DE102014003203A1

DE102014003203A1 - Arbeitsmaschine, insbesondere Muldenkipper oder Truck

Info

Publication number: DE102014003203A1
Application number: DE102014003203.5A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Emanuel Richthammer; Kai KUGELSTADT; Adrien LEVARAY
Original assignee: Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Current assignee: Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-09-10
Also published as: FR3018226A1; CA2883025C; CN204870508U; RU2015107848A; RU2681463C2; RU2015107848A3; FR3018226B1; AU2015200970B2; AU2015200970A1; US9771037B2; CA2883025A1; ZA201501486B; US20150251610A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, umfassend wenigstens einen Verbrennungsmotor, wenigstens einen Generator, wenigstens eine Leistungselektronik sowie wenigstens einen Elektromotor, wobei die Leistungselektronik zumindest teilweise im Bereich einer angetriebenen Fahrachse der Arbeitsmaschine angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, umfassend wenigstens einen Verbrennungsmotor, wenigstens einen Generator, wenigstens eine Leistungselektronik sowie wenigstens einen Elektromotor.
Muldenkipper oder sogenannte Large-Dump-Trucks werden überwiegend in Kohle- oder Erzgewinnungsbetrieben für den Transport der abgebauten Kohle, Mineralien und Erze eingesetzt. Diese Schüttgut-Kipper werden in einer Größe von über 90 t bis zu mehreren 100 t Eigengewicht und Nutzlast hergestellt, sodass sie insgesamt sehr große Abmessungen aufweisen.
Als Fahrantrieb kommt ein dieselelektrischer Antrieb zur Anwendung, wobei die durch einen Dieselmotor erzeugte mechanische Energie mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie für die Versorgung der elektrischen Fahrantriebe gewandelt wird. Grund für dieses Verfahren ist, dass Dieselmotoren wie alle Verbrennungsmotoren nur in einem eng begrenzten Drehzahlbereich mit optimalen Wirkungsgrad betrieben und nicht unter Last angefahren werden können. Die eingesetzten Wechselstrommotoren für die Fahrachse können auch zum Anfahren das gewünschte Drehmoment im unteren Drehzahlbereich aufbringen. Der verwendete Verbrennungsmotor lässt sich durchgehend im optimalen Drehzahlbereich betreiben.
Für die Steuerung der ein oder mehreren Elektromotoren sowie des Generators ist eine entsprechende Leistungselektronik notwendig. Diese umfasst in der Regel einen oder mehrere Frequenzumwandler, um die benötigte Drehzahl an den Elektromotoren zu regeln.
Bei den bekannten Arbeitsmaschinen, insbesondere Muldenkippern, ist im in Fahrtrichtung vorderen Teil der Arbeitsmaschine oberhalb der Stoßstange ein großer Kühler angeordnet, oberhalb dessen ein begehbares Oberdeck liegt. Auf Höhe des Oberdecks ist üblicherweise seitlich über einem der Räder die Fahrerkabine angeordnet. Neben der Fahrerkabine auf dem Oberdeck ist ein vom Oberdeck zugänglicher Schaltschrank installiert, der die notwendige Leistungselektronik für die Steuer- bzw. Regelung des Generators und der betriebenen Elektromotoren beinhaltet. Der Generator bzw. die Elektromotoren selbst sind demgegenüber im Fahrzeugrahmen installiert, wobei die Elektromotoren vorzugsweise in die angetriebene Hinterachse integriert und der Generator in der Nähe des Verbrennungsmotors montiert ist.
Aufgrund der großen Abmessung der Arbeitsmaschine sind lange Leitungswege notwendig, um den Generator mit der Leistungselektronik bzw. die Leistungselektronik mit den Elektromotoren zu verbinden. Der notwendige Kabelstrang muss folglich vom Generator im Fahrzeugrahmen mehrere Meter nach oben bis auf das Oberdeck des Fahrzeugs geführt werden und von dort wieder zurück in den Fahrzeugrahmen bis zur angetriebenen Hinterachse.
