DE10303050A1

DE10303050A1 - Generatoreinheit für Traktoren und elektrisches Antriebssystem für Landmaschinen

Info

Publication number: DE10303050A1
Application number: DE10303050A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kropp; Andreas Roth; Wolfgang Adamek; Holger Jung
Original assignee: GKN Walterscheid GmbH
Current assignee: Walterscheid GmbH
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-01-25
Also published as: US7135785B2; GB2397563A; GB0401416D0; GB2397563B; ITMI20040029A1; US20040150228A1; DE10303050B4

Abstract

Generatoreinheit für Traktoren 1, umfassend ein Gehäuse 4, das drehfest an einem Bauteil des Traktors 1 befestigbar ist, eine Eingangswelle, die im Gehäuse 4 drehbar gelagert ist, die mit einer Zapfwelle 2 des Traktors 1 verbindbar ist, ein elektrischer Generator 6 mit einem Rotor, der antriebsmäßig mit der Eingangswelle verbunden und von dieser angetrieben ist, und mit einem Stator, der mit dem Gehäuse 6 verbunden ist, wobei der elektrische Generator 6 zum Antreiben von elektrischen Lasten des Traktors 1 oder eines landwirtschaftlichen Geräts dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Generatoreinheit für Traktoren und ein elektrisches Antriebssystem für Landmaschinen zum Antreiben von elektrischen Lasten landwirtschaftlicher Geräte, wie zum Beispiel Arbeitseinheiten für Streugeräte, Mähmaschinen, Feldspritzen oder Sprühgeräte.
Konventionell werden diese Art von Arbeitseinheiten mechanisch angetrieben. Handelt es sich um Anbaugeräte für einen Traktor oder um von einem Traktor gezogene landwirtschaftliche Geräte, sind die Arbeitseinheiten mittels eines mechanischen Antriebsstrangs mit einer Zapfwelle des Traktor verbunden, wobei die Zapfwelle vom Hauptantrieb, in der Regel ein Verbrennungsmotor, des Traktors angetrieben ist.
Bei selbstfahrenden landwirtschaftlichen Arbeitsgeräten werden die Arbeitseinheiten direkt vom Hauptantrieb angetrieben.
Ebenso sind hydraulische Antriebssysteme bekannt, bei denen der Hauptantrieb eine Hydropumpe antreibt, die als hydraulische Druckquelle dient. Über Hydraulikleitungen werden Hydro motoren angetrieben, die wiederum die Arbeitseinheiten antreiben.
Diese konventionellen Antriebssysteme weisen eine Vielzahl mechanischer Antriebskomponenten auf, die entsprechend der zu übertragenden Drehmomente zu dimensionieren sind. Dies führt zu groß bauenden Antriebssystemen mit hohen Gewichten. Die Montage der Antriebskomponenten gestaltet sich daher aufwendig.
Beim Antrieb von kleinen Lasten wurden bereits im Kraftfahrzeugbau elektrische Motoren zum Einsatz gebracht, die mit dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Diese Bordnetze weisen jedoch in der Regel lediglich eine Batterienennspannung von 12 Volt und eine Generatornennspannung von 14 Volt auf. Dies ist jedoch zum Antreiben von elektrischen Lasten von Antriebseinheiten landwirtschaftlicher Geräte nicht ausreichend, da die elektrischen Lasten zu hoch sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Generatoreinheit vorzuschlagen, mittels derer herkömmliche Traktoren oder Landmaschinen mit geringer Nennspannung des Bordnetzes umgerüstet werden können, um elektrische Lasten mit höheren Nennspannungen als die des Bordnetzes antreiben zu können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Generatoreinheit für Traktoren umfassend

