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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung eines hydromechanischen
Getriebes auf einer landwirtschaftlichen Erntemaschine. Insbesondere
bezieht sie sich auf die Verwendung eines derartigen Getriebes zur
Steuerung der Drehung einer Erntematerial-Verarbeitungseinheit,
wie zum Beispiel eines Dreschrotors oder einer Dreschtrommel auf
einem Mähdrescher.
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Die
mechanische Ernte von Getreide wurde über Jahrzehnte hinweg durchgeführt. Es
werden jedoch fortgesetzte Bemühungen
gemacht, Erntevorgänge
effizienter und effektiver zu machen. Ein Mähdrescher schließt allgemein
ein Vorsatzgerät
ein, das das Erntematerial mäht.
Das Vorsatzgerät
bewegt dann das gemähte
Erntematerial in ein Zuführungsgehäuse. Das
Zuführungsgehäuse hebt
das gemähte
Erntematerial in die Dresch-, Trenn- und Reinigungsbereiche des
Mähdreschers
an. Die Körner werden
von den Stengeln durch ein Rotor- oder Zylinder-Dreschsystem getrennt.
Die Körner
werden dann getrennt und in einen Körnertank bewegt und gespeichert.
Die Spreu und Abfälle
werden von der Rückseite
des Mähdreschers
aus abgeworfen. Die in dem Körnertank
gespeicherten Körner
werden schließlich über ein
Körnertank-Entladerohr
abgegeben. Ein Fahrer betreibt diese verschiedenen Operationen üblicherweise
von einer glasumschlossenen Kabine aus. Typischerweise befindet
sich die Kabine oberhalb und hinter dem Vorsatzgerät und dem
Zuführungsgehäuse.
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Es
gibt eine Vielzahl von Arten von landwirtschaftlichen Mähdreschern,
und ihre Betriebsweise ist in der Technik gut bekannt. Für Beispiele
derartiger Erntemaschinen wird auf die US-A-4,846,198 verwiesen,
die die üblichen
und Doppelrotor-Dresch- und Trennsysteme einer Erntemaschine sowie
andere Hauptsysteme der Erntemaschine erläutert. Siehe auch die New Holland
Super Conventional Combines (Mähdrescher)
TX®66,
TX®68,
die New Holland TWIN ROTOR® Mähdrescher TR®89
und TR®99
für Beispiele
von vorhandenen traditionellen und Doppelrotor-Erntemaschinen. Die
US-A-4,332,262 erläutert weiterhin
die primären
Systeme eines konventionellen Mähdreschers.
Hinsichtlich weiterer Einzelheiten bezüglich verschiedener landwirtschaftlicher
Erntemaschinen, siehe die US-A-4,522,553, die US-A-4,800,711, die
US-A-4,866,920, die US-A-4,907,402,
die US-A-4,967,544 und die US-A-5,155,984. Siehe auch das New Holland-Mais-Vorsatzmodell
996 und das New Holland Getreide-Riemenvorsatzgerät Modell
994 hinsichtlich der Einzelheiten von Vorsatzgeräten.
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Das
weiter oben erwähnte
Dresch- und Trennsystem besteht aus mehreren Elementen. Diese schließen den
Dreschrotor, den Dreschkorb, die Körnerpfanne, Siebe und Gebläse ein.
Von kritischer Bedeutung ist die Steuerung der Drehung der Rotoren.
Typischerweise würde
der Antriebsmotor Drehantriebsenergie an den Rotor über einen
Riemenantrieb übertragen.
Der Riemenantrieb könnte über eine
Kupplung oder eine Anordnung mit veränderlichen Riemenscheiben eingekuppelt
werden. Um die Menge von von der Erntemaschine verarbeitetem Erntematerial
zu vergrößern, wird
jedoch die Größe, das
Gewicht und der Leistungsverbrauch der Rotoren auf Werte oberhalb
der Toleranzen der Riemenantriebs-Technologie vergrößert. Um
den Ausfall des Riemens (und entsprechend der Drehung des Rotors)
zu verhindern, wurden hydraulische Antriebssysteme vorgeschlagen,
um die Drehenergie von dem Antriebsmotor auf den Rotor zu übertragen,
wie dies in der DE-A-1,297,391 erläutert ist.
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Zusätzlich ist
es schwierig, die Drehung eines schweren Rotors unter bestimmten
Erntebedingungen zu starten. Neben der Tatsache, dass enorme Belastungen
auf den Riemenantrieb einwirken, tritt eine enorme Beanspruchungen
der Kupplung auf, die zum Einkuppeln des Riemenantriebs verwendet
wird. Die Beanspruchung der Kupplung kann schwerwiegend sein, was
zu einem frühzeitigen Kupplungsausfall
führt.
Weiterhin gibt es Fälle,
in denen eine Verstopfung des Erntematerials zwischen dem Rotor
und dem Dreschkorb auftritt. In dieser Situation kann es wünschenswert
sein, kurzzeitig die Drehung des Rotors umzukehren, um die Verstopfung
zu beseitigen.
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Der
Stand der Technik erläutert
diese und andere Schwierigkeiten. Die US-A-5,865,700 beschreibt ein hydromechanisches
Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Getriebe
wird durch einen Antriebsmotor und einen hydrostatischen Motor mit
Leistung versorgt, der seine Leistung von dem Antriebsmotor ableitet.
Eine einzige Kupplung steuert die Zuführung der Antriebsmotorleistung
und die Zuführung
der hydrostatischen Motorleistung mit Hilfe einer Steuerschaltung.
