WO2011092154A1 - Landwirtschaftliche zugmaschine - Google Patents

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WO2011092154A1
WO2011092154A1 PCT/EP2011/050957 EP2011050957W WO2011092154A1 WO 2011092154 A1 WO2011092154 A1 WO 2011092154A1 EP 2011050957 W EP2011050957 W EP 2011050957W WO 2011092154 A1 WO2011092154 A1 WO 2011092154A1
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tractor
wheels
wheel
main axis
pendulum
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PCT/EP2011/050957
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Alexander Falk
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Dtu Deutsche Traktoren Union Gmbh
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a four-wheel drive, agricultural tractor with pneumatic tires and frame articulated steering with a front frame, a rear frame and an articulated joint, wherein a drive of the wheels
  • the invention is preferably used for tractors weighing more than 15 tons with outputs of more than 600 hp.
  • High performance agricultural tractors are towing vehicles without direct loading and must regularly be heavy in order to transfer the required force to the ground to achieve high traction. High tensile forces are at agricultural
  • Traction vehicles especially when using trailed large equipment required.
  • the use of large equipment is required in particular for the economic management of large fields.
  • To achieve this required high traction is a very powerful drive motor with a
  • Soil pressures when using agricultural tractors with high weight are known in the art various solutions.
  • powerful, heavy driven with internal combustion engines tractors with track bands are known, which should have high weights, but by the size of the footprint of the track bands on flat floors a low contact surface pressure.
  • tractors with track belts support the load on rollers on the ground and thereby cause very high contact pressures under the rollers. Furthermore, it is disadvantageous that such tractors with track bands regularly widths between 3 m and 4 m and thus in Germany to participate in the road each one
  • a driven axle each with two wheels is arranged on the front frame and rear frame.
  • the large wheels have a large each at least at low tire pressure
  • the disadvantage here is that as a result of the required for soil protection low tire air pressure of less than 1.0 bar, especially at wheel loads more than 2500 kg slip between wheels and tires is recorded, which makes not only the transmission of high power impossible, but about it In addition, damage to the tires slipping on the rim result in the race and can lead to the setting of the operational readiness of the tractor or the destruction of the tire. It is particularly disadvantageous that for such tractors with weights of more than 18,000 kg, which are necessary to achieve sufficient tractive forces, exceptions for road use due to exceeding permissible axle loads are necessary.
  • the invention is based on the object to provide an agricultural high-performance tractor, which has good traction and low fuel consumption, is inexpensive to produce and allows reliable operation.
  • the fiction, contemporary agricultural tractor has a
  • Hybrid drive coupled and a plurality of electrically connected to the generator electric motors drives the individual wheels.
  • advantageously no mechanical and / or hydraulic drive train in the tractor is required. This results in a reduced number of moving components and reduced wear.
  • the electric drive of the tractor is particularly advantageous in the cold, since efficiency deterioration and reduced lubricant supply in
  • any conventional internal combustion engine large engine power ie in particular diesel engines or gas turbines, can be used with the generator are very high engine power and resulting high tensile forces by the tractor implementable and transferable.
  • engine outputs of more than 600 hp are safe and durable transferable.
  • Main axis is pivotable, two-armed pendulum is arranged at the ends of each a single, electromotively driven wheel is arranged by means of a wheel axle, each with a main axis with two pendulums and four wheels forms a tandem pendulum, each two-armed pendulum relative to the corresponding pendulum of the same main axis independently to the
  • Main axle is pivotable and each four of the eight wheels are arranged on each side of the tractor in the direction of travel in a lane behind each other, each with two arranged on a main axis pendulum about the major axis against each other are rotatable, the articulated one end of the front frame with one end of the Rear frame connects at least indirectly, it is possible to specify a tractor, which can participate in a width of less than 2.55 m and a wheel load of less than 2500 kg both on public roads, as well as use on non-level fields soil friendly and can be used to drive coefficients to 0.80 possible.
  • a tractor which can participate in a width of less than 2.55 m and a wheel load of less than 2500 kg both on public roads, as well as use on non-level fields soil friendly and can be used to drive coefficients to 0.80 possible.
  • a tractor which can participate in a width of less than 2.55 m and a wheel load of less than 2500 kg both on public roads, as well as use on non-level fields
  • the invention enables a four-wheel drive agricultural tractor, which can participate on the one hand at high weight, especially at a maximum weight of 32 t on the road and can be used with a maximum weight of 44 t mounted on a trailer agricultural equipment on the field.
  • the use of a high performance of more than 600 hp in the field is possible, even at low tire air pressures between 0.60 to 0.80 bar and at wheel loads of no more than 2500 kg with conventional tire sizes at a low slip between tires and rims and a driving force of up to 80% is possible.
  • a vehicle width of not more than 2.55 m and a driving speed of up to 60 km / h participation in public road traffic is possible.
  • the arrangement of a suspension is not required by the arrangement of the tandem pendulum design called two mutually rotatable pendulum. Due to the compensatory property results in very comfortable handling characteristics, especially the tractors of the invention do not have the jumping effects
  • each individual wheel can be driven by a separate electric motor, such an electric motor preferably being designed as a wheel hub motor.
  • an electric wheel drive in a simple and efficient manner with a particularly small number of moving parts and in particular without differential feasible.
  • a space requirement of the wheel hub motor is minimized such that, for example, a tire pressure regulating device is particularly easy to implant in the tractor.
  • the wheel axle of a wheel and the wheel drive arranged thereon are mounted on an inner side of the wheel facing the tractor, whereby a pressure hose of a tire pressure control device has to be arranged on an outer side of the wheel.