Die langen Leitungswege erhöhen jedoch den Aufwand für die Verkabelung. Weiterhin fördert die enorme Leitungslänge die Wahrscheinlichkeit elektromagnetischer Interferenzen, insbesondere zwischen den Leistungsleitungen und den Signalleitungen zur Übertragung der Steuersignale an Generator und Elektromotor.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung beschäftigt sich mit einer alternativen Konstruktion des dieselelektrischen Antriebsstrangs, der die oben genannten Probleme zu überwinden weiß.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Arbeitsmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Arbeitsmaschine sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bekannt ist eine Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, der wenigstens einen Verbrennungsmotor, wenigstens einen Generator, wenigstens eine Leistungselektronik sowie wenigstens einen Elektromotor umfasst. Davon ausgehend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Leistungselektronik bzw. zumindest einen Teil der Leistungselektronik im Bereich einer angetriebenen Fahrachse der Arbeitsmaschine anzuordnen.
Durch die Anordnung der Leistungselektronik im Bereich der angetriebenen Fahrachse, d. h. im Bereich der mit Energie zu versorgenden Elektromotoren, wird eine maßgebliche Verkürzung der erforderlichen Leitungswege zwischen Leistungselektronik und Elektromotor erreicht. Insbesondere wird die Leistungselektronik nicht mehr – wie aus dem Stand der Technik bekannt – auf dem Oberdeck eines Mining-Trucks installiert, sondern stattdessen in Bodennähe im Bereich der angetriebenen Fahrzeugachse. Hierdurch ergibt sich nicht nur ein servicefreundlicherer Zugang zur Leistungselektronik, sondern die notwendigen Leitungswege zwischen den elektrischen Komponenten werden verkürzt, wodurch die Wahrscheinlichkeit für elektromagnetische Interferenzen minimiert wird. Zudem wird das Risiko für das Bedienpersonal weiter reduziert, da die Leistungselektronik nicht mehr im Gefahrenbereich der Fahrerkabine auf dem Oberdeck liegt.
Besonders bevorzugt ist der wenigstens eine Generator, die Leistungselektronik und der wenigstens eine Elektromotor in Fahrtrichtung hintereinander am Fahrzeug angeordnet, vorzugsweise am Fahrzeugrahmen. Dadurch ergeben sich nicht nur besonders kurze Leitungswege zwischen Elektromotor und der Leistungselektronik, sondern auch zwischen Generator und Leistungselektronik. Die bereits vorstehend beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung werden weiter optimiert. Besonders bevorzugt eignet sich eine Installation der Leistungselektronik zumindest teilweise zwischen dem Generator und der angetriebenen Fahrachse.
Der Fahrzeugrahmen besteht üblicherweise aus mindestens zwei parallel verlaufenden Rahmenholmen, die sich in Längsrichtung des Fahrzeuges zumindest abschnittsweise parallel erstrecken. Die Leistungselektronik kann idealerweise zwischen den beiden Rahmenholmen montiert sein. Die Montage zwischen den Fahrzeugrahmenholmen bietet zusätzlichen Schutz für die Leistungselektronik. Zudem zeichnet sich dieser Installationsort durch gute Servicefreundlichkeit aus, da der Bereich vom Boden aus leicht zugänglich ist und keine anderweitigen Komponenten der Arbeitsmaschine den Zugang versperren.
Alternativ kann die Leistungselektronik zumindest teilweise auch außen am Fahrzeugrahmen, d. h. außen an den Fahrzeugholmen montiert sein. Denkbar ist es auch, dass ein Teil zwischen den Fahrzeugholmen und ein anderer Teil der Leistungselektronik außen an wenigstens einem Fahrzeugholm befestigt ist. Es besteht die Möglichkeit, dass sowohl auf oder an dem linken als auch auf oder an dem rechten Fahrzeugholm jeweils eine Komponente der Leistungselektronik montiert ist.