– ein Gehäuse, das drehfest an einem Bauteil des Traktors befestigbar ist,
– eine Eingangswelle,
– die im Gehäuse drehbar gelagert ist,
– die mit einer Zapfwelle des Traktors verbindbar ist,
– ein elektrischer Generator mit einem Rotor, der antriebsmä ßig mit der Eingangswelle verbunden und von dieser angetrieben ist, und mit einem Stator, der mit dem Gehäuse verbunden ist,
– wobei der elektrische Generator zum Antreiben von elektrischen Lasten des Traktors oder eines landwirtschaftlichen Geräts dient,

Somit läßt sich jeder Traktor mit einer Zapfwelle und einem herkömmlichen Bordnetz derart umrüsten, daß elektrische Lasten mit einer von der Nennspannung des Bordnetzes abweichenden Nennspannung betrieben werden können. Gängige Bordnetze weisen 12 Volt oder 24 Volt auf. Bei 12 Volt-Bordnetzen beträgt die Batterienennspannung 12 Volt und die Generatornennspannung 14 Volt. Bei 24 Volt-Bordnetzen beträgt die Batterienennspannung 24 Volt und die Generatornennspannung 28 Volt.
Mit der erfindungsgemäßen Generatoreinheit läßt sich der Traktor auf ein zusätzliches Bordnetz mit höheren Nennspannungen umrüsten. In der Regel betragen die Nennspannungen ein Vielfaches eines 12-Volt-Bordnetzes. Somit kann z.B. ein 42 Volt-Bordnetz vorgesehen werden, bei dem die Batterienennspannung 36 Volt und die Generatornennspannung 42 Volt beträgt.
Es kann eine Ausgangswelle vorgesehen werden, die antriebsmäßig mit der Eingangswelle verbunden ist und die mit der Antriebswelle eines landwirtschaftlichen Geräts verbindbar ist.
Somit kann die Zapfwelle weiterhin zum mechanischen Antrieb einzelner Arbeitseinheiten dienen, da die Ausgangswelle über die Eingangswelle antriebsmäßig mit der Zapfwelle verbindbar ist.
Vorzugsweise sind die Eingangswelle und die Ausgangswelle einteilig ausgebildet.
Um standardisierte Antriebselemente, wie zum Beispiel Gelenkwellen, mit der Ausgangswelle verbinden zu können, weist diese an demjenigen Ende, mit dem es mit dem landwirtschaftlichen Gerät verbindbar ist, dasselbe Profil auf, wie die Zapfwelle des Traktors.
Um mit dem elektrischen Generator die geforderte elektrische Leistung zu erzielen, kann zwischen der Eingangswelle und dem Rotor des elektrischen Generators ein Getriebe vorgesehen sein.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Generatoreinheit für Landmaschinen umfassend

– ein Gehäuse, das drehfest an einem Bauteil der Landmaschine befestigbar ist,
– ein Hydromotor, der mit einer hydraulischen Druckquelle der Landmaschine verbindbar ist und von dieser angetrieben ist,
– ein elektrischer Generator mit einem Rotor, der antriebsmäßig mit dem Hydromotor verbunden und von diesem angetrieben ist, und mit einem Stator, der mit dem Gehäuse verbunden ist,
– wobei der elektrische Generator zum Antreiben von elektrischen Lasten der Landmaschine dient,