  • the pressure hose is exposed to the environment and, for example, resulting damage and / or destruction.
  • the wheel hub motor is arranged in the fiction, contemporary tractor inside the wheel, whereby the pressure hose of the tire pressure control device can be arranged on the inside of the wheel and thus is effectively protected against mechanical environmental influences and thus against damage and / or destruction.
  • An arrangement of the tire pressure control device on the inside of the wheel is also possible in conventional tractors with a high technical complexity, which complicates the axle and increases the cost of production.
  • the two jointly arranged on the two-armed pendulum wheels are driven by an electric motor, whereby the number of required for the tractor electric motors compared to the use of wheel hub motors is reduced to four.
  • each tandem pendulum each one of the main axes wheels are driven by an electric motor, wherein between two pendulums each one of the main axes, a differential gear is arranged with a switchable differential lock. It is advantageous that both under normal conditions of use, the towing vehicle is subject to low wear as well as that with large slip between towing vehicle and ground by the switchable differential lock, an increase in the drive coefficient is possible.
  • Wheel groups avoidable.
  • the hitches for agricultural equipment in particular drawbar and three-point hitch
  • the trailer hitch for trailer vertically rotatable in the region of the center between the four wheels of the
  • trailer hitches are damped because of the possible force change or forcibly guided according to the steering movement.
  • an electrical coupling unit for supplying an electric drive of at least one attachment with electrical energy is arranged on or in the rear frame.
  • the electric drive of the coupled to the tractor attachment can be supplied in a simple manner with electrical energy generated by the tractor.
  • Figure 1 shows schematically a plan view of an embodiment of a
  • Figure 2 schematically shows a plan view of a second embodiment of a tractor with four electric motors and 3 shows schematically a plan view of a third embodiment of a tractor with two electric motors
  • Figure 1 shows schematically the top view of an agricultural
  • Tractor 1 with a front frame 2 and a rear frame 3, wherein the articulated joint 4 each one end of the front frame 2 at least indirectly connects to one end of the rear frame 3.
  • a conventional internal combustion engine 9 is arranged, which is coupled to a conventional generator 10 in the form of a serial hybrid drive and wherein a plurality of electrically connected to the generator 10 electric motors 8 drives the individual wheels 7.
  • the mechanical energy generated by the internal combustion engine 9 is converted by the generator 10 into electrical energy. With the generated electrical energy, the electric motors 8 are supplied as direct drives for the wheels 7, whereby the power transmission is very easy electronically controlled.
  • the internal combustion engine 9 is designed as a diesel engine or as a gas turbine, preferably with a power of more than 600 hp.
  • each individual wheel 7 with a separate electric motor 8, which is designed as a hub motor, driven.
  • a separate electric motor 8 which is designed as a hub motor, driven.
  • a space requirement of the wheel hub motor is minimized such that a tire pressure regulating device is particularly easy to implant in the tractor 1.
  • the wheel hub motor is disposed within the wheel 7, whereby the pressure hose of the tire pressure control device on the inside of the wheel 7 can be arranged and thus effectively protected against mechanical environmental influences and thus from damage and / or destruction.
  • This is particularly advantageous compared to conventionally driven by an internal combustion engine tractors in which the wheel axle of a wheel 7 and the wheel drive arranged thereon are mounted on a facing the tractor 1 inside of the wheel 7, wherein a pressure hose of the tire pressure control device must be arranged on a Radau passseite this pressure hose is vulnerable to the environmental influences and, for example, resulting damage and / or destruction is exposed.
  • An arrangement of the tire pressure control device on the inside of the wheel is also possible with conventionally driven by internal combustion engine tractors with a high technical complexity, which complicates the axle and increases the cost of production.
  • the electric motors 8 are electronically controlled and / or regulated in a conventional manner.
  • the separate control and / or regulation of the individual electric motors 8 is expediently a
  • Both the front frame 2 and the rear frame 3 each have a main axis 5 is arranged, wherein at each end of each main axis 5 a to the
  • Main axis 5 pivotable, two-armed pendulum 6 is arranged at the Ends each a single wheel 7 is arranged by means of a wheel axle, wherein in each case a main axis 5 with two pendulums 6 and four wheels 7 forms a tandem pendulum.
  • Each two-armed pendulum 6 is independent of the main axis 5 relative to the corresponding pendulum 6 of the same main axis 5
  • pendulum 6 In each case two arranged on a main axis 5 pendulum 6 are rotatable about the main axis 5 against each other. At each front and rear end of the pendulum 6, a wheel 7 with an electric motor 8 is arranged in each case.
  • the wheel axles of all wheels 7 and the main axis 4 of each sub-frame 2 and 3 are parallel to each other.
  • the four wheels 7 on each side of the tractor 1 are arranged in the direction of travel in a track one behind the other.
  • All four wheels 7 of a sub-frame 1 and 2 are always with the same contact force on the ground at any time; a suspension is not required because of the low air pressure in the wheels 7 and the construction of the tandem axle.
  • the operation of the articulated joint 4 shown here is shown and described in detail in WO 2005/100133 AI.
  • a conventional trailer hitch 11 for agricultural implements and trailer is arranged vertically rotatable.
  • An electrical coupling unit 12 for supplying an electric drive of at least one attachment with electrical energy is arranged on or in the rear frame 3, this electrical energy being generated by the generator 10 coupled to the internal combustion engine 9.
  • FIG. 2 schematically shows a plan view of a second embodiment of the towing vehicle 1 with four electric motors 8.
  • the two jointly arranged on the two-armed pendulum 6 wheels 7 with an electric motor 8 can be driven.