Die Leistungselektronik kann einteilig innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses integriert sein, das wahlweise zwischen den Fahrzeugholmen des Fahrzeugrahmens oder außen an einem der Fahrzeugholme befestigbar ist. Denkbar ist es auch, dass die Leistungselektronik modulartig aufgebaut ist, d. h. die Leistungselektronik umfasst zwei oder mehrere Funktionsmodule mit jeweils gekapseltem Gehäuse. In diesem Fall ist eine gemeinsame Anordnung im Fahrzeugrahmen, d. h. zwischen den Fahrzeugholmen, oder eine gemeinsame Anordnung außen am Fahrzeugrahmen denkbar. Gleichfalls ist eine Montage eines ersten Funktionsmoduls im Rahmen zwischen den Rahmenholmen und die Befestigung des zweiten oder eines weiteren Funktionsmoduls außen am Rahmen denkbar.
Selbstverständlich sind weitere zahlreiche Montagemöglichkeiten für die einzelnen Funktionsmodule der Leistungselektronik denkbar, die hier nicht abschließend aufgezählt werden können. Der Kern der Erfindung besteht jedoch darin, dass die Entfernung der Leistungselektronik, d. h. zumindest eines Teils der Funktionsmodule zu dem Generator und/oder der angetriebenen Fahrachse möglichst kurz bemessen wird, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen technischen Lösung ergibt sich dadurch, dass die Leistungselektronik vorzugsweise bei hochgeklappter Kippmulde der Arbeitsmaschine gut zugänglich ist, so dass Service-, Montage- und Demontagedienstleistungen vereinfacht werden. Während des regulären Betriebs ist die Leistungselektronik zum Einen durch die Kippmulde und zum Anderen durch den Fahrzeugrahmen vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt. Für die Montage wird die Kippmulde hochgeklappt und ein einfacher Zugang von oben in Bodennähe erreicht.
Hierzu ist es denkbar, dass ein oder mehrere Hebezeuge an der Arbeitsmaschine, insbesondere im Bereich der Kippmulde, besonders bevorzugt an der vorderen Unterkante der Kippmulde vorgesehen sind, um die Leistungselektronik bzw. einzelne Funktionsmodule aufnehmen zu können. Mit Hilfe des Hebezeuges kann eine leichte Montage- bzw. Demontagemöglichkeit für die Leistungselektronik bzw. einzelner Komponenten der Leistungselektronik geschaffen werden. Neben der vertikalen Hubbewegung kann das Hebezeug zusätzlich eine Horizontalbewegung der Last bieten, um die aufgenommenen Funktionsmodule einfach versetzen zu können.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine ergeben sich aus den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1–4: mehrere Darstellungen des erfindungsgemäßen Muldenkippers,
5: eine perspektivische Detailansicht des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs des Muldenkippers,
6–8: schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs gemäß unterschiedlichen Ausgestaltungen,
9: eine Detailansicht der Leistungselektronik,
10: eine Seitenansicht des Muldenkippers mit Hebezeug,
11: unterschiedliche schematische Darstellungen des Fahrzeugrahmens mit unterschiedlichen erfindungsgemäßen Einbaupositionen der Leistungselektronik.
In den 1 bis 4 ist ein Muldenkipper 10 dargestellt. Es handelt sich hier um einen sogenannten Large-Dumping-Truck, wie er beispielsweis in Erzmienen eingesetzt wird. An einem starren Rahmen 12 sind Vorderräder 14 und über nicht näher dargestellte Elektromotoren angetriebene Hinterräder 16 gelagert. Die Hinterräder 16 sind mit Zwillingsbereifung ausgeführt.
