DE102015222003A1

DE102015222003A1 - Antriebseinheit, Arbeitsmaschine und Anbaugerät

Info

Publication number: DE102015222003A1
Application number: DE102015222003.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Klinger; Wolfgang Mauritz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1, 1‘) für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (27) oder für ein selbstfahrfähiges Anbaugerät (28) einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (27), umfassend einen Elektromotor (34) mit einem Motorgehäuse (3, 3‘). Die erfindungsgemäße Antriebseinheit (1, 1‘) zeichnet sich dadurch aus, dass das Motorgehäuse (3, 3‘) an seiner radialen Außenseite Formschlusselemente (4, 4‘) und/oder Kraftschlusselemente (5, 5‘) aufweist, mittels derer es formschlüssig und/oder kraftschlüssig an die Arbeitsmaschine (27) oder das Anbaugerät (28) koppelbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Arbeitsmaschine (27) sowie ein entsprechendes Anbaugerät (28).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 sowie ein selbstfahrfähiges Anbaugerät gemäß Oberbegriff von Anspruch 11.
Im Stand der Technik sind landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschinen sowie Anbaugeräte für derartige Arbeitsmaschinen bekannt. Typische Anbaugeräte sind etwa Bodenbearbeitungsmaschinen, Erntemaschinen oder Mähmaschinen. Ebenso sind auch sog. Triebachsenanhänger bekannt, welche einen oder mehrere über die Zapfwelle der Arbeitsmaschine mechanisch antreibbare Achsantriebe aufweisen. Der durch die Achsantriebe in Triebachsenanhängern erzeugte Vortrieb verbessert die Geländegängigkeit eines aus Arbeitsmaschine und Triebachsenanhänger bestehenden Gespanns deutlich gegenüber einem aus einer Arbeitsmaschine und einem geschleppten Anhänger bestehenden Gespann. Schließlich ist es bekannt, landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschinen mit hydraulischen Achsantrieben, hydraulischen Einzelradantrieben oder mit elektrischen Einzelradantrieben auszustatten, wobei sich hier insbesondere Vorteile hinsichtlich der räumlichen Trennung des Verbrennungsmotors von den Antriebsrädern und damit verbunden freiwerdender Bauraum in der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ergeben.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2013 001 175 A1 ein Zusatzgerät für eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einer Hydraulikpumpeneinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein Hydraulikfluid mit einem vorbestimmten Arbeitsdruck zu fördern. Weiterhin umfasst das Zusatzgerät eine Antriebseinheit, die mit der Hydraulikpumpeneinheit verbunden ist, um diese zur Bereitstellung des Arbeitsdrucks anzutreiben, sowie einen Hydraulikantrieb mit einem Antriebs-Fluideingang, der über eine Druckleitung mit einem Pumpen-Fluidausgang der Hydraulikpumpeneinheit verbunden ist, um dem Hydraulikantrieb unter Arbeitsdruck stehendes Hydraulikfluid zuzuführen. Bei dem Zusatzgerät kann es sich um ein Anbaugerät wie z.B. einen nichtselbstfahrfähigen Ladewagen oder einen Schwader handeln. Die Antriebseinheit kann entweder als Elektromotor oder als Nebenabtrieb der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ausgebildet sein.
Weiterhin ist der Anmelderin unter dem Namen „Rigitrac EWD120“ eine dieselelektrisch angetriebene landwirtschaftliche Arbeitsmaschine bekannt, die einen dieselgetriebenen Generator zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung sowie vier in die Radfelgen integrierte, als Radnabenantriebe ausgebildete, elektrische Einzelradanriebe umfasst. Die vom Generator erzeugte elektrische Leistung wird den Radnabenantrieben zur Verfügung gestellt. Durch die Einzelradanriebe wird eine individuelle Steuerung und Regelung der Antriebsräder ermöglicht.
