用于驱动具有波动负载的作业单元的传动系统组件的制作方法

本发明总体上涉及具有承受波动负载或具有波动功耗的作业单元的作业机械。在此，一方面，本发明涉及用于驱动这种具有来自驱动源的波动功耗的作业单元的传动系统组件，该传动系统组件具有用于减轻负载冲击或波动的飞轮储能器以及用于便于飞轮储能器在目标操作转速范围内启动的启动辅助装置。另一方面，本发明涉及作业机械，其包括具有波动功耗的驱动单元和具有飞轮储能器和启动辅助装置的所述传动系统组件。

背景技术：

1、在各种作业单元中，由于驱动源自身无法容易地吸收或补偿相应的扭矩冲击，因此有时会出现负载或功耗的强烈波动，使得驱动源经历显著的转速变化，并导致作业机械的操作整体上不稳定。例如，各种农业作业单元表现出这种较大的负载或功耗波动，这些负载或功耗波动可能是由作业单元本身的机械结构或工作方式导致的，或者也可能是由波动的外部负载引起的。

2、例如，方捆打捆机表现出这种由工作方式导致的功耗波动，在该方捆打捆机中，周期性地将填塞器压入到打捆室中，以便将农作物压成矩形捆。当供给的农作物流强烈波动时，牧草收割机的切碎滚筒或联合收割机的脱粒装置，甚至圆捆打捆机的切割系统也表现出类似的由外部负载波动引起的功耗波动。

3、如果这种作业单元由牵引机通过动力输出轴驱动，则由作业单元的功耗波动引起的牵引机的驱动马达的转速波动不仅导致作业单元本身的运行不平稳，而且还导致牵引机的驾驶操作的不稳定，因为牵引机的驱动马达不仅用作动力输出轴驱动器，而且还用作行驶驱动器。在所述方捆打捆机的情况下，这可能导致牵引机在打捆机的每个柱塞行程中俯仰运动，这不仅让驾驶员感到不舒服，而且还会导致部件磨损增加并影响马达使用寿命。

4、为了减轻作业单元的负载或功耗波动对驱动马达的影响，已经考虑了各种措施。例如，文件ep 3 298 872 b1提出了一种检测或预先估计作业单元的功耗波动的控制器。对驱动马达的转速变化进行补偿，以最终实现牵引机的均匀行驶速度。该解决方案甚至不试图防止或减轻由于作业单元的功耗波动而导致的驱动马达的转速波动，而是通过对柴油机的智能控制来补偿驱动马达的转速波动的影响。

5、另一种方法是在驱动作业单元的传动系统中设置飞轮储能器，该飞轮储能器的动能减轻了作业单元的负载或功耗波动或其后果。例如，方捆打捆机的传动系统中的这种飞轮储能器可以平缓在将填塞器插入到打捆室中时选择性或周期性需要的高能量，以减轻对牵引机的影响并避免俯仰运动或不稳定的行驶速度。

6、然而，为了实现对选择性或周期性的能量波动的尽可能最佳的平滑，飞轮储能器必须能够提供足够高的动能。为此，容易的是增加飞轮储能器的飞轮质量，但由于各种原因该措施受到限制。一方面，由于可用的安装空间通常是有限的并且还必须考虑结构重量，因此飞轮质量块本身不能任意放大。

7、在这方面，由于飞轮储能器的动能取决于其角速度，因此另一方面已经考虑通过增加飞轮储能器的转速来提高飞轮储能器的动能。更准确地说，角速度的平方包含在动能中，也就是说根据公式ekin＝1/2*jo*ω2，其中，jo是质量转动惯量，并且ω是角速度。

8、然而，另一方面，这种飞轮储能器的动能增加也受到以下事实的限制：驱动源(例如，牵引机的驱动马达)不能提供所需的扭矩以启动飞轮储能器。为了解决这个问题，有时在飞轮质量块上游使用滑动离合器，以便将可用的驱动功率逐渐引入到飞轮质量块中，从而相应地延长飞轮储能器的运转时间。因此，逐渐使飞轮质量块达到期望的目标操作转速，从而驱动马达不会停转。然而，这种滑动离合器的尺寸必须足够大，以便能够吸收滑动时产生的能量，而这在狭窄的安装或环境条件下并不容易实现。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种改进的所述类型的传动系统组件以及一种改进的具有这种传动系统组件的作业机械，它们避免了现有技术的缺点并且以有利的方式进一步发展了后者。特别地，飞轮储能器应能够在有限的安装空间内提供足够的能量来平滑化作业单元的功耗波动，而不会使驱动源过载，或甚至在提速时停转。