Am Rahmen 12 ist schwenkbar eine Mulde 18 angelenkt, die über beidseitig am Fahrzeug vorgesehene hydraulische Hubzylinder 20 verschwenkbar ist. Im in Fahrtrichtung vorderen Bereich des Fahrzeuges 10 wird dieses durch die Stoßstange 22 begrenzt. Oberhalb der Stoßstange 22 ist ein Kühlermodul 24 angeordnet. Wiederum oberhalb des Kühlermoduls 24 erstreckt sich über die Breite des Muldenkippers 10 ein Oberdeck 26. Auf einer Seite des Oberdecks 26 ist eine Fahrerkabine 28 angeordnet. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fahrerkabine 28 auf der in Fahrtrichtung linken Seite des Oberdecks 26 platziert. Damit liegt die Fahrerkabine 28 oberhalb des linken Vorderrades 14.
Der Muldenkipper 10 umfasst einen dieselelektrischen Antrieb, der in der perspektivischen Detailansicht des Fahrzeugrahmens 12 in 5 gut erkennbar ist. Der Antrieb umfasst den Dieselmotor 40, der im in Fahrtrichtung gesehen vorderen Bereich am Fahrzeugrahmen 12 montiert ist. Insbesondere sitzt der Verbrennungsmotor 40 im Bereich der Vorderachse 14 unterhalb des Oberdecks 26 und der Fahrzeugkabine 28. Der notwendige Kraftstofftank ist zwischen Vorder- und Hinterradachse 14, 16 auf der in Fahrtrichtung linken Fahrzeugseite am Rahmen 12 aufgenommen.
Der Verbrennungsmotor 40 treibt den Generator 60 mechanisch an, um die notwendige elektrische Energie für den elektrischen Fahrantrieb zu erzeugen. Als Fahrantrieb dienen zwei Wechselstrommotoren 80, die links und rechts in die Hinterradachse 16 integriert sind. Die Verwendung separater Motoren pro Fahrzeugseite der Hinterachse 16 optimiert die Kurvenfahrten und Rangiermanöver, da unterschiedliche Drehzahlen für die angetriebenen Räder gewählt werden können. Für die Steuerung bzw. Regelung der Elektromotoren 80 sowie des Generators 60 steht eine Leistungselektronik 100 mit den notwendigen Leistungsbauteilen, wie Frequenzumrichtern etc. zur Verfügung.
Zahlreiche Nebenverbraucher des Muldenkippers werden nicht mehr elektrisch durch die erzeugte Energie des Generators 60 angetrieben, sondern stattdessen hydraulisch versorgt. Als Nebenverbraucher gelten beispielsweise die hydraulischen Hubzylinder 20, die Fahrlenkung des Muldenkippers 10, die ebenfalls hydraulisch implementiert ist, sowie ein oder mehrere hydraulische Lüftermotoren zur Kühlung der Elektromotoren 80, der Leistungselektronik 100, des Generators 60 bzw. etwaiger anderer Komponenten.
Das notwendige Hydrauliköl für die Nebenverbraucher wird durch den Hydrauliktank 32 zur Verfügung gestellt, der an der dem Kraftstofftank 31 gegenüberliegenden Seite des Fahrzeugs 10 platziert ist.
Gemäß der Detailansicht der 5 besteht der Fahrzeugrahmen 12 aus den beiden parallel verlaufenden Rahmenlängsholmen 12a, 12b, in deren Mitte der gesamte Fahrzeugantriebsstrang gelagert ist. In der gezeigten Ausführungsform ist in der Darstellung hinten im Bereich der Motorwelle ein Pumpenverteilergetriebe 50 direkt am Motor 40 montiert. Das Verteilergetriebe umfasst eine durchgehende Welle, die ausgangseitig über die Kardanwelle 55 mit dem Generator 60 verbunden ist. Die Ausgangsleistung wird dadurch nahezu verlustlos an den Generator 60 übertragen.