Die bekannten landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschinen und Anbaugeräte sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass ihre elektrischen Einzelradantriebe – sofern sie überhaupt über diese verfügen – vergleichsweise schwer ausgebildet oder aufwändig und kostenintensiv herstellbar sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Antriebseinheit für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine oder für ein selbstfahrfähiges Anbaugerät einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Antriebseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine oder für ein selbstfahrfähiges Anbaugerät einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, umfassend einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse, wobei eine Motorwelle mindestens in einer Axialrichtung aus dem Motorgehäuse herausragt. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass das Motorgehäuse an seiner radialen Außenseite Formschlusselemente und/oder Kraftschlusselemente aufweist, mittels derer es formschlüssig und/oder kraftschlüssig an einen Fahrzeugrahmen der Arbeitsmaschine oder des Anbaugeräts koppelbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Funktionserweiterung des Motorgehäuses, insbesondere der radialen Außenseite des Motorgehäuses, als Kopplungsmittel zur Arbeitsmaschine oder zum Anbaugerät ergibt sich der Vorteil, dass auf üblicherweise benötigte, zusätzliche Komponenten zur Kopplung der Antriebseinheit an die Arbeitsmaschine oder das Anbaugerät verzichtet werden kann. Dies vereinfacht den Aufbau einer von der erfindungsgemäßen Antriebseinheit angetriebenen Arbeitsmaschine bzw. eines von der erfindungsgemäßen Antriebseinheit angetriebenen Anbaugeräts und reduziert gleichzeitig deren Gewicht sowie die Herstellungskosten.
Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die Spurbreite der Arbeitsmaschine bzw. des Anbaugeräts flexibel gewählt werden kann, lediglich der Einbauraum für die Elektromotoren bzw. Antriebseinheiten muss zur Verfügung gestellt werden. Außerdem ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass gegenüber den bekannten mechanisch angetriebenen Arbeitsmaschinen bzw. Anbaugeräten der Bauraum lateral zwischen den Rädern frei wird, was die Bodenfreiheit einer derartigen Arbeitsmaschine bzw. eines derartigen Anbaugeräts erhöht.
Unter dem Begriff „landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine“ wird im Sinne der Erfindung ein Traktor verstanden, der zur Feldarbeit bzw. Forstarbeit geeignet ist und eine Kopplung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Anbaugeräte ermöglicht, wobei die Kopplung auch eine Übertragbarkeit von mechanischer, hydraulischer bzw. elektrischer Leistung umfasst.
Unter dem Begriff „selbstfahrfähiges Anbaugerät“ wird im Sinne der Erfindung ein Anbaugerät für eine landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine verstanden, welches über einen eigenen Fahrantrieb verfügt und eine Kopplung mit der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ermöglicht, z.B. ein Mähbalken, Heuwender oder Ladewagen. Die Kopplung kann dabei auch eine Übertragbarkeit von mechanischer, hydraulischer bzw. elektrischer Leistung von der Arbeitsmaschine an das Anbaugerät bzw. vom Anbaugerät an die Arbeitsmaschine umfassen.
Eine formschlüssige Kopplung wird bevorzugt im Kraftverlauf positioniert, so dass nahezu ausschließlich Druckkräfte auf die formschlüssige Kopplung wirken. Dadurch können ein Material- und Bearbeitungsaufwand der Formschlusselemente gering gehalten werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor als Asynchronmotor ausgebildet ist. Asynchronmotoren weisen eine besonders hohe Effizienz auf und eignen sich zur Erzeugung sehr hoher Drehmomente, was insbesondere Anfahrvorgänge begünstigt. Somit eignen sie sich vorteilhaft zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Anbaugerät.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Motorgehäuse an einen Fahrzeugrahmen, ein Getriebegehäuse oder einen Motor-Getriebeflansch der Arbeitsmaschine oder des Anbaugeräts koppelbar ist. Sowohl der Fahrzeugrahmen als auch das Getriebegehäuse und der Motor-Getriebeflansch eignen sich vorteilhaft zur robusten und zuverlässigen Kopplung der Antriebseinheit an die Arbeitsmaschine oder an das Anbaugerät.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kraftschlusselemente Gewindebohrungen zur Aufnahme von Halteschrauben ausgebildet sind. Somit kann die erfindungsgemäße Antriebseinheit vorteilhaft mittels Halteschrauben am Fahrzeugrahmen befestigt werden bzw. mit diesem gekoppelt werden. Schrauben sind ein vielfach bewährtes, zuverlässiges und in unterschiedlichsten Ausführungsformen leicht beschaffbares Haltemittel.
Alternativ ist es bevorzugt, dass die Kraftschlusselemente zur Aufnahme von Haltenieten ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Formschlusselemente Formvorsprünge auf dem Motorgehäuse sind.