  • the wheel drive in a simple and efficient manner with a small number of moving parts and in particular without differential feasible.
  • Curve radii result.
  • the electric motors 8 are electronically controlled and / or regulated in a conventional manner.
  • the separate control and / or regulation of the individual electric motors 8 is expediently a
  • FIG. 3 schematically shows a plan view of a third embodiment of the towing vehicle 1 with two electric motors 8.
  • the four arranged on the respective tandem pendulum each one of the main axes 5 wheels 7 with an electric motor 8 can be driven. It is arranged between two pendulums 6 for each one of the main axes 5, a differential gear 13 with a switchable differential lock. It is advantageous that both under normal conditions of use the Towing vehicle 1 is subject to low wear as well as that with large slip between towing vehicle 1 and ground through the switchable
  • Differential lock is an enlargement of the drive coefficient allows.
  • the electric motors 8 are in a conventional manner very easy electronically separately controlled and / or regulated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine allradgetriebene, landwirtschaftliche Zugmaschine (1) mit luftbereiften Rädern (7) und Rahmenknicklenkung, mit einem Vorderrahmen (2), einem Hinterrahmen (3) und einem zwischen diesen angeordnetem Knickgelenk (4), wobei jeweils vier Räder (7) an Vorderrahmen (2) und Hinterrahmen (3) angeordnet sind, eine Verbrennungskraftmaschine (9) mit einem Generator (10) in Form eines seriellen Hybridantriebs gekoppelt ist und eine Mehrzahl von mit dem Generator (10) elektrisch verbundenen Elektromotoren (8) die einzelnen Räder (7) antreibt.

Description

Landwirtschaftliche Zugmaschine
Die Erfindung betrifft eine allradgetriebene, landwirtschaftliche Zugmaschine mit luftbereiften Rädern und Rahmenknicklenkung mit einem Vorderrahmen, einem Hinterrahmen und einem Knickgelenk, wobei ein Antrieb der Räder
elektromotorisch erfolgt.
Die Erfindung wird vorzugsweise für Traktoren mit einem Gewicht von mehr als 15 Tonnen mit Leistungen von mehr als 600 PS angewendet.
Landwirtschaftliche Zugfahrzeuge mit hoher Leistung sind Schleppfahrzeuge ohne unmittelbare Beladung und müssen regelmäßig ein hohes Gewicht aufweisen, um zur Erzielung einer hohen Zugkraft die erforderliche Kraft auf den Boden zu übertragen. Hohe Zugkräfte sind bei landwirtschaftlichen
Zugfahrzeugen, insbesondere beim Einsatz von zu schleppenden Großgeräten erforderlich. Der Einsatz von Großgeräten ist insbesondere zur ökonomischen Bewirtschaftung großer Felder erforderlich. Zur Erzielung dieser erforderlichen hohen Zugkraft ist ein sehr leistungsstarker Antriebsmotor mit einer
Motorleistung von vorzugsweise mehr als 600 PS erforderlich. Diese hohen Motorleistungen sind mit den mechanischen Getrieben im Stand der Technik nicht dauerhaltbar übertragbar.
Bei einer Verwendung von so genannten hydrodynamischen oder hydrostatischen Getrieben ist ein Aufbau des Zugfahrzeugs verkompliziert, ein Bauraumbedarf des Antriebs vergrößert und ein Wirkungsgrad des Antriebs verringert.
Bei einer Vielzahl von Feldern bestehen häufig hohe ökologische Anforderungen, insbesondere sollen beim Befahren derartiger Böden zur Bodenschonung lediglich geringe Flächenkräfte auf den Boden einwirken. Zur Einhaltung geringer
Bodendrücke beim Einsatz von landwirtschaftlichen Zugfahrzeugen mit hohem Gewicht sind im Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt. Beispielsweise sind leistungsstarke, schwere mit Verbrennungsmotoren angetriebene Traktoren mit Gleisbändern bekannt, die zwar hohe Gewichte, aber durch die Größe der Aufstellfläche der Gleisbänder auf ebenen Böden einen geringen Kontaktflächendruck aufweisen sollen.
Nachteilig ist dabei, dass Traktoren mit Gleisbändern die Last über Laufrollen auf dem Boden abstützen und dabei unter den Laufrollen sehr hohe Kontaktdrücke verursachen. Des Weiteren ist dabei nachteilig, dass derartige Traktoren mit Gleisbändern regelmäßig Breiten zwischen 3 m und 4 m aufweisen und dadurch in Deutschland zur Teilnahme am Straßenverkehr jeweils einer
Ausnahmegenehmigung für Breiten über 2,55 m bedürfen. Weiterhin wird durch die Fahrwerkskonstruktion der Fahrkomfort stark eingeschränkt, so dass
Fahrgeschwindigkeiten von maximal 30 km/h den Straßenverkehr erheblich beeinträchtigen.
Bei leistungsstarken, schweren Traktoren ist weiterhin die Anordnung von Breitreifen oder von Zwillingsreifen bekannt, die ebenfalls eine Reduzierung des Kontaktdrucks bewirken sollen.
Nachteilig ist dabei ebenfalls, dass diese Traktoren regelmäßig Breiten von über 2,55 m aufweisen und dadurch zur Teilnahme am Straßenverkehr jeweils einer Ausnahmegenehmigung für Breiten bedürfen. Bei temporär zu verwendenden Zwillingsreifen, die lediglich auf dem Feld verwendet werden sollen, ist nachteilig, dass eine Montage der Zwillingsräder nur unter erheblichem zeitlichem und technischem Aufwand möglich ist und so jeder Wechsel zusätzliche Kosten verursacht.
