoren 36 oder 38 benötigt, während der jeweils andere Verbrennungsmotor 38 oder 36 in den Stillstand versetzt wird. Die dem jeweils nicht benötigten Verbrennungsmotor 38 oder 36 zugeordnete Kupplung 60 oder 56 wird dann geöffnet, während die andere Kupplung 56 oder 60 geschlossen ist und auch das Pumpenaggregat 74 antreibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10034784 A1 [0002]
- DE 102007049250 A1 [0002]
- DE 102004007837 A1 [0002]
- DE 102006030971 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- M. Gallmeier: „Elektrische Baugruppenantriebe – eine Alternative zur Hydraulik?”, Landtechnik 2007, S. 266–267 [0002]
