DE202021105282U1 - Electric drive structure for a work machine - Google Patents
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Abstract
Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Traktor, aufweisend:
eine Vorderachse (2) mit zwei Vorderrädern (4);
eine Hinterachse (3) mit zwei Hinterrädern (5);
einen ersten elektrischen Antrieb (6) zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Vorderräder (4);
einen zweiten elektrischen Antrieb (7) zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Hinterräder (5); und
eine Kupplung zwischen dem ersten elektrischen Antrieb (6) und dem zweiten elektrischen Antrieb (7), über die das Antriebsdrehmoment des ersten und zweiten elektrischen Antriebs (6, 7) variabel zwischen der Vorderachse (2) und der Hinterachse (3) übertragen werden kann.
Electric drive structure for a work machine, in particular for a tractor, comprising:
a front axle (2) with two front wheels (4);
a rear axle (3) with two rear wheels (5);
a first electric drive (6) for generating a drive torque for driving the front wheels (4);
a second electric drive (7) for generating a drive torque for driving the rear wheels (5); and
a coupling between the first electric drive (6) and the second electric drive (7), via which the drive torque of the first and second electric drive (6, 7) can be variably transmitted between the front axle (2) and the rear axle (3) .
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Traktor. Das heißt, es wird eine Struktur offenbart, welche eine Arbeitsmaschine elektrisch antreiben kann.The present invention relates to an electric drive structure for a work machine, in particular for a tractor. That is, a structure that can electrically drive a work machine is disclosed.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Es sind bereits unterschiedliche Nutzfahrzeuge, Arbeitsmaschinen und Landmaschinen bekannt, wie zum Beispiel Traktoren, Bagger, mobile Kräne, Gabelstapler, mobile Hebebühnen, Schneeräumfahrzeuge, Zuckerrübenvollernter sowie Mähdrescher.Various utility vehicles, work machines and agricultural machines are already known, such as tractors, excavators, mobile cranes, forklifts, mobile lifting platforms, snow clearing vehicles, sugar beet harvesters and combine harvesters.
Üblicherweise weisen diese heutzutage einen Dieselmotor als Antriebsmotor auf. Das bedeutet, dass der Dieselmotor zum Antreiben der Antriebsräder und zum Teil auch zusätzlich für andere Funktionen, wie das Antreiben einer sogenannten Lichtmaschine zum Erzeugen von elektrischem Strom bzw. Energie für diverse kleinere Verbraucher wie Licht, Radio, Lüftung, Sensorik etc. verwendet wird.Nowadays these usually have a diesel engine as the drive motor. This means that the diesel engine is used to drive the drive wheels and, in some cases, also for other functions, such as driving a so-called alternator to generate electricity or energy for various smaller consumers such as light, radio, ventilation, sensors, etc.
Zudem sind in Arbeitsmaschinen bzw. Landmaschinen oftmals sogenannte Zapfwellen vorgesehen, welche dazu dienen weitere Gerätschaften mittels von einem solchen Dieselmotor erzeugtem Antriebsdrehmoment anzutreiben. Dadurch kann beispielsweise ein Drehmoment auf einen an einem Traktor angeschlossenen Anhänger übertragen werden und das Antriebsdrehmoment für weitere Vorrichtungen verwendet werden. Als Beispiel hierfür sei auf einen Kartoffelvollernter verwiesen, welcher das von dem Dieselmotor erzeugte Drehmoment nutzt, um Förderbänder und dergleichen am Anhänger zum Ernten von Kartoffeln zu verwenden. In addition, so-called power take-off shafts are often provided in work machines or agricultural machinery, which serve to drive additional equipment by means of drive torque generated by such a diesel engine. In this way, for example, a torque can be transmitted to a trailer connected to a tractor and the drive torque can be used for other devices. As an example of this, reference is made to a potato harvester which uses the torque generated by the diesel engine to use conveyor belts and the like on the trailer for harvesting potatoes.
Nachteilig hierbei sind jedoch der große Platzbedarf des Dieselmotors in einer solchen Arbeitsmaschine sowie der schlechte Wirkungsgrad im reellen Betrieb.Disadvantages here, however, are the large amount of space required by the diesel engine in such a work machine and the poor efficiency in real operation.
Darüber hinaus ist mit zunehmendem politischen Druck - vor dem Hintergrund des existenten Klimawandels - ebenso der hohe Energieverbrauch sowie die Abgaserzeugung und die dadurch hervorgerufene Umweltbelastung durch den Dieselmotor besonders nachteilig.In addition, with increasing political pressure - against the background of existing climate change - the high energy consumption as well as the generation of exhaust gases and the environmental pollution caused by the diesel engine are particularly disadvantageous.
Entsprechend existiert in vielen Bereichen der Mobilität ein Interesse an alternativen und nachhaltigeren Antriebssystemen.Accordingly, there is an interest in alternative and more sustainable drive systems in many areas of mobility.
Hierbei haben sich mittlerweile Antriebe mittels Brennstoffzellen, Elektromotoren, welche Batterien zur Energiespeicherung nutzen, oder auch hybride Ausgestaltungen aus Elektromotoren und Brennstoffzellen bzw. Elektromotoren und Verbrennungsmotoren etabliert.In the meantime, drives using fuel cells, electric motors, which use batteries for energy storage, or hybrid designs of electric motors and fuel cells or electric motors and internal combustion engines have become established.
Im Bereich mobiler und landwirtschaftlicher Arbeitsmaschinen bieten hierbei elektrische Leistungsübertragungen besondere Vorteile. Hierbei können beispielsweise aufgrund der guten Steuer- und Regelbarkeit der elektrischen Antriebe die Nutzungseigenschaften deutlich gesteigert werden.In the field of mobile and agricultural machines, electrical power transmissions offer particular advantages. Here, for example, due to the good controllability and regulation of the electrical drives, the usage properties can be significantly increased.
Vor diesem Hintergrund sind bisher Arbeitsmaschinen bzw. Landmaschinen, zum Beispiel Traktoren bekannt, bei denen sowohl der Fahrantrieb als auch mindestens eine Zapfwelle (als Nebenantrieb) über separate elektrische Antriebe realisiert werden. Die hierfür notwendige Energie wird typischerweise durch einen Verbrennungsmotor sowie einen damit gekoppelten (Strom-) Generator erzeugt. Zudem kann „nur“ eine Batterie vorgesehen sein, welche die elektrischen Antriebe mit Energie versorgt. Alternativ kann eine Brennstoffzelle den Verbrennungsmotor sowie den Generator ersetzen. Zur Stromspeicherung kann ferner ein Energiespeicher vorgesehen sein, sodass kleinere bzw. kürzere Tätigkeiten vollelektrisch erfolgen können.Against this background, working machines or agricultural machines, for example tractors, are known in which both the travel drive and at least one power take-off shaft (as a power take-off) are implemented via separate electrical drives. The energy required for this is typically generated by an internal combustion engine and a (current) generator coupled to it. In addition, “only” one battery can be provided which supplies the electric drives with energy. Alternatively, a fuel cell can replace the internal combustion engine and the generator. An energy storage device can also be provided for storing electricity, so that smaller or shorter activities can be carried out fully electrically.
