BE1032166A1

BE1032166A1 - Antriebssystem für einen Feldhäcksler

Info

Publication number: BE1032166A1
Application number: BE20240044A
Authority: BE
Inventors: Andre Klein; Michael Danner; Dennis Kremer; Stefan Bohrer; Georg Kormann
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2023-12-14
Filing date: 2024-08-21
Publication date: 2025-06-20
Also published as: BE1032166B1; DE102023135106A1

Abstract

Ein Antriebssystem für einen Feldhäcksler (10) umfasst: einen Verbrennungsmotor (36), einen mechanischen Antriebsstrang, einen ersten Motor/Generator (124), einen zweiten Motor/Generator (102), und eine Steuereinrichtung (94), die konfiguriert ist, den ersten Motor/Generator (124) und/oder zweiten Motor/Generator (102) in einer der folgenden Betriebsarten zu betreiben: (a) Hochfahren der Drehzahl der Häckseltrommel (26) bis zum Schließen der Kupplung (78) durch den elektromotorisch betriebenen zweiten Motor/Generator (102), (b) Versorgen eines Elektromotors (112, 116) zum Antrieb einer Gutbearbeitungs- und/oder Fördereinrichtung (22, 136, 138) durch den generatorisch betriebenen ersten und/oder zweiten Motor/Generator (124, 102) bei geschlossener Kupplung (78), (c) Abbremsen der Drehzahl der Häckseltrommel (26) bei geöffneter Kupplung (78) durch den generatorisch betriebenen zweiten Motor/Generator (102), und/oder (d) Betreiben des zweiten Motor/Generators (102) bei geöffneter Kupplung (78) derart, dass die Häckseltrommel (26) mit einer gegenüber der Betriebsart (b) unterschiedlichen Drehzahl und/oder Drehrichtung angetrieben wird.

Description

1 BE2024/0044

Antriebssystem für einen Feldhäcksler

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen

Feldhäcksler.

Stand der Technik

Selbstfahrende Feldhäcksler werden zur Ernte von Gras- sowie Maissilage als Viehfutter oder zur Energiegewinnung in

Biogasanlagen verwendet. Hierzu wird das zu Erntegut von einem an der Vorderseite des Feldhäckslers an einem Einzugskanal angebauten

Erntevorsatz aufgenommen, durch den Einzugskanal einem mit einer

Häckseltrommel ausgestatteten Häckselaggregat zugeführt und durch die mit um ihren Umfang verteilten Messern bestückte

Häckseltrommel im Zusammenwirken mit einer Gegenschneide zerkleinert, im Fall von Mais durch einen Körnerprozessor nachbearbeitet und schließlich durch einen Nachbeschleuniger durch einen Auswurfkrümmer gefördert, um auf einem Transportbehälter zum Abtransport des Ernteguts abgelegt zu werden.

Im Stand der Technik werden die Häckseltrommel und der

Nachbeschleuniger mittels eines Verbrennungsmotors über einen mechanischen Antriebsstrang angetrieben. Die Vorpresswalzen des

Einzugskanals und der Erntevorsatz werden durch hydraulische

Antriebe angetrieben, die ihrerseits durch Pumpen hydraulisch versorgt werden, die vom Verbrennungsmotor angetrieben werden.

Auch weitere bewegliche Elemente, wie der Fahrantrieb,

Lüfterantriebe, Klimaanlagen, Lenkung und Aktoren zur Verstellung des Auswurfkrümmers werden hydraulisch betrieben.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, die Vorpresswalzen und den Erntevorsatz durch Elektromotore anzutreiben, die von einem mit dem Verbrennungsmotor in Antriebsverbindung stehenden Generator gespeist werden (M. Gallmeier: „Elektrische Baugruppenantriebe —

2 BE2024/0044 eine Alternative zur Hydraulik?”, Landtechnik 2007, S. 266-267 sowie

DE 20 2011 002 195 U1), da die Generatoren und Elektromotore allgemein einen höheren Wirkungsgrad als hydrostatische Antriebe aufweisen. Zudem kann der durch den Hauptantriebsstrang des

Feldhäckslers angetriebene Generator eine Batterie speisen, die in

Lastspitzen dazu dient, den dann als Motor dienenden Generator mit

Strom zu versorgen (EP 1 563 724 A1), bzw. es kann eine Batterie einen elektromotorischen Antrieb eines angetriebenen Elements einer

Erntemaschine im Bedarfsfall, zusätzlich zu einem motorisch angetriebenen Generator, unterstützen oder allein versorgen (EP 2 253 196 Al).

Bei Feldhäckslern ist der größte Leistungsverbraucher in der Regel die Häckseltrommel. Daher wird sie auch bei den bisher bekannten, teilelektrifizierten Feldhäckslern weiterhin durch einen mechanischen Antriebsstrang angetrieben. Jedoch gibt es auch

Betriebsbedingungen, z.B. beim Schleifen der Messer der

Häckseltrommel, unter denen die Häckseltrommel anzutreiben ist, jedoch mit anderer Drehzahl oder anderer Drehrichtung als beim normalen Erntebetrieb. Eine bekannte Vorgehensweise hierzu ist ein hydrostatischer Antrieb der Häckseltrommel für den Schleifvorgang, der auch zum schnellen Abbremsen der Häckseltrommel oder zum

Beschleunigen der Häckseltrommel vor dem SchlieBen der Kupplung des mechanischen Antriebsstrangs der Häckseltrommel dienen kann (s.