Wenn jedoch die Eingangsleistung von dem hydrostatischen Motor nicht
präzise
synchronisiert ist, so könnte
die Eingangsleistung des hydrostatischen Motors den Antriebsmotor
bremsen, was zu möglicherweise verheerenden
Schäden
an dem Antriebsmotor führen
würde.
Die US-A-5,667,452 beschreibt ein Getriebe mit geteiltem Drehmoment,
und die US-A-4,019,404
beschreibt ein Leistungsgetriebe. Bei beiden Konstruktionen gibt
es Grenzen für
die Fähigkeit,
die Kupplung langsam einzukuppeln, um Schäden zu verhindern.
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Ein
hydromechanisches Getriebe, das es ermöglichen würde, die Drehung der Kupplung
und des Rotors langsam zu vergrößern, ohne
dass Schäden an
der Kupplung entstehen, würde
eine große
Verbesserung darstellen. Eine Erfindung, die diese Probleme lösen würde, würde eine
Verbesserung des Standes der Technik darstellen.
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Ein
Antriebssystem für
eine landwirtschaftliche Erntemaschine muss in der Lage sein, einen
weiten Bereich von Lasten zu vertragen. Der Betreiber oder Fahrer
ist jedoch immer geneigt, die Maschine in der Nähe ihrer maximalen Kapazität zu verwenden.
Unter diesen Umständen
kann es nicht ausgeschlossen werden, dass die maximale Last gelegentlich überschritten
wird, und dass die Erntematerial-Verarbeitungseinrichtungen
blockiert werden. Einerseits soll das Getriebe auf eine unmittelbar
bevorstehende Blockierung reagieren, bevor ein vollständiger Stillstand
erfolgt. Andererseits sollte das Getriebe die Möglichkeit zur Entfernung von
verklemmten Erntematerial bereitstellen, wenn die Verarbeitungseinrichtung
dennoch blockiert wurde.
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Es
daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein vielseitiges Getriebesystem
zu schaffen, das einen weiten Bereich von Betriebsdrehzahlen bereitstellen
und in effizienter Weise unter einem weiten Bereich von Lasten arbeiten
kann.
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Gemäß der Erfindung
wird eine landwirtschaftliche Erntemaschine geschaffen, die folgendes umfasst:
- – einen
Antriebsmotor, der eine Antriebsmotor-Abtriebswelle aufweist;
- – eine
Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung, die einen Rotor umfasst,
der eine Rotor-Antriebswelle aufweist; und
ein hydromechanisches
Getriebesystem zum Antrieb der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung, wobei das
System folgendes umfasst:
- – eine
hydrostatische Pumpe, die betriebsmäßig mit der Antriebsmotor-Abtriebswelle verbunden ist;
- – einen
hydrostatischen Motor, der betriebsmäßig mit der hydrostatischen
Pumpe verbunden ist und eine Motor-Ausgangswelle aufweist;
- – eine
Kupplung, die betriebsmäßig mit
der Antriebsmotor-Abtriebswelle verbunden ist und eine Kupplungs-Ausgangseinrichtung
aufweist, wobei die Kupplung mit Kupplungs-Steuereinrichtungen zum
Einkuppeln und Auskuppeln der Kupplung versehen ist;
- – ein
Planetengetriebe, das betriebsmäßig mit
der Kupplungs-Ausgangseinrichtung
und mit der Motor-Ausgangswelle verbunden ist, und eine Antriebs-Ausgangseinrichtung
aufweist, die betriebsmäßig mit
der Rotor-Antriebswelle
verbunden ist;
- – einen
Antriebsmotor-Drehzahlsensor zur Erzeugung eines Signals, das die
Drehzahl des Antriebsmotors anzeigt;
- – einen
Rotor-Drehzahlsensor zur Erzeugung eines Signals, das die Drehzahl
des Rotors anzeigt; und
- – Getriebe-Steuereinrichtungen
zur Steuerung des Einkuppelns der Kupplung und der Einstellung der
hydrostatischen Pumpe, wobei die Getriebe-Steuereinrichtung einen Mikrocomputer umfasst,
der folgendes umfasst:
eine Einrichtung zum Empfang des Signals
von dem Antriebsmotor-Drehzahlsensor;
eine
Einrichtung zum Empfang des Signals von dem Rotor-Drehzahlsensor;
eine
Einrichtung zum Senden eines Pumpen-Steuersignals an die hydrostatische
Pumpe;
eine Einrichtung zum Senden eines Kupplungs-Steuersignals
an die Kupplungs-Steuereinrichtung;
wobei die Getriebe-Steuereinrichtungen
betreibbar sind, um die Kupplung und die hydrostatische Pumpe zu
steuern, um die Rotor-Drehzahl derart anzupassen, dass das Verhältnis der
Antriebsmotor-Drehzahl und der Rotor-Drehzahl gleich einem vorgegebenen Verhältniswert
ist;
dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe-Steuereinrichtung
weiterhin folgendes umfasst:
Einrichtungen zur Eingabe eines
Wertes für
die gewünschte
Antriebsmotor-Drehzahl
und eines Wertes für
die gewünschte
Rotor-Drehzahl; und
Einrichtungen zum Ableiten des Verhältniswertes aus
den Antriebsmotor-Drehzahl-
und Rotor-Drehzahl-Werten.
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Die
Erntemaschine kann ein Mähdrescher sein
und der Rotor kann ein Dreschrotor sein.