Bei einer solchen bisher bekannten Ausgestaltung kann von einer mechanischen Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor, welcher zur Stromerzeugung dient, und dem Antriebsstrang des Traktors, zum Beispiel für einen Fahrantrieb und/oder eine Zapfwelle abgesehen werden. Das heißt, in einer bisher bekannten Elektroantriebsstruktur für eine solche Arbeitsmaschine können eine Vorderachse mit zwei Vorderrädern sowie eine Hinterachse mit zwei Hinterrädern vorgesehen sein. Zudem weist eine solche bisher bekannte Elektroantriebsstruktur einen elektrischen Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Vorderräder und der Hinterräder auf. Ferner gibt es bekannte Elektroantriebsstrukturen, die einen separaten elektrischen Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Vorderräder sowie einen separaten elektrischen Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Hinterräder aufweisen.In such a previously known embodiment, a mechanical connection between the internal combustion engine, which is used to generate electricity, and the drive train of the tractor, for example for a travel drive and / or a power take-off shaft, can be dispensed with. That is, in a previously known electric drive structure for such a work machine, a front axle with two front wheels and a rear axle with two rear wheels can be provided. In addition, such a previously known electric drive structure has an electric drive for generating a drive torque for driving the front wheels and the rear wheels. Furthermore, there are known electric drive structures which have a separate electric drive for generating a drive torque for driving the front wheels and a separate electric drive for generating a drive torque for driving the rear wheels.
Ferner kann mindestens ein weiterer elektrischer Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben mindestens einer Zapfwelle vorgesehen sein.Furthermore, at least one further electric drive can be provided for generating a drive torque for driving at least one power take-off shaft.
Bei einer solchen Ausgestaltung müssen die elektrischen Antriebe bezüglich Leistung, d.h. benötigtem Drehmoment, passend ausgelegt werden, um neben den nominalen Betriebsmodi auch extreme Betriebs- bzw. Nutzungssituationen abdecken zu können. Eine solche bisherige Ausgestaltung bedarf dabei also einer Auslegung der elektrischen Antriebe mit dem Augenmerk auf die maximalen Leistungserfordernisse, was zu einer erhöhten Kostenentwicklung aufgrund einer Überauslegung der elektrischen Antriebe führt.In such a configuration, the electrical drives must be designed appropriately in terms of power, ie the required torque, in order to be able to cover extreme operating or usage situations in addition to the nominal operating modes. Such a previous design is required In this case, therefore, a design of the electrical drives with an eye to the maximum performance requirements, which leads to increased costs due to an over-design of the electrical drives.
Solche Nutzungssituationen mit hoher Belastung für die elektrischen Antriebe bei landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen können unter anderem aus schweren Zug- und Schubarbeiten bei widrigen Bodenverhältnissen und/oder einer ungünstigen Gewichtsverteilung am Zugfahrzeug bestehen.Such usage situations with high loads for the electrical drives in agricultural machinery can consist of, among other things, heavy pulling and pushing work in adverse soil conditions and / or an unfavorable weight distribution on the towing vehicle.
Beispiele für solche Zug- und Schubarbeiten sind Pflügen, Holzrücken und Frontladerarbeiten. Bei solchen Tätigkeiten kann es dazu kommen, dass ein wirksamer Vortrieb durch nur eine angetriebene Achse oder sogar durch nur ein einzelnes angetriebenes Rad erfolgt. In solchen Situationen ist es jedoch ebenfalls notwendig, dass an der, zum Beispiel einzelnen noch wirksam antreibbaren Achse, der vorgesehene elektrische Antrieb in der Lage ist, die Arbeitsmaschine in einer solchen Situation noch zu betreiben und ein Festfahren bei widrigen Bodenverhältnissen zu verhindern.Examples of such pulling and pushing work are plowing, moving timber and front loader work. In such activities it can happen that an effective propulsion takes place through only one driven axle or even through only one single driven wheel. In such situations, however, it is also necessary that the provided electric drive on the, for example, individual still effectively drivable axis is able to still operate the work machine in such a situation and to prevent it from getting stuck in adverse ground conditions.
Somit zielen bisher bekannte Ausführungen auf größere, leistungsfähigere und damit besonders kostenintensive Elektroantriebsstrukturen ab.Thus, previously known designs are aimed at larger, more powerful and therefore particularly cost-intensive electric drive structures.
Ferner müssen bisher bekannte Ausgestaltungsformen einer hohen Spreizung zwischen hohem Anfahrtsdrehmoment einer solchen Arbeitsmaschine und hoher Endgeschwindigkeit standhalten können. Auch dies führt zu einer Notwendigkeit der Verwendung von leistungsfähigeren und größeren elektrischen Antrieben. Dies führt zu höheren Kosten einer solchen Arbeitsmaschine.Furthermore, previously known embodiments must be able to withstand a wide spread between high starting torque of such a work machine and high top speed. This also leads to the need to use more powerful and larger electric drives. This leads to a higher cost of such a work machine.
Ferner sind bereits Arbeitsmaschinen bzw. Landmaschinen mit elektrischem Einzelradantrieb bekannt. Mit Blick auf die obigen Ausführungsformen ist hierbei zwar ein Antrieb der jeweiligen Räder individual realisierbar, jedoch aufgrund der oben beschriebenen, notwendigen Auslegung solcher elektrischen Antriebe für Extrembelastungssituationen besonders kostspielig und konstruktiv aufwendig.Furthermore, working machines or agricultural machines with an electric single wheel drive are already known. With a view to the above embodiments, a drive of the respective wheels can indeed be implemented individually, but due to the above-described, necessary design of such electrical drives for extreme load situations, it is particularly costly and structurally complex.
Zudem ist bei solchen Arbeitsmaschinen oftmals nicht nur der Antrieb der jeweiligen Räder, sondern auch die Versorgung von vorgesehenen Zapfwellen für weitere an diese Arbeitsmaschinen ankoppelbare Vorrichtungen und Gerätschaften notwendig. Somit müssen für diese Zapfwellen weitere elektrische Antriebe mit entsprechender Auslegung an einer Arbeitsmaschine vorgesehen werden.In addition, in such work machines it is often not only necessary to drive the respective wheels, but also to supply power to the PTO shafts provided for other devices and equipment that can be coupled to these work machines. This means that additional electrical drives with a corresponding design must be provided on a work machine for these power take-offs.
