CN113463715A - 移动工作机 - Google Patents

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CN113463715A CN202110351959.XA CN202110351959A CN113463715A CN 113463715 A CN113463715 A CN 113463715A CN 202110351959 A CN202110351959 A CN 202110351959A CN 113463715 A CN113463715 A CN 113463715A
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丹尼尔·拜尔
迪尔克·阿萨姆
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Liebherr Hydraulikbagger GmbH
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Abstract

本发明涉及一种移动工作机，特别是一种挖掘机，包括：底架，其具有履带底盘、轨道安装底盘或轮式底盘；上层结构，其具有扣紧至该上层结构的附件；和回转支承盘，其可旋转地将所述底架与所述上层结构相互连接。所述工作机特征在于分散的能量供应和/或在于分散的供应网络，优选地，DC供应网络，和用于在所述上层结构与所述底架之间传送电能的滑环。

Description

移动工作机
技术领域
本发明涉及一种移动工作机，特别是涉及一种完全电操作式移动工作机，诸如，挖掘机。
背景技术
已知，移动工作机可用于土方工程中，并可用于材料传送的用途。这些机器中的绝大多数现在装备有用化石燃料操作的常规内燃机。
然而，也存在所谓的半固定电源操作式工作机。所述技术主要用在用于材料传送的工作机中，这是由于这项工作是在非常集中的区域上执行。因此规定所述工作机永久地连接到在预期工作区域中的固定电力网络。这可例如通过安装的高压线或对应的等效装置来实现。
不利地，在于以上提出的替代方案之间选择时，始终必须在移动性与电驱动之间进行决策，考虑无相关联的局部排放物。
全电动移动工作机迄今尚不能够建立自身的市场，这是由于在充分长的时间段上，通常不能满足所述工作机的高能量集中式工作要求。然而，随着能量存储进程的发展，并且也由于法规要求，假定在未来将需要全电工作机。
发明内容
本发明的目标在这里是提供一种改善的移动工作机，一方面，其特征在于所需主要能量要求的尽可能大的减少，和另一方面，准许能量存储的最佳布置。
这是使用具有权利要求1的所有特征的移动工作机来进行。所述装置的有利方面这里列在附属权利要求中。
根据本发明提供，所述移动工作机，特别是挖掘机，包括：底架，其具有履带底盘、轨道安装底盘或轮式底盘；上层结构，其具有扣紧至该上层结构的附件；和回转支承盘，其可旋转地将所述底架与所述上层结构相互连接。所述工作机特征在于分散的能量供应和/或在于分散的供应网络，优选地，DC供应网络(DC总线)，和用于在所述上层结构与所述底架之间传送电能的滑环。
因此，所述滑环的提供不将能量存储和驱动系统只限于上层结构是可能的，这是由于布置在底架处的组件现在也可由滑环通过能量的传导来整合。举例来说，提供可布置在上层结构与底架两者处的分散的能量存储是可能的。
举例来说，通过根据本发明的理念，也可使供应网络在底架中继续，使得各种组件和驱动系统也可在那里被供应能量。
因此根据本发明可提供，供应网络的一部分在上层结构中延伸，通过滑环实现到底架的电连接，使得其可在底架中继续。
所述滑环有利地被配置，使得所述滑环也充当配电箱。这意味着，所述滑环充当中心元件，并且到能量存储的连接线可都具有大致相同的线路电阻(因此可提供，所述线路电阻可在围绕最大线路电阻5％的范围中变化)，所述能量存储以分散方式布置并且可分布于上层结构和底架上。以分散方式布置的能量存储之间的平衡可在此减小至最小限度。这里有利地，可将可再充电电池放电，这导致转移损失和组件的热负荷的减少，且最终导致组件的主要能量要求的减少。
滑环的刷子的转移电阻可有利地通过更改线横截面和线长度补偿。
此外根据本发明可提供，刷子和环的布置被更改，使得在刷子处到上层结构和底架组件的转移电阻是相同的。举例来说，这可被实现，其中在上层结构侧处，将HV正线的连接电缆引到刷子，且将HV负线引到环。所述连接可然后在底架侧处颠倒。