Des Weiteren ist auch bei derartigen Traktoren nachteilig, dass diese nur für sehr ebene Felder bodenschonend einsetzbar sind; beim Befahren von Böden, die nicht eben sind, werden partiell sehr hohe Bodendrücke verursacht. Insbesondere wird der Boden beim Überfahren von Kuppen unter den inneren Rädern und beim Durchfahren von Senken unter den äußeren Rädern jeweils hohen Drücken ausgesetzt. Bei der Verwendung von Zwillingsrädern wird der Reifendruck regelmäßig um den Faktor 1,75 erhöht, um der Verminderung der Bodenbelastung und des Schlupfes entgegenzuwirken. Weiterhin wird auf nachgiebigem
Ackerboden bei breiten Reifen und bei Zwillingsreifen ein höherer Fahr- bzw. Rollwiderstand wirksam.
Im Stand der Technik sind darüber hinaus leistungsstarke, schwere,
allradgetriebene und mit Verbrennungsmotoren angetriebene landwirtschaftliche Zugmaschinen mit luftbereiften Rädern mit großen Durchmessern und mit Rahmenknicklenkung bekannt. Dabei ist an Vorderrahmen und Hinterrahmen jeweils eine angetriebene Achse mit je zwei Rädern angeordnet. Die großen Räder weisen zumindest bei geringem Reifenluftdruck eine jeweils große
Aufstandsfläche auf und ermöglichen dadurch die Einhaltung eines geringen Kontaktflächendruckes .
Nachteilig ist dabei, dass in Folge des zur Bodenschonung erforderlichen geringen Reifenluftdruckes von weniger als 1,0 bar, insbesondere bei Radlasten mehr als 2500 kg ein Schlupf zwischen Felgen und Reifen zu verzeichnen ist, der nicht nur die Übertragung hoher Leistungen unmöglich macht, sondern darüber hinaus eine Schädigung der auf den Felgen rutschenden Reifen zur Folge hat und bis zur Einstellung der Betriebsbereitschaft des Traktors oder zur Zerstörung des Reifens führen kann. Dabei ist besonders nachteilig, dass für derartige Traktoren mit Gewichten von mehr als 18.000 kg, die zur Erzielung ausreichender Zugkräfte erforderlich sind, Ausnahmegenehmigungen für die Straßenbenutzung wegen Überschreitung zulässiger Achsenlasten notwendig sind.
Des Weiteren ist bei derartigen Zugmaschinen das Verhältnis zwischen Zugkraft und Fahrzeuggewicht der so genannte geringe Triebkraftbeiwert in einem Bereich von etwa zwischen 0,50 und 0,65 unzureichend. Des Weiteren können sich Achslasten unter Zugbelastung in Abhängigkeit von der Art der Anhängung ungünstig verändern. Nachteilig bei den bekannten leistungsstarken, schweren, allradgetriebenen, landwirtschaftlichen Zugmaschinen mit luftbereiften Rädern ist außerdem der aus dem geringen Triebkraftbeiwert und dem hohen Schlupf resultierende hohe Kraftstoffverbrauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine landwirtschaftliche leistungsstarke Zugmaschine anzugeben, die eine gute Traktion und einen geringen Kraftstoffverbrauch aufweist, kostengünstig herstellbar ist und die einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungs gemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungs gemäße landwirtschaftliche Zugmaschine weist eine
Rahmenknicklenkung mit einem Vorderrahmen, einem Hinterrahmen und einem zwischen diesem angeordneten Knickgelenk auf, wobei jeweils vier Räder an Vorderrahmen und Hinterrahmen angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Generator in Form eines seriellen
Hybridantriebs gekoppelt und eine Mehrzahl von mit dem Generator elektrisch verbundenen Elektromotoren treibt die einzelnen Räder an. Dadurch ist vorteilhafterweise kein mechanischer und/oder hydraulischer Antriebsstrang in der Zugmaschine erforderlich. Daraus resultieren eine verringerte Anzahl von bewegten Bauteilen und ein reduzierter Verschleiß.
Der elektrische Antrieb der Zugmaschine ist insbesondere bei Kälte vorteilhaft, da Wirkungsgradverschlechterungen und reduzierte Schmiermittelzufuhr im
Antriebsstrang, welche in einem herkömmlichen mechanischen und/oder hydraulischen Antriebsstrang durch die Viskositätsveränderung des
Schmiermittels auftreten, sicher vermieden sind. Durch die direkte Kopplung der Verbrennungskraftmaschine, wobei als
Verbrennungskraftmaschine jede herkömmliche Verbrennungskraftmaschine großer Motorleistung, also insbesondere Dieselmotoren oder Gasturbinen, einsetzbar sind, mit dem Generator sind eine sehr hohe Motorleistung und daraus resultierend hohe Zugkräfte durch die Zugmaschine umsetzbar und übertragbar. Insbesondere sind Motorleistungen von mehr als 600 PS sicher und dauerhaltbar übertragbar.
Durch die Kopplung der Verbrennungskraftmaschine mit dem Generator ist ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in einem verbrauchsoptimierten
Drehzahlbereich ermöglicht, wodurch Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission reduziert werden.