DE 10 2008 002 428 Al und DE 10 2019 213 353 A1). Weiterhin schlägt die DE 10 2018 211 863 Al vor, die Häckseltrommel in derartigen Fällen durch einen ihr speziell zugeordneten Elektromotor anzutreiben, der bei geöffneter Kupplung des mechanischen

Antriebsstrangs der Häckseltrommel aktiviert wird. Dieser

Elektromotor wird mittels einer Batterie gespeist, die bei geschlossener Kupplung durch den - dann als Generator dienenden -

Elektromotor geladen wird. Der Elektromotor versorgt im generatorischen Betrieb zudem weitere Elektromotoren, die zum

Antrieb von Erntevorsatz und Vorpresswalzen dienen.

Aufgabe

3 BE2024/0044

Nach alledem ist erkennbar, dass die teilelektrifizierten

Antriebe gewisse Vorteile gegenüber den bisherigen hydrostatischen

Antrieben aufweisen, nämlich einen besseren Wirkungsgrad und die den hydrostatischen Antrieben fehlende Möglichkeit einer Speicherung und Wiederentnahme von Energie aus einer Batterie (Akkumulator) oder einem anderen Speicher (Kondensator etc.). Jedoch sind die bisherigen Antriebssysteme von Feldhäckslern nicht in der Lage, eine

Häckseltrommel unabhängig von deren mechanischem Antriebsstrang anzutreiben oder benötigen hierfür einen separaten Elektromotor, der an der Ausgangsseite der Kupplung des mechanischen Antriebsstrangs der Häckseltrommel angeordnet ist, was wiederum den Nachteil hat, dass die Kupplung auch die Leistung für den im generatorischen

Betrieb zur Bereitstellung von Energie für andere Antriebe dienenden

Elektromotor übertragen muss, und auch keine Möglichkeit vorgesehen ist, den Elektromotor zum Abbremsen oder Hochfahren der

Häckseltrommel zu nutzen.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, zumindest einige der erwähnten Nachteile zu vermeiden.

Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des

Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen

Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.

Ein Antriebssystem für einen Feldhäcksler umfasst einen

Verbrennungsmotor, einen mechanischen Antriebsstrang zwischen dem

Verbrennungsmotor und einer Häckseltrommel, der einen ersten, mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Abschnitt und einen zweiten, mit der Häckseltrommel gekoppelten Abschnitt umfasst, die durch eine trennbare Kupplung untereinander mechanisch koppelbar sind, einen mit dem ersten Abschnitt des Antriebsstrangs antriebsmäßig gekoppelten, ersten Motor/Generator, einen mit dem

4 BE2024/0044 zweiten Abschnitt des Antriebsstrangs antriebsmäßig gekoppelten, zweiten Motor/Generator, und eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist, den ersten Motor/Generator und/oder zweiten Motor/Generator in zumindest einer, mehreren oder allen der folgenden Betriebsarten (a) bis (d) zu betreiben: (a) Hochfahren der Drehzahl der Häckseltrommel bis zum

Schließen der Kupplung durch den elektromotorisch betriebenen zweiten Motor/Generator, (b) Versorgen eines Elektromotors zum Antrieb einer Gutbearbeitungs- und/oder Fördereinrichtung durch den generatorisch betriebenen ersten und/oder zweiten Motor/Generator bei geschlossener Kupplung, (c) Abbremsen der Drehzahl der Häckseltrommel bei geöffneter

Kupplung durch den generatorisch betriebenen zweiten

Motor/Generator, und/oder (d) Betreiben des zweiten Motor/Generators bei geöffneter Kupplung derart, dass die Häckseltrommel mit einer gegenüber der Betriebsart (b) unterschiedlichen

Drehzahl und/oder Drehrichtung angetrieben wird.

Mit anderen Worten ist an beiden Abschnitten des mechanischen Antriebsstrangs der Häckseltrommel, welche durch die

Kupplung verbind- und trennbar sind, ein Motor/Generator angekoppelt. Dadurch werden die besagten Betriebsarten ermöglicht, die im Stand der Technik, in dem nur ein einziger Motor/Generator verwendet wird, nicht realisierbar sind. Ein Vorteil liegt auch darin, dass die Häckseltrommel elektromotorisch reversierbar ist, ohne dass dieser Elektromotor als alleiniger Stromerzeuger für die angetriebene

Gutbearbeitungs- und/oder Fördereinrichtung dienen müsste, was die

Energieübertragung für diesen Elektromotor über die Kupplung einspart.

Ausführungsbeispiel

Anhand der Abbildungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische seitliche Ansicht eines selbstfahrenden

Feldhäckslers, 5 Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das Antriebssystem des

Feldhäckslers,

Fig. 3 eine Darstellung eines Bildschirms einer Bedienerschnittstelle des Feldhäckslers, und

Fig. 4 eine Darstellung eines anderen Bildschirms der

Bedienerschnittstelle.