Um dem entgegenzuwirken ist beispielsweise in der WO 2020/ 165 393 A1 ein landwirtschaftliches Hybridfahrzeug offenbart, wobei auch hier ein Dieselmotor einen elektrischen Generator antreibt, welcher Energie an eine Leistungselektronik abgibt. Diese elektrische Energie wird durch die Leistungselektronik an einen ersten elektrischen Antrieb übertragen, welcher wiederum Drehmoment an einen Antriebsstrang weitergibt und dadurch die Räder eines solchen landwirtschaftlichen Hybridfahrzeugs antreibt. Zudem ist ein weiterer elektrischer Antrieb vorgesehen, welcher über einen zweiten, individuellen Antriebsstrang Drehmoment an eine Zapfwelle übertragen kann. Außerdem sind in dieser landwirtschaftlichen Maschine Batterien vorgesehen, welche geladen werden können.In order to counteract this, an agricultural hybrid vehicle is disclosed, for example, in WO 2020/165 393 A1, a diesel engine also driving an electrical generator here, which outputs energy to power electronics. This electrical energy is transmitted through the power electronics to a first electrical drive, which in turn transmits torque to a drive train and thereby drives the wheels of such an agricultural hybrid vehicle. In addition, a further electric drive is provided, which can transmit torque to a power take-off shaft via a second, individual drive train. In addition, batteries are provided in this agricultural machine, which can be charged.
Darüber hinaus wird in der WO 2020/ 165 393 A1 ein dritter elektrischer Antrieb offenbart, welcher ebenfalls durch die Leistungselektronik mit Energie versorgt werden kann und Drehmoment an eine Verteilereinheit abgeben kann. Eine solche Verteilereinheit ist mit dem Antriebsstrang der Räder sowie dem zweiten Antriebsstrang der Zapfwelle verbunden.In addition, WO 2020/165 393 A1 discloses a third electric drive which can also be supplied with energy by the power electronics and can deliver torque to a distributor unit. Such a distribution unit is connected to the drive train of the wheels and the second drive train of the power take-off shaft.
Mit anderen Worten, ein dritter elektrischer Antrieb kann auf zwei individuelle Antriebsstränge zugeschaltet werden und damit drehmomentübertragend die ersten und zweiten elektrischen Antriebe, welche die Räder und die Zapfwelle antreiben, unterstützen.In other words, a third electric drive can be connected to two individual drive trains and thus support the first and second electric drives, which drive the wheels and the power take-off, in a torque-transmitting manner.
Eine solche Ausgestaltung ist jedoch nicht nur komplex, sondern erfordert auch das Vorsehen einer Vielzahl von mechanischen Verschaltungen sowie Antriebssträngen. Zudem ist der erste elektrische Antrieb, welcher über den ersten Antriebsstrang die Räder antreibt, weit vom Wirkungsort, das heißt, den Achsen bzw. den Rädern entfernt, sodass in einer solchen Ausgestaltung höhere Übertragungsverluste auftreten können.However, such a configuration is not only complex, but also requires the provision of a large number of mechanical interconnections and drive trains. In addition, the first electric drive, which drives the wheels via the first drive train, is far from the place of operation, that is, the axles or the wheels, so that higher transmission losses can occur in such a configuration.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen Probleme zu reduzieren bzw. zu eliminieren. Ferner ist es Aufgabe, eine Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine vorzusehen, welche kostengünstig und ohne eine unverhältnismäßige Überauslegung der elektrischen Antriebe - selbst bei extremen Nutzungssituationen, wie zum Beispiel schweren Zug- und Schubarbeiten bei widrigen Bodenverhältnissen und/oder einer ungünstigen Gewichtsverteilung an der Arbeitsmaschine - zufriedenstellend funktioniert.It is therefore the object of the present invention to reduce or eliminate the problems described above. Another task is to provide an electric drive structure for a work machine, which is cost-effective and satisfactory without disproportionately excessive design of the electric drives - even in extreme usage situations, such as heavy pulling and pushing work in adverse soil conditions and / or an unfavorable weight distribution on the work machine functions.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den weiteren Ansprüchen der folgenden Beschreibung und Zeichnungen.This object is achieved by an electric drive structure for a work machine with the features of
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine eine Vorderachse mit zwei Vorderrädern sowie eine Hinterachse mit zwei Hinterrädern auf. Ferner ist ein erster elektrischer Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Vorderräder sowie ein zweiter elektrischer Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Hinterräder vorgesehen.According to one embodiment, an electric drive structure for a work machine has a front axle with two front wheels and a rear axle with two rear wheels. Furthermore, a first electric drive for generating a drive torque for driving the front wheels and a second electric drive for generating a drive torque for driving the rear wheels are provided.
Weitere angetriebene Achsen mit zugehörigen elektrischen Antrieben zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Räder der jeweiligen Achse sind ebenso realisierbar. Somit können nicht nur Fahrzeuge mit 4x4 Antrieb, sondern, zum Beispiel, auch Fahrzeuge mit 6x6 Achsantrieb und 8x8 Achsantrieb realisiert werden.Further driven axles with associated electric drives for generating a drive torque for driving the wheels of the respective axle can also be implemented. Thus, not only vehicles with 4x4 drive, but also, for example, vehicles with 6x6 axle drive and 8x8 axle drive can be implemented.
Darüber hinaus ist zwischen dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb eine Kupplung vorgesehen, über welche das Antriebsdrehmoment des ersten und zweiten elektrischen Antriebs variabel zwischen der Vorderachse und der Hinterachse übertragen werden kann.In addition, a coupling is provided between the first electric drive and the second electric drive, via which the drive torque of the first and second electric drive can be variably transmitted between the front axle and the rear axle.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung beruht also darauf, die isoliert und nahe an den Wirkungsorten vorgesehenen elektrischen Antriebe nicht jeweils für Extremfälle auslegen zu müssen. Vielmehr erlaubt die vorliegende Erfindung zum Beispiel bei extremen Nutzungssituationen, die Antriebsdrehmomente der ersten und zweiten elektrischen Antriebe und gegebenenfalls weiterer elektrischer Achsantriebe und sonstiger Antriebe (Nebenantriebe bzw. Zapfwellen) variabel zu kombinieren.The core idea of the present invention is based on the fact that the electrical drives provided in isolation and close to the locations of action do not have to be designed for extreme cases. Rather, the present invention allows, for example, in extreme usage situations, to variably combine the drive torques of the first and second electric drives and possibly further electric axle drives and other drives (power take-offs or power take-offs).
Mit anderen Worten, die erzeugten Antriebsdrehmomente des ersten und zweiten elektrischen Antriebs können aufgrund der Kupplung untereinander gemischt und situationsadäquat verwendet bzw. aufgeschalten werden.In other words, the drive torques generated by the first and second electric drive can be mixed with one another due to the coupling and used or switched on in a manner appropriate to the situation.
Ferner kann gemäß einer solchen Ausgestaltung im Gegensatz zu bisher bekannten Vorrichtungen, welche Hybridantriebsstrukturen mit einem zusätzlich zuschaltbaren Elektromotor offenbaren, verhindert werden, dass Verspannungen zwischen Vorder- und Hinterachse entstehen. Dies ist bodenschonender und reduziert bei Fahrbetrieb das Risiko, dass sich eine Arbeitsmaschine im Erdreich eingraben könnte. Entsprechend können Beeinträchtigungen von Feldfrüchten verhindert werden. Dies wird durch die oben beschriebenen Einzelachsantriebe ermöglicht.Furthermore, according to such a configuration, in contrast to previously known devices which disclose hybrid drive structures with an additionally connectable electric motor, it is possible to prevent tension from occurring between the front and rear axles. This is more gentle on the soil and reduces the risk that a machine could dig itself into the ground when the vehicle is in motion. Accordingly, deterioration of crops can be prevented. This is made possible by the single-axis drives described above.