根据本发明同样有可能的是，在多个能量存储单元中以分散方式设计电连接到供应网络的能量存储。所述能量存储单元中的每一个在这里连接到供应网络，使得同样地连接到所述供应网络的消费者可获得其来自能量存储单元的能量。能量存储单元的模块化设计确保所述能量存储单元可根据待执行工作任务来串接。
根据本发明的任选修改可提供，所述能量存储单元中的一个或多个布置于底架中，且所述能量存储单元中的一个或多个其它的布置于上层结构中，且底架中的能量存储单元例如扣紧到扣紧设备，所述扣紧设备用于连接推雪铲，还有推土铲或替代推土铲。
在挖掘机或移动工作机的正常存在的推土铲的区域中连接能量存储单元在这里特别有优势，这是由于所述能量存储单元可不费大力地替换。可因此将能量存储单元简单地放到地面上，这是由于移动工作机可自己向能量存储单元移动并拿起能量存储，且可借助于实际为推土铲提供的可调整扣紧装置来连接到供应网络。
可再充电的电池容量也可对应地通过在轮轴之间或在前部和后部(例如，外伸架框)连接能量存储单元来对应地增大。然后将必须通过对应的辅助装置或额外车辆(例如，叉车)来确保可再充电电池的替换。
因此根据本发明可提供，能量存储单元中的一个在与附件相对地设置的一侧处连接到上层结构，以充当能量存储和压载物。
挖掘机典型地在其与附件(挖掘机叉架)相对的侧处具有配重，以确保足够的有效负荷和稳定性。
另外根据本发明可提供，通过将能量存储单元连接到供应网络，能量存储在其容量上是可调的。举例来说，如果预见到位于上层结构处的能量存储在容量上对于提供的任务来说过小，则可将其可变地扩大，其中将另外能量存储单元连接到供应网络。
根据本发明的再一修改可提供，回转机构通过电回转机构驱动进行致动以执行上层结构相对于底架的回转移动，所述电回转机构驱动通过供应网络获得其能量。
根据本发明的有利另外开发可进一步提供，工作机此外提供有连接到供应网络的电力存储。优选地按电容器的方式(所谓的超级电容)配置能量缓冲器。当必须在短时间中和/或通过大量循环缓冲高电力峰时，所述电力存储特别具有优势。
可将电力存储设计为中央或分散式。通过分散设计，在极端情况中，必须针对每一可复原系统提供电力存储。
如果将电力存储设计为中央式，则在极端情况中，只通过一次存储来缓冲所有可复原系统。在经济方面，这也是使用小电力峰或仅罕见出现的电力峰有可能。
如果以分散形式布置电力存储，则部分系统的复原能量包不有损或影响任何其它系统。这意味着，在装置侧上的分布网络上，不产生电力、电流或电压峰。由于电力存储的分散布置，可最佳地设计所述存储的充电和放电策略。所述系统由此变得稳定，且在供应网络中只出现小的波动。
根据本发明可进一步提供，所述工作机提供有通过供应网络获得其能量的电牵引驱动。牵引驱动在这里可具有额外能量或电力存储和合适的装置，以更改电动机速度。这里可提供，将电牵引驱动布置于底架中。
根据本发明可进一步提供，所述工作机提供有至少一个电驱动，以用于工作装置的致动，其中所述至少一个电驱动通过供应网络获得其能量。液压单元的驱动在这里可具有额外能量或电力存储和合适的装置，以更改电动机速度。这里可提供，将用于工作装置的致动的电驱动布置于上层结构中。
根据本发明可进一步提供，所述工作机提供有通过供应网络获得其能量的电回转驱动。可通过回转驱动使上层结构关于底架枢转。回转驱动在这里可具有额外能量或电力存储和合适的装置，以更改电动机速度。
此外根据本发明可提供，所述工作机提供有通过供应网络获得其能量的至少一个电气子系统，其中用于操作员工作场所空气调节、油温控制、冷却水温控制或冷却水气候控制和用于通风的系统直接连接到供应网络。这里可按高效方式实现废热的使用，这导致工作机的改善的热管理。
为了进一步提升节约的可能性，用于车辆的支撑、转向和制动的系统可具有连接到供应网络的独立驱动或致动器。
出现经济和技术原因(尺寸、零件可利用性)，有必要在装置上提供不同电压电平。可使用DC/DC转换器来更改电压电平。
为了能够使用具有与基本装置(基本可再充电电池)不同的电荷状态的额外能量存储单元，必须更改电压电平。例如通过所谓的DC/DC转换器，这是有可能的。额外可再充电电池或能源可在此连接到基本装置，甚至在其中的能量存储耗尽时，而不必首先对现有能量存储充电。
为了避免转移电流或将其保持为尽可能的小，通过DC/DC转换器或关断装置自供应网络取得可再充电电池可为有意义的。一旦可再充电电池或能源已达到相同或非常类似的电荷状态，则基本可再充电电池可再次连接到供应网络，且可进一步使用。
