DE102010004596A1 - Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb - Google Patents

Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb Download PDF

Info

Publication number
DE102010004596A1
DE102010004596A1 DE102010004596A DE102010004596A DE102010004596A1 DE 102010004596 A1 DE102010004596 A1 DE 102010004596A1 DE 102010004596 A DE102010004596 A DE 102010004596A DE 102010004596 A DE102010004596 A DE 102010004596A DE 102010004596 A1 DE102010004596 A1 DE 102010004596A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrostatic
drive
electric machine
planetary gear
electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102010004596A
Other languages
English (en)
Inventor
Detlef 45141 Tolksdorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hytrac 45139 GmbH
HYTRAC GmbH
Original Assignee
Hytrac 45139 GmbH
HYTRAC GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hytrac 45139 GmbH, HYTRAC GmbH filed Critical Hytrac 45139 GmbH
Priority to DE102010004596A priority Critical patent/DE102010004596A1/de
Publication of DE102010004596A1 publication Critical patent/DE102010004596A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/02—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of driveline clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
    • B60W10/101—Infinitely variable gearings
    • B60W10/103—Infinitely variable gearings of fluid type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/202—Mechanical transmission, e.g. clutches, gears
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062—Control of propulsion units
    • E02F9/2075—Control of propulsion units of the hybrid type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2091—Control of energy storage means for electrical energy, e.g. battery or capacitors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2253—Controlling the travelling speed of vehicles, e.g. adjusting travelling speed according to implement loads, control of hydrostatic transmission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H47/00—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing
    • F16H47/02—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the volumetric type
    • F16H47/04—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the volumetric type the mechanical gearing being of the type with members having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H2037/088—Power split variators with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs für eine mobile Arbeitsmaschine, indem ein Hauptmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine, mit einem aus einer Hydraulikpumpe und einem Hydraulikmotor bestehendes hydrostatisches Antriebssystem in Wirkverbindung gebracht wird, wobei der Hydraulikmotor mit einer ersten Eingangswelle eines einstufigen Planetengetriebes verbunden ist, ein aus einer Elektromaschine einer elektrischen Regelung und einer elektrischen Batterie bestehendes elektrisches Antriebssystem mit einer zweiten Eingangswelle des Planetengetriebes in Wirkverbindung gebracht wird, wobei in einem Betriebszustand, in welchem eine hohe Zugkraft benötigt wird, der Hydraulikmotor und die Elektromaschine auf hohes Drehmoment gesteuert werden, in einem Betriebszustand, in welchem eine hohe Leistung erforderlich ist, das hydraulische und das elektrische Antriebssystem so angesteuert werden, dass ihre jeweilige Leistung additiv auf die Eingangswellen übertragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen.
  • In der Fachzeitschrift O + P Ausgabe 11-12/2007 wurde unter Wissenschaft und Forschung ein Bericht veröffentlicht, der sich mit dem Thema „Hybridantriebe für Mobile Arbeitsmaschinen” auseinandersetzt. Im Rahmen dieses Fachbeitrages wurden die beiden Themen „Energierückgewinnung” und „Systemwirkungsgrad” behandelt Es wurden dabei unter anderem die Vor- und Nachteile verschiedener Speichermedien, d. h. hydraulischer und elektrischer Speicher, für unterschiedliche Applikationen diskutiert und bewertet (Ragone-Diagramm Bild 3), bzw. die daraus resultierende Komposition von zwei Antriebsarten zu einem Hybridantrieb erläutert. Festgestellt wurde dabei, dass dieselmotorisch betriebene mobile Arbeitsmaschinen wie z. B. Radlader, Teleskoplader und Gabelstapler, die nach dem Stand der Technik in der Regel mit hydrostatischen Fahrantrieben ausgestattet sind, auch vorzugsweise dieselmotorisch-hydraulisch hybridisiert werden sollten.