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In
vorteilhafter Weise stellen die Steuereinrichtungen die Rotor-Drehzahl
so ein, dass ein vorgegebenes Verhältnis der Rotor-Drehzahl zur
Antriebsmotor-Drehzahl erzielt wird. Unter diesen Umständen wird
die Rotor-Drehzahl entsprechend der Antriebsmotor-Drehzahl verringert.
Als Ergebnis versucht die Steuereinrichtung nicht, die Drehzahl
des Rotors zu vergrößern, während die
Drehzahl des Antriebsmotors aufgrund einer Überlastung verringert wird.
Die Drehzahl sowohl des Antriebsmotors als auch des Rotors wird
verringert, so dass der Leistungsbedarf verringert wird und der
Antriebsmotor das Material in der Maschine dennoch verarbeiten kann.
Diese Rotordrehzahl-Steuerung ermöglicht es dem Antriebsmotor,
vorübergehend
bei starken Lasten "nachzugeben", ohne dass das Drehmoment
vergrößert wird und
der Antriebsmotor abgewürgt
wird.
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Die
Kupplung, vorzugsweise eine nasse Kupplung, kann über ein
magnetspulengesteuertes Ventil gesteuert werden, dass ein graduelles
Einkoppeln der Kupplung ermöglicht.
Die Drehung des Rotors kann überwacht
werden, um die Einkuppel-Phasenlage
der Kupplung an die tatsächlichen
Anlaufbedingungen anzupassen, wodurch ein übermäßiges Rutschen verhindert wird
und die Kupplung geschützt
wird. Unter extrem schweren Bedingungen kann das Kupplungsventil
sehr schnell geöffnet
und geschlossen werden, um zusätzliche
Hydraulikflüssigkeit
an die Kupplung zu liefern, was eine schnelle Synchronisation der
Kupplung ermöglicht.
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Das
Planetengetriebe kann mit einer Bremseinrichtung zum Arretieren
einer Komponente hiervon versehen sein. Während die Komponente arretiert
wird, kann der Hydraulikmotor so betrieben werden, dass er den Rotor
langsam rückwärts dreht,
um einen Stopfen aus Erntematerial zu entfernen, der zwischen dem
Rotor und dem Dreschkorb eingefangen ist.
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Die
Getriebe-Steuereinrichtung kann weiterhin das Einkuppeln bei niedrigeren
Drehzahlen zur Verringerung der Last (Trägheit) auf die Kupplung vorsehen,
worauf dann automatisch die Rotor-Drehzahl auf die gewünschte Soll-Drehzahl
zurückgesetzt wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr mit weiteren Einzelheiten
in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
weggeschnittene Seitenansicht eines Mähdreschers ist, der mit einem
Dreschsystem versehen ist, das von einem hydromechanischen Getriebesystem
angetrieben wird;
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2 eine
schematische Darstellung ist, die das hydromechanische Getriebesystem
zeigt;
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3 eine
graphische Darstellung ist, die die Betriebsweise der Steuerungen
der Kupplung des Systems nach 1 zeigt;
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4 eine
graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen den Drehzahlen
der Sonnen-, Ring- und Träger-Zahnräder in dem
Planetengetriebe des Systems nach 2 zeigt;
und
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5 eine
graphische Darstellung ist, die die adaptive Hauptkupplungs-Einkupplung zeigt.
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Bezugnahmen
auf links oder rechts werden in der gesamten Beschreibung aus Bequemlichkeitsgründen verwendet,
und werden so bestimmt, als ob man auf der Rückseite des Mähdreschers
steht und auf das vordere Ende in der normalen Bewegungsrichtung
blickt. In der gleichen Weise werden vorwärts und rückwärts durch die normale Bewegungsrichtung
des Mähdreschers
bestimmt. Aufwärts-
oder Abwärts-Richtungen
sind auf den Boden oder die Arbeitsoberfläche bezogen. Horizontale oder
vertikale Ebenen sind ebenfalls auf den Boden bezogen.
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1 zeigt
einen typischen Doppelrotor-Mähdrescher 1 mit
zwei Vorderrädern 8 (von
denen lediglich eines gezeigt ist), und einem Paar von Hinterrädern 9 (von
denen lediglich eines gezeigt ist), um eine Bewegung über den
Boden zu ermöglichen. An
der Vorderseite des Mähdreschers
befindet sich ein (nicht gezeigtes) Vorsatzgerät zum Mähen des Erntematerials. Während der
Mähdrescher 1 und
das Vorsatzgerät
vorwärts
bewegt werden, mäht
das Vorsatzgerät
das Getreide und die Stängel.
Das Vorsatzgerät
bewegt das Getreide in eine Schneckenförderer-Wanne. Eine sich in
Querrichtung erstreckende Förderschnecke
schiebt das Getreide und die Stängel
in der Schneckenförderer-Wanne
zum Mittelpunkt des Vorsatzgerätes.
Das Vorsatzgerät
kann gegenüber
dem Boden eingestellt und neu eingestellt werden. Das Vorsatzgerät kann auch
nach links oder rechts geneigt werden, oder kann relativ hoch oder niedrig
gegenüber
dem Boden angeordnet werden. Diese Merkmale werden dauernd in Abhängigkeit von
dem Gelände
und den Erntematerial-Bedingungen eingestellt. Bewegliche Vorsatzgeräte sind
gut bekannt und in der Technik durchgesetzt. Am hinteren Mittelpunkt
des Vorsatzgeräts
befindet sich das Zuführungsgehäuse 3 oder
der Schrägförderer.
Das Zuführungsgehäuse 3 bewegt
das Getreide und die Stängel
in Rückwärtsrichtung
in die Dresch-, Trenn-, Reinigungs- und Körner-Verarbeitungssysteme 5 des Mähdreschers.