Darüber hinaus kann die Ausgestaltung eine kostengünstigere Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine vorsehen, da die elektrischen Antriebe nicht mehr entsprechend überdimensioniert werden müssen und zum Beispiel bei Rückarbeiten auch hohe Drehmomente auf einer Achse durch Zumischen des Drehmoments eines zweiten elektrischen Antriebs einfach aufgebracht werden können. Das heißt, eine Lastverteilung zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Antrieb kann vorgesehen werden.In addition, the design can provide a more cost-effective electric drive structure for a work machine, since the electric drives no longer have to be correspondingly oversized and, for example, high torques can be easily applied to one axis by mixing in the torque of a second electric drive when working backwards. That is, a load distribution between the first and second electric drive can be provided.
Erfolgt beispielsweise aufgrund einer ungünstigen Gewichtsverteilung die effektive Vortriebsübertragung einer Arbeitsmaschine nur durch eine einzelne angetriebene Achse (zum Beispiel die Hinterachse), so kann beispielsweise das Antriebsdrehmoment des ersten elektrischen Antriebs auf den zweiten elektrischen Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben der Hinterräder (das heißt der Hinterachse) aufgeschaltet werden. Auch eine Beimischung des Antriebsdrehmoments und keine reine/vollständige Übertragung an die Hinterachse ist hierunter zu verstehen.If, for example, due to an unfavorable weight distribution, the effective propulsion transmission of a work machine only takes place through a single driven axle (for example the rear axle), then for example the drive torque of the first electric drive can be transferred to the second electric drive to generate a drive torque for driving the rear wheels (i.e. the Rear axle). This is also to be understood as an admixture of the drive torque and no pure / complete transmission to the rear axle.
Auch eine umgekehrte Ausgestaltung, das heißt eine Unterstützung des ersten elektrischen Antriebs durch den zweiten elektrischen Antrieb, ist darunter zu verstehen.A reverse configuration, that is to say support for the first electric drive by the second electric drive, is also to be understood by this.
Somit können bei der Auslegung der elektrischen Antriebe gemäß der vorliegenden Antriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine auch weniger leistungsstarke und somit kostengünstigere elektrische Antriebe verwendet werden.Thus, when designing the electric drives according to the present drive structure for a work machine, less powerful and thus more cost-effective electric drives can also be used.
Entsprechend kann eine Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine erzeugt werden, welche separate Achsantriebe aufweist und dabei besonders kostengünstig ausgestaltet sein kann.Accordingly, an electric drive structure can be generated for a work machine, which has separate axle drives and can be designed to be particularly cost-effective.
Bei der im vorliegenden Fall beschriebenen Kupplung, handelt es sich um eine Vorrichtung, bei der das Drehmoment zwischen den elektrischen Antrieben auf die jeweiligen Achsen variabel übertragen werden kann.The clutch described in the present case is a device in which the torque can be variably transmitted between the electric drives on the respective axles.
Das heißt, bei der im vorliegenden Fall beschriebenen Kupplung kann es sich sowohl um ein einfaches Maschinenelement zum starren, elastischen, beweglichen oder lösbaren Verbinden zweier Wellen, um so Rotation und damit Drehmoment und letztlich mechanische Arbeit zu übertragen, handeln als auch um eine Kupplung, die nicht nur lösbar und schließbar ist, sondern variabel Drehmoment zwischen dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb übertragen kann.This means that the coupling described in the present case can be a simple machine element for rigid, elastic, movable or detachable connection of two shafts in order to transmit rotation and thus torque and ultimately mechanical work, as well as a coupling, which is not only releasable and lockable, but can variably transmit torque between the first electric drive and the second electric drive.
Bevorzugt handelt es sich bei der variablen Kupplung nicht allein um ein Maschinenelement zum starren, elastischen, beweglichen oder lösbaren Verbinden zweier Wellen, um so Rotation und damit Drehmoment und letztlich mechanische Arbeit zu übertragen, sondern vielmehr auch um eine Kupplung, die nicht nur lösbar und schließbar ist, sondern variabel Drehmoment zwischen dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb übertragen kann.The variable coupling is preferably not just a machine element for rigid, elastic, movable or releasable connection of two shafts in order to transmit rotation and thus torque and ultimately mechanical work, but rather also a coupling that is not only releasable and can be closed, but can variably transmit torque between the first electric drive and the second electric drive.
Bevorzugt ist der erste elektrische Antrieb an der Vorderachse angeordnet. Zudem ist bevorzugt, dass der zweite elektrische Antrieb an der Hinterachse angeordnet ist.The first electric drive is preferably arranged on the front axle. It is also preferred that the second electric drive is arranged on the rear axle.
Entsprechend können Übertragungsverluste der elektrischen Antriebe minimiert werden, da die ersten und zweiten elektrischen Antriebe nahe am Zielwirkungsort vorgesehen sind.Accordingly, transmission losses of the electric drives can be minimized, since the first and second electric drives are provided close to the target location.
Als Zielwirkungsort kann hierbei der Fahrbetrieb, das heißt das Antreiben von Rädern einer Arbeitsmaschine verstanden werden.Driving operation, that is to say driving the wheels of a work machine, can be understood as the target place of action.
Ferner kann der erste elektrische Antrieb ausgestaltet sein, die Vorderachse und dadurch die Vorderräder anzutreiben und der zweite elektrische Antrieb kann ausgestaltet sein, die Hinterachse und dadurch die Hinterräder anzutreiben.Furthermore, the first electric drive can be designed to drive the front axle and thereby the front wheels, and the second electric drive can be designed to drive the rear axle and thereby the rear wheels.
Entsprechend kann ein Achsantrieb mit einem jeweils direkt an der Achse angeordneten elektrischen Antrieb an der Vorderachse und der Hinterachse erzeugt werden. Somit kann mit einer einfachen Struktur ein Achsantrieb erzeugt werden, welcher die Arbeitsmaschine mit einer einfachen Struktur nachhaltig antreiben kann.Accordingly, an axle drive can be generated with an electric drive arranged directly on the axle on the front axle and the rear axle. Thus, with a simple structure, an axle drive can be generated which can drive the work machine with a simple structure in a sustainable manner.