  • In der DE 3842632 A1 wird eine Hybridantriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge beschrieben, im Wesentlichen bestehend aus einem vierwelligen Planetendifferentialgetriebe – in der Ausführung als zweistufiges Planetengetriebe mit zwei Eingangswellen – sowie bestehend aus einer Wechselschaltkupplung, zwei Abtriebswellen, einer Nebenwelle, zwei Hydromaschinen, einem Verbrennungsmotor, einer an eine Regelung angeschlossene Elektromaschine und einer elektrischen Batterie. Mit dieser Ausführung kann in unterschiedlichen Verkehrssituationen hinsichtlich der Abgasemission aus Sicht des Umweltschutzes ein optimaler Betriebszustand eingestellt werden.
  • Durch die WO 2009/071060 A2 ist ein dieselmotorisch angetriebenes hydrostatisch-mechanisches Leitungsverzweigungsgetriebe bekannt geworden, das einerseits ausschließlich hydrostatisch und andererseits ausschließlich mechanisch, d. h. dieselmotorisch, betrieben werden kann und das in einem dritten Betriebsbereich leistungsverzweigt mechanisch-hydraulisch hybridisiert wird. Diese Funktionsweise wurde durch den Einsatz einer Lastschaitgetriebetechnik ermöglicht.
  • Auch wenn hier bereits eine positive Weiterentwicklung bezüglich der Hybridisierung von Antriebsarten herbeigeführt werden kann, ist jedoch auch hier nachteilig, dass entweder nur mechanisch-hydraulisch bzw. dieselmotorischhydraulisch hybridisiert wird oder die elektrisch-hydraulische Hybridisierung unter Einbindung auch elektrischer Antriebe inklusive Batterien, nur durch Verwendung einer Vielzahl von mechanischen Elementen realisiert werden kann, wie z. B. einem zweistufigen Planetengetriebe mit zwei Eingangswellen.
  • Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, den Stand der Technik dahingehend weiterzubilden, dass auch bei Einsatz nur eines einzelnen Planetengetriebes, respektive einer einzelnen Planetengetriebestufe, eine elektrisch-hydraulische Hybridisierung ermöglicht wird.
  • Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs für eine mobile Arbeitsmaschine, indem ein Hauptmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine mit einem aus einer Hydraulikpumpe und einem Hydraulikmotor bestehendes hydrostatisches Antriebssystem in Wirkverbindung gebracht wird, wobei der Hydraulikmotor mit einer ersten Eingangswelle eines einstufigen Planetengetriebes verbunden ist, ein aus einer Elektromaschine einer elektrischen Regelung und einer elektrischen Batterie bestehendes elektrisches Antriebssystem mit einer zweiten Eingangswelle des Planetengetriebes in Wirkverbindung gebracht wird, wobei in einem Betriebszustand, in welchem eine hohe Zugkraft benötigt wird, der Hydraulikmotor und die Elektromaschine auf hohes Drehmoment gesteuert werden, in einem Betriebszustand, in welchem eine hohe Leistung erforderlich ist, das hydrostatische und das elektrische Antriebssystem so angesteuert werden, dass ihre jeweilige Leistung additiv auf die Eingangswellen übertragen wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Dieses Ziel wird auch erreicht durch einen Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen, zumindest beinhaltend einen Hauptmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine, ein hydrostatisches Antriebssystem, bestehend aus Hydraulikpumpe und Hydraulikmotor, ein einstufiges Planetengetriebe mit mehreren, insbesondere drei, Kupplungen, eine Abtriebswelle, ein motorisch sowie wahlweise generatorisch wirkendes elektrisches Antriebssystem, beinhaltend mindestens eine Elektromaschine, eine elektronische Regelung und eine elektrische Batterie.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Das Planetengetriebe beinhaltet ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie mehrere Planetenräder.
  • Zur Generierung eines ersten Fahrgangs ist das Sonnenrad als Planetengetriebeeingang ausgebildet. In einem weiteren Fahrgang treibt im Überlagerungsbetrieb eine Eingangswelle das Sonnenrad und die andere Eingangswelle das Hohlrad an.
  • In einem weiteren Fahrgang sind das Sonnenrad und das Hohlrad miteinander über Kupplungen kraftschlüssig verbunden.