Nach der Verarbeitung, dem Trennen und der Reinigung werden die
Körner
oder das Getreide in einem Körnertank 6 gespeichert,
der sich in der Nähe
des oberen Endes des Mähdreschers 1 befindet.
Die Körner
werden von dem Körnertank 6 zu einem
Transportfahrzeug über
einen Entlade-Schneckenförderer über das
Körnertank-Entladerohr 7 überführt. Üblicherweise
bleibt während
der Erntevorgänge
der Entlade- Schneckenförderer
ohne Antrieb, und das Körnertank-Entladerohr
bleibt zurückgezogen,
wie dies in 1 gezeigt ist. Der Mähdrescher
kann jedoch "fliegend" entladen werden.
Ein getrenntes Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Lastwagen oder ein
von einem Traktor gezogener Körneranhänger fährt neben
dem sich bewegenden Mähdrescher.
Die verarbeiteten Körner
werden entladen, während
sich der Mähdrescher
und das Aufnahme-Fahrzeug
bewegen. Die Abfälle
oder die Spreu werden durch eine (nicht gezeigte) Spreu-Verteilungseinrichtung
an der Rückseite 11 des
Mähdreschers
ausgeworfen. Der Fahrer steuert den Mähdrescher 1 von der
Kabine 2 aus, die sich hinter dem Vorsatzgerät und an
der Vorderseite des Mähdreschers
befindet. Von der Kabine aus kann der Fahrer die meisten der verschiedenen
Mähdrescherfunktionen
beobachten. Die Kabine 2 hat üblicherweise ein großes Glasfenster
oder mehrere Fenster, die dem Fahrer die maximale Fähigkeit
geben, das Vorsatzgerät
zu überwachen.
Der Mähdrescher 1 und
die verschiedenen Systeme werden durch einen Antriebsmotor 15 angetrieben,
der allgemein an der Rückseite
des Mähdreschers 1 angeordnet
ist. Die meisten der Hauptsysteme in einem Mähdrescher werden im Stand der
Technik erläutert
und sind gut bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich speziell mit dem hydromechanischen
Getriebe 10 eines landwirtschaftlichen Mähdreschers
gemäß 1, wobei
das Getriebe schematisch in 2 gezeigt
ist. Die allgemeinen Elemente schließen den Antriebsmotor 15 ein,
der ein Getriebegehäuse 20 mit
Leistung versorgt. Die Drehantriebskraft von dem Getriebegehäuse 20 wird
auf die Rotoren 4 (von denen lediglich einer in 1 sichtbar
ist) übertragen.
Das gesamte System wird durch einen Mikrocomputer 30 gesteuert,
der in der Kabine 2 angeordnet ist. Der Mikrocomputer 30 empfängt Informationen
von einem Antriebsmotor-Drehzahlsensor 33 (in der Nähe des Motors 15)
und einem Rotor-Drehzahlsensor 32 (in der Nähe der Vorderseite
der Rotoren 4, unterhalb der Kabine 2). Unter
Verwendung der von den Sensoren 32 und 33 empfangenen
Informationen steuert der Mikrocomputer eine hydrostatische Pumpe 34, eine
Kupplung 21 und ein Planetengetriebe 25.
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Nachdem
die allgemeinen Elemente betrachtet wurden, werden die spezifischen
Elemente des hydromechanischen Getriebes 10 im einzelnen erläutert. Diese
Elemente sind am besten bei einer Betrachtung der 2 zu
erkennen. Typischerweise dreht der Antriebsmotor 15 eine
Antriebsmotor-Abtriebswelle 16, die ein Antriebsmotor-Abtriebszahnrad 17 trägt. Das
Antriebsmotor-Abtriebszahnrad 17 treibt ein Eingangszahnrad 43 und
die Kupplung 21 an. Das Eingangszahnrad 43 treibt
eine Eingangswelle 42 an, die die hydrostatische Pumpe 40 antreibt.
Die hydrostatische Pumpe 40 ist mit dem hydrostatischen
Motor 45 über
eine erste hydrostatische Leitung 41 und eine zweite hydrostatische
Leitung 46 verbunden. Der hydrostatische Motor 45 weist
eine Motor-Abtriebswelle 47 auf, die das Planetengetriebe 25 antreibt.
Der hydromechanische Antrieb hat einen Ausgang, die Rotor-Antriebswelle 29, die
ein Paar von Rotor-Kegelradgetrieben 50 antreibt. Jedes
Rotor-Getriebegehäuse 50 treibt
eine Rotor-Getriebe-Ausgangswelle 51 an, die einen der Rotoren 4 in
Drehung versetzt.
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Der
einzige Eingang an die Kupplung 21, wie er weiter oben
erwähnt
wurde, ist das Antriebsmotor-Abtriebszahnrad 17 und der
einzige Ausgang von der Kupplung 21 ist ein Haupt-Ausgangszahnrad 24. Das
Haupt-Ausgangszahnrad 24 treibt sowohl die Haupt-Ausgangswelle 23 als
auch das Planetengetriebe 25 an. Die Haupt-Ausgangswelle 23 kann
die Reinigungsvorrichtung, das Reine-Körner-System, das Überkehrsystem
und/oder das Zuführungsgehäuse 3 antreiben.
Es ist weiterhin vorstellbar, das Haupt-Ausgangszahnrad 24 mit
der Rotor-Antriebswelle 29 über einen üblichen Riemenantrieb zu verbinden.