Diese eignen sich vorteilhaft zur Herstellung einer formschlüssigen Kopplung der Antriebseinheit insbesondere an den Fahrzeugrahmen, indem sie in entsprechende Gegenformschlusselemente am Fahrzeugrahmen eingreifen. Die Formschlusselemente bzw. die Gegenformschlusselemente können dazu beispielsweise als Passungen ausgebildet sein.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Formschlusselemente mit den Gegenformschlusselementen verschweißt werden.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Motorgehäuse sowohl Formschlusselemente als auch Kraftschlusselemente aufweist und die Antriebseinheit sowohl formschlüssig als auch kraftschlüssig an die Arbeitsmaschine oder das Anbaugerät koppelbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit ein Untersetzungsgetriebe umfasst, wobei eine Motorwelle des Elektromotors trieblich mit dem Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist. Dadurch kann ein vergleichsweise kleinbauender Elektromotor mit vergleichsweise hoher Drehzahl verwendet werden. Dies reduziert den benötigten Bauraum für die erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie das Gewicht der Antriebseinheit.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Untersetzungsgetriebe ein vergleichsweise hoch untersetzendes Untersetzungsgetriebe ist. Je höher die Übersetzung des Untersetzungsgetriebes ist, desto hochdrehender und verhältnismäßig kleinbauender kann der Elektromotor ausgebildet sein.
Ein bevorzugtes Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes beträgt 20 bis 40, insbesondere 35,84. Dies hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Untersetzungsgetriebe axial mit dem Motorgehäuse gekoppelt ist, so dass die Motorwelle des Elektromotors in das Untersetzungsgetriebe hinein ragt und dieses über eine triebliche Kopplung antreibt.
Schließlich ist es bevorzugt, dass das Untersetzungsgetriebe in ein Getriebegehäuse eingehaust ist. Dies schützt das Untersetzungsgetriebe gegen mechanische Beschädigungen und Verschmutzungen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Untersetzungsgetriebe als zweistufiges Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist. Somit kann der Drehzahlbereich des Elektromotors effizienter ausgenutzt werden.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Untersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist. Planetengetriebe kombinieren die Vorteile einer hohen Leistungsdichte mit nur geringem Bauraumbedarf. Weiterhin weisen Planetengetriebe eine koaxiale Leistungsverteilung auf, was auch eine optimale Bauraumausnutzung in einer Radfelge ermöglicht. Selbst eine vollständige Integration in die Radfelge ist möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Untersetzungsgetriebe als schrägverzahntes Planetengetriebe ausgebildet ist. Eine Schrägverzahnung bietet den Vorteil einer vergleichsweise nur geringen Geräuschentwicklung, insbesondere bei schnelllaufenden Getrieben, kombiniert mit dem Vorteil einer gleichmäßigen Kraftübertragung.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass bei einem zweistufigen Untersetzungsgetriebe ausschließlich die vergleichsweise schnelldrehende Planetenstufe schrägverzahnt ausgebildet ist. Die vergleichsweise langsamer drehende Planetenstufe ist hingegen bevorzugt geradverzahnt ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Motorgehäuse mindestens einen Hydraulikanschluss und/oder mindestens einen Pneumatikanschluss aufweist, wobei der mindestens eine Hydraulikanschluss und der mindestens eine Pneumatikanschluss an einem dem Untersetzungsgetriebe abgewandten Axialende des Motorgehäuses angeordnet sind. Somit sind die genannten Anschlüsse leicht zugänglich und besonders benutzerfreundlich bzw. servicefreundlich angeordnet. Der mindestens eine Pneumatikanschluss oder der mindestens eine Hydraulikanschluss können z.B. einer pneumatischen oder hydraulischen Bremsbetätigung zugeordnet sein. Ein oder mehrere weitere Hydraulikanschlüsse können z.B. einer Kühlung des Elektromotors bzw. einer Kühlung des Untersetzungsgetriebes zugeordnet sein.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Motorgehäuse ein Entlüftungsventil aufweist, durch welches z.B. bei einem Einfüllen von Schmieröl in das Motorgehäuse im Motorgehäuse vorhandenes Atmosphärenvolumen verdrängt werden kann.