  • Von Vorteil ist, dass eine der Antriebswellen durch den Planetenträger hindurchgeführt und mit dem Sonnenrad in Wirkverbindung gebracht wird.
  • Der Planetenträger ist hierbei kraft- und/oder formschlüssig mit einem Zahnrad verbunden.
  • Darüber hinaus kann der Ausgang des Planetengetriebes mit einer Zahnradpaarung verbunden werden, die die Abtriebswelle antreibt.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform des Erfindungsgegenstandes treibt der Hauptmotor mechanisch eine weitere Elektromaschine an, die im Generatorbetrieb elektrischen Strom produziert, mit dem wahlweise entweder die bereits angesprochene erste Elektromaschine angetrieben wird oder die Batterie geladen wird oder sowohl die erste Elektromaschine angetrieben wird als auch die Batterie geladen wird.
  • Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Energie aus der Batterie, die die weitere Elektromaschine antreibt, dafür zu verwenden, um Nebenantriebe der mobilen Arbeitsmaschine zu betreiben.
  • Schließlich besteht die Möglichkeit, die Abtriebswelle des Hauptmotors über eine Schaltstufe direkt mechanisch auf die Abtriebswelle des Hybridantriebs zu schalten.
  • Mobile Arbeitsmaschinen werden nicht nur im Volllastbetrieb betrieben, vielmehr sind auch Teillastbetriebe vorhanden.
  • Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, wird in einem Betriebszustand, in welchem am Ausgang des Planetengetriebes lediglich eine Teillast abgefragt wird, wahlweise entweder das hydraulische oder das elektrische Antriebssystem angesteuert oder es werden beide Antriebssysteme angesteuert.
  • Von Vorteil ist, dass im Teillastbetrieb die am Ausgang des Planetengetriebes benötigte Leistung für die mobile Arbeitsmaschine vom Hauptmotor verfügbar gemacht wird und überflüssige, nicht am Ausgang des Planetengetriebes benötigte Leistung dazu eingesetzt wird, dass über die nun als Generator wirkende erste Elektromaschine die Batterie geladen wird.
  • Darüber hinaus wird die Elektromaschine zur Rekuperation eingesetzt, d. h. sie wird zum Abbremsen der mobilen Arbeitsmaschine eingesetzt, so dass sie entweder im Generatorbetrieb die Batterie auflädt, um die damit gespeicherte Energie für spätere Arbeiten zu verwenden oder im Generatorbetrieb direkt zum Betrieb der Nebenantriebe einzusetzen. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, gleichzeitig einen Teil der gewonnenen Bremsenergie in der Batterie zu speichern und Nebenantriebe zu versorgen.
  • Mit dem als einstufiges Planetengetriebe ausgebildeten Schaltgetriebe können über die dort zum Einsatz gelangenden mehreren Kupplungen, insbesondere drei, mindestens zwei Fahrgänge erzeugt werden.
  • Zur Generierung eines ersten Fahrgangs werden einige der Kupplungen geschlossen und eine weitere Kupplung geöffnet.
  • Zur Generierung eines weiteren Fahrgangs werden mehrere Kupplungen so angesteuert, dass das Planetengetriebe entweder im Überlagerungsbetrieb oder im Blockierungszustand, d. h. mit der Planetengetriebe-Übersetzung i = 1, betrieben wird.
  • Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, wird in einem ersten Fahrgang bei Betrieb des elektrischen Antriebssystems das hydrostatische Antriebssystem über die jeweilige Kupplung abgekoppelt.
  • Darüber hinaus ist denkbar, dass im ersten und/oder mindestens einem weiteren Fahrgang bei Betrieb des hydrostatischen Antriebssystems wahlweise die Elektromaschine lastlos geschaltet wird oder die Elektromaschine im Generatorbetrieb die Batterie lädt.
  • In Weiterbildung des Standes der Technik kommt somit lediglich ein einzelnes einstufiges Planetenschaltgetriebe, respektive eine einzelne Planetengetriebestufe, in Wirkverbindung mit einem Hydraulikmotor und einer Elektromaschine zum Einsatz. Dieser konstruktive Aufbau ist gegenüber dem Stand der Technik einfacher gestaltet, da er mit wesentlich weniger Komponenten auskommt.