Durch die Anordnung jeweils einer Hauptachse am Vorderrahmen und am Hinterrahmen, wobei an jedem Ende jeder Hauptachse jeweils ein um die
Hauptachse schwenkbares, zweiarmiges Pendel angeordnet ist, an dessen Enden jeweils ein einzelnes, elektromotorisch abgetriebenes Rad mittels einer Radachse angeordnet ist, wobei jeweils eine Hauptachse mit zwei Pendeln und vier Rädern ein Tandempendel bildet, wobei jedes zweiarmige Pendel gegenüber dem korrespondierenden Pendel der gleichen Hauptachse unabhängig um die
Hauptachse schwenkbar ist und jeweils vier der acht Räder an jeder Seite der Zugmaschine in Fahrtrichtung in einer Spur hintereinander angeordnet sind, wobei jeweils zwei an einer Hauptachse angeordnete Pendel um die Hauptachse gegeneinander verdrehbar sind, wobei das Knickgelenk jeweils ein Ende des Vorderrahmens mit einem Ende des Hinterrahmens wenigstens mittelbar verbindet, gelingt es, eine Zugmaschine anzugeben, welche bei einer Breite von weniger als 2,55 m und einer Radlast von weniger als 2500 kg sowohl am öffentlichen Straßenverkehr teilnehmen kann, als auch beim Einsatz auf nichtebenen Feldern bodenschonend einsetzbar ist und Triebkraftbeiwerte bis 0,80 ermöglicht. Insbesondere ist durch die Anordnung von jeweils zwei
gegeneinander verdrehbaren Pendeln an jeweils dem Vorderrahmen und dem Hinterrahmen sichergestellt, dass unabhängig von der Oberfläche des Feldes und unabhängig von Auslenkungen einzelner Räder die Last eines einzelnen Rades auf dem Boden stets konstant ist. Dadurch werden Spitzenbelastungen beim
Durchfahren von Senken oder Hohlen vermieden. Des weiteren ist vorteilhaft, dass durch die Anordnung von jeweils vier Rädern in einer Spur hintereinander lediglich durch das erste, nämlich das vordere Rad, ein relativ hoher Anteil der Motorleistung zur Bereitung der Spur aufgewendet werden muss, während durch die drei nachfolgenden Räder die Motorleistung fast vollständig in Vortrieb bzw. Zugkraft umgewandelt werden kann. Diese unterschiedliche Verteilung der Antriebsleistung zwischen den einzelnen Rädern der Zugmaschine ist mittels separat Steuer- und/oder regelbarer Elektromotoren auf besonders einfache Weise realisierbar.
Die Erfindung ermöglicht eine allradgetriebene, landwirtschaftliche Zugmaschine, die einerseits bei hohem Gewicht, insbesondere bei einem Gewicht von maximal 32 t am Straßenverkehr teilnehmen kann und bei einem Gewicht von maximal 44 t mit an einer Anhängekupplung montierten landwirtschaftlichen Geräten auf dem Feld eingesetzt werden kann. Dabei ist einerseits der Einsatz einer hohen Leistung von insbesondere mehr als 600 PS auf dem Feld möglich, wobei auch bei geringen Reifenluftdrücken zwischen 0,60 bis 0,80 bar und bei Radlasten von jeweils nicht mehr als 2500 kg mit üblichen Reifengrößen bei einem geringen Schlupf zwischen Reifen und Felgen und einen Triebkraftbeiwert bis 80 % möglich ist. Andererseits ist mit einer Fahrzeugbreite von nicht mehr als 2,55 m sowie einer Fahrgeschwindigkeit bis 60 km/h eine Teilnahme am öffentlichen Straßenverkehr möglich.
Außerdem ist vorteilhaft, dass durch die Anordnung von acht Rädern die
Radlasten und somit auch die übertragenen Kräfte jeweils niedrig gehalten werden können, wobei die zu übertragenden Kräfte durch die separate Steuerung und/oder Regelung der Elektromotoren einfach anpassbar sind und somit der Schlupf zwischen jeweils einem Rad und der zugehörigen Felge sehr gering ist, so dass es möglich ist, den Reifendruck auf etwa 0,6 bar gegenüber bei herkömmlichen Zugmaschinen üblicherweise 1,2 bar bis 1,6 bar zu reduzieren. Dadurch gelingt eine wirkungsvolle Reduzierung des maximalen Kontaktdruckes unter einem einzelnen Rad zur Bodenschonung und zur Schlupfminderung.
Des Weiteren ist vorteilhaft, dass durch die Anordnung der als Tandem- Pendel bezeichneten Konstruktion zweier gegeneinander verdrehbarer Pendel die Anordnung einer Federung nicht erforderlich ist. Durch die ausgleichende Eigenschaft ergeben sich sehr komfortable Fahreigenschaften, insbesondere weisen die erfindungsgemäßen Zugmaschinen nicht die Springeffekte
herkömmlicher luftbereifter Zugmaschinen mit insgesamt vier Rädern auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist jedes einzelne Rad mit einem separaten Elektromotor antreibbar, wobei ein solcher Elektromotor vorzugsweise als Radnabenmotor ausgebildet ist. Dadurch ist ein elektrischer Radantrieb auf einfache und effiziente Weise mit einer besonders geringen Anzahl an bewegten Teilen und insbesondere ohne Differential realisierbar. Durch die Anordnung jeweils eines Radnabenmotors in einem jeden Rad ist ein herkömmlicher mechanischer und/oder hydraulischer Antriebsstrang vollständig ersetzt, wodurch beispielsweise die Anzahl von bewegten Teilen um 50% gegenüber
herkömmlichen gattungsgemäßen Zugmaschinen reduziert ist.
