DE102014001020B3

DE102014001020B3 - Antriebsstrang für eine mobile Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102014001020B3
Application number: DE201410001020
Authority: DE
Inventors: Christiane Schulte; Ursula Kalinowski-Krumm
Original assignee: Individual
Current assignee: Sktec De GmbH
Priority date: 2014-01-25
Filing date: 2014-01-25
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2034-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem Verbrennungsmotor 1, einem Fahrzeuggetriebe 2, einer Kardanwelle 8, einer Hydraulikpumpe 4' und einem Hydraulikmotor 9'. Dieser Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass drei Kupplungen 6, 7, 13 der Kardanwelle 8 integriert sind, wobei eine dieser Kupplungen als Trennkupplung 7 in die Kardanwelle 8 integriert ist und abtriebsseitig nach dem Fahrzeuggetriebe 2 eine Abtrieb-Schließkupplung 6 in dem ersten Kardanwellenteil und eine Antriebs-Schließkupplung 13 in dem anderen Kardanwellenteil angeordnet ist, dass die Abtrieb-Schließkupplung 6 eine Hydraulikpumpe 4' antreibt und dass die Antriebs-Schließkupplung 13 mit einem Hydraulikmotor 9' verbunden ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Antriebsstrang für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem Verbrennungsmotor 1, einem Fahrzeuggetriebe 2, einer Kardanwelle 8, einem Stromerzeuger 4 und einem Elektromotor 9. Besonderes Kennzeichen dieses Antriebsstranges ist, dass drei Kupplungen 6, 7, 13 in die Kardanwelle 8 integriert sind, wobei eine dieser Kupplungen als Trennkupplung 7 in die Kardanwelle 8 integriert ist und abtriebsseitig nach dem Fahrzeuggetriebe 2 eine Abtrieb-Schließkupplung 6 in dem ersten Kardanwellenteil und eine Antriebs-Schließkupplung 13 in dem anderen Kardanwellenteil angeordnet ist, dass die Abtrieb-Schließkupplung 6 einen Stromerzeuger 4 antreibt und dass die Antriebs-Schließkupplung 13 mit einem Elektromotor 9 verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine wie sie bspw. zur Beseitigung von Öl und anderen extremen Verschmutzungen von Verkehrsflächen bekannt ist. Kennzeichnend für solche Arbeitsmaschinen ist es, dass die eigentliche Reinigungsvorrichtung und die zugehörige Verfahrenstechnik an und/oder auf einem Trägerfahrzeug, das aus Kostengründen schnell zum Einsatzort gelangen soll (Fahrmodus), montiert sind, bspw. in DE 10 2010 027 314 A1 . Deshalb verfügen diese Fahrzeuge über einen handelsüblichen Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat, dabei erfolgt die Kraftübertragung in bekannter Weise über eine Kupplung, ein fahrzeugseitiges Getriebe und eine Kardanwelle auf die Achsen des Fahrzeugs; dieser Antriebsstrang garantiert relativ hohe Fahrgeschwindigkeiten. Während des Einsatzes der Reinigungsmaschine ist dieser Antriebsstrang allerdings wenig geeignet, da die Reinigungsvorrichtung am Fahrzeug eine sehr geringe und konstante Geschwindigkeit erfordert (Arbeitsmodus). Deshalb verfügen solche Fahrzeuge über einen so genannten hydraulischen Hydrostat-Antrieb wie er bspw. aus DE 39 41 024 A1 bekannt ist. Hier gibt es zurzeit einen Hersteller mit marktbeherrschender Monopolstellung, so dass andere ähnliche Antriebskonzepte zu deutlichen Preisreduktionen führen können.