  • Beim Erfindungsgegenstand kann der als Verbrennungsmotor ausgebildete Hauptmotor stets im optimalen Drehzahl- und Wirkungsgradbereich gesteuert werden. Neben den bereits bekannten positiven Einflussgrößen eines Hybridantriebs kann somit weiterhin Kraftstoff eingespart werden.
  • Die im Bereich des Planetenschaltgetriebes angeordneten Kupplungen, können so betätigt werden, dass der Hybridantrieb wahlweise
    • – leistungsverzweigt hydraulisch und elektrisch
    • – ausschließlich hydraulisch
    • – ausschließlich elektrisch
    betrieben werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Hybridantrieb kann in allen Fahrzeugen eingesetzt werden. Dies betrifft unter anderem Radlader, Teleskoplader, Gabelstapler, LKW, Busse, Nutzfahrzeuge, Spezialfahrzeuge, Agrarmaschinen oder dergleichen.
  • Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen
  • 1 Prinzipskizze des Antriebsschemas für einen Hybridantrieb, in der Grundausführung;
  • 2 Prinzipskizze des Antriebsschemas für einen Hybridantrieb, mit Verteilergetriebe und zusätzlicher Elektromaschine;
  • 3 Prinzipskizze des Antriebsschemas für einen Hybridantrieb, mit Verteilergetriebe, zusätzlicher Elektromaschine und zusätzlichen mechanischen Schaltstufen.
  • 1 zeigt als Prinzipskizze das Antriebsschema für den erfindungsgemäßen Hybridantrieb 1. Folgende wesentliche Komponenten sind dargestellt: eine als Hauptmotor 2 ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise ein Otto, -Diesel- oder Erdgasmotor, ein hydrostatisches Antriebssystem 1', bestehend aus Hydraulikpumpe 3 und Hydraulikmotor 4, ein einstufiges Planetengetriebe 5 mit drei Kupplungen 10, 11, 12, eine Abtriebswelle 9, ein motorisch sowie wahlweise generatorisch wirkendes elektrisches Antriebssystem 1'', beinhaltend mindestens eine Elektromaschine 6, eine elektronische Regelung 7 und eine elektrische Batterie 8. Am Ausgang des Planetengetriebes 8 5 befindet sich ein Zahnrad 17, das mit einem auf der Abtriebswelle 9 befestigten Zahnrad 18 kämmt (Zahnradpaarung).
  • 2 zeigt das gleiche Antriebsschema, wie es in 1 dargestellt ist, so dass gleiche Bezugszeichen gelten, ist aber erweitert um ein Verteilergetriebe 13, eine weitere Elektromaschine 14 und einen Nebenantrieb 15.
  • 3 zeigt das gleiche Antriebsschema, wie es in 2 dargestellt ist, so dass gleiche Bezugszeichen gelten, ist aber erweitert um eine zusätzliche mechanische Schaltstufe 16 innerhalb des Verteilergetriebes 13. Die Abtriebswelle 19 des Hauptmotors 2 treibt in diesem Beispiel die weitere Elektromaschine 14 an.
  • Wird der Arbeitsmaschine nur eine Teilleistung abverlangt, kann der Hauptmotor 2 dennoch mit wirkungsgradgünstiger Volllast betrieben werden und die überschüssige Leistung zum generatorischen Betrieb der Elektromaschine 6 genutzt werden, um die Batterie 8 zu laden. Bei gefüllter Batterie 8 kann der Hauptmotor 2 energiegünstig abgeschaltet werden und die Arbeitsmaschine dann motorisch über die Elektromaschine 6 betrieben werden, und zwar unter Ausnutzung der in der Batterie 8 gespeicherten elektrischen Energie. Die Rekuperation von Bremsenergie ist möglich, indem die Elektromaschine 6 generatorisch wirkt und die Batterie 8 füllt.
  • Wird der Arbeitsmaschine nur eine Teilleistung abverlangt und ist gleichzeitig die Batterie 8 geladen, kann wahlweise entweder ausschließlich hydraulisch oder ausschließlich elektrisch gefahren werden oder unter Einsatz beider Antriebssysteme 1', 1'', also hybridisiert.