Besonders vorteilhaft ist, dass ein Bauraumbedarf des Radnabenmotors derart minimiert ist, dass beispielsweise eine Reifendruckregelvorrichtung besonders einfach in die Zugmaschine implantierbar ist. Bei herkömmlichen mittels eines Verbrennungsmotors angetriebenen Zugmaschinen ist die Radachse eines Rades und der daran angeordnete Radantrieb an einer zur Zugmaschine weisenden Innenseite des Rades montiert, wodurch ein Druckschlauch einer Reifendruckregelvorrichtung an einer Außenseite des Rades angeordnet werden muss. An dieser Außenseite des Rades ist der Druckschlauch schutzlos der Umwelt und beispielsweise daraus resultierenden Beschädigungen und/oder Zerstörungen ausgesetzt. Der Radnabenmotor ist bei der erfindungs gemäßen Zugmaschine innerhalb des Rades angeordnet, wodurch der Druckschlauch der Reifendruckregelvorrichtung an der Innenseite des Rades angeordnet werden kann und somit wirkungsvoll vor mechanischen Umwelteinflüssen und somit vor Beschädigungen und/oder Zerstörungen geschützt ist.
Eine Anordnung der Reifendruckregelvorrichtung an der Innenseite des Rades ist auch bei herkömmlichen Zugmaschinen mit einem hohen technischen Aufwand möglich, welcher die Achskonstruktion verkompliziert und die Produktionskosten erhöht.
Durch die separate Steuerung und/oder Regelung der einzelnen Radnabenmotoren ist zweckmäßigerweise ein Durchdrehen einzelner Räder vermeidbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die beiden am jeweiligen zweiarmigen Pendel gemeinsam angeordneten Räder mit einem Elektromotor antreibbar, wodurch die Anzahl der für die Zugmaschine benötigten Elektromotoren im Vergleich zur Verwendung von Radnabenmotoren auf vier verringert wird.
In einer alternativen Ausführungsform sind die vier am jeweiligen Tandempendel jeweils einer der Hauptachsen angeordneten Räder mit einem Elektromotor antreibbar, wobei zwischen zwei Pendeln jeweils einer der Hauptachsen ein Differentialgetriebe mit einer zuschaltbaren Differentialsperre angeordnet ist. Vorteilhaft ist dabei, dass sowohl bei üblichen Einsatzbedingungen das Zugfahrzeug einem geringen Verschleiß unterliegt als auch dass bei großem Schlupf zwischen Zugfahrzeug und Boden durch die zuschaltbare Differentialsperre eine Vergrößerung des Triebkraftbeiwertes ermöglicht ist.
Besonders vorteilhaft sind sämtliche in der Zugmaschine angeordnete Elektromotoren separat Steuer- und/oder regelbar. Dadurch ist zweckmäßigerweise ein Durchdrehen einzelner Räder und/oder aus mehreren Rädern gebildete
Radgruppen vermeidbar. Bei einer in einer weiteren Ausführungsform vorgesehenen Anordnung der Anhängekupplungen für landwirtschaftliche Geräte, insbesondere Zugpendel und Drei-Punkt- Anhängung, sowie der Anhängerkupplung für Anhänger vertikal drehbar im Bereich des Mittelpunktes zwischen den vier Rädern des
Hinterrahmens ist vorteilhaft, dass auch bei Lenkkorrekturen der Zugmaschine insbesondere aufgesattelte landwirtschaftliche Maschinen und Anhänger im Bereich der Anhängerkupplung während des Arbeitsprozesses keinen bzw. relativ geringen Impulsen und Kräften quer zur Fahrtrichtung ausgesetzt werden.
Weiterhin werden die Anhängerkupplungen wegen des möglichen Kraftwechsels gedämpft bzw. entsprechend der Lenkbewegung zwangsgeführt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist an oder in dem Hinterrahmen eine elektrische Koppeleinheit zur Versorgung eines elektrischen Antriebs zumindest eines Anbaugeräts mit elektrischer Energie angeordnet. Somit ist der elektrische Antrieb des an die Zugmaschine gekoppelten Anbaugeräts auf einfache Art und Weise mit von der Zugmaschine erzeugter elektrischer Energie versorgbar.
Es ist möglich, alle Ausgestaltungen dieser Erfindung mit allen Ausgestaltungen der WO 2005/100133 AI, deren Inhalt ausdrücklich und vollumfänglich durch Verweis hierin aufgenommen wird, in gewinnbringender Weise zu kombinieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von
Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
Figur 1 schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer
Zugmaschine mit Radnabenmotoren,
Figur 2 schematisch eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Zugmaschine mit vier Elektromotoren und Figur 3 schematisch eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer Zugmaschine mit zwei Elektromotoren
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch die Draufsicht einer landwirtschaftlichen
Zugmaschine 1 mit einem Vorderrahmen 2 und einem Hinterrahmen 3, wobei das Knickgelenk 4 jeweils ein Ende des Vorderrahmens 2 mit einem Ende des Hinterrahmens 3 wenigstens mittelbar verbindet.
Im, am und/oder auf dem Vorderrahmen 2 ist eine herkömmliche Verbrennungskraftmaschine 9 angeordnet, welche mit einem herkömmlichen Generator 10 in Form eines seriellen Hybridantriebs gekoppelt ist und wobei eine Mehrzahl von mit dem Generator 10 elektrisch verbundenen Elektromotoren 8 die einzelnen Räder 7 antreibt.
Die von der Verbrennungskraftmaschine 9 erzeugte mechanische Energie wird vom Generator 10 in elektrische Energie umgewandelt. Mit der erzeugten elektrischen Energie werden die Elektromotoren 8 als unmittelbare Antriebe für die Räder 7 versorgt, wodurch die Kraftübertragung sehr einfach elektronisch steuerbar ist.
