DE102011108893A1

DE102011108893A1 - Antriebsvorrichtung für einen Kran

Info

Publication number: DE102011108893A1
Application number: DE201110108893
Authority: DE
Inventors: Erwin Morath; Mikica Rafailovic
Original assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-30
Also published as: DE102011108893C5; CN102897033A; JP2013032224A; EP2551234A1; EP2551234B2; US8567539B2; CN102897033B; EP2551234B1; US20130025948A1; DE102011108893B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Kran, wobei der Kran einen Unterwagen und einen Oberwagen aufweist, mit wenigstens einem im Unterwagen angeordneten Unterwagenmotor, der ein Verbrennungsmotor ist, und mit wenigstens einem Oberwagenantrieb, wobei der Oberwagenantrieb mittels eines vom Unterwagenmotor antreibbaren Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel antreibbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Kran mit einer derartigen Antriebsvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Kran, wobei der Kran einen Unterwagen und einen Oberwagen aufweist, sowie einen Kran.
Große Krane weisen häufig einen großen Unterwagenmotor und einen kleinen Oberwagenmotor auf.
Es ist zu bemerken, dass der Kranbau seit Jahren Versuche zur Optimierung der Gewichtsverteilung durchführt und somit an der Steigerung der Tragfähigkeit der Krane arbeitet. Da die zulässigen Achslasten von maximal 12 Tonnen im öffentlichen Straßenverkehr vorgegeben sind, ist kein Leistungssprung mehr zu erwarten. Ein Kran mit zum Beispiel 5 Achsen kann maximal mit 60 Tonnen auf der Straße verfahren werden. Somit ist die Leistungsfähigkeit eines Krans mit 5 Achsen bei allen Kranherstellern ähnlich hoch.
Der Kranoberwagen ist um eine vertikale Drehachse um den Unterwagen drehbar gelagert. Um die Drehachse ist in der Regel eine Drehdurchführung angebracht, die eine Verbindung zwischen Oberwagen und Unterwagen darstellt. Diese Verbindung kann zum Beispiel hydraulischer oder elektrischer Art sein.
Ein Verbrennungsmotor hat bei seiner maximalen Drehzahl seine höchste Leistung und kann in diesem Bereich betrieben werden.
Alternativ hätte auch ein größerer, und somit leistungsfähigerer Motor verwendet werden können. Dieser Motor könnte dann mit niedrigerer Drehzahl betrieben werden. Somit müsste der Motor im Kranbetrieb nicht im leistungsoptimierten Bereich betrieben werden, sondern könnte im verbrauchsoptimierten Bereich betrieben werden. Demgegenüber steht das Mehrgewicht.
Dem ist ein höherer Kraftstoffverbrauch eines größeren Verbrennungsmotors gegenüberzustellen. Jeder Zylinder eines Motors hat Reibungsverluste, Panschverluste usw.
Weiter sind Mobilkrane in Einmotorenausführung bekannt. Diese Krane weisen einen Motor im Unterwagen auf und versorgen den Oberwagen über eine sogenannte „hydraulische Welle” mit Energie. Es wird über die Drehdurchführung Hydrauliköl in den Oberwagen geführt, das dann direkt oder indirekt die jeweiligen Kranaktuatoren versorgt. Dies ist jedoch aufwändig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für einen Kran der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass eine Antriebsvorrichtung für einen Kran, wobei der Kran einen Unterwagen und einen Oberwagen aufweist, mit wenigstens einem im Unterwagen angeordneten Unterwagenmotor, der ein Verbrennungsmotor ist, und mit wenigstens einem Oberwagenantrieb versehen ist, wobei der Oberwagenantrieb mittels eines vom Unterwagenmotor antreibbaren Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel antreibbar ist.