Alternativ kann der erste elektrische Antrieb zwei Elektromotoren aufweisen, wobei jeder der Elektromotoren der Vorderachse ausgestaltet ist, ein Vorderrad an der Vorderachse einzeln anzutreiben. Ferner kann der zweite elektrische Antrieb zwei Elektromotoren aufweisen, wobei jeder der Elektromotoren der Hinterachse ausgestaltet ist, ein Hinterrad einzelnen anzutreiben.Alternatively, the first electric drive can have two electric motors, each of the electric motors of the front axle being designed to individually drive a front wheel on the front axle. Furthermore, the second electric drive can have two electric motors, each of the electric motors of the rear axle being configured to drive a rear wheel individually.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann die jeweilige Antriebsituation an den jeweiligen Rädern an der Vorder- und Hinterachse noch situationsadäquater angesteuert werden und die Last mittels der Kupplung von den vier Einzelradantrieben unter den jeweiligen Elektromotoren verteilt werden. Das heißt, in Extremsituationen, bei denen zum Beispiel ein wirksamer Vortrieb durch nur ein einzelnes angetriebenes Rad erfolgt, kann das Drehmoment der nicht effektiv wirksamen Elektromotoren auf den maximal belasteten Elektromotor aufgeschaltet werden. Entsprechend kann die Auslegung der einzelnen Elektromotoren geringer ausfallen.According to such an embodiment, the respective drive situation on the respective wheels on the front and rear axles can be controlled even more appropriately and the load can be distributed among the respective electric motors by means of the clutch of the four individual wheel drives. This means that in extreme situations, in which, for example, an effective propulsion takes place through only a single driven wheel, the torque of the ineffective electric motors can be switched to the maximally loaded electric motor. Accordingly, the design of the individual electric motors can be smaller.
Ferner kann zwischen dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb ein Getriebe vorgesehen sein, über welches das Antriebsdrehmoment des ersten und zweiten elektrischen Antriebs zwischen der Vorderachse und der Hinterachse übertragen und übersetzt werden kann.Furthermore, a transmission can be provided between the first electric drive and the second electric drive, via which the drive torque of the first and second electric drive can be transmitted and translated between the front axle and the rear axle.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn eine drehmomentübertragene Verbindung des ersten und zweiten elektrischen Antriebs vorliegt und die an den jeweiligen Achsen vorgesehenen elektrischen ersten und zweiten Antriebe Vorderräder bzw. Hinterräder mit unterschiedlichen Raddurchmessern an den angetriebenen Achsen aufweisen. Mit anderen Worten, das Getriebe kann Drehmoment und Drehzahl zwischen dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb synchronisieren bzw. anpassen.This is particularly advantageous if there is a torque-transmitting connection between the first and second electric drives and the electric first and second drives provided on the respective axles have front wheels and rear wheels with different wheel diameters on the driven axles. In other words, the transmission can synchronize or adapt the torque and speed between the first electric drive and the second electric drive.
Ferner kann die Elektroantriebsstruktur einen dritten elektrischen Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben einer ersten Zapfwelle aufweisen.Furthermore, the electric drive structure can have a third electric drive for generating a drive torque for driving a first power take-off shaft.
Außerdem kann die Elektroantriebsstruktur ferner einen vierten elektrischen Antrieb zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments zum Antreiben einer zweiten Zapfwelle aufweisen.In addition, the electric drive structure can furthermore have a fourth electric drive for generating a drive torque for driving a second power take-off shaft.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann also eine Elektroantriebsstruktur vorgesehen werden, welche eine individuelle elektrische Ansteuerung von unabhängigen elektrischen Antrieben an den Vorder- und Hinterachsen sowie den Zapfwellen vorsieht.According to such an embodiment, an electric drive structure can be provided which provides for an individual electric control of independent electric drives on the front and rear axles as well as the power take-off shafts.
Bevorzugt ist der dritte und/oder vierte elektrische Antrieb mit der Kupplung direkt oder indirekt mechanisch gekoppelt, sodass die Antriebsdrehmomente der elektrischen Antriebe zwischen dem ersten elektrischen Antrieb, dem zweiten elektrischen Antrieb, dem dritten elektrischen Antrieb und/oder dem vierten elektrischen Antrieb variabel übertragen werden können.The third and / or fourth electric drive is preferably mechanically coupled directly or indirectly to the coupling so that the drive torques of the electric drives are variably transmitted between the first electric drive, the second electric drive, the third electric drive and / or the fourth electric drive can.
Dies ist besonders vorteilhaft, da somit die jeweiligen elektrischen Antriebe kleiner und damit kompakter, das heißt mit weniger Leistung, ausgelegt werden können und somit kostengünstiger sind. Zudem ermöglicht eine solche Ausgestaltung, dass nicht genutzte elektrische Antriebe, beispielsweise der Zapfwellen, zur Erzeugung von Vortriebsleistung auf die ersten und zweiten elektrischen Antriebe an der Vorder- bzw. Hinterachse aufgeschaltet werden können.This is particularly advantageous because the respective electric drives can thus be designed to be smaller and therefore more compact, that is to say with less power, and are therefore more cost-effective. In addition, such a configuration enables unused electrical drives, for example the power take-off shafts, to be switched to the first and second electrical drives on the front and rear axles to generate propulsive power.
Zudem ist es aufgrund einer solchen Ausgestaltung möglich, dass bei besonders drehmomentintensiven Tätigkeiten, zum Beispiel im Stand (z.B. bei Rückarbeiten), ermöglicht werden kann, dass das Antriebsdrehmoment des ersten elektrischen Antriebs und des zweiten elektrischen Antriebs auf den dritten und/oder vierten elektrischen Antrieb aufgeschaltet werden kann.In addition, due to such a configuration, it is possible for particularly torque-intensive activities, for example when standing (e.g. when working backwards), that the drive torque of the first electric drive and the second electric drive is transferred to the third and / or fourth electric drive can be activated.
Somit können sich beispielsweise die elektrischen Antriebe der ersten und zweiten Zapfwelle gegenseitig „unterstützen“, wenn eine der beiden nicht benötigt wird.Thus, for example, the electric drives of the first and second PTO shafts can "support" each other when one of the two is not required.
Bei Tätigkeiten im Stand kann ferner die „Unterstützung“ durch die ersten und zweiten elektrischen Antriebe realisiert werden, wenn die geforderten Drehzahlverhältnisse von drittem und/oder vierten elektrischen Antrieb der Zapfwelle(n) und erstem bzw. zweitem elektrischen Antrieb durch die Kupplung zueinander passen. Ferner können der erste und/oder zweite elektrische Antrieb von der Vorderachse bzw. Hinterachse abgekuppelt werden. Dies kann beispielsweise durch weitere (Starr-)Kupplungen realisiert werden.During activities while stationary, the "support" can also be provided by the first and second electrical drives if the required speed ratios of the third and / or fourth electrical drive of the PTO shaft (s) and the first or second electrical drive through the coupling match each other. Furthermore, the first and / or second electric drive can be decoupled from the front axle or rear axle. This can be achieved, for example, by using additional (rigid) couplings.
Eine solche Ausgestaltung ermöglicht also eine flexiblere und gleichzeitig kostengünstigere Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine.Such a configuration thus enables a more flexible and at the same time more cost-effective electric drive structure for a work machine.
Bevorzugt kann die mechanische Kopplung über eine zuschaltbare Zahnradanordnung erfolgen.The mechanical coupling can preferably take place via a switchable gear arrangement.