Weiterhin sieht das Verteilergetriebe 50 mehrere Nebenabtriebe (PTO) 51, 52 vor, über die ein kleiner Teil der Motorausgangsleistung abgezweigt und für den Antrieb der Nebenverbraucher verwendet wird. In der dargestellten Ausführungsvariante der 5 erweist es sich als vorteilhaft, dass die Kardanwelle 55 ausschließlich für die Bereitstellung des notwendigen Drehmoments an den Generator 50 dient. Die Last des Verteilergetriebes 50 liegt nicht an der Kardanwelle 55 an.
Die Kraft des Verbrennungsmotors 40, insbesondere bei den leistungsstarken Motoren für Muldenkipper, verursacht starke Vibrationen, die sich über die Kardanwelle 55 auf den Generator 60 übertragen können. Konstruktionsbedingt ist der Generator 60 für etwaige Vibrationen anfällig, weshalb zwischen Generator 60 und Dieselmotor 40 eine zusätzliche Kupplung integriert ist. Insbesondere ist eine Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer direkt in das Verteilergetriebe 50 integriert.
Die gezeigte Ausführungsform der 5 schafft zusätzlichen Bauraum am Ende des Generators, so dass zwischen Leistungselektronik 100 und Generator 60 ein Resolver/Drehgeber 70 Platz findet (siehe 6). Der verfügbare Bauraum erlaubt die Verwendung von konventionellen Resolvern 70, die ohne aufwändige Neukonstruktion bzw. Modifikation eingebaut werden können. Dadurch lassen sich zusätzliche Entwicklungskosten und Produktionskosten einsparen.
Die Montage der Antriebskomponenten 40, 50, 60 am Rahmengestänge erfolgt mittels Befestigungsklammern. In der Darstellung gemäß 5 müssen die Befestigungsmittel des Verbrennungsmotors 40 zusätzlich das Eigengewicht des Verteilergetriebes 50 tragen. Die Befestigungsmittel des Generators 60 sind seitlich angeschweißt, um den Generator 60 im Bereich zwischen den Längsholmen 12a, 12b an diesen zu befestigen.
Zur Übersicht ist die Ausführung gemäß 5 nochmals schematische in 6 aufgezeichnet. Das Verteilergetriebe 50 umfasst neben den in 5 sichtbaren Nebenabtrieben 51, 52 noch einen dritten Nebenabtrieb 53. Über den ersten Nebenbetrieb 51 wird beispielsweise eine Hydraulikpumpe für die Bereitstellung des notwendigen Hydraulikdruckes zum Betrieb der Hubzylinder 20. Der zweite Nebenabtrieb 52 treibt die Pumpe für die hydraulische Lenkung an, während an den dritten Nebenabtrieb 53 eine weitere Hydraulikpumpe zur Druckbeaufschlagung ein oder mehrerer hydraulischer Gebläsemotoren bzw. sonstiger hydraulische Verbraucher gekoppelt ist. Die Darstellung der 5 und 6 zeigen zwar insgesamt drei Nebenabtriebe, jedoch sind Ausführungen mit weniger oder mehr Nebenabtrieben denkbar, so lange die erforderliche Generatorleistung bereitstellbar ist. Die einzelnen Hydraulikpumpen sind über Stirnradstufen mit den Nebenabtrieben 51, 52, 53 verbunden.
Alternativ zur Ausführung der 5, 6 kann das Verteilergetriebe 50 auch direkt am Generator 60 angeordnet sein, wie dies der 8 zu entnehmen ist, wobei die Montage dann spiegelverkehrt zu den 5, 6 am Eingang des Generators erfolgt. Die Verbindung zwischen Motorausgangswelle und Verteilergetriebe wird über die zusätzliche Kardanwelle 55 erreicht. Dabei muss die Kardanwelle 55 die gesamte notwendige Kraft für den Antrieb des Generators 60 sowie des Verteilergetriebes 50 bereitstellen. Die alternative Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor 40 einfacher gewechselt werden kann, da für die Demontage lediglich eine Endkopplung der Kardanwelle 55 notwendig ist. Zudem müssen die notwendigen Befestigungsmittel des Verbrennungsmotors am Rahmen 12 des Muldenkippers 10 nicht das zusätzliche Gewicht des Verteilergetriebes 40 tragen. Weiterhin kann eine zusätzliche Lagerung des Generators über das Verteilergetriebe 40 erfolgen.