Diese Ausführungsform
würde für Rotoren mit
kleinerem Durchmesser oder unter leichteren Erntebedingungen vorteilhaft
sein.
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Wie
dies weiter oben beschrieben wurde, treiben sowohl das Haupt-Ausgangszahnrad 24 als auch
die Motor-Ausgangswelle 47 das Planetengetriebe 25 an.
Das Planetengetriebe 25 besteht aus einem Sonnenrad 26,
das von der Motor-Ausgangswelle 47 angetrieben wird, einem
Ringzahnrad 27, das von dem Haupt-Ausgangszahnrad 24 angetrieben
wird, und einem Planetenrad-Träger 28.
Der Planetenrad-Träger 28 dient
zum Kombinieren der Drehung des Ringzahnrads 27 und des
Sonnenrads 26, wie dies in der Technik gut bekannt ist.
Der Planetenrad-Träger 28 dreht
die Rotor-Antriebwelle 29.
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Der
Mikrocomputer 30 steuert die hydrostatische Pumpe 40,
die Kupplung 21 und das Planetengetriebe 25. Der
Mikrocomputer 30 empfängt
Signale von dem Antriebsmotor-Drehzahlsensor 33 und dem Rotor-Drehzahlsensor 32.
Die Sensoren 33 und 32 sind übliche Drehgeschwindigkeits-Sensoren,
die die Drehung des Antriebsmotors 15 und eines Rotors überwachen.
Der Antriebsmotor-Drehzahlsensor 33 sendet
ein Signal 37 an den Mikrocomputer. In gleicher Weise sendet
der Rotor-Drehzahlsensor 32 ein Signal 36 an den
Mikrocomputer 30. Der Mikrocomputer 30 kann die
Information von den Sensoren 32 und 33 dazu verwenden,
ein Signal 34 an die hydrostatische Pumpe 40 zu
senden. Durch Einstellen des Winkels der Taumelplatte in der Pumpe 40 kann
die Drehzahl der Ausgangswelle 47 des hydrostatischen Motors
in einer üblichen
und unbegrenzt veränderlichen
Weise eingestellt werden.
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Die
Kupplung 21 wird durch ein magnetspulengesteuertes Kupplungsventil 55 gesteuert.
Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, ist dieses Ventil ein
magnetspulenbetätigtes,
proportionales Druckreduzierventil. Die Betätigung des Kupplungsventils 55 ermöglicht es,
dass eine Menge der Hydraulikflüssigkeit
in die Kupplung 21 eintritt oder diese verlässt, um
den auf die Kupplung 21 ausgeübten Druck zu steuern. Der
Mikrocomputer 30 sendet ein Signal 35 an die Magnetspule,
die das Kupplungsventil 55 betätigt, und es unter Druck stehender
Hydraulikflüssigkeit
ermöglicht,
in die Kupplung 21 von einer (nicht gezeigten) Speisepumpe
aus einzutreten, die Hydraulikflüssigkeit
von einem Behälter
ansaugt.
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Der
Mikrocomputer 30 kann weiterhin ein Signal 35 an
ein magnetspulenbetätigtes
Ventil 52 senden. Dieses Ventil 52 steuert eine übliche Kolben-Zylinderanordnung 53,
die ausfahrbar ist, um mit einer Bremse 54 in Kontakt zu
kommen. Die Bremse 54 ist an dem Ringzahnrad 27 des
Planetengetriebes 25 vorgesehen. Die Betätigung des
Ventils 52 fährt
die Kolben-Zylinderanordnung 53 aus und verhindert die Drehung
des Ringzahnrads 27. Bei einer anderen Ausführungsform
könnte
die Bremse 54 eine Parkklinke sein, die mit einem der Zahnradzähne auf
dem Ringzahnrad 27 in Berührung kommt. Der Mikrocomputer 30 weist
weiterhin einen Schalter oder eine Tastatur 31 auf, die
es dem Fahrer ermöglicht,
die gewünschte
oder Soll-Drehzahl der Rotoren 4 in dem Mikrocomputer 30 einzustellen.
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Während regulärer landwirtschaftlicher
Arbeitsvorgänge
bei eingekuppelter Kupplung 21, treibt der Antriebsmotor 15 die
Antriebsmotor-Abtriebswelle 16 an, die das Antriebsmotor-Abtriebszahnrad 17 antreibt.
Das Antriebsmotor-Abtriebszahnrad 17 treibt die Kupplung 21 und
das Eingangszahnrad 43 an die hydrostatische Pumpe 40 an.
Der Ausgang der Kupplung 21 wird an das Ringzahnrad 27 über das Haupt-Ausgangszahnrad 24 übertragen.
Die hydrostatische Pumpe 40 treibt den hydrostatischen
Motor 45 an, der die Motor-Ausgangswelle 47 antreibt.
Die Motor-Ausgangswelle 47 treibt
das Sonnenrad 26 an. Die Drehung des Ringzahnrads 27 und
des Sonnenzahnrads 26 kann dazu führen, dass ein Drehungsbereich
von Drehzahlen und Leistung an den Planetenrad-Träger 28 und
dann an die Rotoren 4 übertragen
wird. Auf diese Weise kann der Motor 16 mit seiner Spitzeneffizienz
betrieben werden, und durch Einstellen der Taumelplatte auf der
hydrostatischen Pumpe 40 kann die Rotor-Drehzahl geändert werden.
Wie dies durch die graphische Darstellung A in 4 gezeigt
ist, drehen sich der Motor 16 und das Ringzahnrad 27 mit
einer festen Drehzahl von 2100 Umdrehungen per Minute (U/min) (Ringzahnrad
R in 4). Der hydrostatische Motor 45, der
durch die hydrostatische Pumpe 40 einstellbar ist, hat
einen angenäherten
Bereich von +3000 U/min bis –3000 U/min
(Sonnenrad S in 4). Die Drehzahl des Planetenradträgers 28 oder
des Rotors 4 kann von einem Bereich von ungefähr –400 U/min
bis 2400 U/min eingestellt werden (Träger C in 4).
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Die
Einstellung der Drehzahl des Rotors 4 wird dadurch erreicht,
dass der Mikrocomputer 30 ein Signal 36 von dem
Rotor-Drehzahlsensor 32 empfängt und diese Drehzahl mit
dem Signal 37 vergleicht, das von dem Antriebsmotor-Drehzahlsensor 33 empfangen
wird. Die Drehzahlsteuerung der Rotoren beruht auf einem prozentualen
Teil oder einem Verhältnis
der Drehzahl des Antriebsmotors. In einem typischen Betrieb startet
der Fahrer den Mähdrescher,
während
der Antriebsmotor mit einer niedrigen Leerlauf-Drehzahl läuft. Der
Fahrer kuppelt dann die Kupplung 21 ein und vergrößert die
Antriebsmotor-Drehzahl auf die "Nenn-Drehzahl" (ungefähr 2100
U/min). Der Fahrer stellt dann die gewünschte oder Soll-Rotor-Drehzahl (ohne
Erntematerial in den Rotoren 4) ein.
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Das
Getriebe 10 verwendet eine hydrostatische Pumpe und einen
hydrostatischen Motor, so dass es möglich ist, dass diese Geräte ein gewisses internes
Lecken aufweisen, das mit höheren
Lasten zunimmt, so dass es erforderlich ist, kontinuierlich die Rotordrehzahl
zu überwachen
und zu steuern, damit die Rotordrehzahl nicht aufgrund dieses Leckens
absinkt. Eine typische Drehzahlsteuerung würde lediglich Rotordrehzahl-Ist-Signale
mit dem gewünschten Sollwert
vergleichen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt,
die Rotor-Drehzahl auf der Grundlage eines gewünschten Verhältnisses
der Rotor-Drehzahl zur Antriebsmotor-Drehzahl einzustellen. Wenn
beispielsweise der Motor auf 2000 U/m eingestellt ist und der Fahrer
die Rotor-Drehzahl auf 1000 U/min einstellt, so ist das Verhältnis 1/2.
Dieser Wert folgt aus den Drehzahl-Einstellungen, die über den
Schalter oder die Tastatur 31 durchgeführt werden, und in dem Speicher
des Mikrocomputers 30 gespeichert werden. Wenn der Fahrer
dann die Antriebsmotor-Drehzahl
auf 1000 U/min verringert, so verringert die Steuerung die Rotor-Drehzahl
auf 500 U/min. Dies ist vorteilhaft, weil wenn unter sehr schweren
Erntebedingungen (mit maximaler Motorleistung) gearbeitet wird und
eine stopfenförmige Last
aus Erntematerial in die Rotoren eintritt, die Drehzahl des Antriebsmotors
stark verringert wird. Bei dem vorliegenden Steuersystem wird die
Drehzahl des Hydraulikmotors 45 ebenfalls verringert, so dass
auch die Rotor-Drehzahl
abnimmt, was zu einer Anzeige für
den Fahrer führt,
dass die Maschine überlastet
wird. Der Fahrer kann daraus ableiten, dass er die Rotorleistung
verringern muss, um es dem Motor zu ermöglichen sich zu erholen. Dies kann
durch Verlangsamen des Mähdreschers
derart erreicht werden, dass weniger Erntematerial aufgenommen wird.
Ohne diese Verhältnissteuerung
neigt der Antriebsmotor 15 stärker dazu, blockiert oder abgewürgt zu werden.
Eine Überlastung
würde dazu führen, dass
die Antriebsmotor-Drehzahl absinkt und dass auch die Rotor-Drehzahl
absinkt. Der Fahrer oder die Steuerung würde jedoch versuchen, die Rotor-Drehzahl
zu vergrößern, um
die Soll-Drehzahl aufrecht zu halten. Dies ist unerwünscht, weil
die Steuerung versuchen könnte,
mehr Hydaulikleistung zu liefern und damit die Drehzahl des Antriebsmotors weiter
verringern würde,
wodurch schließlich
der Antriebsmotor blockiert würde.
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Um
die Drehrichtung der Rotoren 4 umzukehren, um verstopftes
Erntematerial auszuwerfen, sendet der Mikrocomputer 30 ein
Signal 35 an das magnetspulenbetätigte Ventil 52, während sichergestellt
wird, dass die Kupplung 21 ausgekuppelt wird. Dieses Ventil
fährt die
Kolben-Zylinderanordnung 53 in Kontakt mit der Bremse 54 aus,
wodurch die Bewegung des Ringzahnrads 27 verhindert wird.
Der Mikrocomputer 30 sendet auch ein Signal 34 an
die hydrostatische Pumpe 40, um den Winkel der Taumelscheibe
umzukehren, wodurch die Drehrichtung des hydrostatischen Motors 45 und
der Motor-Ausgangswelle 47 umgekehrt wird. Dies kehrt die
Drehrichtung des Sonnenrads 26, der Rotor-Antriebswelle 29,
der Rotor-Getriebegehäuse-Ausgangswelle 21 und schließlich der
Rotoren 4 um. Wie dies in 4 anhand
der Kurve B, bei gebremstem Ringzahnrad 27 (R in 4)
zu sehen ist, kann die Drehzahl des Planetenradträgers 28 (C
in 4) und des Rotors 4 von ungefähr +1500
U/min bis –1500
U/min reichen. Statt einer längeren
Rückwärtsdrehung
zum vollständigen Auswerfen
von verstopftem Material von den Rotoren 4 könnte man
auch eine abwechselnde Drehung der Rotoren von rückwärts nach vorwärts und
umgekehrt verwenden, um das verstopfte Material zu lockern und es
durch die Rotor-Dreschkörbe
zu drücken.