  • Soll ausschließlich hydraulisch gefahren werden, wird in einem ersten und in einem zweiten Fahrgang über die elektronische Regelung 7 die Elektromaschine 6 deaktiviert, so dass nur unbedeutende Schleppverluste der Elektromaschine 6 entstehen.
  • Soll ausschließlich elektrisch im ersten Fahrgang gefahren werden, bleibt die Kupplung 12 kraftschlüssig angesteuert und die weiteren Kupplungen 10, 11 werden geöffnet, so dass das Planetenschaltgetriebe 5 mit der Übersetzung vom Sonnenrad auf den Steg über die motorisch wirkende Elektromaschine 6 betrieben wird, wobei keine Schleppverluste am Hydraulikmotor 4 entstehen, weil dieser mechanisch entkoppelt ist und auch nicht mehr angesteuert wird sowie auch nicht mehr von der Hydraulikpumpe 3 versorgt wird.
  • Soll ausschließlich elektrisch in einem zweiten Fahrgang gefahren werden, bleiben die Kupplungen 10, 11 kraftschlüssig angesteuert und die erste Kupplung 12 wird geöffnet, so dass das Planetenschaltgetriebe 5 im Blockierungsbetrieb mit der Übersetzung i = 1 steht.
  • Durch Verwendung eines zusätzlichen Verteilergetriebes 13 gemäß 2 und 3 ist die Möglichkeit gegeben, eine weitere Elektromaschine 14 einzusetzen, die gleichfalls generatorisch und motorisch wirken kann. Im Generatorbetrieb wird die Elektromaschine 14 vom Hauptmotor 2 angetrieben. Die dadurch entstehende elektrische Energie wird über die elektrische Regelung 7 entweder nur zum motorischen Betrieb der Elektromaschine 6 verwendet, nur zum Laden der Batterie 8 eingesetzt oder zu beiden Zwecken gleichzeitig. Der gleichzeitige Generatorbetrieb der beiden Elektromaschinen 14, 6 ist gleichfalls möglich. Der motorische Betrieb der Elektromaschine 14 erlaubt die Unterstützung des Hauptmotors 2 für den Betrieb von Nebenantrieben, wie z. B. einer Arbeitspumpe 15 (2) oder auch die komplette Abschaltung des Hauptmotors 2.
  • Durch Verwendung einer oder mehrerer zusätzlichen Schaltstufen 16 (3) innerhalb eines Verteilergetriebes 13 ist die Möglichkeit gegeben, einen mechanischen Leistungsfluss vom Hauptmotor 2 auf die Abtriebswelle 9 zu realisieren. Dieser mechanische Leistungsfluss kann ausschließlich erfolgen, d. h. unter Abschaltung der hydrostatischen und elektrischen Antriebssysteme 1', 1'' oder wahlweise auch mit einem hydrostatischen 1' oder mit einem elektrischen Antriebssystem 1'' oder wahlweise auch gemeinsam mit den hydrostatischen und elektrischen Antriebssystemen 1', 1''.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantrieb
    1'
    hydrostatisches Antriebssystem
    1''
    elektrisches Antriebssystem
    2
    Hauptmotor
    3
    Hydraulikpumpe
    4
    Hydraulikmotor
    4'
    erste Eingangswelle
    5
    Planetengetriebe
    6
    Elektromaschine
    6'
    zweite Eingangswelle
    7
    elektronische Regelung
    8
    elektrische Batterie
    9
    Abtriebswelle
    10
    Kupplung
    11
    Kupplung
    12
    Kupplung
    13
    Verteilergetriebe
    14
    Elektromaschine
    15
    Nebenantrieb
    16
    Schaltstufe
    17
    Zahnrad – Zahnradpaarung
    18
    Zahnrad – Zahnradpaarung
    19
    Abtriebswelle Hauptmotor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3842632 A1 [0003]
    • WO 2009/071060 A2 [0004]