Eine weitere alternative Ausführungsform ist der 7 zu entnehmen, gemäß der das Pumpenverteilergetriebe 50 direkt mit dem Verbrennungsmotor 40 und Generator 60 verbunden ist. Eine zusätzliche Kardanwelle kann bei Bedarf durch den Generator 60 durchgeführt sein, um die Ankopplung eines weiteren Nebenabtriebs 54 am Ausgang des Generators 60 zu ermöglichen.
Bei den bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik wurde die Leistungselektronik für einen dieselelektrischen Antrieb eines Muldenkippers in einem großen Schaltschrank auf dem Oberdeck neben der Fahrerkabine platziert. Durch die hohe generierte elektrische Leistung geht jedoch gerade von der Leistungselektronik ein hohes Gefahrenpotential für das Bedienpersonal aus. Daher darf der Schaltschrank mit integraler Leistungselektronik nur durch speziell ausgebildetes Fachpersonal bedient bzw. geöffnet und gewartet werden.
Durch die bisherige Anordnung des Schaltschrankes auf dem Oberdeck müssen aufgrund der enormen Abmessung des Muldenkippers 10 sehr lange Leitungswege zur elektrischen Verbindung der Leistungselektronik mit dem Generator einerseits und den in der Hinterachse integrierten Elektromotoren andererseits in Kauf genommen werden. Der erforderliche Kabelstrang muss folglich erst vom Generator im Fahrzeugrahmen mehrere Meter nach oben bis auf das Oberdeck des Fahrzeugs geführt und von dort aus wieder zurück in den Fahrzeugrahmen bis zur hinteren angetriebenen Hinterachse verlegt werden.
Lange Versorgungswege erhöhen jedoch den Aufwand für die Verkabelung. Weiterhin fördert die enorme Leitungslänge die Wahrscheinlichkeit elektromagnetischer Interferenzen, insbesondere zwischen den Leistungsleitungen und den Signalleitungen zur Übertragung der Steuersignale an Generator und Elektromotor.
Die erfindungsgemäße Konstruktion des Muldenkippers 10 weicht nunmehr von den bisherigen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ab und schlägt stattdessen vor, die Leistungselektronik 100 nicht auf dem Oberdeck 26 zu platzieren, sondern möglichst nahe im Bereich des dieselelektrischen Antriebsstrangs, d. h. im Bereich der angetriebenen Hinterachse 16 in unmittelbarer Nähe zu den Elektromotoren 80 und/oder Generator 60. Ein möglicher Montageplatz der Leistungselektronik 100 ist in 5 dargestellt. Durch die Integration der Leistungselektronik 100 in den Fahrzeugrahmen 12 ergibt sich ein deutlich geringerer Abstand zu dem Generator 60 als auch den Elektromotoren 80 in der angetriebenen Hinterachse 16. Dadurch werden vergleichsweise kurze Leitungs- und Signalwege erreicht, ein unerwünschtes Übersprechen zwischen den Leitungen minimiert und damit Störeinflüsse auf die Steuersignale verringert. Weiterhin ist die gesamte Verkabelung des dieselelektrischen Antriebes deutlich einfacher gestaltet als bei den aus dem Stand der Technik gezeigten Lösungen.
Weiterhin wird die gesamte Leistungselektronik 100 nicht mehr in einem gemeinsamen Gehäuse (Schaltschrank) untergebracht, sondern stattdessen modular konstruiert. Gemäß der beispielhaften Darstellung der 9 setzt sich die Leistungselektronik 100 aus insgesamt drei getrennten Funktionsmodulen 101, 102, 103 zusammen, die jeweils in einem eigenen gekapselten Gehäuse untergebracht sind. 9 zeigt die kastenförmigen Funktionsmodulen 101, 102, 103 nebeneinander auf einem Aufnahmerahmen 110 gereiht. Die gekapselten Gehäuse sind in massiver Bauweise erstellt und bieten damit Schutz gegen äußere Einflüsse, wie z. B. Wasser, Staub und Steinschlag.
Die Leistungselektronik bzw. die einzelnen Funktionsmodule 101, 102, 103 sind im Bereich der angetriebenen Hinterradachse 16 zwischen den beiden Längsholmen 12a, 12b des Fahrzeugrahmens 12 montiert, d. h. mit Hilfe des verwendeten Befestigungsrahmen 110 an den Längsholme 12a, 12b befestigt. Die Vorder- und Rückseite der einzelnen Funktionsmodule 101, 102, 103, d. h. die dem Generator 60 und Elektromotoren 80 zugewandten Seiten der Kastenform, umfassen eine Vielzahl an elektrischen Anschlüssen 104, 105 zur gegenseitigen elektrischen Kopplung der Funktionsmodule 101, 102, 103 als auch zur Anbindung des Generators 60 und der Elektromotoren 80.
Beispielsweise umfasst das mittlere Funktionsmodul 102 alle notwendigen Steuerkomponenten zur Steuerung/Regelung des Generators 60. Der Generator 60 wird daher über die Anschlüsse 104 auf der Vorderseite des Funktionsmoduls 102 mit der Leistungselektronik gekoppelt. Die Funktionsmodule 101, 103 umfassen demgegenüber die notwendigen Frequenzumwandler für die Speisung der Elektromotoren 80, wobei jeweils ein Funktionsmodul 101, 103 genau einem Elektromotor 80 zugewiesen ist. Die Verbindungen zwischen den Funktionsmodulen 101, 102, 103 werden dann über die verfügbaren Anschlüsse 105 auf der Rückseite der Funktionsmodule 101, 102, 103, d. h. der den Elektromotoren 80 zugewandten Seite, hergestellt. Über die Anschlüsse 105 wird ebenfalls die Verbindung mit den Motoren 80 erreicht. Die Verkabelung ist in der 5 nicht dargestellt, jedoch in den 6 bis 8 schematisch angedeutet.
Neben den elektrischen Anschlüssen 104, 105 stehen auf der Vorderseite externe Anschlüsse 108 für eine integrierte flüssigkeitsbasierte Kühlung der Leistungsmodule zur Verfügung. Jedes gekapselte Gehäuse der Funktionsmodule 101, 102, 103 umfasst folglich eine eigene integrierte Kühlung.
Die Darstellung der 5 zeigt eine gemeinsame Anordnung der verfügbaren Funktionsmodule 101, 102, 103 der Leistungselektronik 100 zwischen den Längsholmen 12a, 12b des Fahrzeugrahmens 12. Diese Anordnung entspricht der schematischen Darstellung gemäß 11a, die den Fahrzeugrahmen 12 in einer Draufsicht zeigt.
Eine alternative Anordnung ist der 11b zu entnehmen, wonach die Leistungselektronik 100 nicht mehr zwischen den Holmen 12a, 12b, sondern in Fahrtrichtung rechts außerhalb des Fahrzeugholms 12b montiert ist. Selbstverständlich ist auch eine Montage der gesamten Leistungselektronik 100 auf der in Fahrrichtung gesehenen linken Seite, d. h. am Fahrzeugholm 12a denkbar.