2、根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的传动系统组件和根据权利要求19的作业机械来实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。

3、因此，提出了通过转速或传动比可变的行星传动装置来操作飞轮储能器，以便能够根据操作情况使飞轮储能器的转速适应于驱动源和/或作业单元的功耗。转速可变性对于飞轮质量块的提速是特别有利的。根据设计，可以在持续操作时使用固定的传动比。根据本发明，用于便于飞轮储能器提速到其目标操作转速范围的启动辅助装置包括与飞轮储能器以传动方式连接的行星传动装置，该行星传动装置具有至少一个与飞轮储能器以传动方式连接的行星传动装置级，行星传动装置级的行星架固定地连接到固定壳体。

4、有利地，根据另一方面，除了与飞轮储能器以传动方式连接的行星传动装置之外，启动辅助装置还包括调节或驱动和/或制动执行器，以用于制动和/或加速行星传动装置元件，以在飞轮储能器提速时调节行星传动装置的传动比/减速比。

5、通过调节所述行星传动装置元件的转速，一方面可以在飞轮储能器提速时设定其传动比/减速比，使得驱动源不会过载，而另一方面可以针对作业操作设定飞轮储能器的转速，使得飞轮储能器能够提供足够的动能以平滑化作业单元的功耗波动。特别地，飞轮储能器用于所述平滑化的转速可以增加到足以使动能提高到所需水平的程度。在最佳的情况下，转速调节单元随后可以与正在运行的飞轮储能器(泵上的离合器、马达上的制动器)分离。因此，可以提高驱动组件的效率。

6、然而，连接到飞轮储能器的行星传动装置及其传动比的可调性不仅可以用作启动辅助装置，而且还可以改善飞轮储能器的缓冲效果，并使其更好地适应于作业单元的功耗波动。根据本发明的另一方面，控制装置可以驱动或操作驱动和/或制动执行器，以制动和/或加速行星传动装置元件并因此根据作业单元的功耗波动来调节传动比/减速比，使得在作业单元的较低功耗的阶段中，飞轮储能器加速并且其动能因此提高，并且在作业单元的较高功耗的阶段中，飞轮储能器可以降低转速使得行星传动装置的输入轴上的来自驱动源的输入转速和/或输入扭矩在所述较低和较高功耗的阶段中至少保持大致相同。因此，根据本发明的该方面，控制装置即使在作业操作时也不会将行星传动装置的传动比/减速比保持恒定，而是使其周期性地向上和向下改变，以便根据作业单元的功耗波动对飞轮储能器进行加速和制动，从而增大和减小其动能，以便更精细地补偿作业单元的功耗波动，并使其尽可能远离行星传动装置的驱动源侧，以便不对驱动源产生任何影响。特别地，通过调节行星传动装置的传动比/减速比，可以对飞轮储能器进行加速和制动，使得飞轮储能器的动能和作业单元的波动能耗之和保持大致恒定。

7、特别地，控制装置可以加速或制动行星传动装置元件，使得连接到驱动源的行星传动装置的输入轴上的扭矩、连接到驱动和/或制动执行器的行星传动装置元件上的扭矩以及连接到作业单元的传动装置输出轴上的扭矩的总和至少大致保持平衡，特别地接近于零。

8、特别地，所述控制装置可被设计为在作业单元的功耗周期性波动的情况下还根据功耗的波动周期周期性地调节影响或控制飞轮储能器转速的行星传动装置元件，并且周期性地对飞轮储能器进行相应的加速和减速。例如，如果作业单元是方捆打捆机，则作业单元的功耗遵循填塞器进入打捆室的运动，并且因此遵循连接到填塞器的曲轴运动的周期。由于在压缩稻草捆的情况下仅非常有选择性地(例如，仅在约10度的角度内)需要高压力以及因此为此所需的能量，因此当填塞器曲轴在剩余的350度内旋转时，通过驱动和/或制动执行器相应地加速行星传动装置元件，可以通过调节行星传动装置来加速和更快地驱动飞轮质量块，使得飞轮储能器在其转速方面可以说是过高，并接收多余的动能，然后可以在压缩的短暂时刻再次释放该动能。在进一步的过程中，可以通过加速飞轮储能器在接下来的350度或下一个功耗较低的阶段中再次收集能量。行星传动装置的这种周期性调节以及与其相关的飞轮储能器的周期性加速和减速，可以实现驱动轴的额外的减载和更好的均匀性。

9、控制装置可以在作业操作中(尤其围绕作业点或在飞轮储能器的特定转速范围内)根据各种操作参数向上或向下调节行星传动装置，或者以各种方式确定功耗波动。例如，控制装置可以与检测装置合作，该检测装置例如通过力传感器和/或应变仪或其它合适的能够测量相关操作变量的传感器系统可以直接检测作业单元的功耗和/或作业单元或行星传动装置输出轴上的扭矩和/或调节力。例如，在打捆机的情况下，可以检测打捆室中的压力和/或打捆元件的位置。

10、在功耗波动周期性发生且/或取决于作业单元的操作模式或受其影响的情况下，也可以确定其它代表性变量，控制装置可以根据这些变量调节行星传动装置。例如，可以通过位置传感器来检测作业单元的位置，例如填塞器在打捆室中的位置，或者可以通过旋转编码器来检测填塞器曲轴的旋转位置，以便根据填塞器位置和/或曲轴旋转角来调节行星传动装置。

11、然而，替代地或补充地，在功耗周期性波动的情况下，也可以简单地设置有时间控制器。例如，可以检测或确定波动周期，例如苛刻地确定的平均值的形式，以便随后在相应周期的特定部分中提供对行星传动装置的特定调节或根据时间对其进行控制。

12、原则上，用于调节行星传动装置的驱动和/或制动执行器可以不同地设计，其中，驱动和/或制动执行器可以有利地集成到行星传动装置中，和/或连接到行星传动装置元件本身。

13、特别地，所述驱动和/或制动执行器可以包括液压或电动的驱动和/或制动马达，该驱动和/或制动马达可以对可控制飞轮储能器的转速或行星传动装置输入轴和飞轮储能器之间的传动比的所述行星传动装置元件以期望的方式进行加速和/或制动，以便作为启动辅助装置的一部分以所述方式逐渐使飞轮储能器提速，且/或在作业单元在其作业操作中发生操作性功耗波动的情况下有选择地加速飞轮储能器，以便针对所需的功率峰值增加动能。

14、然而，对于某些应用目的而言，仅设置一个制动器(例如，蹄式制动器或盘式制动器的形式)作为驱动和/或制动执行器也可能是足够的，该制动器可以制动行星传动装置元件以实现对传动比/减速比的期望调节。例如，这对于纯粹的启动辅助装置来说就是足够的，在该纯粹的启动辅助装置中，当驱动源运行时可被驱动和/或制动执行器控制的行星传动装置元件最初可以说是自由旋转的，并且随后被逐渐地制动，以便将飞轮储能器提速到其工作转速范围。

15、然而，可能除了这种制动器之外，驱动和/或制动执行器可以有利地包括转速可控的驱动和/或制动马达，以便在必要时可以加快所述行星传动装置元件的转速，但当马达在制动操作下运行时，也可以通过这种驱动和/或制动马达实现对行星传动装置元件的制动。

16、可以以各种方式向这种驱动和/或制动马达供应驱动能，例如由可由驱动源直接驱动的泵或发电机供应，或者由蓄压器或电池储能器供应。

17、在本发明的有利改进示例中，所述驱动和/或制动马达还可以由泵或发电机供应压力流体或电力，泵或发电机可以连接到行星传动装置本身，特别地可以以传动方式连接到行星传动装置输入轴，使得行星传动装置输入轴驱动所述泵或所述发电机。特别地，泵或发电机可以集成到行星传动装置中，或者安装在行星传动装置的壳体中或壳体上。

18、泵或发电机可以通过合适的传动装置级(例如，正齿轮)连接到行星传动装置输入轴。

19、然而，作为与行星传动装置输入轴或行星传动装置输入元件的连接的替代方案，所述泵或所述发电机还可以连接到行星传动装置的输出侧，例如连接到从行星传动装置通向作业单元的轴部分。

20、在本发明的有利改进示例中，行星传动装置可以包括直通驱动器(durchtrieb)，该直通驱动器绕过用于控制飞轮储能器的转速的行星传动装置级，并从行星传动装置输入侧通向输出轴，该输出轴从行星传动装置通向作业单元。飞轮储能器通过所述行星传动装置级相对于所述直通驱动器分支，并且其转速可以相对于通向作业单元的传动系统部分的驱动转速相应地改变。

21、穿过用于连接飞轮储能器的行星传动装置级的所述直通驱动器可以以直通轴(durchgangswelle)的形式并因此以无传动比的方式穿过行星传动装置，使得行星传动装置输入轴具有与通向作业单元的输出轴相同的转速。然而，替代地，所述直通驱动器也可以具有传动级或减速级，例如第二行星传动装置级或正齿轮传动级的形式。有利地，在这种情况下，飞轮储能器的转速也可以通过首先提及的行星传动装置级而相对于直通驱动器的无论是输入侧还是输出侧的转速发生改变。

22、在本发明的另一改进示例中，行星传动装置可具有一级设计，或者仅包括一个行星传动装置级，该行星传动装置级由传动装置输入轴驱动并且可以在输出侧驱动飞轮储能器。

23、有利地，所述飞轮储能器可以集成在行星传动装置中，特别地布置在公共的传动装置和飞轮壳体内。

24、原则上，所述行星传动装置级的传动元件与诸如飞轮储能器、驱动和/或制动执行器和/或输入和/或输出轴等相关部件的关联可以是不同的。

25、根据本发明的有利实施例，传动装置输入轴可以连接到与飞轮储能器连接的行星传动装置级的齿圈，使得所述齿圈以输入转速旋转。在这种情况下，上述泵或发电机可以例如经由合适的中间传动级连接到所述齿圈。

26、有利地，飞轮储能器可以连接到行星传动装置级的太阳轮，使得可以通过制动和/或加速托架或行星架来控制用于飞轮储能器的传动比/减速比。特别地，可以对所述行星架施加制动，以便逐渐启动飞轮储能器。替代地或补充地，在飞轮储能器的自身提速的作业操作中，可以加速和/或制动行星架，以便以所述方式更精确地补偿作业单元的功耗的周期性的或其它形式的波动。

27、可以在输入侧连接到传动装置输入轴或形成传动装置输入轴并且可以在输出侧连接到传动装置输出轴或形成传动装置输出轴的上述直通驱动轴(durchtriebswelle)可以以不能旋转的方式连接到行星传动装置级的齿圈，并穿过太阳轮，其中，齿圈和直通轴可旋转地相互支撑，且/或也可以彼此分开地支撑在传动装置壳体上。

28、为了制动和/或加速和/或保持用于控制传动比的行星传动装置元件(特别是上述行星架)，所述驱动和/或制动执行器(特别是上述电动或液压驱动马达)可以通过例如正齿轮传动装置级形式的传动装置级连接到所述行星传动装置元件。例如，行星架可以具有驱动齿轮(antriebsrad)，该驱动齿轮可以在飞轮储能器和行星传动装置级之间延伸并且可以独立地与可与所述驱动和/或制动执行器连接的小齿轮或驱动齿轮啮合。

29、为了实现紧凑、节省空间的结构，驱动和/或制动执行器以及飞轮储能器可以朝向行星传动装置的不同端面布置，且/或可以布置在行星传动装置级的不同侧上，然后通过该行星传动装置级将飞轮储能器连接到传动系统。例如，驱动和/或制动执行器可以设置在行星传动装置的形成其输入侧的侧向端部上，而飞轮储能器可以设置在行星传动装置的形成其输出侧的端部上。