In zahlreichen Anwendungsfällen umfasst die Arbeitsmaschine bzw. Reinigungsvorrichtung weitere Verfahrenskomponenten mir hohem Stromverbrauch, der dann nicht mehr von der Lichtmaschine des Fahrzeugs gedeckt werden kann. In solchen Fällen ist auf dem Trägerfahrzeug ein weiterer Stromerzeuger untergebracht. Deshalb bietet es sich an, die erforderliche konstante und langsame Reinigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb zu realisieren, wobei dessen Stromversorgung durch den mitgeführten und vom Verbrennungsmotor angetriebenen Stromerzeuger erfolgt. Ein solches Antriebskonzept unterscheidet sich deutlich von einem elektrischen Hybridantrieb für einen Pkw, dessen Antriebsenergie von einer mitgeführten Batterie erfolgt, wie er bspw. in DE 10 2008 040 500 A1 dargestellt ist.
Weitere Lösungsansätze sind bspw. in DE 195 27 015 C1 zu finden; hier wird eine Antriebseinheit aus einem Verbrennungsmotor und einem kontinuierlich steuerbaren Verzweigungsgetriebe, das eine stufenlos steuerbare hydrostatische Motor-Pumpe-Einheit und ein Summierungsgetriebe mit anschließenden Bereichsgetrieben umfasst, vorgestellt. In ähnlicher Weise wird in DE 197 41 510 A1 ein stufenloses Getriebe mit hydrostatischer Leistungsverzweigung beschrieben.
In DE 10 2012 201 141 A1 ist eine mobile Arbeitsmaschine vorgestellt, bei der zumindest eine elektrische Maschine mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine in Abtriebsrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist und die elektrische Maschine über eine Trennkupplung oder Übersetzung mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist. Die elektrische Maschine kann mit einem Nebenabtrieb gekoppelt sein.
Die Lösungen nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass neben dem fahrzeugseitigen Getriebe weitere Getriebe erforderlich sind bzw. aufwändige Hydrauliksysteme zum alternativen Fahrantrieb benötigt werden. Bei mobilen Arbeitsmaschinen mit definierten Funktionen wie bspw. Reinigungsaufgaben, die eine Vielzahl von elektrisch angetrieben Komponenten umfassen und die ohnehin neben der Lichtmaschine über einen weiteren Stromerzeuger verfügen, bietet es sich an, den alternativen Fahrantrieb elektrisch zu realisieren und auf das Hydrauliksystem zu verzichten, was den weiteren Vorteil einer Gewichtsersparnis mit sich bringt.
Aus DE 10 2010 012 667 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug offenbart, der einen Verbrennungsmotor, ein Fahrzeuggetriebe, eine Antriebswelle, einen Stromerzeuger und einen Elektromotor umfasst. Mit der Antriebswelle sind zwei Kupplungen verbunden. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Antriebsstrang handelt es sich um einen seriellen Hybridantrieb.
Aus DE 24 18 250 A1 ist ein weiterer Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug bekannt, der einen Verbrennungsmotor, ein Fahrzeuggetriebe, eine Kardanwelle, einen Stromerzeuger und einen Elektromotor umfasst.
Der Erfindung liegt ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, einen eingangs genannten Antriebsstrang vorzuschlagen, mit dem ohne zusätzliches Getriebe ein mechanischer oder ein elektrischer Antrieb möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.
Es wird erfindungsgemäß ein mechanischer und elektrischer Antriebsstrang ohne zusätzliches Getriebe vorgeschlagen, der gleichzeitig die elektrische Versorgung der verfahrenstechnisch erforderlichen Komponenten der Arbeitsmaschine gewährleistet. Dies wird erreicht, indem in den Antriebsstrang eines Trägerfahrzeugs (Kardanwelle) mit den aufgebauten verfahrenstechnischen Komponenten für die Umsetzung der Arbeitsfunktionen drei Kupplungen, bspw. Elektromagnetkupplungen oder pneumatisch betätigte Kupplungen, eingebaut werden, dabei sind abtriebsseitig nach dem Fahrzeuggetriebe zunächst eine Abtriebskupplung als Schließkupplung, dann eine Trennkupplung und abschließend eine Antriebskupplung als Schließkupplung realisiert. Eine solche Anordnung der Kupplungen kann aber auch mit einem Hydrauliksystem realisiert werden, wobei ein hydraulischer Verbraucher dann ein Stromgenerator sein kann, der die elektrische Versorgung verfahrenstechnischer Komponenten garantiert.