Hierdurch lassen sich beliebige Landmaschinen mit einer Hydraulikversorgung nachträglich mit einem Netz zur elektrischen Versorgung ausrüsten, dessen Nennspannung von der Nennspannung des konventionellen Bordnetzes abweicht.
In der Regel wird auch bei Landmaschinen die Nennspannung des Bordnetzes 12 Volt oder 24 Volt betragen. Mit einer erfindungsgemäßen Generatoreinheit läßt sich die Landmaschine mit einem zusätzlichen Netzwerk mit 42 Volt umrüsten.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Antriebssystem für Landmaschinen mit einer vorangehend beschriebenen Generatoreinheit, welches elektrische Motoren, die vom elektrischen Generator mit elektrische Energie gespeist sind und mittels derer Arbeitseinheiten der Landmaschinen angetrieben sind, aufweist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigt
1 eine perspektivische Teilansicht eines Traktors mit einer auf einer Zapfwelle aufgesteckte Gene-Ratoreinheit;
2 eine Explosionsdarstellung des Traktors gemäß 1 mit der Generatoreinheit;
3 eine perspektivische Darstellung einer Generatoreinheit, die durch einen Hydromotor angetrieben ist und
4 ein Antriebssystem für elektrische Motoren.
Die 1 und 2 zeigen einen Traktor 1 in einer Teilansicht und werden im folgende zusammen beschrieben. Der Traktor 1 weist eine Zapfwelle 2 zum Antreiben von landwirtschaftlichen Geräten auf. Die Zapfwelle 2 ist mit dem Hauptantrieb des Traktors 1, in der Regel ein Verbrennungsmotor zum Antreiben des Traktors 1, antriebsmäßig verbunden und wird mit einer konstanten Drehzahl betrieben. Typische Drehzahlen für eine Zapfwelle sind 540 U/min und 1000 U/min.
Auf die Zapfwelle 2 ist eine Generatoreinheit 3 aufgesteckt. Die Generatoreinheit 3 weist ein Gehäuse 4 auf, die drehfest zum Traktor 1 gehalten ist. In dem Gehäuse 4 ist eine Eingangswelle vorgesehen, die eine Bohrung aufweist, die gegengleich zur Zapfwelle 2 ausgebildet ist. In der Regel weist die Zapfwelle 2 eine Längsverzahnung und die Eingangswelle eine gegengleiche Verzahnung auf. Die Eingangswelle ist mit einer Ausgangswelle 5 verbunden oder einteilig mit dieser ausgebildet, wobei die Ausgangswelle 5 aus dem Gehäuse 4 herausgeführt ist. Das aus dem Gehäuse 4 herausragende Ende der Ausgangswelle 5 ist im Profil identisch zur Zapfwelle 2 ausgebildet, so dass die standardisierte Antriebsbauteile, wie z.B. eine Gelenkwelle, mit der Ausgangswelle 5 drehfest verbunden werden können.
An dem Gehäuse 4 ist ein elektrischer Generator 6 befestigt, der einen Stator aufweist, welcher drehfest mit dem Gehäuse 4 verbunden ist, und einen Rotor aufweist, welcher um eine Drehachse im Gehäuse 4 drehbar angeordnet ist. Der Rotor ist antriebsmäßig mit der Eingangwelle verbunden. Dies kann zum Beispiel durch ein Stirnradgetriebe realisiert sein. Somit wird der elektrische Generator 6 mit der Drehzahl der Zapfwelle 2 oder, falls eine Übersetzung zwischen der Eingangswelle und dem Rotor vorgesehen ist, mit einer über- oder untersetzten Drehzahl.
Der Traktor 1 kann somit durch einfaches Aufstecken der Generatoreinheit 3 auf die Zapfwelle 2 mit einer elektrischen Versorgung für z.B. 42 Volt versehen werden, wobei die Zapfwelle 2 weiterhin über die Ausgangswelle 5 mechanische Antriebsein heiten antreiben kann.
3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Generatoreinheit 7. Diese weist ebenfalls einen elektrischen Generator 8 mit einem Stator, der in einem Gehäuse 19 der Generatoreinheit 7 drehfest gehalten ist, und einem dazu drehbaren Rotor auf. Der Rotor ist mit einem Hydromotor 9 verbunden und mittels diesem angetrieben. Der Hydromotor weist einen ersten Hydraulikanschluss 10 und einen zweiten Hydraulikanschluss 11 auf, wobei der erste Hydraulikanschluss 10 mit einer Hydropumpe 12 verbunden ist und der zweite Hydraulikanschluss 11 mit einem Hydrauliktank 13. Die Hydropumpe 12 kann durch den Hauptantrieb einer Landmaschine angetrieben sein. Somit lässt sich eine Landmaschine auf einfache Art und Weise durch Integration der Generatoreinheit 7 in das Hydrauliksystem der Landmaschine umrüsten.
4 zeigt ein Antriebssystem, bei dem eine Generatoreinheit 3 gemäß der 1 und 2 auf eine Zapfwelle eines Traktors aufgesteckt ist, wobei der Übersichtlichkeit halber der Traktor in dieser Ansicht nicht dargestellt ist. Die Generatoreinheit 3 weist einen elektrischen Generator 6 auf, der mit einem Steuergerät 15 elektrisch verbunden ist. Das Steuergerät 15 ist wiederum elektrisch mit Elektromotoren 16, 17 verbunden, die z.B. zum Antrieb einer Mähscheibe 18 oder anderen landwirtschaftlichen Arbeitsgeräten dienen. Das Steuergerät 15 dient zum Bedienen der Elektromotoren 16, 17 und für die Regelung des somit aufgebauten zusätzlichen Bordnetzes. Die Ausgangswelle 5 der Generatoreinheit 3 ist mit einer Gelenkwelle 14 verbunden, mittels derer weiterer mechanisch angetriebene Arbeitseinheiten angetrieben sind.

1: Traktor
2: Zapfwelle
3: Generatoreinheit
4: Gehäuse
5: Ausgangswelle
6: elektrischer Generator
7: Generatoreinheit
8: elektrischer Generator
9: Hydromotor
10: erster Hydraulikanschluß
11: zweiter Hydraulikanschluß
12: Hydropumpe
13: Hydrauliktank
14: Gelenkwelle
15: Steuergerät
16: Elektromotor
17: Elektromotor
18: Mähscheiben
19 Gehäuse

Claims

Generatoreinheit für Traktoren (1) umfassend – ein Gehäuse (4), das drehfest an einem Bauteil des Traktors (1) befestigbar ist, – eine Eingangswelle, – die im Gehäuse (4) drehbar gelagert ist, – die mit einer Zapfwelle (2) des Traktors (1) verbindbar ist, – ein elektrischer Generator (6) mit einem Rotor, der antriebsmäßig mit der Eingangswelle verbunden und von dieser angetrieben ist, und mit einem Stator, der mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, – wobei der elektrische Generator (6) zum Antreiben von elektrischen Lasten des Traktors (1) oder eines landwirtschaftlichen Geräts dient.
Generatoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangswelle (5), vorgesehen ist, – die antriebsmäßig mit der Eingangswelle verbunden ist und – die mit der Antriebswelle eines landwirtschaftlichen Geräts verbindbar ist.
Generatoreinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle und die Ausgangswelle (5) einteilig ausgebildet sind.
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (5) an demjenigen Ende, mit dem es mit dem landwirtschaftlichen Gerät verbindbar ist, dasselbe Profil aufweist, wie die Zapfwelle (2) des Traktors (1).
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eingangswelle und dem Rotor des elektrischen Generators (6) ein Getriebe vorgesehen ist.
Generatoreinheit für Landmaschinen umfassend – ein Gehäuse (4), das drehfest an einem Bauteil () der Landmaschine befestigbar ist, – ein Hydromotor (9), der mit einer hydraulischen Druckquelle (12) der Landmaschine verbindbar ist und von dieser angetrieben ist, – ein elektrischer Generator (8) mit einem Rotor, der antriebsmäßig mit dem Hydromotor (9) verbunden und von diesem angetrieben ist, und mit einem Stator, der mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, – wobei der elektrische Generator (8) zum Antreiben von elektrischen Lasten der Landmaschine dient.
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem elektrischen Generator (6,8) um einen Generator mit einer Nennspannung von 42 Volt handelt.
Antriebssystem für Landmaschinen mit einer Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassend – elektrische Motoren (16, 17), die vom elektrischen Generator (6) mit elektrische Energie gespeist sind und mittels derer Arbeitseinheiten der Landmaschinen angetrieben sind.