Dadurch ergibt sich der große Vorteil, dass der im Unterwagen für den für den Fahrbetrieb des Kranes auf der Straße in seiner Leistung großdimensionierte Verbrennungsmotor auch für den Oberwagenantrieb genutzt werden kann. Somit kann der „kleinere” Motor, also der Oberwagenmotor für den Kranantrieb entfallen. Der daraus gewonnene Gewichtsvorteil kann in die Kranhebeleistung und/oder in die Stabilität verschiedener Baugruppen investiert werden.
So kann durch das gezielte Weglassen einer regelmäßig verwendeten und schweren Komponente ein Leistungssprung im Kranbau erzielt werden, d. h. dass ein Kran mit deutlich verbesserten Leistungsdaten bereitgestellt werden kann. Das Weglassen des Oberwagenmotors mit seinen schweren Baugruppen wie Motor, Öl- und Kraftstofftank, usw. führt dazu, dass das Ziel einer Gewichtsreduktion bei gleichzeitiger Leistungssteigerung besonders vorteilhaft erreicht werden kann.
Das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel ist ein mechanisches Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel und dient insbesondere zur mechanischen Übertragung von Kräften, Drehmoment und Leistung vom Unterwagenmotor zu den im Oberwagen angeordneten Kranaktuatoren, die mittels des Oberwagenantriebs angetrieben werden bzw. antreibbar sind.
Ferner ergibt sich als Vorteil, dass es nunmehr ausreichend ist, nur noch einen Motor, nämlich den Unterwagenmotor insbesondere hinsichtlich Abgas, Lärm, usw. zu zertifizieren. Außerdem ist von Vorteil, dass lediglich die Wartung für einen Motor, nämlich den Unterwagenmotor vorzunehmen ist, so dass der Wartungsaufwand reduziert ist. Die Verfügbarkeit wird vorteilhafterweise gesteigert, da weniger Komponenten vorhanden sind, die ausfallen können.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel wenigstens eine Gelenkwelle, insbesondere eine Königswelle, ist und/oder umfasst.
Außerdem ist möglich, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel wenigstens ein Winkelgetriebe ist und/oder umfasst.
Darüber hinaus ist denkbar, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel wenigstens eine Kupplung aufweist, mittels derer der Oberwagenantrieb auskuppelbar und einkuppelbar ist, wobei die Kupplung vorzugsweise im Unterwagen bzw. im Bereich des Unterwagens angeordnet ist.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel direkt von einem Nebenabtrieb des Unterwagenmotor antreibbar ist und/oder dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel von einem Nebenabtrieb eines Schalt- bzw. Automatikgetriebes antreibbar ist und/oder dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel von einem Nebenabtrieb eines Verteilergetriebes antreibbar ist.
Denkbar ist ferner, dass der Oberwagenantrieb wenigstens ein Pumpenverteilergetriebe umfasst.
Es ist möglich, dass die Drehmoment-, Kraft und Leistungsübertragung vom Unterwagenmotor zum Oberwagenantrieb ausschließlich mechanisch erfolgt.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Unterwagenmotor ein leistungsstarker und großdimensionierter Verbrennungsmotor, insbesondere ein Dieselmotor ist, wobei die Leistung des Unterwagenmotors vorzugsweise derart bemessen ist, dass durch den Unterwagenmotor die für den Kranbetrieb erforderliche Leistung bei niedriger Motordrehzahl, insbesondere in einem Drehzahlbereich oberhalb der Lehrlaufdrehzahl bis ca. der doppelten Lehrlaufdrehzahl, bereitstellbar ist.
Es ist möglich, dass am Oberwagen bzw. im Bereich des Oberwagens ein Hilfsmotor vorgesehen ist, mittels dessen der Oberwagenantrieb antreibbar ist, Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Kran mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Danach ist vorgesehen, dass ein Kran mit wenigstens einer Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 versehen ist, wobei der Kran vorzugsweise ein Mobilkran, insbesondere ein großer Mobilkran ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: eine schematische Seitenansicht auf einen Kran;
2: eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
3: ein Diagramm betreffend den Vergleich der Verbrauchskennlinien eines großen und kleinen Verbrennungsmotors; und
4: eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen Kran 1 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Der Kran 1 ist dabei ein Mobilkran 1.