附图说明
本发明的另外特征、细节和优势将参看以下图的描述来解释。其中展示：
图1：根据本发明的工作装置的示意性基本设计；
图2a和2b：将滑环用作配电单元的上层结构和底架的示意图；
图3：根据本发明的工作机的上层结构；以及
图4a和4b：根据本发明的工作机的底架。
具体实施方式
图1展示根据本发明的工作机1的示意性基本设计。中心布置的交叉点这里表示滑环5，即，上层结构与底架的可旋转电连接。从这里开始的供应网络6一方面由表示在上层结构中的供应网络6的路程的连续线表征。从滑环开始的点线这里表示在底架中的供应网络6的范围。可辨识到，在底架中和在上层结构中的组件都连接到供应网络6，且供应网络6延伸穿过滑环5。
在目前情况中，能量存储单元7还有牵引驱动10设置于底架中，且各连接到供应网络6。然而，布置于底架中的牵引驱动10不只从布置于底架(当存在时)中的能量存储单元7获得其能量，而且从布置于上层结构(当存在时)中的能量存储单元7获得其能量。
用于旋转上层结构5的回转机构驱动8(例如，电回转机构驱动8)此外布置于上层结构中并通过供应网络6获得其能量。
此外，在上层结构中存在连接到供应网络6的另外用电器。用于工作机1的附件(例如，挖掘机臂或类似者)的工作液压的一或多个电驱动11也连接到供应网络6。电制动器、转向机构、轿厢升降机、工作机的支撑件(借助于外伸架和/或推土铲)或还有油冷却器和任选地水冷却器可被视为另外的消耗体。
诸如操作员工作场所的加热和空气调节的装置可同样地通过供应网络6来供应能量。在有利的扩展中，加热可通过使用驱动组件或能量存储的废热来发生。空气调节系统的效率可通过使用热泵来进一步增大，且可因此再次减少主要能量的使用。
布置于上层结构中的能量存储单元有利地布置于与附件相对地设置的上层结构之侧，使得其也同时充当压载物，并且通常存在的压载物是不需要的或只在减小的程度上需要。
此外从图1可看出，电力存储9(所谓的超级电容)存在于上层结构中，所述电力存储9适于在短时间内吸收大量能量并将其在短的周期(例如，大致30秒，直到2分钟)内存储。在有利的延伸中，其可布置为针对所有系统的中央存储。
举例来说，电力存储9可不仅连接到供应网络6，而且此外具有到回转机构驱动8和到用于附件的一个或多个驱动11的相应连接14。
图2a和2b展示工作机1的示意性设置的轻微修改型式，其中电组件(例如，FU)和能量存储通过滑环连接到供应网络。滑环具有到至少一个能量存储单元7的连接。所述布置确保可将能量存储单元之间的功率电阻保持在容许范围内。
图2a这里展示在移动工作机的上层结构中的结构设计，而图2b展示在工作机的底架中的结构设计。图3展示电动工作机的上层结构4，例如，电池操作式挖掘机。其中示意性地展示上层结构的个别用电器。
可从操作员可控制工作机之处辨识到操作员的轿厢20。用于挖掘机臂或用于工作机的从上层结构的一侧突出的不同附件的连接段通过参考数字21紧靠所述连接段标记出来。
与工作机的附件连接到的那侧恰好相对地，布置能量存储7，由于它的重量，所述能量存取还充当用于工作机的压载物的部分。
此外，电回转机构驱动8、用于附件的驱动11、用于电驱动的反相器单元15、产生24V、48V或AC 230/400V的车上网络电压的转换器单元16和冷却与加热系统17存在于上层结构4中。用参考数字18来呈现用于另外消耗器的额外安装平面。
图4a展示底架2的透视图，其中流体旋转联合体和用于传送控制信号5的滑环在中心安装。此外可辨识出距离延伸器模块、充电模块或插头模块(例如，能量存储单元7)和在布置于底架2处的行进方向上布置于前部的推土铲19。
图4b展示底架2，此时所述底架现在呈现增大可用能量容量的另一能量存储装置7，而非推土铲19。所述可选择性连接的能量存储7可因此。这里可提供，所述能量存储单元的收起是借助于也适合于致动推土铲的移动装置来发生。因此无必要借助于起重机或类似者来抬升距离延伸器能量存储单元，这是由于离开地面的所需提升程序可通过已在工作机处(例如，在挖掘机处)存在的用于推土铲的致动装置来发生。

Claims (15)

1.一种移动工作机(1)，特别是挖掘机，包括：
底架(2)，其具有履带底盘、轨道安装底盘或轮式底盘(3)；
上层结构(4)，其具有扣紧至该上层结构的附件；以及
回转支承盘(5)，其可旋转地将所述底架(2)与所述上层结构(4)相互连接，
其特征在于