Die Verbrennungskraftmaschine 9 ist als Dieselmotor oder als Gasturbine vorzugsweise mit einer Leistung von mehr als 600 PS ausgebildet.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist jedes einzelne Rad 7 mit einem separaten Elektromotor 8, welcher als Radnabenmotor ausgebildet ist, antreibbar. Dadurch ist ein elektrischer Radantrieb auf einfache und effiziente Weise mit einer besonders geringen Anzahl an bewegten Teilen und insbesondere ohne Differential realisierbar. Durch die Anordnung jeweils eines Radnabenmotors in einem jeden Rad 7 ist ein herkömmlicher mechanischer und/oder hydraulischer Antriebsstrang vollständig ersetzt, wodurch die Anzahl von bewegten Teilen um 50% reduziert ist.
Besonders vorteilhafterweise ist ein Bauraumbedarf des Radnabenmotors derart minimiert, dass eine Reifendruckregelvorrichtung besonders einfach in die Zugmaschine 1 implantierbar ist. Der Radnabenmotor hingegen ist innerhalb des Rades 7 angeordnet, wodurch der Druckschlauch der Reifendruckregelvorrichtung an der Innenseite des Rades 7 angeordnet werden kann und somit wirkungsvoll vor mechanischen Umwelteinflüssen und somit vor Beschädigungen und/oder Zerstörungen geschützt ist. Dies ist besonders vorteilhaft gegenüber herkömmlich mittels eines Verbrennungsmotors angetriebenen Zugmaschinen, bei denen die Radachse eines Rades 7 und der daran angeordnete Radantrieb an einer zur Zugmaschine 1 weisenden Innenseite des Rades 7 montiert sind, wobei ein Druckschlauch der Reifendruckregelvorrichtung an einer Radaußenseite angeordnet werden muss, wodurch dieser Druckschlauch schutzlos den Umwelteinflüssen und beispielsweise daraus resultierenden Beschädigungen und/oder Zerstörungen ausgesetzt ist.
Eine Anordnung der Reifendruckregelvorrichtung an der Innenseite des Rades ist auch bei herkömmlich mittels Verbrennungsmotors angetriebenen Zugmaschinen mit einem hohen technischen Aufwand möglich, welcher die Achskonstruktion verkompliziert und die Produktionskosten erhöht.
Die Elektromotoren 8 sind auf herkömmliche Art und Weise sehr einfach elektronisch Steuer- und/oder regelbar. Durch die separate Steuerung und/oder Regelung der einzelnen Elektromotoren 8 ist zweckmäßigerweise ein
Durchdrehen einzelner Räder 7 vermeidbar.
Sowohl am Vorderrahmen 2 als auch Hinterrahmen 3 ist jeweils eine Hauptachse 5 angeordnet, wobei an jedem Ende jeder Hauptachse 5 ein um die
Hauptachse 5 schwenkbares, zweiarmiges Pendel 6 angeordnet ist, an dessen Enden jeweils ein einzelnes Rad 7 mittels einer Radachse angeordnet ist, wobei jeweils eine Hauptachse 5 mit zwei Pendeln 6 und vier Rädern 7 ein Tandempendel bildet. Jedes zweiarmige Pendel 6 ist gegenüber dem korrespondierenden Pendel 6 der gleichen Hauptachse 5 unabhängig um die Hauptachse 5
schwenkbar. Jeweils zwei an einer Hauptachse 5 angeordnete Pendel 6 sind um die Hauptachse 5 gegeneinander verdrehbar. An jedem vorderen und hinteren Ende des Pendels 6 ist jeweils ein Rad 7 mit einem Elektromotor 8 angeordnet. Die Radachsen aller Räder 7 sowie die Hauptachse 4 eines jeden Teilrahmens 2 und 3 verlaufen zueinander parallel. Die jeweils vier Räder 7 an jeder Seite der Zugmaschine 1 sind in Fahrtrichtung in einer Spur hintereinander angeordnet.
Alle vier Räder 7 eines Teilrahmens 1 und 2 stehen jederzeit mit jeweils der gleichen Aufstandskraft auf dem Boden; eine Federung ist wegen des geringen Luftdrucks in den Rädern 7 und der Konstruktion der Tandemachse nicht erforderlich. Die Wirkungsweise des hier dargestellten Knickgelenks 4 ist ausführlich in der WO 2005/100133 AI dargestellt und beschrieben.
Im Bereich des Mittelpunktes zwischen den vier Rädern 7 des Hinterrahmens 3 ist eine herkömmliche Anhängekupplung 11 für landwirtschaftliche Geräte und Anhänger vertikal drehbar angeordnet.
An oder im Hinterrahmen 3 ist eine elektrische Koppeleinheit 12 zur Versorgung eines elektrischen Antriebs zumindest eines Anbaugeräts mit elektrischer Energie angeordnet, wobei diese elektrische Energie vom mit der Verbrennungskraftmaschine 9 gekoppelten Generator 10 erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine hohe zusätzliche Ballast im Bereich des hinteren Tandempendels der Zugmaschine 1 entfernbar angeordnet, wobei der Ballast zur effektiven Zugkraftübertragung die Zugmaschine 1 belastet und im Austausch für technologisch bedingte Nutzmassen, insbesondere für zu transportierende Güter oder für aufzunehmende Arbeitsgeräte und -aggregate entfernbar ist. Figur 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Zugmaschine 1 mit vier Elektromotoren 8.
In dieser zweiten Ausführungsform sind die beiden am jeweiligen zweiarmigen Pendel 6 gemeinsam angeordneten Räder 7 mit einem Elektromotor 8 antreibbar. Dadurch ist der Radantrieb auf einfache und effiziente Weise mit einer geringen Anzahl an bewegten Teilen und insbesondere ohne Differential realisierbar.