Zu diesem Zweck reicht es aus, das Ringzahnrad 27 zu bremsen
und dann die Position der Pumpen-Taumelplatte
zu ändern.
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Die
Bremse 54 kann weiterhin betätigt werden, um die Rotoren 4 zu
verlangsamen, wenn das Dresch-, Trenn- und Reinigungssystem 5 ausgekuppelt
wird. Die Rotoren 4 sind Komponenten mit hoher Trägheit, die
mehrere Sekunden benötigen,
bevor sie zu einem Stillstand kommen. Dieses Auslaufintervall kann
unter Verwendung der Bremse 54 beträchtlich verringert werden.
Die Bremse 54 sollte auch eingelegt werden, wenn der Antriebsmotor 15 läuft, das Dreschsystem
jedoch nicht eingeschaltet ist. Andernfalls könnte der Widerstand in der
ausgekuppelten Kupplung 21 immer noch ein kleineres Drehmoment auf
das Planetengetriebe 25 ausüben, das die Rotoren 4 langsam
dreht. Eine derartige Situation ist für Personen gefährlich,
die um den Rotorbereich herum arbeiten.
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Wenn
anfänglich
die Drehung der Rotoren 4 gestartet wird, oder wenn schwere
Erntebedingungen auftreten, so kann das folgende Verfahren befolgt
werden. Der Mikrocomputer 30 sendet ein Signal 38 an
das magnetspulenbetätigte,
elektrohydraulische, proportionale Druckreduzierventil 55,
das den Druck an die hydraulische (oder nasse) Kupplung 21 steuert.
Wie dies in 3 zu erkennen ist, öffnet sich das
Ventil 55 und verbindet und füllt die Kupplung 21 mit
einer Menge von Hydraulikflüssigkeit
von dem Vorratsbehälter.
Nach einem Zeitintervall sollte die Kupplung 21 synchronisiert
und vollständig
eingekuppelt sein. In der Zwischenzeit überwacht der Mikrocomputer
die Signale 37 und 36 von den Antriebsmotor- und
Rotor-Drehzahlsensoren 33 und 32. In dem Fall,
in dem die Last auf dem Rotor 4 zu groß ist und die Kupplung 21 nicht
synchronisiert ist, stellt der Mikrocomputer 30 einen Drehzahlunterschied
fest. Bei Feststellung dieses Fehlers kann ein Signal 38 an das
Kupplungsventil 55 gesandt werden, das es ermöglicht,
dass weitere Hydraulikflüssigkeit
in die Kupplung 21 eintritt.
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Die 3 und 5 zeigen
verschiedene Optionen, die zur Synchronisation der Kupplung 21 verfügbar sind.
Die graphischen Darstellungen zeigen nicht den tatsächlichen
in der Kupplung verwirklichten Druck, sondern die Drücke, auf
die das magnetspulenbetätigte,
proportionale Druckreduzierventil 55 eingestellt ist. Es
gibt immer eine gewisse Verzögerung
zwischen einer Änderung
einer Druckeinstellung für
das Ventil und dem Erreichen des eingestellten oder Solldruckes
im Inneren der Kupplung 21. In 3 wird beim
anfänglichen
Starten ein Signal 38 an das Ventil 55 gesandt,
um es für
ein kurzes Intervall (beispielsweise 40 ms) zu öffnen, um die Kupplung 21 zu
füllen.
Danach wird der Soll-Druck verringert. Bei ungefähr 60 ms sollte die Kupplung 21 mit
der Übertragung
von Drehmoment und der Kraftübertragung
beginnen. Der Solldruck wird nunmehr graduell vergrößert, um
ein sanftes Einkuppeln der Kupplung zu erreichen. Am Punkt C sollte
die Kupplung begonnen haben, den Rotor 4 zu drehen, obwohl
es immer noch ein gewisses Rutschen geben kann. Der Punkt D ist
der Punkt, an dem die Kupplung vollständig synchronisiert sein sollte.
Nunmehr sollte die Kupplung mit dem vollen Hydraulikdruck beaufschlagt
sein, so dass sie eine volle Last ohne Rutschen übertragen kann.
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Die
Kurve B in 3 zeigt das Einkuppeln der Kupplung,
wenn das Dreschsystem 5 beim Starten nicht leer ist oder bei schweren
Erntebedingungen. In diesem Fall kann die langsame graduelle Vergrößerung des
Kupplungsdruckes entsprechend der Kurve A in 3 das Einkuppeln
des Rotors 4 zu lange verzögern, so dass zu viel Energie
in der rutschenden Kupplung 21 verbraucht wird. Dies kann dauerhafte
Schäden
oder eine vorzeitige Abnutzung für
die Bauteile der Kupplung 21 hervorrufen. Es ist daher
vorteilhaft, das Ventil 55 so zu steuern, dass der Druck
entlang der steileren Kurve B in 3 vergrößert wird.
Das Einkuppeln der Kupplung kann weniger sanft sein, doch würde das
Rutschen begrenzt, so dass die im Inneren des Kupplungskörpers erzeugte
Wärme wesentlich
geringer ist.