分散的能量供应和/或分散的供应网络(6)，优选地，DC供应网络；以及
滑环(5)，其在所述上层结构(4)与所述底架(2)之间传送电能。
2.根据权利要求1所述的工作机(1)，其中所述供应网络的一部分在所述上层结构(4)中延伸，通过所述滑环(5)实现到所述底架(2)的电连接，使得所述供应网络能够在所述底架(2)中继续。
3.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，其中连接到所述滑环(5)的能量存储(7)是按分散方式在多个能量存储单元(7)中配置，其中按分散方式布置的连接到所述能量存储的连接线，优选地，都具有大致相同的线路电阻。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，其中所述能量存储单元(7)中的一个布置于所述底架(2)中，且所述能量存储单元(7)中的不同的另一个布置于所述上层结构(4)中；且其中所述底架(2)中的能量存储单元(7)优选地扣紧到扣紧装置，所述扣紧装置用于连接推土铲和/或替代的推土铲。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，其中所述能量存储单元(7)中的一个在与附件相对设置的一侧处连接至所述上层结构(4)以充当压载物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，其中通过将能量存储单元(7)连接到所述供应网络(6)，所述能量存储(7)在其容量上是可调的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，其中所述移动工作机的回转机构(5)通过电回转机构驱动(8)进行致动以执行所述上层结构(4)相对于所述底架(2)的回转移动，所述电回转机构驱动通过所述供应网络(6)获得其能量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，进一步包括电力存储(9)，所述电力存储(9)连接到所述供应网络(6)且优选地按所谓的超级电容的电容器的形式配置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，其中所述电力存储(9)按分散形式设计，优选地，其中针对多个可复原系统或针对每一可复原系统提供单独电力存储(9)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，进一步包括电牵引驱动(10)，其优选地布置于所述底架(2)中且通过所述供应网络(6)获得其能量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，进一步包括至少一个电驱动(11)，以用于工作装置的致动，其中所述至少一个电驱动(11)通过所述供应网络(6)获得其能量。
12.根据前述权利要求中任一项所述的工作机(1)，进一步包括至少一个电气子系统(12)，其通过所述供应网络(6)获得其能量，其中所述至少一个电气子系统优选地是液压油冷却器、加热气候控制装置、紧急制动器和脚踏闸、底架支撑系统、转向机构和/或轿厢升降机。
13.根据权利要求1到9中任一项所述的工作机(1)，进一步包括电牵引驱动(10)，其布置于所述底架(2)中且通过能量分布单元(13)获得其能量，所述能量分布单元(13)连接到所述能量存储(7)，优选地，连接到布置于所述底架(2)中的能量存储单元(7)。
14.根据权利要求1到9或13中任一项所述的工作机(1)，进一步包括用于所述工作装置的所述致动的至少一个电驱动(11)，其中所述至少一个电驱动(11)通过能量分布单元(13)获得其能量，所述能量分布单元(13)连接到所述能量存储(7)，优选地，连接到布置于所述上层结构(4)中的能量存储单元(7)。
15.根据权利要求1到9、13或14中任一项所述的工作机(1)，进一步包括至少一个电气子系统(12)，该电气子系统通过能量供应单元(13)获得其能量，并且连接到所述能量存储(7)，优选地，连接到布置于所述上层结构(4)中的能量存储单元(7)，其中所述至少一个电气子系统(12)优选地是液压油冷却器、加热气候控制装置、紧急制动器和脚踏闸、底架支撑系统、转向机构和/或轿厢升降机。
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