Sind im Fahrmodus zwei dieser Kupplungen geöffnet und die dritte als Trennkupplung geschlossen, dann erfolgt die Übertragung der Antriebsenergie des Verbrennungsmotors über das Fahrzeuggetriebe direkt auf die angetriebenen Achsen des Trägerfahrzeugs. Bei dieser Betriebsweise müssen die verfahrenstechnischen Komponenten für die Umsetzung der Arbeitsfunktionen nicht mit elektrischer Energie versorgt werden. Das Fahrzeug wird bauartbedingt durch die Lichtmaschine mit elektrischer Energie versorgt. Das Fahrzeug kann in diesem Fahrmodus bauartbedingt mit hoher Geschwindigkeit zum Einsatzort fahren.
Sind im Arbeitsmodus zwei dieser Kupplungen geschlossen und die Dritte geöffnet, dann dient der Verbrennungsmotor ausschließlich zum Antrieb eines Stromerzeugers. Die erzeugte elektrische Energie steht dann zur Verfügung, um einerseits mittels eines Elektromotors das Fahrzeug mit einer langsamen Arbeitsgeschwindigkeit anzutreiben und andererseits die verfahrenstechnischen Komponenten für die Umsetzung der Arbeitsfunktionen mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Fahrzeug selbst wird auch hier bauartbedingt durch die Lichtmaschine mit elektrischer Energie versorgt. In dieser Betriebsweise kann das Fahrzeug mit einer sehr geringen Geschwindigkeit, in der Regel kleiner als 25 km/h, bewegt werden, so wie es die Arbeitsfunktionen erfordern. Der elektrische Energiebedarf der Nebenverbraucher kann dabei deutlich größer sein als die benötigte elektrische Antriebsenergie, so dass ein entsprechend dimensionierter Stromerzeuger erforderlich ist. Die zu versorgenden Nebenverbraucher können dabei bspw. ein Drucklufterzeuger, ein Heißlufterzeuger, ein Dampferzeuger, mehrere Hochdruckpumpen und Sauggebläse oder ähnliches sein.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 beschrieben, die eine Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs zeigt. Dem Fachmann erschließt sich sofort, dass eine Umsetzung des Antriebskonzepts auch mit anderen Kupplungsformen gelingt.
Der Antriebsstrang 11 umfasst einen Verbrennungsmotor 1, der über ein fahrzeugseitiges Getriebe und eine entsprechend gelagerte 3 Kardanwelle 8, in welche drei Kupplungen 6, 7, 13 integriert sind, seine Antriebsenergie auf die angetriebenen Achsen, hier nicht dargestellt, übertragen kann, sofern die beiden Schließkupplungen 6, 13 geöffnet und die Trennkupplung 7 geschlossen sind. Ferner kann besagter Verbrennungsmotor 1 über das fahrzeugseitige Getriebe 2 einen Stromerzeuger 4 antreiben und elektrische Energie erzeugen, die dann über geeignete elektrische Verbindungen 10 genutzt werden kann, um mittels eines Elektromotors 9 die dafür vorgesehenen Achsen des Fahrzeugs anzutreiben und alle elektrischen, verfahrenstechnisch bedingten Nebenerbraucher 5 mit elektrischer Energie zu versorgen, sofern die beiden Schließkupplungen 6, 13 geschlossen und die Trennkupplung 7 geöffnet sind. Der Antriebsstrang umfasst eine Steuervorrichtung 12 um über entsprechende Wirkverbindungen 14, 14' die entsprechenden Antriebspfade einstellen zu können. Alternativ kann anstelle des Stromerzeugers 4 eine Hydraulikpumpe 4' und anstelle des Elektromotor 9 ein Hydraulikmotor 9' angeordnet sein, wobei die Hydraulikpumpe 9' dann weitere Nebenaggregate 5' über entsprechende Verbindungen 10' mit Hydrauliköl versorgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Fahrzeuggetriebe