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5 zeigt
eine andere Vorgehensweise. Der Mikrocomputer 30 überwacht
das Rotorsignal 36 während
des Startens. Am Punkt C, beispielsweise nach 2 Sekunden, sollte
sich der Rotor um eine halbe Umdrehung gedreht haben. Wenn dieses
Ausmaß an Drehung
nicht festgestellt wird, ist die Kupplung weit von einer Synchronisation
entfernt und es wird angenommen, dass der Dreschmechanismus verstopft
ist. Die Fortsetzung eines Betriebs der Kupplung 21 in dieser
Weise über
eine längere
Periode würde
eine Beschädigung
der Kupplung 21 hervorrufen. Der Mikrocomputer 30 ist
so programmiert, dass er diesen Verstopfungszustand an dem Rotor-Drehzahlsensor ableitet
und hierauf durch das Senden eines Signals 38 an das Kupplungsventil 55 reagiert,
um dieses nahezu unmittelbar zu öffnen
(Kurve F in 5). Das Ventil ermöglicht es,
dass mehr Hydraulikflüssigkeit in
die Kupplung 21 eintritt. Dieser vergrößerte Druck ermöglicht es
der Kupplung 21, sich schnell zu synchronisieren und das
volle Motordrehmoment an den Rotor 4 zu übertragen.
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In
Abhängigkeit
von der Art der erschwerten Bedingungen, die auf den Rotor 4 einwirken,
kann der Mikrocomputer 30 unterschiedliche Signale 38 an das
Kupplungsventil 55 übertragen.
Diese werden in 5 mit der normalen Startbetriebsart
(Kurve A in 5 und wie sie weiter oben erläutert wurde
und in 3 zu erkennen ist) verglichen. Eine alternative Betriebsart
ermöglicht
eine periodische "Spitze" (G in 5)
oder ein kurzes Öffnen
des Kupplungsventils 55, um es zu ermöglichen, dass eine Menge an
Hydraulikflüssigkeit
in die Kupplung 21 eintritt. Eine weitere Betriebsart (Kurve
F in 5) ermöglicht
es, dass das Kupplungsventil 55 geöffnet wird, wenn das Fehlen
einer Synchronisation der Kupplung 21 (wie dies weiter
oben erläutert
wurde) festgestellt wird. Selbstverständlich könnten beide dieser Modelle
verwendet werden.
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Die
Rotoren 4 sind schwere, eine hohe Trägheitskraft aufweisende Teile,
und es ist während
des anfänglichen
Rotor-Einkuppelns erforderlich, Beanspruchungen auf den Antriebsmotor
zu verringern, Beanspruchungen der Antriebe zu verringern und einen
sanfteren (und angenehmeren) Betrieb für den Fahrer während der
anfänglichen
Startperiode zu schaffen. Um dies zu erreichen, kann der Mikrocomputer
auch ein langsames Einkuppeln der Rotoren 4 bewirken. Beispielsweise
kann, selbst wenn ein Fahrer eine Rotor-Drehzahl anfordern kann,
die sehr hoch ist, der Mikrocomputer vorrübergehend die Taumelplatte
der Hydraulikpumpe 40 so ändern, dass die Rotoren 4 mit
einer niedrigeren Geschwindigkeit eingeschaltet werden. Die Kupplung 21 wird
bis zum synchronen Zustand eingekuppelt. Die Rotoren 4 werden
nunmehr mit einer niedrigeren Drehzahl in Drehung versetzt als der
Fahrer wünschte.
Schließlich
wird die Taumelplatte der Hydraulikpumpe so eingestellt, dass die
ursprünglich
gewünschte
Drehzahl erreicht wird. Auf diese Weise muss die Kupplung 21 lediglich
den Rotor 4 teilweise auf Drehzahl bringen und die Hydraulikpumpe 40 und
der Motor 45 bewirken die restliche Drehzahlerhöhung des
Rotors.
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Es
ist für
den Fachmann zu erkennen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden
können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, und die Erfindung
sollte nicht auf das beschränkt
betrachtet werden, was in den Zeichnungen gezeigt und in der Beschreibung
beschrieben ist. Beispielsweise kann das hydromechanische Getriebesystem
auch zum Antrieb eines Dreschsystems verwendet werden, das lediglich
einen Dreschrotor hat. Es kann weiterhin auch zum Antrieb von Erntematerial-Verarbeitungssystemen
in anderen Arten von Erntemaschinen verwendet werden. Es ist vorstellbar,
das Getriebesystem zum Antrieb der Messertrommel in einem Feldhäcksler oder
zum Antrieb eines Vorsatzgeräts
zu verwenden, das Erntematerial von einem Feld sammelt und es dem
Erntematerial-Verarbeitungssystem der Erntemaschine zuführt. Bei
der beschriebenen Ausführungsform
wird Leistung von der Kupplung 21 auf ein Planetengetriebe 25 über das
Haupt-Ausgangszahnrad 24 übertragen. Dieses Zahnrad kann
durch andere Antriebseinrichtungen, wie zum Beispiel einen Riemen- oder Kettenantrieb
ersetzt werden. Es ist weiterhin möglich, den Antriebsmotor 15 und
die Kupplung 21 zum Antrieb des Sonnenrads 26 und
den hydrostatischen Motor 45 zum Antrieb des Ringzahnrads 27 des
Planetengetriebes 25 zu verwenden. Dann kann die Bremseinrichtung
auf der Antriebswelle des Sonnenrads eingebaut werden.