2 zeigt ferner eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform.
Erfindungsgemäß erfolgt der Antrieb zum Oberwagen 3 des Kranes 1 über Gelenkwellen 16 bis zur Drehkranzmitte, der Drehachse 4. Hier wird ein Winkelgetriebe 13, das bevorzugt mit 90°-Winkel ausgeführt ist, im Fahrzeugrahmen mittig eingesetzt und der Antrieb zum Oberwagen 3 weitergeleitet. Im Oberwagen 3 wird ein weiteres Winkelgetriebe 13 mit Leistungsfortführung zu einem Pumpenverteilergetriebe 14 realisiert. Falls notwendig kann auch mittels eines weiteren nicht gezeigten Winkelgetriebes 13 eine geeignete Position des Pumpenverteilergetriebes 14 erreicht werden. Es ist nämlich zu beachten, dass im Oberwagen 3 der Ausleger 7 und der Wippzylinder 8 den Bereich der Drehmitte und um die Längsachse einnimmt. So kann ein weiteres Winkelgetriebe 13 notwendig werden, um aus diesem Bereich heraus zu kommen.
Der Oberwagenantrieb kann auf verschiedene Arten und Stellen vom vorhandenen und bekannten Antriebsstrang abgezweigt werden, nämlich

– direkt von einem Nebenantrieb 10a dieses Dieselmotors 10, wobei das Getriebe umgangen wird;
– von einem Nebenantrieb am Schalt- bzw. Automatikgetriebe 11; oder
– an einem Nebenantrieb von einem Verteilergetriebe 12, wobei am besten die Welle einfach durch das Verteilergetriebe 12 direkt durchgeführt wird.

Da ein weiteres Ziel der Erfindung die Kraftstoffeinsparung darstellt, ist es sehr vorteilhaft, dass der Oberwagenantrieb unabhängig davon, an welchem Platz er sich befindet, zum Beispiel über eine Kupplung 18 abschaltbar ist. Weiter ist im Unterwagen eine Kupplung 50 vorgesehen, die den Unterwagenantrieb aktiv und nahe am Abzweig für den Oberwagenantrieb abkoppelt und somit die Reibungsverluste senkt.
Die Übersetzung des Oberwagenantriebs kann frei nach Bedarf gewählt werden. Bei der Anordnung am Verteilergetriebe 12 kann die Übersetzung gangabhängig nach Bedarf bestimmt werden. Vorzugsweise wird aber eine optimale Übersetzung zum Dieselmotor 10 festgelegt. Diese Übersetzung kann entweder gleich der Motordrehzahl, oder erhöht ins Schnelle sein. Das Gleiche gilt für die Winkelgetriebe 13, die entweder eine Übersetzung von 1:1 oder eine Übersetzung ins Schnelle haben können.
Nachvollziehbarerweise wird für den Oberwagenantrieb ein Drehmoment und eine Leistung übertragen. Dieses Drehmoment bewirkt ein störendes Drehmoment auf den Oberwagen 3. Liegt dieses Moment über den Reibungsverlusten der Rollendrehverbindung 9, dann sind weitere Maßnahmen vorzusehen. So kann das notwendige Stützmoment über die Steuerung errechnet werden und dann von dem Drehwerk geeignet aufgefangen werden.
Der großdimensionierte Unterwagenmotor 10 hat ausreichend Leistung für den Kranbetrieb. Er ist von der Leistung her für den Fahrbetrieb ausgelegt. Bisher war der Oberwagenmotor von der maximalen Leistung eher kleiner zu wählen, da hierdurch Gewicht und Kosten eingespart wurden. Diese Ersparnis war aber mit dem Nachteil des Betriebes im höheren Drehzahlbereich, welcher einen höheren Spritverbrauch bewirkte, verbunden. Der Unterwagenmotor 10 kann im Oberwagenbetrieb also vorzugsweise in einem verbrauchsoptimierten Bereich mit reduzierter Drehzahl betrieben werden.