3: Lager
4: Stromerzeuger
4': Hydraulikpumpe
5: Alle elektrische Nebenverbraucher
5': Hydraulikölverbraucher
6: Schließkupplung
7: Trennkupplung
8: Kardanwelle
9: Elektromotor
9': Hydraulikmotor
10: Elektrische Verbindung
10': Hydraulikleitung
11: Antriebsstrang
12: Steuervorrichtung für die Betriebsweisen
13: Schließkupplung
14: Elektrische Verbindung
14': pneumatische Verbindung

Claims

Antriebsstrang für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Fahrzeuggetriebe (2), einer Kardanwelle (8), einer Hydraulikpumpe (4') und einem Hydraulikmotor (9'), dadurch gekennzeichnet, dass drei Kupplungen (6, 7, 13) in die Kardanwelle (8) integriert sind, wobei eine dieser Kupplungen als Trennkupplung (7) in die Kardanwelle (8) integriert ist und abtriebsseitig nach dem Fahrzeuggetriebe (2) eine Abtrieb-Schließkupplung (6) in dem ersten Kardanwellenteil und eine Antriebs-Schließkupplung (13) in dem anderen Kardanwellenteil angeordnet ist, dass die Abtrieb-Schließkupplung (6) eine Hydraulikpumpe (4') antreibt und dass die Antriebs-Schließkupplung (13) mit einem Hydraulikmotor (9') verbunden ist.
Antriebsstrang für eine mobile Arbeitsmaschine, mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Fahrzeuggetriebe (2), einer Kardanwelle (8), einem Stromerzeuger (4) und einem Elektromotor (9), dadurch gekennzeichnet, dass drei Kupplungen (6, 7, 13) in die Kardanwelle (8) integriert sind, wobei eine dieser Kupplungen als Trennkupplung (7) in die Kardanwelle (8) integriert ist und abtriebsseitig nach dem Fahrzeuggetriebe (2) eine Abtrieb-Schließkupplung (6) in dem ersten Kardanwellenteil und eine Antriebs-Schließkupplung (13) in dem anderen Kardanwellenteil angeordnet ist, dass die Abtrieb-Schließkupplung (6) einen Stromerzeuger (4) antreibt und dass die Antriebs-Schließkupplung (13) mit einem Elektromotor (9) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors (1) bei geöffneten Kupplungen (6, 13) und geschlossener Kupplung (7) mechanisch auf die Antriebsachsen des Fahrzeugs übertragen wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors (1) bei geschlossenen Kupplungen (6, 13) und geöffneter Kupplung (7) zum Antrieb eines Stromerzeugers (4) dient und dass die erzeugte elektrische Energie über geeignete Verbindungen (10) zum Antrieb der Antriebsachsen des Fahrzeugs durch einen Elektromotor (9) sowie zur Versorgung elektrischer Nebenverbraucher (5), die zur Durchführung der Arbeitsfunktionen der mobilen Arbeitsmaschine erforderlich sind, verwendet wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors (1) bei geschlossenen Kupplungen (6, 13) und geöffneter Kupplung (7) zum Antrieb eine Hydraulikpumpe (4') dient und dass das Hydrauliköl über geeignete Verbindungen (10') zum Antrieb der Antriebsachsen des Fahrzeugs durch einen Hydraulikmotor (9') sowie zur Versorgung hydraulischer Nebenverbraucher (5'), die zur Durchführung der Arbeitsfunktionen der mobilen Arbeitsmaschine erforderlich sind, verwendet wird.
Antriebsstrang nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (6, 7, 13) als Elektromagnetkupplungen oder pneumatisch betätigte Kupplungen ausgeführt sind.
Antriebsstrang nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang eine Steuervorrichtung (12) umfasst, um über geeignete Verbindungen (14, 14') die verschiedenen Antriebspfade einstellen zu können.