11c zeigt eine weitere Möglichkeit, wonach einzelne Funktionsmodule der Leistungselektronik 100 links und rechts neben den Längsholmen 12a, 12b montiert werden. Beispielsweise bietet sich hier eine Aufteilung der Funktionsmodule 101, 102, 103 auf unterschiedliche Montagepositionen am Rahmen an, um beispielsweise den Abstand zwischen der für die Elektromotoren zuständigen Funktionsmodule 101, 103 und den jeweiligen Elektromotoren 80 soweit wie möglich zu reduzieren.
Neben den dargestellten Ausführungsbeispielen der 11a bis 11c ist selbstverständlich auch eine Anordnung denkbar, bei der ein Teil der Leistungselektronik 100 zwischen den Holmen 12a, 12b des Fahrzeugrahmens 12 befestigt ist, während ein anderer Teil außen montiert ist.
10 zeigt nun einen weiteren Vorteil der vorgestellten Lösung. Neben den bereits aufgezeigten technischen Vorteilen ergibt sich durch den bodennahen Einbauort der Leistungselektronik 100 ein besserer Zugang für Service-, Montage- und Demontagearbeiten an der Leistungselektronik 100. Für den Servicezugang zur Leistungselektronik muss lediglich die Mulde 18 gekippt werden (10).
Die notwendigen Module 101, 102, 103 lassen sich entweder einzeln oder gemeinsam entnehmen und müssen nicht mehr den weiten Weg vom oder zum Oberdeck 26 des Muldenkippers bewegt werden. Außerdem ist es beabsichtigt, dass bei einem Defekt der Leistungselektronik gezielt einzelne Module 101, 102, 103 getauscht werden können und nicht vor Ort repariert werden müssen. Auf speziell ausgebildetes Fachpersonal am Einsatzort kann verzichtet und die Ausfallzeit der Maschine 10 wegen eines Defektes kann minimiert werden.
Hilfsweise kann, wie in 10 gezeigt, wenigstens ein Hebezeug an der Unterkante der Mulde 18 befestigt sein, um die Leistungselektronik 100 bzw. einzelne Funktionsmodule 101, 102, 103 zur Montage/Demontage aufnehmen zu können. Das eingesetzte Hebezeug ermöglicht idealerweise neben der vertikalen Hubbewegung eine Horizontalbewegung zum Versetzen der aufgenommenen Last.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die vorteilhaften Anordnungen der Leistungselektronik 100 am Fahrzeugrahmen 12 (11a–11c) nicht nur für eine modulartige Ausgestaltung der Leistungselektronik gilt, sondern auch für eine konventionelle Ausgestaltung in einem einzigen Gehäuse. Genauso ist eine modulartige Konstruktion der Leistungselektronik denkbar, wenn diese auf dem Oberdeck 26 oder anderweitig am Fahrzeug 10 montiert werden.

Claims

Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, umfassend wenigstens einen Verbrennungsmotor, wenigstens einen Generator, wenigstens eine Leistungselektronik sowie wenigstens einen Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik zumindest teilweise im Bereich einer angetriebenen Fahrachse der Arbeitsmaschine angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Generator, die Leistungselektronik und der wenigstens eine Elektromotor in Fahrtrichtung hintereinander am Fahrzeug, insbesondere am Fahrzeugrahmen angeordnet sind.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik zumindest teilweise zwischen dem Generator und der angetriebenen Fahrachse angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik zumindest teilweise zwischen zwei Rahmenholmen des Fahrzeugrahmens angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik zumindest teilweise außen an dem Fahrzeugrahmen montiert ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik in zwei oder mehrere Funktionsmodule unterteilt ist und jedes Funktionsmodul ein gekapseltes Gehäuse aufweist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodule im Rahmen zwischen den Rahmenholmen und/oder außen am Fahrzeugrahmen angeordnet sind.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik bei hochgeklappter Kippmulde der Arbeitsmaschine für Service, Montage und/oder Demontage zugänglich ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hebezeug für die Montage bzw. Demontage an der Arbeitsmaschine vorgesehen ist, bevorzugt im Bereich der Kippmulde.