Claims (17)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs für eine mobile Arbeitsmaschine, indem ein Hauptmotor (2), insbesondere eine Brennkraftmaschine, mit einem aus einer Hydraulikpumpe (3) und einem Hydraulikmotor (4) bestehendes hydrostatisches Antriebssystem (1') in Wirkverbindung gebracht wird, wobei der Hydraulikmotor (4) mit einer ersten Eingangswelle (4') eines einstufigen Planetengetriebes (5) verbunden ist, ein aus einer Elektromaschine (6) einer elektrischen Regelung (7) und einer elektrischen Batterie (8) bestehendes elektrisches Antriebssystem (1'') mit einer zweiten Eingangswelle (6') des Planetengetriebes (5) in Wirkverbindung gebracht wird, wobei in einem Betriebszustand, in welchem eine hohe Zugkraft benötigt wird, der Hydraulikmotor (4) und die Elektromaschine (6) auf hohes Drehmoment gesteuert werden, in einem Betriebszustand, in welchem eine hohe Leistung erforderlich ist, das hydrostatische (1') und das elektrische Antriebssystem (1'') so angesteuert werden, dass ihre jeweilige Leistung additiv auf die Eingangswellen (4', 6') übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebszustand, in welchem am Ausgang des Planetengetriebes (5) lediglich eine Teilleistung abgefragt wird, wahlweise das hydrostatische (1') oder das elektrische Antriebssystem (1'') oder aber beide Antriebssysteme (1', 1'') angesteuert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Teillastbetrieb die am Ausgang des Planetengetriebes (5) benötigte Leistung für die mobile Arbeitsmaschine vom Hauptmotor (2) verfügbar gemacht wird und überschüssige, nicht am Ausgang des Planetengetriebes (5) benötigte Leistung dazu verwendet wird, dass über die nun als Generator wirkende Elektromaschine (6) die Batterie (8) geladen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (6) zum Abbremsen der mobilen Arbeitsmaschine eingesetzt wird, wobei sie im Generatorbetrieb die Batterie (8) auflädt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) als mit mehreren, insbesondere drei, Kupplungen (10, 11, 12) versehenes Schaltgetriebe ausgebildet wird, wobei durch wahlweise Betätigung der Kupplungen (10 bis 12) mindestens zwei Fahrgänge erzeugt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Generierung eines ersten Fahrgangs die Kupplungen (10, 12) geschlossen werden und die Kupplung (11) geöffnet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Generierung eines weiteren Fahrgangs die Kupplungen (10 bis 12) so angesteuert werden, dass das Planetengetriebe (5) entweder im Überlagerungsbetrieb oder im Blockierungszustand betrieben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Fahrgang bei Betrieb des elektrischen Antriebssystems (1'') das hydrostatische Antriebssystem (1') über die Kupplungen (10, 11) abgekoppelt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten und/oder einem weiteren Fahrgang bei Betrieb des hydrostatischen Antriebssystems (1') wahlweise die Elektromaschine (6) lastlos geschaltet wird, oder die Elektromaschine (6) im Generatorbetrieb die Batterie (8) lädt.
  10. Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen, zumindest beinhaltend einen Hauptmotor (2), insbesondere eine Brennkraftmaschine, ein hydrostatisches Antriebssystem (1'), bestehend aus Hydraulikpumpe (3) und Hydraulikmotor (4), ein einstufiges Planetengetriebe (5) mit mehreren, insbesondere drei Kupplungen (10 bis 12), eine Abtriebswelle (9), ein motorisch sowie wahlweise generatorisch wirkendes elektrisches Antriebssystem (1''), beinhaltend mindestens eine Elektromaschine (6, 14), eine elektronische Regelung (7) und eine elektrische Batterie (8).
  11. Hybridantrieb nach Anspruch 10, wobei das Planetengetriebe (5) ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie mehrere Planetenräder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Fahrgang das Sonnenrad als Planetengetriebeeingang ausgebildet ist, dass in einem weiteren Fahrgang im Überlagerungsbetrieb eine Eingangswelle (4') das Sonnenrad und die andere Eingangswelle (6') ein Hohlrad antreibt, dass in einem weiteren Fahrgang das Sonnenrad und das Hohlrad miteinander über Kupplungen (10 bis 12) kraftschlüssig verbunden sind.