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit weiterhin dazu ausgebildet ist, bei einem Bremsvorgang mittels des mindestens einen Elektromotors elektrische Leistung zu rekuperieren. Somit wird der mindestens eine Elektromotor bei einem Bremsvorgang also im Generatorbetrieb betrieben. Dies ermöglicht das Zurückgewinnen von elektrischer Leistung durch die Umwandlung von mechanischer Leistung. Die solcherart zurückgewonnene elektrische Leistung kann z.B. in einen hierfür vorgesehenen Energiespeicher eingespeist werden, um später bei Bedarf wieder zum Betrieb des mindestens einen Elektromotors herangezogen werden. Dies verbessert die Effizienz der Antriebseinheit. Außerdem ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass ein Bremsvorgang mittels des mindestens einen Elektromotors nahezu vollständig verschleißfrei erfolgt. Im Gegensatz zu einer mechanischen Reibbremse wird bei einem Bremsvorgang mittels des mindestens einen Elektromotors die Bremswirkung nämlich über eine elektromechanische – also verschleißfreie – Wechselwirkung des Rotors mit dem Stator des Elektromotors erzeugt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine. Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Arbeitsmaschine mindestens eine erfindungsgemäße Antriebseinheit aufweist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit beschriebenen Vorteile auch für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine vier Räder, von denen mindestens zwei mittels jeweils einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit antreibbar sind, umfasst. Insbesondere bevorzugt sind alle vier Räder mittels jeweils einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit antreibbar. Dies ermöglicht das Erzielen einer weitgehend optimalen Geländegängigkeit, da jedes Rad zum Vortrieb beitragen kann. Indem jedes Rad zudem über eine ausschließlich ihm individuell zugeordnete Antriebseinheit verfügt, können auch situationsabhängig unterschiedliche Antriebsmomente erzeugt werden. Dies verbessert wiederum das Schlupfverhalten der Räder und damit das Traktionsvermögen. Außerdem können sogar Lenkbewegungen der Arbeitsmaschine unterstützt werden. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die Spurbreite der Arbeitsmaschine flexibel gewählt werden kann, lediglich der Einbauraum für die Antriebseinheiten muss zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Motorgehäuse der mindestens einen Antriebseinheit formschlüssig und/oder kraftschlüssig an die Arbeitsmaschine gekoppelt ist. Damit kann die Antriebseinheit zuverlässig und gleichzeitig kostengünstig mit der Arbeitsmaschine zum Antreiben eines Rads der Arbeitsmaschine gekoppelt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit im Bereich einer Radlagerung eines Antriebsrads der Arbeitsmaschine an die Arbeitsmaschine gekoppelt ist. Je räumlich näher die Antriebseinheit an der Radlagerung angeordnet ist, desto geringer können die Auswirkungen von Biegekräften auf die Antriebseinheit gehalten werden. Dies wiederum ermöglicht eine weniger massive und damit weniger materialaufwändige und weniger teure Ausbildung der Antriebseinheit.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine weiterhin einen elektrischen Energiespeicher umfasst. Der elektrische Energiespeicher kann z.B. als elektrische Batterie ausgebildet sein, insbesondere als NiMH-Akkumulator oder LiPo-Akkumulator. Dieser elektrische Energiespeicher kann Energie zum Betrieb der mindestens einen Antriebseinheit speichern bzw. bedarfsweise an diese abgeben. Außerdem kann der elektrische Energiespeicher vorteilhaft durch Rekuperation des mindestens einen Elektromotors zurückgewonnene Energie speichern, was wiederum die Effizienz der Arbeitsmaschine verbessert und den Bedarf an extern zuzuführender Leistung insgesamt reduziert.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein selbstfahrfähiges Anbaugerät für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine. Das erfindungsgemäße Anbaugerät zeichnet sich dadurch aus, dass das Anbaugerät mindestens eine erfindungsgemäße Antriebseinheit aufweist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit beschriebenen Vorteile auch für das erfindungsgemäße Anbaugerät.