Für den Kranbetrieb ist es wichtig, den Dieselmotor 10 im optimalen Kraftstoffverbrauchskennfeld zu betreiben. Bei einem Leistungsvergleich der benötigten Leistung zu der bereitgestellten Leistung wird die Motordrehzahl entsprechend zugeordnet, damit der Motor im optimalen Kraftstoffverbrauchskennfeld betrieben wird.
Ein weiteres Problem bei Verwendung von nur einem Dieselmotor 10 ist die Abgasführung. Der Unterwagen 2 ist stationär und der Oberwagen 3 dreht sich um die Drehachse 4. Je nach Hebeaufgabe kann der Oberwagen 3 und somit die Krankabine 5 eine Stellung im 360° Kreis einnehmen. Damit – auch bei einer ungünstigen Position des Oberwagens 3 und ungünstigen Windbedingungen die Abgase nicht sofort in die Krankabine 5 gelangen, wird die Abgasführung geeignet ausgelegt. Dies kann dadurch gelöst werden, dass die Abgase aus dem Schalldämpfer 80 soweit wie möglich nach vorne zum Fahrerhaus 6 verlegt werden, und zusätzlich nach oben bzw. zur Seite der Abgasaustritt 81 realisiert wird.
Weiter ist zu erwähnen, dass die bisher oft verwendete hydraulische Drehdurchführung entfallen kann. Die Energie wird mechanisch bzw. im Wesentlichen ausschließlich mechanisch übertragen. Es ist nur noch ein kleiner Schleifring 20 zur Übertragung der elektrischen Signale und Energie notwendig.
Um weiter Kraftstoff einzusparen, ist es vorteilhaft, die Pumpen 17 für die Nebenverbraucher im Unterwagen auch über eine Kupplung 19 gezielt abkoppelbar zu gestalten. Diese Kupplung muss aber auch gezielt schaltbar sein, um zum Beispiel einen Fahrbetrieb aus dem Oberwagen 3 heraus (z. B. Hundegang) zu ermöglichen. Gemäß dem Stand der Technik waren die Pumpen 17 nicht schaltbar.
Ein weiterer Aspekt zur Kraftstoffeinsparung kann aus der 3 mit den Verbrauchskennlinien für einen großen und einen kleinen Motor entnommen werden. Dieses Diagramm stellte eine vereinfachte Darstellung des drehzahlabhängigen Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors dar. Der große Dieselmotor 10 kann bei einer niedrigen Leerlaufdrehzahl nL_groß betrieben werden. Der bisherige kleine Dieselmotor mußte bei einer höheren Leerlaufdrehzahl fL_klein betrieben werden. Weiter kann eine Kraftstoffersparnis aus der niedrigen Betriebsdrehzahl nB_groß im Vergleich zu der höheren – vorher erläuterten – Betriebsdrehzahl nB_klein erreicht werden.
Der Wirkungsgrad jedes Winkelgetriebes 13 liegt bei ca. 0,99 bis 0,98. So steht am Pumpenverteilergetriebe 14 im Oberwagen 3 immer noch ausreichend Leistung zur Verfügung.
Ein weiterer positiver Aspekt ist die geringere Geräuschentwicklung, da der Dieselmotor 10 bei einer niedrigen Drehzahl betrieben wird. Auch kann dieser Aspekt Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch haben. Da der Dieselmotor 10 sehr groß dimensioniert ist, kann er mit niedriger Drehzahl betrieben werden und erzeugt dementsprechend wenig Wärme. Somit können die Lüfter 53 für die Motorkühlung mit geringer Drehzahl oder sogar überhaupt nicht betrieben werden.