Entsprechend ist es möglich, wenn kein Bedarf nach weiterem Drehmoment besteht, die elektrischen Antriebe der Zapfwellen, das heißt, den dritten elektrischen Antrieb und den vierten elektrischen Antrieb, von der für die Vortriebsleistung vorgesehenen Elektroantriebsstruktur der Kupplung, des ersten elektrischen Antriebs und des zweiten elektrischen Antriebs zu entkoppeln. Entsprechend können zusätzliche Reibungsverluste oder dergleichen aufgrund einer mechanischen Kopplung bei Nichtbedarf vermieden werden und somit eine effiziente Ausgestaltung erzielt werden.Correspondingly, if there is no need for further torque, the electric drives of the power take-off shafts, that is, the third electric drive and the fourth electric drive, from the electric drive structure provided for the propulsive power of the clutch, the first electric drive and the second electric To decouple the drive. Correspondingly, additional friction losses or the like due to a mechanical coupling can be avoided when not required, and an efficient design can thus be achieved.
Ferner kann die Elektroantriebsstruktur einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor und/oder eine Brennstoffzelle und/oder eine Batterie zur Erzeugung elektrischer Energie aufweisen, um den ersten und zweiten elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen. Gemäß einer solchen Ausgestaltung, kann beispielsweise am Verbrennungsmotor ein Generator vorgesehen sein, sodass eine mechanische Kopplung von Verbrennungsmotor und dem Fahrantrieb, welcher durch den ersten elektrischen Antrieb und den zweiten elektrischen Antrieb realisiert wird, ausgeschlossen werden kann.Furthermore, the electric drive structure can have an internal combustion engine, in particular a diesel engine and / or a fuel cell and / or a battery for generating electrical energy, in order to supply the first and second electrical drives with electrical energy. According to such an embodiment, a generator can be provided on the internal combustion engine, for example, so that a mechanical coupling of the internal combustion engine and the travel drive, which is implemented by the first electrical drive and the second electrical drive, can be excluded.
Zudem ist eine solche Ausgestaltung besonders vorteilhaft, da somit die Anordnung des Verbrennungsmotors und/oder der Brennstoffzelle nicht an der Position eines Antriebsstrangs oder dergleichen vorgesehen sein muss, sondern dessen Anordnung flexibler und damit zielgerichteter in der Arbeitsmaschine erfolgen kann.In addition, such a configuration is particularly advantageous since the internal combustion engine and / or the fuel cell does not have to be arranged at the position of a drive train or the like, but can be arranged in a more flexible and thus more targeted manner in the work machine.
Ferner kann die Elektroantriebsstruktur eine Batterie zur Speicherung elektrischer Energie aufweisen, um den ersten und zweiten elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen.Furthermore, the electric drive structure can have a battery for storing electrical energy in order to supply the first and second electrical drives with electrical energy.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann nicht nur eine Hybridausgestaltung realisiert werden, sondern eine rein elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine erreicht werden, welche ohne an der Arbeitsmaschine vorgesehene Verbrennungsmotoren und/oder Brennstoffzellen auskommt. Eine solche Arbeitsmaschine wird dann an einer Ladestation stationär geladen und kommt ohne Brennstoffzellen und/oder Verbrennungsmotoren an der Arbeitsmaschine selbst aus.According to such a configuration, not only a hybrid configuration can be implemented, but a purely electrically driven work machine can be achieved which manages without internal combustion engines and / or fuel cells provided on the work machine. Such a work machine is then charged in a stationary manner at a charging station and manages without fuel cells and / or internal combustion engines on the work machine itself.
Es ist zudem möglich, dass sowohl ein Verbrennungsmotor und/oder eine Brennstoffzelle und eine Batterie in der Elektroantriebsstruktur für die Arbeitsmaschine vorgesehen sind.It is also possible that both an internal combustion engine and / or a fuel cell and a battery are provided in the electric drive structure for the work machine.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, dass bei größeren Vorrichtungen kürzere Tätigkeiten zunächst vollelektrisch erfolgen, wohingegen die Brennstoffzelle und/oder der Verbrennungsmotor kontinuierlich Energie produzieren und zusätzlich zur Verfügung stellen. Diese elektrische Energie kann dann für die elektrischen Antriebe, z.B. nach Leerung der Batterie, verwendet werden.According to such a refinement, it is possible for larger devices to initially carry out shorter activities fully electrically, whereas the fuel cell and / or the internal combustion engine continuously produce energy and also make it available. This electrical energy can then be used for the electrical drives, e.g. after the battery has been drained.
Ferner kann die Elektroantriebsstruktur so ausgestaltet sein, dass die durch den Verbrennungsmotor und/oder die Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie und/oder die durch die Batterie gespeicherte elektrische Energie den dritten und/oder vierten elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt.Furthermore, the electric drive structure can be designed such that the electrical energy generated by the internal combustion engine and / or the fuel cell and / or the electrical energy stored by the battery supplies the third and / or fourth electrical drive with electrical energy.
Gemäß einer solchen Ausgestaltungsform kann durch ein zentrales Element als elektrische Energiequelle jeder der elektrischen Antriebe mit elektrischer Energie versorgt werden. Somit ist eine einfache und kostengünstige sowie flexible Ausgestaltung der Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine sichergestellt.According to such an embodiment, each of the electrical drives can be supplied with electrical energy by a central element as an electrical energy source. This ensures a simple, inexpensive and flexible configuration of the electric drive structure for a work machine.
Mit Blick auf die vorstehenden Ausführungsformen kann also eine Elektroantriebsstruktur realisiert werden, welche zum Beispiel „nur“ eine Batterie aufweist, um die elektrischen Antriebe mit Energie zu versorgen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass eine Brennstoffzelle und/oder ein Dieselgenerator allein vorgesehen sind, welche über einen Generator elektrische Energie erzeugen, um so die elektrischen Antriebe mit Energie zu versorgen. Zudem sind Ausgestaltungen möglich, bei denen sowohl eine oder mehrere Brennstoffzelle(n) und/oder ein Dieselgenerator sowie eine Batterie vorgesehen sind, um Energie zu erzeugen und in der Arbeitsmaschine zu speichern.With a view to the above embodiments, an electric drive structure can thus be implemented which, for example, “only” has one battery in order to supply the electric drives with energy. In addition, it is conceivable that a fuel cell and / or a diesel generator alone are provided, which generate electrical energy via a generator in order to supply the electrical drives with energy. In addition, configurations are possible in which one or more fuel cells and / or a diesel generator and a battery are provided in order to generate energy and store it in the work machine.
Ferner kann die Elektroantriebsstruktur eine Steuereinheit aufweisen, welche ausgestaltet ist, eine Last am ersten und zweiten elektrischen Antrieb zu erfassen, um über die Kupplung das Antriebsdrehmoment von einem Wenigerbelasteten des ersten und zweiten elektrischen Antriebs auf den Höchstbelasteten des ersten und zweiten elektrischen Antriebs zumindest teilweise zu zuschalten.Furthermore, the electric drive structure can have a control unit which is configured to detect a load on the first and second electric drive in order to at least partially transfer the drive torque via the clutch from a less loaded of the first and second electric drives to the most heavily loaded of the first and second electric drives switch on.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann eine Unterstützungsleistung, das heißt ein Drehmoment eines weniger belasteten elektrischen Antriebs, von einer Achse auf einen höher belasteten elektrischen Antrieb an einer weiteren Achse der Arbeitsmaschine übertragen werden. Somit ist es möglich, die elektrischen Antriebe kompakter, kleiner und damit kostengünstiger auszugestalten. Darüber hinaus kann eine effiziente Vortriebsübertragung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse der Arbeitsmaschine sichergestellt werden. Auch das Risiko des Eingrabens in Böden bei widrigen Bodenverhältnissen kann verhindert werden und zudem die Feldfrucht durch die Arbeitsmaschine weniger belastet werden.According to such an embodiment, an assisting power, that is to say a torque of a less loaded electric drive, can be transmitted from one axle to a more heavily loaded electric drive on a further axle of the work machine. It is thus possible to make the electric drives more compact, smaller and thus more cost-effective. In addition, an efficient transmission of propulsion between the front axle and the rear axle of the work machine can be ensured. The risk of digging into the ground in adverse soil conditions can also be prevented and the crop can also be less stressed by the working machine.