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit zum Antreiben des Anbaugerät ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass das Anbaugerät einen eigenen Vortrieb erzeugen kann, was nicht nur die Geländegängigkeit eines Gespanns, bestehend aus einer mit dem erfindungsgemäßen Anbaugerät ausgerüsteten Arbeitsmaschine sowie der Arbeitsmaschine selbst, insbesondere bei einer Hangfahrt, verbessert, sondern zudem eine vergleichsweise weniger schwere Arbeitsmaschine erfordert, da diese vergleichsweise weniger Traktion bereitstellen muss. Durch das in diesem Fall vergleichsweise geringere Gewicht der Arbeitsmaschine ergibt sich wiederum eine vergleichsweise geringere Bodenverdichtung beim Arbeitseinsatz der Arbeitsmaschine. Außerdem ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Zuladung des Anbaugeräts, insbesondere eines Ladewagens, erhöht werden kann, ohne dass dabei ein zulässiges Gesamtgewicht des Gespanns überschritten wird. Somit kann das Gespann effizienter zu Transportzwecken genutzt werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Anbaugeräts gegenüber bekannten Anbaugeräten, welche über einen mittels der Zapfwelle der Arbeitsmaschine mechanisch antreibbaren Achsantrieb verfügen, ist der gegenüber dem mechanischen Antrieb höhere Wirkungsgrad des Elektromotors. Der höhere Wirkungsgrad ergibt sich insbesondere dadurch, dass auf Wellen, Übersetzungen und Verteilergetriebe zur Übertragung des Antriebsmoments zu weiten Teilen vorteilhaft verzichtet werden kann.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Anbaugerät ein Ladewagen ist. Da Ladewagen üblicherweise für Transportfahrten über mittlere bis lange Strecken verwendet werden, ergeben sich hier die bereits genannten Vorteile hinsichtlich der Geländegängigkeit des Gespanns, bestehend aus landwirtschaftlicher bzw. forstwirtschaftlicher Arbeitsmaschine und Ladewagen, sowie hinsichtlich des höheren Wirkungsgrad des Elektromotors in besonderem Maße. Ein weiterer sich ergebender Vorteil ist es, dass die maximal zulässige Zuladung des Ladewagens erhöht werden kann, ohne ein maximal zulässiges Gesamtgewicht inklusive Zuladung des Gespanns zu überschreiten. Wie bereits ausgeführt wurde, kann nämlich die landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine bei Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Anbaugerät vergleichsweise leichtgewichtiger ausgebildet sein, da die Vortriebstraktion nicht ausschließlich von der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine sondern zusätzlich vom Ladewagen erzeugt wird. Da weiterhin der Ladewagen insbesondere im beladenen Zustand eine vergleichsweise hohe Traktionsfähigkeit besitzt, kann also die landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine zugunsten höherer Zuladung des Ladewagens leichtgewichtiger ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Motorgehäuse der mindestens einen Antriebseinheit formschlüssig und/oder kraftschlüssig an das Anbaugerät gekoppelt ist. Damit kann die Antriebseinheit zuverlässig und gleichzeitig kostengünstig mit dem Anbaugerät zum Antreiben eines Rads des Anbaugeräts gekoppelt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit im Bereich einer Radlagerung eines Antriebsrads des Anbaugeräts an das Anbaugerät gekoppelt ist. Je räumlich näher die Antriebseinheit an der Radlagerung angeordnet ist, desto geringer können die Auswirkungen von Biegekräften auf die Antriebseinheit gehalten werden. Dies wiederum ermöglicht eine weniger massive und damit weniger materialaufwändige und weniger teure Ausbildung der Antriebseinheit.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Anbaugerät eine Vielzahl von antreibbaren Rädern umfasst, wobei jedem antreibbaren Rad jeweils ein Elektromotor trieblich zugeordnet ist. Mit jedem antreibbaren Rad des Anbaugeräts verbessert sich dessen Vortriebsfähigkeit und damit dessen Geländegängigkeit und Traktionsvermögen. Da die antreibbaren Räder jeweils von einer eigenen Antriebseinheit antreibbar sind, können zudem mechanische Verluste, welche z.B. durch ein Verteilergetriebe bzw. ein Differentialgetriebe entstehen würden, vermieden würden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Anbaugerät vier Räder, von denen mindestens zwei antreibbar sind, umfasst. Eine derartige Ausbildungsform eignet sich z.B. vorteilhaft für einen Ladewagen. Insbesondere bevorzugt sind alle vier Räder antreibbar. Dies ermöglicht das Erzielen einer weitgehend optimalen Geländegängigkeit, da jedes Rad zum Vortrieb beitragen kann. Indem jedes Rad zudem über eine ausschließlich ihm individuell zugeordnete Antriebseinheit verfügt, können auch situationsabhängig unterschiedliche Antriebsmomente erzeugt werden. Dies verbessert wiederum das Schlupfverhalten der Räder und damit das Traktionsvermögen. Außerdem können sogar Lenkbewegungen der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine unterstützt werden. Auch ein Wenden des Anbaugeräts auf der Stelle durch gegensinnige Drehbewegungen der Räder der unterschiedlichen Seiten ist in einem vom Zugfahrzeug abgekoppelten Zustand denkbar. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass die Spurbreite des Anbaugeräts flexibel gewählt werden kann, lediglich der Einbauraum Antriebseinheiten muss zur Verfügung gestellt werden. Schließlich ergibt sich noch der Vorteil, dass gegenüber den bekannten mechanisch angetriebenen Triebachsenanhängern der Bauraum lateral zwischen den Rädern frei wird, was die Bodenfreiheit eines erfindungsgemäßen Anbaugeräts, insbesondere Ladenwagens, erhöht.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Anbaugerät weiterhin einen elektrischen Energiespeicher umfasst. Der elektrische Energiespeicher kann z.B. als elektrische Batterie ausgebildet sein, insbesondere als NiMH-Akkumulator oder LiPo-Akkumulator. Dieser elektrische Energiespeicher kann Energie zum Betrieb der mindestens einen Antriebseinheit speichern bzw. bedarfsweise an diese abgeben. Außerdem kann der elektrische Energiespeicher vorteilhaft durch Rekuperation des mindestens einen Elektromotors zurückgewonnene Energie speichern, was wiederum die Effizienz des Anbaugeräts verbessert und den Bedarf an extern zuzuführender Leistung insgesamt reduziert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 beispielhaft zwei erfindungsgemäße Antriebseinheiten,
2 beispielhaft einen Schnitt durch eine Radfelge mit einem Reifen, welchen eine erfindungsgemäße Antriebseinheit zugeordnet ist,
3 beispielhaft einen weiteren Schnitt durch eine Radfelge mit einem Reifen, welchen eine erfindungsgemäße Antriebseinheit zugeordnet ist,
4 beispielhaft einen nochmals weiteren Schnitt durch eine Radfelge mit einem Reifen, welchen eine erfindungsgemäße Antriebseinheit zugeordnet ist,
5 schematisch und beispielhaft ein zweistufiges Untersetzungsgetriebe und
6 eine mögliche Ausführungsform eines Gespanns, umfassend eine erfindungsgemäße landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine und ein erfindungsgemäßes selbstfahrfähiges Anbaugerät.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1 zeigt beispielhaft zwei erfindungsgemäße Antriebseinheiten 1, 1‘ mit jeweils einem zweistufigen Untersetzungsgetriebe 2, 2‘. Motorgehäuse 3, 3‘ der Antriebseinheiten 1, 1‘ weisen an ihren radialen Außenseiten jeweils Formschlusselemente 4, 4‘ und Kraftschlusselemente 5, 5‘ auf, mittels derer sie formschlüssig und kraftschlüssig an einen nicht dargestellten Fahrzeugrahmen 10 einer nicht dargestellten Arbeitsmaschine oder eines nicht dargestellten Anbaugeräts koppelbar sind. Wie in 1 weiterhin zu sehen ist, sind die Antriebseinheiten 1, 1‘ jeweils einer Radfelge 6, 6‘ mit einem darauf angeordneten Reifen 7, 7‘ trieblich zugeordnet. Da die Antriebseinheiten 1, 1‘ bzw. die Radfelgen 6, 6‘ nicht durch eine starre Achse verbunden sind, kann die Spurweite 8 flexibel festgelegt werden. Des Weiteren weisen die Motorgehäuse 3, 3‘ jeweils elektrische Zuleitungen 9, 9‘ für Elektromotoren der Antriebseinheiten 1, 1‘ auf.
2 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch eine Radfelge 6 mit einem Reifen 7, welchen eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 zugeordnet ist. Wie in der 2 zu sehen ist, ist die Antriebseinheit 1 über Formschlusselemente 4 formschlüssig an einen Fahrzeugrahmen 10 gekoppelt. Der Fahrzeugrahmen 10 weist beispielsgemäß Gegenformschlusselemente 11 auf, welche mit den Formschlusselementen 4 Passungen bilden. Die von den Formschlusselementen 4 mit den Gegenformschlusselementen 11 erzeugte Kopplung ist dabei derart im Kraftverlauf positioniert, dass nahezu ausschließlich Druckkräfte auf die formschlüssige Kopplung wirken. Dadurch können ein Material- und Bearbeitungsaufwand für die Formschlusselemente 4 gering gehalten werden. Weiterhin zu sehen sind die elektrischen Zuleitungen 9 für den Elektromotor der Antriebseinheit 1 sowie ein Entlüftungsventil 12 für eine Entlüftung des Motorgehäuses 3 bei einer Befüllung des Motorgehäuses 3 mit Schmieröl.
3 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch eine Radfelge 6 mit einem Reifen 7, welchen eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 zugeordnet ist. Wie in der 3 zu sehen ist, ist die Antriebseinheit 1 über Kraftschlusselemente 5 kraftschlüssig an einen Fahrzeugrahmen 10 gekoppelt. Die kraftschlüssige Kopplung erfolgt beispielsgemäß über Halteschrauben 14 als Haltemittel 14. Die Kraftschlusselemente 5 sind dabei als Gewindebohrungen 5 ausgebildet. Der Fahrzeugrahmen 10 weist beispielsgemäß Gegenkraftschlusselemente (in der Darstellung der 3 nicht zu sehen) in Form von Bohrungen auf, durch welche die Halteschrauben 14 in die Gewindebohrungen 5 eingreifen. Ebenfalls in 3 zu sehen sind zwei Hydraulikanschlüsse 13 zum Zuführen eines Druckfluids für eine mechanische Reibbremse im Untersetzungsgetriebe, zum Zuführen eines Kühlfluids für den Elektromotor sowie zum Zuführen eines Kühlfluids für das Untersetzungsgetriebe 2.
4 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch eine Radfelge 6 mit einem Reifen 7, welchen eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 zugeordnet ist. Wie in der 4 zu sehen ist, ist die Antriebseinheit 1 über Formschlusselemente 4 und Kraftschlusselemente 5 formschlüssig und kraftschlüssig an einen Fahrzeugrahmen 10 gekoppelt. Die kraftschlüssige Kopplung erfolgt beispielsgemäß über Halteschrauben 14 als Haltemittel 14. Die Kraftschlusselemente 5 sind dabei als Gewindebohrungen 5 ausgebildet. Der Fahrzeugrahmen 10 weist beispielsgemäß Gegenkraftschlusselemente (in der Darstellung der 4 nicht zu sehen) in Form von Bohrungen sowie Gegenformschlusselemente 11 auf, wobei die Gegenformschlusselemente 11 mit den Formschlusselementen 4 Passungen bilden.
5 zeigt schematisch und beispielhaft ein zweistufiges Untersetzungsgetriebe 2 mit einem Elektromotor 34. Aus dem Motorgehäuse 3 des Elektromotors 34 ragt in einer Axialrichtung eine Motorwelle 25 heraus, welche trieblich mit einer ersten Untersetzungsstufe 16 des Untersetzungsgetriebes 2 gekoppelt ist. Die erste Untersetzungsstufe 16 umfasst beispielsgemäß ein Sonnenrad 17, vier Planetenräder 18 (von denen in der Darstellung der 5 nur zwei zu sehen sind) sowie ein Hohlrad 19 und ist schrägverzahnt. Die Schrägverzahnung führt dabei zu einer vergleichsweise geringeren Geräuschentwicklung und einer gleichmäßigeren Kraftübertragung. Über einen Steg 20 treibt die erste Untersetzungsstufe 16 eine zweite Untersetzungsstufe 21 an, welche aus einem Sonnenrad 22, drei Planetenrädern 23 (von denen in der Darstellung der 5 nur zwei zu sehen sind) sowie einem Hohlrad 24 besteht. Die zweite Untersetzungsstufe 21 ist beispielsgemäß geradverzahnt. Eine Schrägverzahnung der zweiten Untersetzungsstufe 21 ist aufgrund der gegenüber der ersten Untersetzungsstufe 16 deutlich reduzierten Drehzahl nicht notwendig.
6 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Gespanns 26, umfassend eine erfindungsgemäße landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine 27 und ein erfindungsgemäßes selbstfahrfähiges Anbaugerät 28 für die landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine 27. Bei der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 27 handelt es sich beispielsgemäß um eine dieselelektrisch angetriebene landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine 27 mit vier erfindungsgemäßen Antriebseinheiten 1. Die landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine 27 umfasst außerdem einen Dieselmotor 29, einen Generator 30 und einen elektrischen Energiespeicher 31. Über die Anhängerkupplung 32 ist die landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine 27 mit dem selbstfahrfähigen Anbaugerät 28 mechanisch gekoppelt. Das selbstfahrfähige Anbaugerät 28 ist beispielsgemäß als Ladewagen 28 ausgebildet, welcher ebenfalls vier erfindungsgemäßen Antriebseinheiten 1 umfasst. Über eine elektrische Schnittstelle 33 ist der Ladewagen 28 mit der elektrischen Schnittstelle 33‘ der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 27 zudem elektrisch gekoppelt. Die zum Betrieb der erfindungsgemäßen Antriebseinheiten 1 des Ladewagens 28 benötigte elektrische Leistung wird über die elektrischen Schnittstellen 33, 33‘ von der landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 27 an den Ladewagen 28 übertragen.