In der Figur 1 ist ein selbstfahrender Feldhäcksler 10 in schematischer Seitenansicht dargestellt. Der Feldhäcksler 10 baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 14 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 16 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus ein Erntevorsatz 20 in Form eines Aufnehmers einsehbar ist.

Mittels des Erntevorsatzes 20 vom Boden aufgenommenes Erntegut, z.

B. Gras oder dergleichen, wird über einen Einzugsförderer mit

Vorpresswalzen 22, die innerhalb eines Einzugsgehäuses 24 an der

Frontseite des Feldhäckslers 10 angeordnet sind, einer unterhalb der

Fahrerkabine 18 angeordneten Häckseltrommel 26 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einer Nachbearbeitungseinrichtung mit zwei Körnerprozessorwalzen 38 (die bei der Grasernte ausgebaut oder in eine beabstandete Stellung gebracht werden können) und einer stromab folgenden Fördervorrichtung 28 aufgibt. Das Gut verlässt den

Feldhäcksler 10 zu einem nebenher fahrenden Transportfahrzeug über einen durch Aktoren um eine etwa vertikale Achse drehbaren und in der Neigung verstellbaren Auswurfkrümmer 30 mit aktorisch verstellbarer Auswurfklappe. Im Folgenden beziehen sich

Richtungsangaben, wie seitlich, unten und oben, auf die

Vorwärtsbewegungsrichtung V des Feldhäckslers 10, die in der Figur 1 nach rechts verläuft.

6 BE2024/0044

Die Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die

Antriebsanordnung des Feldhäckslers 10. Im rückwärtigen Bereich des

Feldhäckslers 10 befindet sich ein Verbrennungsmotor 36 insbesondere in Form eines Dieselmotors. Die Kurbelwelle 40 des

Verbrennungsmotors 36 erstreckt sich in der Vorwärtsrichtung des

Feldhäckslers 10. Der Verbrennungsmotor 36 treibt im Betrieb mit seiner

Kurbelwelle 40 eine Längswelle 44 an, die mit dem ersten Kegelzahnrad 48 eines

Winkelgetriebes 52 verbunden ist. Die Längswelle 44 treibt auch über Zahnräder 70, 72 und eine zweite Längswelle 76 ein Pumpenaggregat 74 an, das eine Hydropumpe zum Antrieb von Hydromotoren für den Vortrieb der Erntemaschine, eine Lenkpumpe, eine Pumpe zur Versorgung der Aktoren zur

Verstellung des Auswurfkrümmers und eine Hydropumpe zur

Ölversorgung der Steuereinrichtung des hydrostatischen Antriebs für den Vortrieb der Erntemaschine 10 umfasst. Es wäre auch denkbar, über eines der Zahnräder 70, 72 oder ein dazwischen angeordnetes Zahnrad (nicht gezeigt) weitere permanent angetriebene Elemente, wie einen elektrischen Generator zur

Versorgung des Bordnetzes des Feldhäckslers 10 und/oder einen Gebläseantrieb für die

Kühlluftzufuhr für den Verbrennungsmotor 36 anzutreiben. Die Längswelle 76 steht zudem in Antriebsverbindung mit einem ersten Motor/Generator 124. Hierbei kann es sich um einen üblichen Drehstrommotor mit inneren Permanentmagneten handeln. Der erste Motor/Generator 124 ist elektrisch mit einem ersten Wechselrichter 126 verbunden, der seinerseits mit einem Gleichstrombus 128 verbunden ist.

Das zweite Kegelzahnrad 50 des Winkelgetriebes 52 ist mit einer Querwelle 80 verbunden, die sich durch eine mit der

Riemenscheibe 82 verbundene Hohlwelle 106 hindurch auf die von dem Winkelgetriebe 52 abgewandte Seite der Riemenscheibe 82 erstreckt und dort mit einer Kupplung 78 verbunden ist. Die Kupplung 78 ist ausgangsseitig mit der Hohlwelle 106 verbunden, die außerdem auf der dem Winkelgetriebe 52 zugewandten Seite der Riemenscheibe 82 über Zahnräder 96, 108 und 100 einen zweiten Motor/Generator 102 antreibt. Die Kupplung 78 ermöglicht es, den Treibriemen 84 und mit ihm die Häckseltrommel 26 und die Fördervorrichtung 28 ein- und auszuschalten. Die Kupplung wird mittels eines Aktors 122 geöffnet und getrennt. Der zweite Motor/Generator 102 ist, analog dem ersten

Motor/Generator 124 als Drehstromgenerator ausgeführt und mit

7 BE2024/0044 einem zweiten Wechselrichter 130 verbunden. Der Wechselrichter 130 ist seinerseits mit dem Gleichstrombus 128 verbunden.

Weiterhin ist der Gleichstrombus 128 mit weiteren

Wechselrichtern 132, 134 verbunden, von denen der Wechselrichter 134 mit einem ersten Elektromotor 112 verbunden ist, der über ein

Getriebe 114 die Vorpresswalzen 22 des Einzugsförderers antreibt, und der Wechselrichter 136 mit einem zweiten (an Bord des

Feldhäckslers 10 oder auf dem Erntevorsatz 20 angeordneten)

Elektromotor 116 verbunden ist, der einige, mehrere oder alle angetriebenen Elemente des Erntevorsatzes 20 antreibt. Im Falle des der Figur 1 gezeigten Aufnehmers als Erntevorsatz 20 kann der

Elektromotor 116 beispielsweise die Zinkenwalze 134 antreiben, während die Querförderschnecke 138 antriebsmäßig mit den

Vorpresswalzen 22 des Einzugsförderers gekoppelt sein kann, oder durch einen weiteren Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben wird.

Eine elektronische Steuereinrichtung 94 ist signalübertragend mit einer Bedienerschnittstelle 98, den

Wechselrichtern 126, 130, 132, 134 und einem Aktor 122 der

Kupplung sowie einer Motorsteuereinrichtung 42 des

Verbrennungsmotors 36 verbunden. Der Gleichstrombus 128 ist über ein Relais 146 mit einem Stromspeicher 140 verbunden, der zudem mittels einer Ladesteckdose 142 mit einer externen Ladestation verbunden werden kann.

Die Funktionsweise der Steuereinrichtung 94 und der

Wechselrichter 126, 130, 132, 134 ist derart, dass die

Steuereinrichtung 94 die bidirektionalen Wechselrichter 126 und 130 anweist, den ersten und zweiten Motor/Generator 124, 102 als

Elektromotor bzw. Generator zu betreiben und das jeweilige

Drehmoment und/oder die Drehzahl an der Welle des

Motors/Generators 124, 102 und die Phasenlage des aufgenommenen oder abgegebenen Stroms definiert. Analog kommandiert die

Steuereinrichtung 94 die ebenfalls bidirektionalen Wechselrichter 132, 134 die Elektromotoren 112, 116 als Elektromotor bzw. Generator zu

8 BE2024/0044 betreiben und definiert das jeweilige Drehmoment und/oder die

Drehzahl an der Welle des Elektromotors 112, 116 und die Phasenlage des aufgenommenen oder abgegebenen Stroms, Mit anderen Worten können die Motoren/Generatoren 124, 102 durch die Steuereinrichtung 94 als Generator geschaltet werden, um den Stromspeicher 140 aufzuladen und die Elektromotoren 112, 116 zu versorgen oder die

Häckseltrommel 26 abzubremsen, oder sie können als Motor geschaltet werden, um die Häckseltrommel 26 anzutreiben (zum Schleifen) oder zu beschleunigen (beim Hochfahren) oder den Verbrennungsmotor 36 als Bremse zu benutzen, um die Häckseltrommel 26 abzubremsen.

Analog können die Elektromotoren 112, 116 entsprechend der

Anweisungen von der Steuereinrichtung 94 die Vorpresswalzen 22 und die antreibbaren Elemente des Erntevorsatz 20 im elektromotorischen

Betrieb antreiben und im generatorischen Betrieb abbremsen. Die

Stromflüsse laufen jeweils über den Gleichstrombus 128.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte

Antriebsanordnung ist demnach konfiguriert, unter Kontrolle durch die

Steuereinrichtung 94 zumindest in folgenden Betriebsarten zu arbeiten: (a) Hochfahren der Drehzahl der Häckseltrommel 26. Um einen Erntebetrieb aufzunehmen, ist zunächst der Verbrennungsmotor 36 in Betrieb zu setzen, was ein Bediener an seinem Arbeitsplatz in der Kabine 18 mittels eines Zündschlüssels oder in anderer Weise (z.B. über die Bedienerschnittstelle 98) veranlassen kann. Die

Kupplung 78 ist zunächst noch geöffnet, d.h. die Häckseltrommel 26 steht. Über die Bedienerschnittstelle 98 kann der Bediener den

Erntebetrieb verlassen. Um die Kupplung 78 zu schonen, veranlasst die Steuereinrichtung 94 die Wechselrichter 126, den ersten

Motor/Generator 124 als Generator zu betreiben, um den

Gleichspannungsbus 128 mit elektrischer Leistung zu versorgen. Die

Steuereinrichtung 94 kommandiert gleichzeitig den Wechselrichter 130, den zweiten Motor/Generator 102 als Elektromotor zu betreiben, sodass er die Häckseltrommel 26 beschleunigt. Wenn etwa gleiche

Drehzahlen an Ein- und Ausgang der Kupplung 78 vorliegen (die

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Steuereinrichtung 94 ist zur Drehzahlerfassung mit entsprechenden

Sensoren im ersten, vor der Kupplung 78 liegenden Abschnitt des

Antriebsstrangs der Häckseltrommel 26 und im zweiten, hinter der

Kupplung 78 liegenden Abschnitt des Antriebsstrangs der

Häckseltrommel 26 verbunden bzw. kann diese Drehzahlen aus

Signalen ableiten, die von den Motor/Generatoren 124, 102 direkt oder von den Wechselrichtern 126, 130 anhand der durch den

Motor/Generator 124, 102 fließenden Ströme bereitgestellt werden), wird die Kupplung 78 geschlossen und der zweite Motor/Generator 102 kann kommandiert werden, den zweiten Abschnitt des

Antriebsstrangs der Häckseltrommel 26 nicht mehr zu beschleunigen.

Durch diese Vorgehensweise wird die Kupplung 78 relativ wenig belastet und hat eine längere Lebensdauer, als wenn sie bei stehender

Häckseltrommel 26 geschlossen würde. (b) Erntebetrieb. Im normalen Erntebetrieb treibt der

Verbrennungsmotor 36 über beide Abschnitte des Antriebsstrangs, die durch die Kupplung 78 verbunden sind, die Häckseltrommel 26 und die Fördervorrichtung 28 an. Der erste Motor/Generator 124 dient als

Generator und liefert elektrische Energie an den Gleichstrombus 128, die wiederum zur Versorgung der Elektromotore 112, 116 dient, welche die Vorpresswalzen 22 und antreibbare Elemente des

Erntevorsatzes 20 antreiben. Die Elektromotore 112, 116 werden auf eine entsprechende Bedienereingabe mittels der Bedienerschnittstelle 98 aktiviert. Der zweite Motor/Generator 102 kann im Erntebetrieb ebenfalls generatorisch betrieben werden und den Gleichstrombus 128 versorgen, oder er läuft frei mit, ohne Energieabgabe oder -abnahme.

Weiterhin kann der Stromspeicher 140 je nach Bedarf, vgl. dazu die

Ausführungen weiter unten, zusätzliche Energie liefern, sei es für die

Elektromotore 112, 116 oder in Sonderfällen bei hoher Belastung der

Häckseltrommel 26 und/oder der Fördervorrichtung 28, für den ersten und/oder zweiten Motor/Generator 124, 102. Es bietet sich an, den ersten Motor/Generator 124 bevorzugt gegenüber dem zweiten

Motor/Generator 102 zur Umwandlung der vom Verbrennungsmotor 36 bereitgestellten mechanischen Energie in elektrische Energie zu verwenden, da hierbei die Kupplung 78 nicht belastet wird, während

10 BE2024/0044 für Betriebsbedingungen, unter denen die Häckseltrommel 26 und/oder die Fördervorrichtung 28 mit mechanischer Energie zu beaufschlagen sind, der zweite Motor/Generator 102 verwendet wird.

Die Drehzahl des Elektromotors 112 bestimmt, gemeinsam mit der Drehzahl der Häckseltrommel 26, die Schnittlänge des

Ernteguts. Diese kann durch den Bediener mittels der

Bedienerschnittstelle 98 vorgegeben werden oder Sensoren erfassen

Ernteguteigenschaften und legen die Schnittlänge und somit die

Drehzahl des Elektromotors 112 fest, die durch die Steuereinrichtung 94 und den Wechselrichter 132 kontrolliert wird. Die Drehzahl des

Elektromotors 116 kann fest vorgegeben sein oder von der

Schnittlänge und/oder der Vortriebsgeschwindigkeit des Feldhäckslers 10 abhängen, vgl. EP 1 609 351 Al. (c) Nach dem Erntebetrieb bzw. bei Unterbrechungen ist es sinnvoll, die Häckseltrommel 26 anzuhalten, einerseits zur

Vermeidung von Unfallgefahren, andererseits zur

Geräuschverminderung. Hierzu wird auf eine entsprechende Eingabe des Bedieners in die Bedienerschnittstelle 98 hin oder anderweitiger sensorischer Erkennung einer Nicht-Erntesituation, z.B. wenn der

Bediener seinen Sitzplatz verlässt, nach Öffnung der Kupplung 78 der zweite Motor/Generator 102 als Generator betrieben und wandelt die

Rotationsenergie der Häckseltrommel 26 und der Fördervorrichtung 28 in elektrische Energie um, die über den Gleichstrombus 128 dem

Stromspeicher 104 zugeführt wird, und insbesondere, falls dieser hinreichend geladen ist, dem ersten Motor/Generator 124 zugeführt wird, der als Motor betreiben wird und den Verbrennungsmotor 36 aktiv antreibt, sodass durch dessen Verdichtungswirkung der Zylinder und Kolben und Reibung eine Motorbremsung erfolgt, um die

Rotationsenergie der Häckseltrommel 26 in Wärme umzuwandeln, (d) Weiterhin kann der zweite Motor/Generator 102 bei geöffneter Kupplung 78 dazu dienen, die Häckseltrommel 26 zum

Schleifen mit gegenüber dem Erntebetrieb geänderter Drehzahl und/oder Drehrichtung anzutreiben. Der zweite Motor/Generator 102

11 BE2024/0044 wird dann als Motor betrieben und bei stehendem Verbrennungsmotor 36 vom Stromspeicher versorgt oder bei laufendem

Verbrennungsmotor 36 vom ersten Motor/Generator 124 mit elektrischer Leistung beaufschlagt. Hierzu sei auf die DE 10 2018 211 863 Al verwiesen, deren Offenbarung durch Verweis vollumfänglich mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird. (e) Der Feldhäcksler 10 ist weiterhin mit einem

Fremdkörperdetektor 144 ausgestattet, der als Metalldetektor und/oder als Steindetektor zur Erkennung von aufprallenden Steinen ausgeführt und in der vorderen, oberen Vorpresswalze 22 eingebaut sein kann.

Wenn der Fremdkörperdetektor 144 anspricht, erhält die damit verbundene Steuereinrichtung 94 ein entsprechendes Signal und veranlasst ein Anhalten des Elektromotors 112. Dieser arbeitet dann generatorisch und die erzeugte Leistung wird über den Gleichstrombus 128 auf den ersten Motor/Generator 124 übertragen, der diese mittels des Verbrennungsmotors 36 in Wärme umwandelt, analog der

Betriebsart (c). Auf die beschriebene Weise wird auch der Motor 116 angehalten. (f) Bisher wurde im Wesentlichen ein so genannter

Hybrid-elektrischer Betrieb beschrieben, bei dem im Erntebetrieb der

Verbrennungsmotor 36 den Motor/Generator 124, 102 antreibt, der seinerseits die Elektromotoren 112 und 116 mit Strom versorgt.

Hierbei wird der Stromspeicher 140 grundsätzlich nicht benötigt und könnte auch entfallen. Der Stromspeicher 140 hat demgegenüber jedoch den Vorteil, dass zumindest eine temporäre Vergrößerung der

Gesamt-Antriebsleistung des Feldhäckslers 10 möglich ist. Daher ist insbesondere auch ein so genannter Batteriebetrieb des Feldhäckslers 10 vorgesehen.

Für den Batteriebetrieb wird zunächst der hybrid- elektrische Betrieb eingeschaltet. Über eine Eingabe auf der

Bedienerschnittstelle 98 hin kann der Stromspeicher 140 hinzugeschaltet werden. Dafür wird der Spannungszustand des

Stromspeichers 140 durch die Steuereinrichtung 94 ausgelesen. Dem

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Wechselrichter 126 des ersten Motor/Generators 124 wird eine

Spannung gleich der aktuellen Spannung des Stromspeichers 140 vorgegeben, um zu erreichen, dass im Moment des Zuschaltens des

Stromspeichers 140 zum Gleichspannungsbus 128 ein minimaler Strom fließt. Ist dieser Zustand erreicht, wird ein Relais 146 des

Stromspeichers 140 eingeschaltet. Nun können die Vorpresswalzen 22 und die durch den Elektromotor 116 angetriebenen Elemente des

Erntevorsatzes 20 direkt und ausschließlich (oder zumindest zum Teil, je nach dem jeweiligen Leistungsbedarf) aus dem Stromspeicher 140 gespeist werden. Diese vorher vom Verbrennungsmotor 36 aufgebrachte Leistung ist dort nun frei und kann für andere Zwecke eingesetzt werden, nämlich insbesondere für den Antrieb der

Häckseltrommel 26.

Im Batteriebetrieb ist der erste Motor/Generator 124 generatorisch aktiv, steuert im Erntebetrieb aber (je nach Durchsatz und Leistungsbedarf) keine Leistung für die Elektromotoren 116, 118 bei. Diese wird dann ausschließlich oder zum Teil aus der Batterie entnommen. Wird vom Feldhäcksler z.B. im Vorgewende oder bei einer Transportfahrt nur eine relativ kleine Leistung benötigt, wird dem ersten Motor/Generator 124 durch die Steuereinrichtung 94 eine höhere Spannung als dem Stromspeicher 140 vorgegeben, sodass ein

Strom in den Stromspeicher fließt und dieser nachgeladen werden kann. Grundsätzlich erfolgt Nachladen im Leerlauf, dem Vorgewende und dem Transport.

Zudem kann auch im Erntebetrieb bei kleinen Lasten der erste Motor/Generator 124 durch Anheben von dessen Zielspannung der Stromspeicher 140 geladen werden. Dies kann vor Allem zum

Verschieben der Lastpunkte des Verbrennungsmotors 36 zu einer höheren Effizienz im Kraftstoffverbrauchskennlinienfeld verwendet werden. Somit wird die Gesamt-Effizienz des Feldhäckslers 10 angehoben und weniger CO; ausgestofen.

Durch den elektrischen Antrieb des Erntevorsatzes durch den Elektromotor 116 kann dauerhaft die von diesem aufgenommene

13 BE2024/0044 elektrische Leistung gemessen werden, die ein Maß für den Durchsatz ist. Ist der Bestand in Teilen des Feldes besonders dicht, kann am

Erntevorsatz 20 ein erhöhter Leistungsbedarf detektiert werden. Um die Fahrgeschwindigkeit beibehalten zu können, ohne ein Verstopfen des Feldhäckslers 10 zu provozieren, kann dem Wechselrichter 126 des esten Motor/Generators 124 eine Drehzahlvorgabe in dem Sinne geschickt werden, dass der Verbrennungsmotor 36 durch zusätzliches

Drehmoment aus dem ersten Motor/Generator 124 mit Energie aus dem

Stromspeicher 140 geboostet wird und somit nicht einbricht. Wie bereits oben beschrieben, kann zusätzlich oder alternativ auch der zweite Motor/Generator 102 stromab der Kupplung 78 verwendet werden, um die Drehzahl der Häckseltrommel 26 aufrecht zu erhalten.