Zudem kann die Steuereinheit so ausgestaltet sein, dass sie eine Last am dritten elektrischen Antrieb und/oder vierten elektrischen Antrieb erfasst, um über die Kupplung und die mechanische Kopplung das Antriebsdrehmoment von mindestens einem Wenigerbelasteten des ersten elektrischen Antriebs, des zweiten elektrischen Antriebs, des dritten elektrischen Antriebs und/oder des vierten elektrischen Antriebs auf den Höchstbelasteten oder die Höherbelasteten des ersten und zweiten elektrischen Antriebs sowie des dritten und/oder vierten elektrischen Antriebs zumindest teilweise zu zuschalten.In addition, the control unit can be designed in such a way that it detects a load on the third electric drive and / or fourth electric drive in order to use the clutch and the mechanical coupling to control the drive torque of at least one less loaded of the first electric drive, the second electric drive, the third to connect the electric drive and / or the fourth electric drive at least partially to the heavily loaded or the heavily loaded of the first and second electric drive and the third and / or fourth electric drive.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann eine besonders flexible, und situationsadäquate anpassbare Elektroantriebsstruktur erzeugt werden. Dies ermöglicht, dass nicht oder wenig belastete elektrische Antriebe bei drehmomentintensiveren Tätigkeiten, zum Beispiel bei den für den Fahrbetrieb zuständigen elektrischen Antrieben (erster elektrischer Antrieb und zweiter elektrischer Antrieb) unterstützen. Andersherum ist es zudem möglich, dass bei drehmomentintensiven Tätigkeiten an der Zapfwelle, die ein Drehmoment, zum Beispiel auf weitere Gerätschaften wie Zuckerrübenvollernter, Förderbänder oder dergleichen übertragen, die für den eigentlichen Fahrbetrieb vorgesehenen elektrischen Antriebe (das heißt der erste und zweite elektrische Antrieb) ebenfalls unterstützen.According to such an embodiment, a particularly flexible and situation-appropriate adaptable electric drive structure can be generated. This enables electrical drives that are not or only slightly loaded to support more torque-intensive activities, for example with the electrical drives responsible for driving (first electric drive and second electric drive). On the other hand, it is also possible, in the case of torque-intensive activities on the PTO shaft that transmit a torque, for example to other equipment such as sugar beet harvesters, conveyor belts or the like, that the electric drives provided for the actual driving operation (i.e. the first and second electric drives) also support.
Entsprechend können die jeweiligen elektrischen Antriebe kompakter und kostengünstiger ausgestaltet werden, da sie als einzelner elektrischer Antrieb weniger Drehmoment selbstständig erzeugen müssen. Das heißt, es können zum Beispiel für die Vortriebsleistung vorgesehene elektrische Antriebe auf hochbelastete elektrische Antriebe für Nebenantriebe, das heißt, die an Zapfwellen vorgesehenen dritten und/oder vierten elektrischen Antriebe, aufgeschaltet werden.Correspondingly, the respective electric drives can be made more compact and more cost-effective, since they have to generate less torque independently as a single electric drive. This means that, for example, electrical drives provided for the propulsive power can be connected to highly loaded electrical drives for auxiliary drives, that is, the third and / or fourth electrical drives provided on power take-off shafts.
Bevorzugt ist dabei, dass die Steuereinheit so ausgestaltet ist, dass sie die Erfassung automatisch und die Zuschaltung manuell oder automatisch durchführen kann.It is preferred here that the control unit is designed in such a way that it can perform the detection automatically and the connection manually or automatically.
Gemäß einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, dass weniger belastete elektrische Antriebe über die Kupplung höher belastete elektrische Antriebe unterstützen und aufgrund der automatischen Zuschaltung und Erfassung, dies ohne weiteres Zutun eines Bedieners der Arbeitsmaschine erfolgen kann.According to such an embodiment, it is possible that less loaded electrical drives support higher loaded electrical drives via the clutch and, due to the automatic connection and detection, this can be done without further action by an operator of the machine.
Alternativ dazu kann bei einer manuellen Zuschaltung ein Bediener bereits eine drehmomentintensive Belastung für die Elektroantriebsstruktur antizipieren und die Lastverteilung entsprechend anpassen und steuern, sodass während der drehmomentintensiven Tätigkeit keine weiteren Anpassungen mehr notwendig sind.Alternatively, with manual activation, an operator can anticipate a torque-intensive load on the electric drive structure and adjust and control the load distribution accordingly, so that no further adjustments are necessary during the torque-intensive activity.
Es können mehrere, bevorzugt alle, der ersten bis vierten elektrischen Antriebe ausgestaltet sein, eine Rekuperation von Bremsenergie durchführen zu können, um so die Bremsenergie rückzugewinnen.Several, preferably all, of the first to fourth electrical drives can be configured to be able to recuperate braking energy in order to recover the braking energy.
Dadurch kann zum Beispiel während des Betriebs die Batterie aufgeladen und dadurch die Reichweite der Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine erweitert werden.In this way, for example, the battery can be charged during operation, thereby extending the range of the electric drive structure for a work machine.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend wird anhand schematischer Zeichnungen, eine Elektroantriebsstruktur für eine Arbeitsmaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Solche Elektroantriebsstrukturen werden beispielsweise zur Erzeugung von Vortrieb und zum Antrieb von Nebenantrieben, zum Beispiel an Zapfwellen, verwendet. Es zeigen:
-
1 : Eine schematische Darstellung einer Elektroantriebsstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform. -
2 : Eine schematische Darstellung der Elektroantriebsstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform. -
3 : Eine schematische Querschnittsdarstellung der Elektroantriebsstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform. -
4 : Eine schematische Darstellung der Elektroantriebsstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform.
-
1 : A schematic representation of an electric drive structure according to a first embodiment. -
2 : A schematic representation of the electric drive structure according to a second embodiment. -
3 : A schematic cross-sectional representation of the electric drive structure according to a third embodiment. -
4th : A schematic representation of the electric drive structure according to a fourth embodiment.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Die in
Die erste Ausführungsform weist eine Vorderachse
Die Elektroantriebsstruktur gemäß der ersten Ausführungsform von
Entsprechend stellt die Elektroantriebsstruktur von
In der vorliegenden Erfindung kann dabei der elektrische Antrieb als eine Elektromotorengetriebeeinheit mit zugehöriger Leistungselektronik verstanden werden.In the present invention, the electric drive can be understood as an electric motor gear unit with associated power electronics.