Bezugszeichenliste

1, 1‘: Antriebseinheit
2, 2‘: Untersetzungsgetriebe
3, 3‘: Motorgehäuse
4, 4‘: Formschlusselement
5, 5‘: Kraftschlusselement
6, 6‘: Radfelge
7, 7‘: Reifen
8: Spurweite
9, 9‘: elektrische Zuleitungen
10: Fahrzeugrahmen
11: Gegenformschlusselement
12: Pneumatikanschluss
13: Hydraulikanschluss
14: Halteschrauben
16: erste Untersetzungsstufe
17: Sonnenrad
18: Planetenrad
19: Hohlrad
20: Steg
21: zweite Untersetzungsstufe
22: Sonnenrad
23: Planetenrad
24: Hohlrad
25: Motorwelle
26: Gespann
27: landwirtschaftlichen bzw. forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine
28: selbstfahrfähiges Anbaugerät, Ladewagen
29: Dieselmotor
30: Generator
31: Energiespeicher
32: Anhängerkupplung
33, 33‘: elektrische Schnittstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013001175 A1 [0003]

Claims

Antriebseinheit (1, 1‘) für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (27) oder für ein selbstfahrfähiges Anbaugerät (28) einer landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (27), umfassend einen Elektromotor (34) mit einem Motorgehäuse (3, 3‘), dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (3, 3‘) an seiner radialen Außenseite Formschlusselemente (4, 4‘) und/oder Kraftschlusselemente (5, 5‘) aufweist, mittels derer es formschlüssig und/oder kraftschlüssig an die Arbeitsmaschine (27) oder das Anbaugerät (28) koppelbar ist.
Antriebseinheit (1, 1‘) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (3, 3‘) an einen Fahrzeugrahmen (10), ein Getriebegehäuse oder einen Motor-Getriebeflansch der Arbeitsmaschine (27) oder des Anbaugeräts (28) koppelbar ist.
Antriebseinheit (1, 1‘) nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftschlusselemente (5, 5‘) Gewindebohrungen (5, 5‘) zur Aufnahme von Halteschrauben (14) ausgebildet sind.
Antriebseinheit (1, 1‘) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (4, 4‘) Formvorsprünge (4, 4‘) auf dem Motorgehäuse (3, 3‘) sind.
Antriebseinheit (1, 1‘) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1, 1‘) ein Untersetzungsgetriebe (2, 2‘) umfasst, wobei eine Motorwelle (25) des Elektromotors (34) trieblich mit dem Untersetzungsgetriebe (2, 2‘) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (1, 1‘) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (2, 2‘) als zweistufiges Untersetzungsgetriebe (2, 2‘) ausgebildet ist.
Antriebseinheit (1, 1‘) nach mindestens einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (2, 2‘) als schrägverzahntes Planetengetriebe (2, 2‘) ausgebildet ist.
Antriebseinheit (1, 1‘) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (3, 3‘) mindestens einen Hydraulikanschluss (13) und/oder mindestens einen Pneumatikanschluss (12) aufweist, wobei der mindestens eine Hydraulikanschluss (13) und der mindestens eine Pneumatikanschluss (12) an einem dem Untersetzungsgetriebe (2, 2‘) abgewandten Axialende des Motorgehäuses (3, 3‘) angeordnet sind.
Landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (27), dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (27) mindestens eine Antriebseinheit (1, 1‘) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Arbeitsmaschine (27) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorgehäuse (3, 3‘) der mindestens einen Antriebseinheit (1, 1‘) formschlüssig und/oder kraftschlüssig an die Arbeitsmaschine (27) gekoppelt ist.
Arbeitsmaschine (27) nach mindestens einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1, 1‘) im Bereich einer Radlagerung eines Antriebsrads (6, 6‘, 7, 7‘) der Arbeitsmaschine (27) an die Arbeitsmaschine (27) gekoppelt ist.
Selbstfahrfähiges Anbaugerät (28) für eine landwirtschaftliche und/oder forstwirtschaftliche Arbeitsmaschine (27), dadurch gekennzeichnet, dass das Anbaugerät (28) mindestens eine Antriebseinheit (1, 1‘) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Anbaugerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorgehäuse der mindestens einen Antriebseinheit formschlüssig und/oder kraftschlüssig an das Anbaugerät gekoppelt ist.
Anbaugerät (28) nach mindestens einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1, 1‘) im Bereich einer Radlagerung eines Antriebsrads (6, 6‘, 7, 7‘) des Anbaugeräts (28) an das Anbaugerät (28) gekoppelt ist.