Die Anordnung eines Differentials zwischen den beiden am jeweiligen zweiarmigen Pendel 6 gemeinsam angeordneten und mit einem Elektromotor 8 angetriebenen Rädern 7 ist nicht notwendig, da beide Räder 7 auch bei einer Kurvenfahrt in nahezu einer Spur hintereinander laufen und sich somit keine Drehzahlunterschiede zwischen den Rädern 7 durch unterschiedliche
Kurvenradien ergeben. Die Räder 7 des korrespondierenden Pendels 6 der gleichen Hauptachse 5 durchlaufen einen unterschiedlichen Kurvenradius, wobei die daraus resultierenden Drehzahlunterschiede durch die separate Steuerung und/oder Regelung der einzelnen Elektromotoren 8 kompensiert werden.
Die Elektromotoren 8 sind auf herkömmliche Art und Weise sehr einfach elektronisch Steuer- und/oder regelbar. Durch die separate Steuerung und/oder Regelung der einzelnen Elektromotoren 8 ist zweckmäßigerweise ein
Durchdrehen einzelner Räder 7 vermeidbar.
Figur 3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Zugmaschine 1 mit zwei Elektromotoren 8.
In dieser dritten Ausführungsform sind die vier am jeweiligen Tandempendel jeweils einer der Hauptachsen 5 angeordneten Räder 7 mit einem Elektromotor 8 antreibbar. Dabei ist zwischen zwei Pendeln 6 für jeweils eine der Hauptachsen 5 ein Differentialgetriebe 13 mit einer zuschaltbaren Differentialsperre angeordnet. Vorteilhaft ist dabei, dass sowohl bei üblichen Einsatzbedingungen das Zugfahrzeug 1 einem geringen Verschleiß unterliegt als auch dass bei großem Schlupf zwischen Zugfahrzeug 1 und Boden durch die zuschaltbare
Differentialsperre eine Vergrößerung des Triebkraftbeiwertes ermöglicht ist.
Die Elektromotoren 8 sind auf herkömmliche Art und Weise sehr einfach elektronisch separat Steuer- und/oder regelbar.
BEZUGS ZEICHENLISTE
Zugmaschine
Vorderrahmen
Hinterrahmen
Knickgelenk
Hauptachse
Pendel
Rad
Elektromotor
Verbrennungskraftmaschine
Generator
Anhängekupplung
Koppeleinheit
Differentialgetriebe

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Allradgetriebene, landwirtschaftliche Zugmaschine (1) mit luftbereiften
Rädern (7) und Rahmenknicklenkung, mit einem Vorderrahmen (2), einem Hinterrahmen (3) und einem zwischen diesen angeordneten Knickgelenk (4), wobei jeweils vier Räder (7) an Vorderrahmen (2) und Hinterrahmen (3) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbrennungskraftmaschine (9) mit einem Generator (10) in Form eines seriellen Hybridantriebs gekoppelt ist und eine Mehrzahl von mit dem Generator (10) elektrisch verbundenen
Elektromotoren (8) die einzelnen Räder (7) antreibt.
2. Zugmaschine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass am Vorderrahmen (2) und am Hinterrahmen (3) jeweils eine Hauptachse (5) angeordnet ist, wobei an jedem Ende jeder Hauptachse (5) jeweils ein um die Hauptachse (5) schwenkbares, zweiarmiges Pendel (6) angeordnet ist, an dessen Enden jeweils ein einzelnes Rad (7) mittels einer Radachse angeordnet ist, wobei jeweils eine Hauptachse (5) mit zwei Pendeln (6) und vier Rädern (7) ein Tandempendel bildet, wobei jedes zweiarmige Pendel (6) gegenüber dem korrespondierenden Pendel (6) der gleichen Hauptachse (5) unabhängig um die Hauptachse (5) schwenkbar ist und jeweils vier der acht Räder (7) an jeder Seite der Zugmaschine (1) in Fahrtrichtung in einer Spur hintereinander angeordnet sind, wobei jeweils zwei an einer Hauptachse (5) angeordnete Pendel (6) um die Hauptachse (5) gegeneinander verdrehbar sind, wobei das Knickgelenk (4) jeweils ein Ende des Vorderrahmens (2) mit einem Ende des Hinterrahmens (3) wenigstens mittelbar verbindet.
3. Zugmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Rad (7) mit einem separaten Elektromotor (8) antreibbar ist.
4. Zugmaschine (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8) ein Radnabenmotor ist.
5. Zugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden am jeweiligen zweiarmigen
Pendel (6) gemeinsam angeordneten Räder (7) mit einem Elektromotor (8) antreibbar sind.
6. Zugmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die vier am jeweiligen Tandempendel jeweils einer der Hauptachsen (5) angeordneten Räder (7) mit einem Elektromotor (8) antreibbar sind.
7. Zugmaschine (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Pendeln (6) jeweils einer der Hauptachsen (5) ein Differentialgetriebe (13) mit einer zuschaltbaren
Differentialsperre angeordnet ist.
8. Zugmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche in der Zugmaschine (1) angeordneten Elektromotoren (8) separat Steuer- und/oder regelbar sind.
9. Zugmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Anhängekupplung (11) für
landwirtschaftliche Geräte und Anhänger vertikal drehbar im Bereich des Mittelpunktes zwischen den vier Rädern (7) des Hinterrahmens (3) angeordnet ist.
10. Zugmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass an oder im Hinterrahmen (3) eine elektrische Koppeleinheit (12) zur Versorgung eines elektrischen Antriebs zumindest eines Anbaugeräts mit elektrischer Energie angeordnet ist.
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