Beobachtet man nun den typischen Kranbetrieb, dann stellt man fest, dass der Dieselmotor 10 in der Regel mehr als 50% seiner Zeit – auch bisher – im Leerlauf betrieben wurde. Begründet liegt dies zum Beispiel darin, dass der Dieselmotor 10 für die Klimaanlage der Krankabine 5 benötigt wurde. Also konnte der Kranfahrer den Dieselmotor 10 nicht ausschalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann am Oberwagen 3 ein Hilfsmotor 31 vorgesehen sein. Der Hilfsmotor 31 kann in variabler Größe ausgeführt sein. Dieser Hilfsmotor 31 kann einen Anlasser 33 und einen Generator 32 aufweisen. Der Generator 32 könnte dann während der Standby-Zeit die Versorgung der elektrischen Verbraucher, wie der Beleuchtung, übernehmen. In der Nacht, falls der Kran mit einer Auslegerhöhe von größer als 100 m aufgerüstet stehen bleibt, kann dieser Hilfsmotor 31 auch die Flugwarnleuchte betreiben. Über eine trennbare Kupplung 30 könnte auch die Klimaanlage 52 oder eine Vorwärmung von ausgewählten Komponenten könnte so vom Hilfsmotor 31 betrieben werden. Auch könnte bei Ausfall des Dieselmotors 10 ein Notbetrieb über eine Gelenkwelle 16 zum Pumpenverteilergetriebe 14 erfolgen. Diese Verbindung weist selbstverständlich auch eine trennbare Kupplung 51 auf. Auch bei Ausfall der Batterie im Unterwagen könnte der Hilfsmotor 31 zu Ladezwecken herangezogen werden.
Selbstverständlich könnte der Hilfsmotor 31 auch eine vom Oberwagen 3 getrennte Einheit sein.

Claims

Antriebsvorrichtung für einen Kran (1), wobei der Kran (1) einen Unterwagen (2) und einen Oberwagen (3) aufweist, mit wenigstens einem im Unterwagen (2) angeordneten Unterwagenmotor (10), der ein Verbrennungsmotor ist, und mit wenigstens einem Oberwagenantrieb, wobei der Oberwagenantrieb mittels eines vom Unterwagenmotor (10) antreibbaren Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel wenigstens eine Gelenkwelle (16), insbesondere eine Königswelle, ist und/oder umfasst.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel wenigstens ein Winkelgetriebe (13) ist und/oder umfasst.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel wenigstens eine Kupplung (18) aufweist, mittels derer der Oberwagenantrieb auskuppelbar und einkuppelbar ist, wobei die Kupplung (18) vorzugsweise im Unterwagen (2) bzw. im Bereich des Unterwagens (2) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel direkt von einem Nebenabtrieb (10a) des Unterwagenmotor (10) antreibbar ist und/oder dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel von einem Nebenabtrieb eines Schalt- bzw. Automatikgetriebes (11) antreibbar ist und/oder dass das Drehmoment- und/oder Kraftübertragungsmittel von einem Nebenabtrieb eines Verteilergetriebes (12) antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberwagenantrieb wenigstens ein Pumpenverteilergetriebe (14) umfasst.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-, Kraft und Leistungsübertragung vom Unterwagenmotor (10) zum Oberwagenantrieb ausschließlich mechanisch erfolgt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwagenmotor (10) ein leistungsstarker und großdimensionierter Verbrennungsmotor, insbesondere ein Dieselmotor ist, wobei die Leistung des Unterwagenmotors (10) vorzugsweise derart bemessen ist, dass durch den Unterwagenmotor (10) die für den Kranbetrieb erforderliche Leistung bei niedriger Motordrehzahl, insbesondere in einem Drehzahlbereich oberhalb der Lehrlaufdrehzahl bis ca. der doppelten Lehrlaufdrehzahl, bereitstellbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Oberwagen (3) bzw. im Bereich des Oberwagens (3) ein Hilfsmotor (31) vorgesehen ist, mittels dessen der Oberwagenantrieb antreibbar ist.
Kran (1) mit wenigstens einer Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kran (1) vorzugsweise ein Mobilkran, insbesondere ein großer Mobilkran ist.