Zur Bedienung und Übersicht der elektrifizierten

Elemente des Feldhäckslers 10 kann auf der Anzeigeeinrichtung 148 der Bedienerschnittstelle 98 ein Bildschirm angezeigt werden, wie es in der Figur 3 gezeigt wird. Der Hybrid-Modus und der Batterie-

Modus können durch Klick auf die Kacheln 150 und 152 unten links aktiviert und deaktiviert werden. Den jeweiligen Antrieben in einer

Abbildung des Feldhäckslers 10 zugeordnete Felder 154 (virtuelle

Leuchtdioden) zeigen den Zustand dieser (grün — an, grau — aus, gelb oder rot — Fehler). Auf der rechten Seite sind im unteren Bereich 156 die Leistungsflüsse innerhalb des Feldhäckslers 10 dargestellt. Rechts unten ist der Füllstand des Dieseltanks gezeigt. Dieser ist von einer

Darstellung des Verbrennungsmotors 36 umschlossen. Mit einem von dort ausgehenden Pfeil 160 ist der mechanische und hydraulische

Leistungsbedarf dargestellt. Außerdem wird mit einem anderen Pfeil 164 die generierte elektrische Leistung gezeigt. Links davon ist in einer symbolischen Darstellung 162 der Ladezustand des

Stromspeichers 140 gezeigt. Die Zahl am Pfeil 164 zeigt den

Leistungsfluss in oder aus dem Stromspeicher 140 an.

Aufsummiert ergibt sich die momentane Leistung des

Feldhäckslers 10 in der Mitte zwischen den Pfeilen in einer

Darstellung 166. Darunter ist die prozentuale Auslastung des

Feldhäckslers 10 bezogen auf die Maximalleistung dargestellt.

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Rechts oben ist in einem Bereich 168 ist die

Maximalleistung des Feldhäckslers 10 gezeigt. Durch Zuschalten des

Stromspeichers 140 kann die Maximalleistung erhöht werden. Die

Dauer der Unterstützung durch den Stromspeicher 140 ist abhängig vom Ladezustand und mit einer Zeitangabe gezeigt. Durch

Verschieben der Maximalleistung oder der Dauer der Unterstützung durch den Stromspeicher 140 — als „boost“ bezeichnet - (bzw. die zugehörige, aus dem Stromspeicher 140 entnommene Leistung) mittels zweier virtueller Schieberegler 170, 172 kann jeweils die Dauer der

Unterstützung durch den Stromspeicher 140 und die Maximalleistung durch den Bediener eingestellt werden. Bei Veränderung der Stellung eines der Schieberegler 170, 172 bewegt sich der andere Schieberegler 172, 170 entsprechend mit. Wird demnach beispielsweise der untere

Schieberegler 172 aus der in Figur 3 gezeigten Darstellung nach recht verschoben, wird die maximale Leistung steigen und die angezeigte

Dauer absinken. Über die Bedienerschnittstellen nach Figur 3 (und 4) kann demnach eine Einstellung der maximalen Leistung des

Feldhäckslers 10 vorgenommen werden. Weiß der Fahrer des

Feldhäckslers 10, dass noch eine bestimmte Fläche geerntet werden muss, kann er bei hohem Ladestand des Stromspeichers 140 durch entsprechende Eingabe (Verstellung des virtuellen Schiebereglers 170 oder 172) den Boost erhöhen, um diese Fläche schneller zu ernten und die Energie des Stromspeichers 140 voll auszunutzen.

Ist eine Schlechtwetterfront erkennbar, kann durch Boost noch so viel Fläche wie möglich abgeerntet werden.

In einer in der Figur 4 gezeigten, alternativen Ansicht können Drehzahl und Leistung der einzelnen Antriebe betrachtet werden.

Mithilfe der zuletzt beschriebenen Logik und durch

Vorwissen über Flächen, Logistikkette, Transportwege und abschätzbaren Leistungsaufwand kann eine Fahr- und Erntestrategie für den Tag zu optimalen Batterieausnutzung und Auslastung der

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Abfahrmaschinen, sowie Abladevorgänge am Silo vorgenommen werden. So kann bei Vernetzung der Maschinen die Ernteleistung gedrosselt werden, wenn zu lange auf einen Abfahrer gewartet werden müsste oder auch erhöht werden, wenn Ladestand des Stromspeichers 140 und voraussehbare Ladezeit ausreichen. Durch Vorausplanung und einen Echtzeitabgleich mit Strategieanpassung des Erntevorgangs und der Logistikkette kann z.B. mithilfe einer KI basierten Regelung ein möglichst effizienter Erntebetrieb mit minimalem CO» Ausstoß und optimierten Ladezyklen des Stromspeichers 140 sowie Auslastung des

Feldhäckslers 10 vorgesehen werden. Hierzu sei auch auf den Stand der Technik nach EP 3 906 773 Al und EP 2 988 979 A2 verweisen, deren Offenbarungen durch Verweis mit in die vorliegenden

Unterlagen aufgenommen werden.

Es sei noch angemerkt, dass eine Reihe an Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen denkbar ist. So könnten auch die

Antriebe der Räder 14, 16 anstelle durch hydrostatische Antriebe durch Elektromotoren erfolgen, die jeweils durch Wechselrichter mit dem Gleichstrombus 128 verbunden und durch die Steuereinrichtung 94 kontrolliert werden. Hierbei kann ein Elektromotor über ein

Getriebe beide Räder 14 oder 16 der Vorder- und/oder Hinterachse gemeinsam antreiben oder die Räder werden einzeln angetrieben, insbesondere durch Radnabenmotoren. Analog kann der Antrieb des

Lüfters des Hauptkühlpakets elektrifiziert werden. Hierzu sind sowohl ein einziger, zentraler Elektromotor zum Antrieb des Lüfters aller

Kühler wie auch ein Lüfter-Array mit mehreren Motoren und Lüftern denkbar, das die einzelnen Kühler anwendungs- und temperaturgesteuert belüftet.