  12. Hybridantrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Antriebswellen (6') durch den Planetenträger hindurchgeführt und mit dem Sonnenrad in Verbindung gebracht ist.
  13. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger kraft- und/oder formschlüssig mit einem Zahnrad verbunden ist.
  14. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Planetengetriebes (5) mit einer Zahnradpaarung (17, 18) verbunden ist, die die Abtriebswelle (9) antreibt.
  15. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptmotor (2) mechanisch eine weitere Elektromaschine (14) antreibt, die im Generatorbetrieb wahlweise entweder die Elektromaschine (6) antreibt, die Batterie (8) lädt, oder sowohl die Elektromaschine (6) antreibt als auch die Batterie (8) lädt.
  16. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus der Batterie (8) die weitere Elektromaschine (14) antreibt, um Nebenantriebe (15) der mobilen Arbeitsmaschine zu betreiben.
  17. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (19) des Hauptmotors (2) über eine Schaltstufe (16) direkt mechanisch auf die Abtriebswelle (9) des Hybridantriebs (1) schaltbar ist.
DE102010004596A 2010-01-13 2010-01-13 Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb Withdrawn DE102010004596A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010004596A DE102010004596A1 (de) 2010-01-13 2010-01-13 Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010004596A DE102010004596A1 (de) 2010-01-13 2010-01-13 Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010004596A1 true DE102010004596A1 (de) 2011-07-14

Family

ID=44313102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010004596A Withdrawn DE102010004596A1 (de) 2010-01-13 2010-01-13 Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102010004596A1 (de)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011109963A1 (de) 2011-08-11 2013-02-14 Hytrac Gmbh Hybridantrieb für moblie Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb
EP2669439A1 (de) * 2012-05-29 2013-12-04 Giorgio Bini Drehverbindung für eine elektrohydraulische Übertragung
EP2832567A4 (de) * 2012-03-26 2015-08-05 Kobelco Constr Mach Co Ltd Stromübertragungsvorrichtung und hybridbaumaschine damit
CN107878192A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 迪尔公司 用于作业车辆的液电驱动装置
EP3550083A1 (de) * 2018-04-04 2019-10-09 BAUER Maschinen GmbH Baumaschine
DE102019204675A1 (de) * 2019-04-02 2020-10-08 Zf Friedrichshafen Ag Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine
US11084369B2 (en) 2019-02-26 2021-08-10 Deere & Company Hybrid transmission module for work vehicles
CN115675069A (zh) * 2022-11-17 2023-02-03 西南交通大学 电静液压并联混合驱动的重载agv舵轮
EP4245923A1 (de) * 2022-03-18 2023-09-20 BAUER Maschinen GmbH Elektrisch betriebene tiefbaumaschine und verfahren hierfür
US11780319B2 (en) 2020-04-07 2023-10-10 Deere & Company Work vehicle electric drive assembly cooling arrangement
US11787275B2 (en) 2020-06-10 2023-10-17 Deere & Company Electric drive with hydraulic mounting interface
US11811296B2 (en) 2020-02-12 2023-11-07 Deere & Company Electric machine with configurable stator/rotor cooling

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3842632A1 (de) 1988-12-17 1990-06-21 Man Nutzfahrzeuge Ag Hybrid-antriebseinrichtung fuer kraftfahrzeuge
WO2009071060A2 (de) 2007-12-07 2009-06-11 Hytrac Gmbh Leistungsverzweigungsgetriebe

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3842632A1 (de) 1988-12-17 1990-06-21 Man Nutzfahrzeuge Ag Hybrid-antriebseinrichtung fuer kraftfahrzeuge
WO2009071060A2 (de) 2007-12-07 2009-06-11 Hytrac Gmbh Leistungsverzweigungsgetriebe

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011109963A1 (de) 2011-08-11 2013-02-14 Hytrac Gmbh Hybridantrieb für moblie Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb
EP2832567A4 (de) * 2012-03-26 2015-08-05 Kobelco Constr Mach Co Ltd Stromübertragungsvorrichtung und hybridbaumaschine damit
US9637890B2 (en) 2012-03-26 2017-05-02 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Power transmission device and hybrid construction machine provided therewith
EP2669439A1 (de) * 2012-05-29 2013-12-04 Giorgio Bini Drehverbindung für eine elektrohydraulische Übertragung
CN107878192A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 迪尔公司 用于作业车辆的液电驱动装置
US10099552B2 (en) 2016-09-30 2018-10-16 Deere & Company Hydraulic-electric drive arrangement for work vehicles
CN107878192B (zh) * 2016-09-30 2022-05-13 迪尔公司 用于作业车辆的液电驱动装置
EP3550083A1 (de) * 2018-04-04 2019-10-09 BAUER Maschinen GmbH Baumaschine
US11084369B2 (en) 2019-02-26 2021-08-10 Deere & Company Hybrid transmission module for work vehicles
DE102019204675A1 (de) * 2019-04-02 2020-10-08 Zf Friedrichshafen Ag Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine
US11811296B2 (en) 2020-02-12 2023-11-07 Deere & Company Electric machine with configurable stator/rotor cooling
US11780319B2 (en) 2020-04-07 2023-10-10 Deere & Company Work vehicle electric drive assembly cooling arrangement
US11787275B2 (en) 2020-06-10 2023-10-17 Deere & Company Electric drive with hydraulic mounting interface
EP4245923A1 (de) * 2022-03-18 2023-09-20 BAUER Maschinen GmbH Elektrisch betriebene tiefbaumaschine und verfahren hierfür
WO2023174679A1 (de) * 2022-03-18 2023-09-21 Bauer Maschinen Gmbh Elektrisch betriebene tiefbaumaschine und verfahren hierfür
CN115675069A (zh) * 2022-11-17 2023-02-03 西南交通大学 电静液压并联混合驱动的重载agv舵轮

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010004596A1 (de) Hybridantrieb für mobile Arbeitsmaschinen sowie Verfahren zur Steuerung eines Getriebes für einen Hybridantrieb
EP2370285B1 (de) Hybrid-antriebseinheit und verfahren zu deren betrieb
DE60315828T2 (de) Hybridfahrzeug mit antrieb durch eine brennkraftmaschine und elektromotoren
EP1954542B1 (de) Hybridantrieb für fahrzeuge sowie verfahren zur steuerung eines getriebes für einen hybridantrieb
DE102004009030B4 (de) Antrieb für ein Kettenfahrzeug
DE102014118199B4 (de) Leistungsübertragungssystem eines Hybridelektrofahrzeugs
DE102013013947A1 (de) Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
EP1727698A1 (de) Antriebssystem für ein fahrzeug
DE102014118234A1 (de) Leistungsübertragungssystem eines Hybridelektrofahrzeugs
DE102013211975A1 (de) Drehmomentüberlagerungseinrichtung für Hybridantrieb sowie Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hybridantriebs
DE102012221889A1 (de) Zugkraftunterstütztes Mehrgruppengetriebe
EP1711363A1 (de) Hybridmotor
DE102013113715A1 (de) Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges
DE102007038585A1 (de) Verfahren zur Lastpunktverschiebung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug
DE102007005525A1 (de) Getriebevorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Getriebevorrichtung
DE102011080677A1 (de) Getriebevorrichtung mit mehreren Schaltelementen
EP2039554A2 (de) Serieller und paralleler Hybridantrieb mit zwei Primäraggregaten
DE102013114100A1 (de) Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges
DE102007038772A1 (de) Verfahren zur Durchführung einer Schaltung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug
DE102006059005B4 (de) Hybridantrieb für Fahrzeuge
DE102013111656A1 (de) Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges
WO2011082764A1 (de) Antriebsbaugruppe
DE102011014098A1 (de) Antriebsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug
DE102019203729A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine und Arbeitsmaschine
DE102011115078A1 (de) Hybridgetriebe

Legal Events

Date Code Title Description
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination