CN103140335A - 用于车式搅拌筒的混合驱动 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其中，可选择地使用由变量泵(4)和液压式马达(5)组成的液压驱动设备或者电动机(6)驱动所述搅拌筒(8)。具有较低功率的电动机(6)在运输已搅拌的混凝土到施工地期间驱动所述低转速的搅拌筒(8)，然而，在装载、混合和卸载时所述液压驱动设备驱动所述高转速的搅拌筒。

Description

用于车式搅拌筒的混合驱动

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于安置在机动车上的搅拌筒的驱动单元。

很早就已知具有用于搅拌混凝土和运输混凝土到施工地的装备的机动车。所述机动车具有安置在机动车底板上的可旋转的有较大容积的搅拌筒，该搅拌筒的转动通常由液压马达通过传动装置所引起。该液压马达由液压变量泵供给，该变量泵与机动车的驱动机构相连接，并且被该驱动机构所驱动。在运输混凝土到施工地时，搅拌筒通常只以例如0.5到5圈每分钟的转速旋转，在其搅拌和卸载时搅拌筒具有明显较高的转速，可达到15圈/分钟。这种混凝土搅拌和运输车辆例如由DE102008017350A1或DE39550A1已知。

对于这种混凝土搅拌和运输车辆，也简称为搅拌车或车式搅拌机，存在这样的问题，在机动车驱动机构(多数情况下为柴油发动机)处于停止状态时，搅拌筒的旋转必然地也会停止。这样对于填满的搅拌筒是不利的，因为这样可能导致混凝土的分离(Entmischung)或凝固，并且这是不期望出现的。因此，对于填满的搅拌筒、尤其在运输混凝土到施工地期间，该搅拌筒应持续地转动。由此又会出现这样的问题，在车式搅拌机处于静止状态，例如在堵车或在到卸载需长时间等待的情况下、一直运转的车式搅拌机的驱动机构(在多数情况下为柴油发动机)会造成不必要的废气排放和噪声，这尤其在封闭空间内是损害健康的、有害环境的和有干扰性的。

为此，这种问题和解决方法由本领域现有技术已知。在DE102008017350A1中设有不依赖于机动车驱动机构、柴油发动机、液压泵的独立驱动装置，该驱动装置也可设计为内燃机。

为了解决同样的问题，JP2003-301802A阐述了一种用于安置在机动车上的搅拌筒的驱动单元，其中，作为对液压马达通过与机动车驱动机构连接的液压泵的直接驱动的补充，设有另一个液压泵。这种另一个液压泵也是可通过液压管路和阀与搅拌筒的液压马达相连接。但是，该另一个液压泵由电动机驱动，该电动机能够由机动车整车电源还有其通常使用的电源供应装置供电。在搅拌车的驱动机构处于静止状态时在需要情况下，运转所述电动机并且通过液压驱动保持搅拌筒的转动。

这种解决方案的缺点是，所述用于变量泵的独立驱动马达必须设有如此大的功率，以至于在要求较高转速的情况下仍能够驱动搅拌筒。这不仅适用于通过内燃机驱动，也适用于使用电动机。这种驱动已经在DE202009001416U1中已知，其中相应的尺寸的电动机直接用于驱动搅拌筒，直接也就是没有液压驱动的中间连接。。

在通过搅拌车的驱动机构驱动搅拌筒的液压驱动的变量泵时，还会出现这样特殊的问题，连接在驱动机构的辅助驱动上的变量泵承受驱动机构的所有转速变化。由于自动化的换挡传动装置和其不连贯的加速以及减速不能够保证液压驱动均匀的加载负荷。所述驱动机构的辅助驱动也会被不均匀的加载负荷，由此可能影响换挡过程。此外，在液压驱动在部分功率区间大约5KW运行时，效率是相当低的。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于安置在机动车上的搅拌筒的驱动单元，其相比于现有技术进一步改进了搅拌筒驱动系统和车式搅拌机的效率，其中，应该能够避免不必要的废气排放和噪声。在此，在保持搅拌筒的转动时，驱动机构、尤其车式搅拌机的内燃机应该能够被停止。此外，所述驱动系统应该能够以较低的费用成本低廉的实现，并且在其运转时是稳固的和可靠的。

借助权利要求1特征部分的技术特征来解决所述技术问题，由此在机动车和变量泵的驱动机构之间安置第一离合器，在液压马达和车式搅拌机传动装置之间安置第二离合器，并且电动机(6)这样与车式搅拌机传动装置(7)连接或可以连接，使得搅拌筒(8)能单独地被所述电动机(6)驱动。

根据本发明，设置电动机作为对通过液压传动系驱动搅拌筒的补充，所述传动系具有变量泵和液压马达。这种与液压马达相比具有相对较低功率的电动机，根据本发明所述技术问题的解决方案与车式搅拌机传动装置固定连接。这意味着，该电动机与车式搅拌机传动装置的驱动轴永久地连接，例如通过一对持续咬合的齿轮。

根据本发明另一个实施方式，电动机能够与车式搅拌机传动装置有选择地连接，这能够根据权利要求2通过第三离合器来实现，该第三离合器安置在电动机输出轴和车式搅拌机传动装置的驱动轴之间。

在上述两种设计方案中设定，当液压传动链通过打开第一和/或第二离合器而不运行时，电动机才作为搅拌筒的备选驱动而被使用。第一离合器位于搅拌车的驱动机构和液压变量泵的驱动轴之间。因此，在打开这种离合器的情况下所述泵不再得到驱动。第二离合器安置在液压式马达(简写为液压马达)的输出轴和车式搅拌机传动装置的驱动轴之间。该离合器主要是用于避免，在通过电动机驱动搅拌筒时向液压马达传输驱动功率。否则这会导致其作为泵运转，会引起附加地对电动机的负荷，这是不期望出现的。

根据本发明优选这样设置电动机，使其输出功率能够满足在较低的、适用于运输已经搅拌完成的混凝土的转速区间内驱动搅拌筒。这种转速区间在0.5至5U/min，要求的驱动功率为5KW。这种功率明显低于用于以高至15U/min的转数转动搅拌筒的功率，例如100KW，也就是在装载、搅拌和卸载时所必须的功率。

根据本发明，例如当向施工地运输搅拌完成的混凝土时，才使用电动机。这时，在装载和搅拌混凝土时以较高的转速消耗较多能量的对搅拌筒的驱动已经完成，并且用于转动搅拌筒的液压传动系根据控制单元的指令通过打开第一和/或第二离合器被停止运转。电动机的电源供应装置由控制单元来激活。如果需要，在闭合第三离合器之后，电动机通过车式搅拌机传动装置驱动搅拌筒。

在到达施工地后，电动机能够保持运转直到要进行卸载过程。由此，能够度过等候时间，在该时间内搅拌车的驱动机构仍可处于静止状态。这样避免了不必要的石油燃料的消耗，并且由此减轻了在环境内废气排放的负荷。只有当应该进行卸载时，才重新需要以较高转速驱动搅拌筒，为此运转驱动机构，并且液压驱动通过闭合第一和/或第二离合器来被激活。

在使用电的驱动方式时，搅拌筒的驱动在运输期间完全地不受驱动机构在转动下状态变化和它的波动影响。驱动机构转数的突然变化也不会传输给搅拌筒。在用于搅拌筒的液压驱动系统中不会出现不受控制的加速或减速，因为该传动系已经与驱动机构分离。从而避免了由于液压系统内的压力峰值(Druckspitz)产生的依赖于负荷的振动和磨损。根据现有技术，搅拌驱动的同步性和系统整体的工作效率都比在用纯液压驱动搅拌筒时有所提高。此外，所述液压驱动被较少的加载负荷，因为其在驶向施工地期间没有被使用，并且由此不被突然的加速和压力峰值所损害。

根据本发明的电动机优选通过变频器从搅拌车的整体电路供电，并且由其控制电动机的转速，该变频器是驱动单元的电子控制装置的一部分。所述控制以有利的方式包括转速传感器，其优选安置在车式搅拌机传动装置上。优选，所述电动机由整车电网或整车电源供电意味着，用于运转电动机、搅拌车的车用电池的功率被使用。这种可重复充电的电池，可以是蓄电池，例如由搅拌车的驱动机构的发电机来供电。当然，能够设有用于电动机电源供应装置的自用蓄电池，该蓄电池独立于搅拌车的驱动机构的起动器电池。这种驱动机构通常是内燃机，优选为柴油发动机。

用于驱动搅拌筒的电动机能够与车式搅拌机传动装置如此连接，使得在用液压驱动搅拌筒，也就是在较高转速时，尤其在装载、搅拌和卸载时，电动机被液压驱动附带驱动，并且由此起到发电机(Generator)的作用，用于向电能储存装置提供电能。

在另一个实施方式中，也能够将所述电动机集成到传动系内，使得该电动机在液压驱动搅拌筒时可辅助液压马达，以此能够降低车式搅拌机的驱动机构的转速，并且由此在使用内燃机的情况下保护了资源和环境。

下面结合附图1至3阐述本发明的实施例。

图1示范性示出根据本发明的驱动单元的第一实施方式的主要部件的示意图。

图2示范性示出根据本发明的驱动单元的第二实施方式的主要部件的示意图。

图3示范性示出根据本发明的驱动单元的第三实施方式的典型主要部件的示意图。

在图1中示出驱动机构1，该驱动机构构成未示出的混凝土搅拌和运输车辆的主驱动装置。这种机动车在下文中简写为车式搅拌机或搅拌车。以柴油发动机形式的内燃机通常作为驱动机构1。当然，液压发动机或混合驱动装置也能够作为运转机动车的驱动机构1，但是，所述机动车通常还是被内燃机作为主要动力总成所驱动。所述驱动机构1的输出轴11通过传动系统12与发电机10(Generator)相连接，该发电机为作为车式搅拌机整车电网或整车电源的电源供应装置2的蓄电池17供电，并且保持其在充电状态。所述输出轴11能够通过优选用电学方式、机电方式或机械方式可控制和操作的离合器4a、与液压的变量泵4的驱动轴11a连接。所述变量泵4的输出功率以已知的方式通过调节单元4b调节。所述变量泵4通过用于高压液体的液压管路13与液压马达5相连接。该液压马达的转数和转动方向能够根据在变量泵4的调节单元4b上的控制信号被预先设定。在图1中所示的定量马达能够在其他实施方式中也作为变量马达借助本领域公知的调节机构来运行，这对于技术人员是容易想到的。

液压马达5的输出轴14、能够借助优选可用电学方式、机电方式或机械方式控制和操作的另一个离合器5a，与车式搅拌机传动装置7的驱动轴14a作用力接合地或形状配合地相连接。所述车式搅拌机传动装置7的输出端与搅拌筒8相连接，并且当在驱动轴14a上有足够的转动力矩时，所述输出端使搅拌筒转动。

通常将所述车式搅拌机传动装置7设计为减速传动装置，为此，由于其耐用性和能达到较高的减速比可使用不同结构类型的行星齿轮传动装置。驱动轴和输出轴通常被弹性地支承，并且允许驱动轴14a在受限制的角度区间内相对于搅拌筒8偏转。

作用在车式搅拌机传动装置7上的驱动转矩能够根据本发明可选地由电动机6产生，该电动机通过具有电子控制装置3a和功率元件(Leistungsteil)3b的控制单元3来控制。在此，按照图1所示的实施例电动机6能够通过第三离合器6a与车式搅拌机传动装置7的输入端相连接，其中，将该离合器6a也优选设计为可被电的或机电式控制和操作。在此控制信号，也像其它所有在图1所示实施例中的控制信号一样，都由控制单元3产生，并且通过只是举例性和示意性示出的导线15传送给各个待控制的组件。当然，所述控制单元3的控制尽可能地自动进行，为此使用未示出的传感器或其它输入装置。但是，由机动车驾驶者或其他操作者进行的手动操作也是能够实现的，为此在驾驶员舱内并且以有利的方式在搅拌车的外侧上设有开关装置和操纵装置。所以，操作者能够自愿选择驱动方式“通过液压马达驱动搅拌筒”或者“通过电动机驱动搅拌筒”，并且预设各自需要的转数。当然，也能够向所述驱动单元的控制装置内输入由驱动机构通过数据总线或类似装置提供的数据。

取消在图1中所示在电动机6和车式搅拌机传动装置7之间的离合器6a，根据本发明的另一个实施例还能够设置电动机6与车式搅拌机传动装置7的直接连接，例如借助驱动轴14a。在此，电动机6的输出轴16与搅拌筒驱动的连接通过一对齿轮实现，该齿轮组持续地相互啮合，并且其中一个安置在电动机的输出轴16上，另一个例如安置在车式搅拌机传动装置7的驱动轴14a上。但是，所述输出轴16也能够与车式搅拌机传动装置的其它组件连接，例如与行星齿轮架或在空心轮啮合，用于保证达到搅拌筒期望的转数或者起到发电机的作用。

在通过液压马达5驱动搅拌筒8的情况下，在闭合离合器4a和5a时，所述电动机6在这个实施方式中作为发电机来运行。在此，产生的电功率能够以有利的方式传入机动车的整车电网或整车电源内，并且例如因此给电源供应装置2的蓄电池的充电。当然，所述电动机也能够在这种驱动单元的结构方式下自由地同步运行而不输出能量。

所述的结构设计也能够如下这样修改，所述齿轮组中的一个被设置为单向轮(Freilauf)，因此车式搅拌机传动装置7的驱动轴14a的转动不传给电动机6。当搅拌筒8的驱动如此设置，只能在一个旋转方向旋转时，单向轮才是有利的。

在图1中示出的在电动机6和车式搅拌机传动装置7之间的离合器6a能够例如如此作用，电动机6的输出轴16和车式搅拌机传动装置7的驱动轴14a各自具有齿轮，他们例如通过轴向和径向的移动相互靠近或相互远离，并且因此能够实现啮合或脱离。因为所述车式搅拌机传动装置7基本上位置固定地安置在机动车上，所以在电动机6和车式搅拌机传动装置7之间的脱耦或耦连例如通过移动电动机6来实现。这种运动，也像其余的离合器(4a、5a、6a)的操作一样，能够以多种类型方式来实现，例如液压方式或气压方式，但是电学方式、机电方式或电磁方式的操作是优选的。在此，电磁装置由于其在恶劣环境下的耐用性、其较低的磨损和容易的可控制性，是特别适合的。但是，在本发明范围内伺服马达或者压缩空气驱动的或液压驱动的伺服缸也能够用来操作所述离合器。本发明的构思还包含手动操作。

根据本发明电动机6优选与车式搅拌机传动装置7的外壳机械方式地连接，就像液压马达5和从属该马达的第二离合器5a以及第三离合器6a(如果存在这个离合器)一样。这种外壳以有利的方式如此设计，液压马达5和电动机6能够通过法兰连接在该外壳上，以此使得装置和维修得到简化。离合器5a和6a能够任意地与其所属的驱动、液压马达5或电动机6，或者与车式搅拌机传动装置7设计为一体式。

按照图1根据本发明的驱动单元的工作方式如下所述：在装载、搅拌工作或在施工地卸载完成的搅拌物的情况下，搅拌筒8的驱动有较高的能量需求，这种需求可在100KW的区间内。在此，承载搅拌筒8的机动车通常是静止的，因此基本上使用驱动机构1的全部功率。这些功率在闭合第一离合器4a的情况下被传递给液压式的变量泵4，并且根据在调节单元4b上的控制信号引起在液压管道13内的高压液体的体积流。这种体积流驱动液压马达5，该液压马达通过闭合的离合器5a作用在车式搅拌机传动装置7上，并且由此转动搅拌筒8。在此，所述车式搅拌机传动装置可这样降低转数，使得搅拌筒8例如以15至20圈/分钟的转数转动。用于装载、搅拌和输出成品混凝土需要这种相对较高的转数。

因为机动车的驱动机构1通常是柴油发动机，其以这种工作方式在理想状态下在相对较高负荷下运行，所以驱动机构1在燃料消耗和降低排放方面都有利的区域内工作。同时，维持或进行对整车电网或整车电源的电源供应装置2的蓄电池的充电。

在此，根据本发明设置的电动机6在高负荷工作中优选不运行，并且在图1中示出的第三离合器6a是打开的。如果不设有这种离合器，如在所述的第二实施例中那样，只要单向轮没有中间连接，虽然电动机的转动部分随着一起转动，但是所述电动机在此起到发电机的作用。因此，该电动机没有向搅拌筒输出驱动功率，而是必要时为电源供应装置2的蓄电池充电。

在车辆运行，也在运输混凝土时，搅拌筒8只是需要相对较慢的转动、只是每分钟转几圈，为此几千瓦的驱动功率就足够了。根据本发明这些功率不再由机动车的驱动机构2提供，正如现今的现有技术一样，而是直接由根据本发明的电动机6提供这些功率。为此，打开第一和/或第二离合器(4a和5a)，这可通过控制单元3的电子控制件3a、通过对离合器4a和5a相应的控制来实现。变量泵4和液压马达5在打开第一离合器4a的情况下不再获得驱动力，并且也不再对搅拌机8起作用。取而代之的是，运转电动机6，并且按照图1所示实施例、例如闭合离合器6a。由电动机6产生的转矩优选作用在车式搅拌机传动装置7的驱动轴14a或16a的输入端，并且由此使搅拌筒8转动。

通过控制单元3的功率元件3b从整车电网的能源供应装置2向电动机6供应能源。这种能源供应装置2在机动车运行时、通过由驱动机构1驱动的发电机、即通常是发电机来充电，因此该能源供应装置2能够产生用于较长时间驱动电动机6所需的功率。

在图2所示的实施例中，例如为了暂时关闭搅拌筒8的液压驱动，在这种情况下优选为定量马达的液压马达5通过旁通管路13a被跨接。在此，打开在旁通管路13a内安置的旁通阀13b，因此由变量泵4产生的液压油绕过液压马达5。因此，液压马达5不会通过传动链14/14a向车式搅拌机传动装置7传送转矩。这种暂时关闭液压马达5与打开离合器是同等意义的，因为传动链14/14a被中断。在按照图2所示的实施例中，如果宁肯让液压马达5在通过电动机6驱动搅拌筒8时随着空转，则可以合理地省去第二离合器5a。在此，附加地随着电动机6转动的液压马达5的重量与填满的搅拌筒的重量相比作为可忽略的因素较少地被计算。

此外，在图2中在电动机和第三离合器6a之间连接有传动装置18，该传动装置在技术上通常可被这样控制，它可在理想的区间内保持电动机6的驱动转速，其中，同时可调节搅拌筒8的转速。同样，起到相同的作用，能够在搅拌筒8的驱动轴16a上安置传动装置18。此外，如前面已经表明，在传动装置18内能够设有电动机6的单向轮，如果搅拌筒8被液压驱动转动并且在用于搅拌筒的机电式的驱动装置内未设有第三离合器6a，由此可避免电动机6的伴随转动。

在另一个如图3所示的实施例中，搅拌筒8的机电式驱动通过电动机6在一列中、即与搅拌筒8的液压式驱动串联安置。这两种驱动的驱动关系，与根据图1所示的并联的安置方式没有区别，但是串联的安置方式能够节省构造空间。如图3所示，电动机6的输出轴16被导引穿过液压马达5，并且能够独立地和直接地驱动搅拌筒8。优选搅拌筒8的驱动轴16a在其通过液压马达5运行时，设有单向轮，因此在通过电动机6驱动搅拌筒8时液压马达5不会随着一起转动。在这种情况下用于车式搅拌机1的搅拌筒8可选的驱动可行方案的系统只靠一个用于搅拌筒驱动的离合器4a来进行。如果液压驱动通过该离合器4a被中断，则通过在液压马达5内的单向轮，搅拌筒8能够被电动机6转动或保持转动。

在图3示出的实施例中，当安置在旁通管路13a内的旁通阀13b被打开时，液压马达5还能够通过旁通管路13a被暂时关闭，并且因此中断用于液压马达5的液压流体供应。在此，所述旁通管路13a与旁通阀13b一起起到液压离合器的作用，由此能够省去在图1和图2中示例性所示的机械离合器5a。在此，液压驱动的打开和闭合能够通过旁通阀13b来控制，其中，电动机6如有可能通过离合器6a在液压驱动搅拌筒8时能够由传动链14/14a输出，或者例如为了产生电流和回收能量被液压驱动一起驱动。在最简单的情况下，用于打开和闭合电动机6的离合器6a在驱动搅拌筒8中也能够被省去，由此用于转动搅拌筒8的车式搅拌机的全部额定驱动只用离合器4a就可控制。

根据图1和图2以及对于如图3所示的实施方式，提供这样的可行方案，借助离合器6a将机电式驱动与搅拌筒8的驱动轴16a分开。在此，安置在用于搅拌筒8的机电式驱动内的传动装置18完全包括在本发明构思内，就像在图1和图2所示的串联的实施方式中设置的传动装置18。

附图标记清单

1    驱动机构

2    电源供应装置

3    控制单元

3a   电子控制装置

3b   功率元件

4    液压变量泵

5    液压马达

5a   第二离合器

6    电动机

6a   第三离合器

7    车式搅拌机传动装置

8    搅拌筒

9    转速传感器

10   发电机

11   驱动机构的输出轴

11a  变量泵的驱动轴

12   传动系统

13   液压管路

13a  旁通管路

13b  旁通阀

14   液压马达的输出轴

14a  车式搅拌机传动装置的驱动轴

15   电路

16   电动机的驱动轴

16a  车式搅拌机传动装置另一个驱动轴

17   蓄电池

18   传动装置

Claims (10)

1.一种用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其具有

-液压式驱动，该液压式驱动包括由所述机动车的驱动机构(1)驱动的液压变量泵(4)和由该液压变量泵供给的液压式马达(5)，该液压式马达通过车式搅拌机传动装置(7)与所述搅拌筒(8)连接，用于驱动该搅拌筒转动，

-电能储存装置(2)，其与所述机动车的整车电网相连接，

-电动机(6)，其按照控制单元(3)的指令能够被所述电能储存装置(2)启动，

其特征为，

-在所述机动车的驱动机构(1)和所述变量泵(4)之间安置第一离合器(4a)，

-在所述液压式马达(5)和所述车式搅拌机传动装置(7)之间安置第二离合器(5a)，并且

-所述电动机(6)与所述车式搅拌机传动装置(7)可如此连接，使得所述搅拌筒(8)能被所述电动机(6)单独驱动。

2.根据权利要求1所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，在所述电动机(6)和所述车式搅拌机传动装置(7)之间安置第三离合器(6a)。

3.根据权利要求1或2所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，所述第一、第二和可能存在的第三离合器(4a，5a，6a)以及电动机(6)和变量泵(5)与所述控制单元(3)相连接，并且可被该控制单元操作。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，所述控制单元(3)具有用于电动机(6)的控制和电源供应的电子控制装置(3a)以及功率元件(3b)。

5.根据权利要求1至4之一所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，所述离合器(4a，5a，6a)能够被电气地或电磁式地操作。

6.根据权利要求1至5之一所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，存在用于测量所述搅拌筒(8)转速的转速传感器(9)，该转速传感器与所述电子控制装置(3a)相连接。

7.根据权利要求1至6之一所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，所述转速传感器(9)安置在所述车式搅拌机传动装置(7)上。

8.根据权利要求1至7之一所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，所述机动车的电源供应装置包括所述电能储存装置(2)或构成该电能储存装置。

9.根据权利要求1至8之一所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，用于驱动所述搅拌筒(8)的所述电动机(6)和液压马达(5)串联地安置在传动系(14、14a)上。

10.根据权利要求1至9之一所述的用于安置在机动车上的搅拌筒(8)的驱动单元，其特征为，所述液压马达(5)借助在其内设有旁通阀(13b)的旁通管路(13a)能够被如此跨接，使得所述液压马达(5)和旁通管路(13a)一起构成所述第二离合器(5a)。

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