Mit anderen Worten, ein hierin beschriebener elektrischer Antrieb ist in der Lage, ein bestimmtes Drehmoment selbstständig zu erzeugen, welches wiederum zum Antreiben, zum Beispiel von Rädern der Arbeitsmaschine verwendet wird. Wie nachfolgend geschildert können die hierin beschriebenen elektrischen Antriebe jedoch auch zum Antreiben einer Zapfwelle geeignet sein.In other words, an electric drive described herein is able to independently generate a certain torque, which in turn is used to drive, for example, the wheels of the work machine. As described below, however, the electric drives described herein can also be suitable for driving a power take-off shaft.
Die elektrischen Antriebe
Wie oben bereits erwähnt, ist hierbei der erste elektrische Antrieb
Hierbei ist es möglich, dass der erste elektrische Antrieb
Alternativ dazu ist es jedoch, zum Beispiel, bei einer Ausgestaltung mit gefederten Achsen in einer Arbeitsmaschine, möglich, dass der erste elektrische Antrieb
Diese elektrische Energiequelle
Alternativ dazu kann eine Brennstoffzelle als elektrische Energiequelle
Wie in
Mit anderen Worten, die Antriebsmomente, die durch den ersten elektrischen Antrieb
Das bedeutet, die Kupplung ermöglicht eine solche variable Ausgestaltung, dass Antriebsdrehmomente der jeweiligen ersten und zweiten elektrischen Antriebe
Dies ist besonders vorteilhaft, da einerseits achsunabhängig elektrische Antriebe vorgesehen sind und damit die elektrischen Antriebe
Das bedeutet, die Kupplung ermöglicht eine variable Drehmoment- bzw. Leistungsübertragung der elektrischen Antriebe innerhalb der vorliegenden Elektroantriebsstruktur.This means that the coupling enables a variable torque or power transmission of the electric drives within the present electric drive structure.
Die tatsächliche Ausgestaltung der Vorderachse
Überdies, kann in der Elektroantriebsstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform optional ferner ein Getriebe
Dieses Getriebe
Dies ist zum Beispiel vorteilhaft, wenn nur ein Teil der Antriebsleistung, das heißt des Antriebsdrehmoments des ersten elektrischen Antriebs
Somit kann das Antriebsdrehmoment des ersten elektrischen Antriebs
In allen hierin beschriebenen Ausführungsformen bezeichnen die mit gleichen Bezugszahlen versehenen Elemente gleiche oder ähnliche Elemente.In all of the embodiments described herein, elements provided with the same reference numbers designate the same or similar elements.
In Ergänzung zu der in
Beispielhaft können die erste und zweite Zapfwelle
Ein Beispiel hierfür wäre zum Beispiel der Anschluss eines Kartoffelvollernters. Hierbei kann das Drehmoment des dritten oder vierten elektrischen Antriebs
Die mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebene elektrische Energiequelle
Somit können die Antriebsdrehmomente der elektrischen Antriebe
Das heißt, im Falle der Zuschaltung des dritten und/oder vierten elektrischen Antriebs
Ist die Zahnradanordnung
Optional kann eine Starrkupplung
Somit können Betriebsmodi erzeugt werden, in denen beispielsweise der vierte elektrische Antrieb
Überdies ist es ebenfalls möglich, dass beide Antriebsdrehmomente des dritten elektrischen Antriebs
Umgekehrt ist es ebenfalls möglich, dass die ersten und zweiten elektrischen Antriebe
Hierbei ist jeder der Elektromotoren
Mit anderen Worten, durch die Elektromotoren
Hierbei können die Elektromotoren
Wie in
Überdies ist es aufgrund der Anordnung der Kupplung, der Zahnradanordnung
Eine jede der oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen kann ferner eine Steuereinheit aufweisen.Each of the first to fourth embodiments described above may further include a control unit.
Eine solche Steuereinheit ist ausgestaltet, eine Last an mindestens dem ersten und zweiten elektrischen Antrieb
Überdies ist es jedoch auch möglich, dass die Steuereinheit ausgestaltet ist, dass sie ferner eine Last am dritten elektrischen Antrieb
Hierbei erfolgt die Erfassung beispielhaft über Drehmomentsensoren, welche in den elektrischen Antrieben
Somit ist es möglich, die wirkenden Drehmomente an den jeweiligen elektrischen Antrieben
Besonders bevorzugt erfolgt hierbei die Erfassung, beispielhaft durch Drehmomentsensoren, und die Zuschaltung über die Kupplung, die Radnabenantriebskupplung
Hierbei können beispielsweise Aktuatoren vorgesehen sein, die für ein entsprechendes Verschalten bzw. Öffnen und Schließen der jeweiligen Kupplungen sorgen und entsprechend die Antriebsdrehmomente durch die Arbeitsmaschine zur jeweiligen Wirkungsstelle leiten. Überdies ist aufgrund dieser Aktuatoren möglich, Kupplungen an den jeweiligen elektrischen Antrieben
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche Aktuatoren und eine Steuereinheit beschränkt. Es ist ebenso möglich, dass zum Beispiel die jeweiligen elektrischen Antriebe und Kupplungen etc. eigene Untersteuereinheiten aufweisen, welche die Leistungen erfassen und dezentral die variable Drehmomentübertragung innerhalb der Arbeitsmaschine steuern.However, the present invention is not limited to such actuators and a control unit. It is also possible, for example, for the respective electrical drives and clutches etc. to have their own sub-control units which record the power and control the variable torque transmission within the machine in a decentralized manner.
Wie eingangs bereits beschrieben, kann dabei beispielsweise die zweite Zapfwelle
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- elektrische Energiequelleelectrical energy source
- 22
- VorderachseFront axle
- 33
- HinterachseRear axle
- 44th
- VorderradFront wheel
- 55
- HinterradRear wheel
- 66th
- erster elektrischer Antriebfirst electric drive
- 77th
- zweiter elektrischer Antriebsecond electric drive
- 88th
- variable Kupplungvariable clutch
- 99
- Getriebetransmission
- 1010
- dritter elektrischer Antriebthird electric drive
- 1111
- erste Zapfwellefirst PTO
- 1212th
- vierter elektrischer Antriebfourth electric drive
- 1313th
- zweite Zapfwellesecond PTO
- 1414th
- ZahnradanordnungGear arrangement
- 1515th
- ElektromotorElectric motor
- 1616
- ElektroleitungElectric line
- 1717th
- RadnabenantriebskupplungWheel hub drive coupling
- 1818th
- WinkelgetriebeAngular gear
- 1919th
- StarrkupplungRigid coupling
Claims (15)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE202021105282.1U DE202021105282U1 (en) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | Electric drive structure for a work machine |
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---|---|
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-
2021
- 2021-09-30 DE DE202021105282.1U patent/DE202021105282U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification | ||
R163 | Identified publications notified |