Weiterhin könnte der Antrieb der Körnerprozessorwalzen 38 durch einen oder zwei Elektromotoren erfolgen, die analog zu den

Elektromotoren 112, 116 an den Gleichstrombus 128 angeschlossen werden. Hierzu sei auch auf die DE 10 2021 113 626 A1, DE 10 2018 205 221 Al und DE 10 2013 110 636 Al verwiesen, deren

Offenbarungen vollumfänglich durch Verweis mit in die vorliegenden

Unterlagen aufgenommen werden.

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Letztlich sei noch angemerkt, dass die Betriebsart (e) und die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Bildschirme und die

Eingabemöglichkeiten zum Zuschalten des Stromspeichers und der

Dauer von dessen Unterstützung nicht davon abhängig sind, dass der zweite Motor/Generator 102 vorhanden ist, sondern sie könnten auch bei einem Feldhäckslers 10 ohne diesen zweiten Motor/Generator 102

Anwendung finden. Das gilt analog für das Anhalten der

Vorpresswalzen 22 und der angetriebenen Elemente des Erntevorsatzes bei Ansprechen des Fremdkörperdetektors 144 in der beschriebenen

Betriebsart (e).

Claims

17 BE2024/0044 PATENTANSPRÜCHE

1. Antriebssystem für einen Feldhäcksler (10), umfassend: einen Verbrennungsmotor (36), einen mechanischen Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor (36) und einer Häckseltrommel (26), der einen ersten, mit dem Verbrennungsmotor (36) gekoppelten Abschnitt und einen zweiten, mit der Häckseltrommel (26) gekoppelten Abschnitt umfasst, die durch eine trennbare Kupplung (78) untereinander mechanisch koppelbar sind, einen mit dem ersten Abschnitt des Antriebsstrangs antriebsmäßig gekoppelten, ersten Motor/Generator (124), einen mit dem zweiten Abschnitt des Antriebsstrangs antriebsmäßig gekoppelten, zweiten Motor/Generator (102), und eine Steuereinrichtung (94), die konfiguriert ist, den ersten Motor/Generator (124) und/oder zweiten Motor/Generator (102) in zumindest einer, mehreren oder allen der folgenden Betriebsarten (a) bis (d) zu betreiben: (a) Hochfahren der Drehzahl der Häckseltrommel (26) bis zum Schließen der Kupplung (78) durch den elektromotorisch betriebenen zweiten Motor/Generator (102), (b) Versorgen eines Elektromotors (112, 116) zum Antrieb einer Gutbearbeitungs- und/oder Fördereinrichtung (22, 136, 138) durch den generatorisch betriebenen ersten und/oder zweiten Motor/Generator (124, 102) bei geschlossener Kupplung (78), (c) Abbremsen der Drehzahl der Häckseltrommel (26) bei geöffneter Kupplung (78) durch den generatorisch betriebenen zweiten Motor/Generator (102), und/oder (d) Betreiben des zweiten Motor/Generators (102) bei geöffneter Kupplung (78) derart, dass die Häckseltrommel (26) mit einer gegenüber der Betriebsart (b) unterschiedlichen Drehzahl und/oder Drehrichtung angetrieben wird.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Motor/Generator (124) und der zweite Motor/Generator (102) jeweils durch einen von der Steuereinrichtung (94) kontrollierten

18 BE2024/0044 Wechselrichter (126, 130) mit einem Gleichspannungsbus (128) verbunden sind.

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, wobei der Gleichspannungsbus (128) mit einem Stromspeicher (140) verbindbar oder verbunden ist.

4. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Betriebsart (a) der zweite Motor/Generator (102) durch den ersten Motor/Generator (124) und/oder den Stromspeicher (140) gespeist wird.

5. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Betriebsart (c) der dann elektromotorisch betriebene, erste Motor/Generator (124) und/oder der Stromspeicher (140) die vom zweiten Motor/Generator (102) der Häckseltrommel (26) entzogene Energie aufnimmt.

6. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (94) mit einem Fremdkörperdetektor (144) verbunden und konfiguriert ist, im Falle der Erkennung eines Fremdkörpers im Gutfluss des Feldhäckslers (10) den Elektromotor (112, 116) der Gutbearbeitungs- und/oder Fördereinrichtung (22, 136, 138) anzuhalten und die im generatorischen Betrieb des Elektromotors (112, 116) entstehende elektrische Energie über den ersten und/oder zweiten Motor/Generator (124, 102) zu dissipieren.

7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wenn rückbezogen auf den Anspruch 3, wobei der Stromspeicher (140) mittels einer Bedienerschnittstelle (98) zu- und abschaltbar ist.

8. Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei mittels der Bedienerschnittstelle (98) die dem Stromspeicher (140) entnommene Leistung eingebbar ist.

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9. Antriebssystem nach Anspruch 8, wobei auf der Bedienerschnittstelle (98) die erwartete Dauer der Unterstützung durch den Stromspeicher (140) anzeigbar ist.

10. Feldhäcksler (10) mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9.