DE102014003375A1

DE102014003375A1 - Arbeitsmaschine, insbesondere Muldenkipper oder Truck

Info

Publication number: DE102014003375A1
Application number: DE102014003375.9A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Richthammer; Kai KUGELSTADT; Adrien LEVARAY; Bernd Sommer
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: US9963094B2; CA2883026A1; RU2015107599A3; RU2015107599A; FR3018230A1; CN205112966U; RU2681460C2; AU2015201012B2; FR3018230B1; US20150251611A1; CA2883026C; AU2015201012A1; ZA201501487B

Abstract

Die Erfindung betrifft 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 in zwei oder mehrere Funktionsmodule unterteilt ist und wenigstens eines, vorzugsweise jedes Funktionsmodul ein gekapseltes Gehäuse aufweist.

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. Bisher wurde die gesamte Leistungselektronik in einen gemeinsamen Schaltschrank integriert, der auf dem Oberdeck des Muldenkippers im Bereich der Fahrerkabine angeordnet war.
Lagebedingt und aufgrund der enormen Abmessung derartiger Muldenkipper ist für die Montage bzw. Demontage des Schaltschrankes ein enormer Aufwand zu betreiben, da dieser in hoher Höhe auf dem Oberdeck nur schwer zugänglich ist. Kleinere Wartungsarbeiten müssen weiterhin von einem entsprechend ausgebildeten Fachpersonal vorgenommen werden, da aufgrund der hohen elektrischen Leistungen Lebensgefahr für Personen besteht. Zu Wartungszwecken kann der Schaltschrank geöffnet und die Leistungselektronik Vorort gewartet bzw. repariert werden.
Es kann jedoch nicht immer gewährleistet werden, dass am Einsatzort eine entsprechend ausgebildete Fachkraft zur Reparatur und Wartung der Leistungselektronik verfügbar ist. Ein vollständiger Austausch der Leistungselektronik ist jedoch auf Grund des beschriebenen Aufwands unerwünscht oder nicht möglich.
Aus diesem Grund setzt sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine geeignete Lösung für den Aufbau und die Integration der Leistungselektronik eines dieselelektrischen Antriebs einer gattungsgemäßen Arbeitsmaschine aufzufinden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgehend von der aus dem Stand der Technik bekannten Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Antrieb wird nunmehr vorgeschlagen, die Leistungselektronik nicht in einem gemeinsamen Schaltschrank unter zu bringen, sondern es wird stattdessen ein modulares Konzept vorgeschlagen, wonach einzelne Komponenten der Leistungselektronik nach Funktion in einzelne Module unterteilt sind, insbesondere in wenigstens zwei oder mehrere Module, und zumindest eines der Modul für sich in einem gekapselten Gehäuse untergebracht ist. Idealerweise sind alle Funktionsmodule in einem eigenen gekapselten Gehäuse untergebracht. Die einzelnen gekapselten Gehäuse können einzeln montiert und demontiert werden.
Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass einzelne Module einfacher getauscht und bei einem Defekt unkompliziert gegen ein neues entsprechendes Modul Vorort am Einsatzort getauscht werden können. Beispielsweise muss die Leistungselektronik nicht mehr Vorort repariert werden, sondern defekte Module können getauscht werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn am jeweiligen Einsatzort kein ausgebildetes Fachpersonal verfügbar ist.
Der Austausch einzelner Funktionsmodule ist aufgrund der geringeren Abmessung gegenüber einem konventionellen Schaltschrank wesentlich einfacher und effektiver.
Denkbar ist es beispielsweise, dass die einzelnen gekapselten Gehäuse keinen Zugang in Form einer Wartungsklappe, Wartungstür, etc. vorsehen und damit nur für den Vorort-Austausch jedoch nicht für die Vorort-Reparatur geeignet sind.
Das gekapselte Gehäuse ist vorzugsweise aus einem massiven Material gefertigt, bevorzugt Metall, besonders bevorzugt aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder aus einer Kombination der genannten Materialarten. Durch das massive Material kann die integrale Leistungselektronik vor äußeren Einflüssen, wie beispielweise Feuchtigkeit, Steinschlag, Staub, etc. geschützt werden.
Die Aufteilung der Leistungselektronik in einzelne Funktionsmodule kann insbesondere derart erfolgen, sodass einzelne Elektronikkomponenten in Abhängigkeit der zugeordneten elektrischen Verbraucher, d. h. der Elektromotoren, aufgeteilt sind.
Beispielsweise sind die notwendigen Frequenzumwandler für einen ersten Elektromotor in einem Funktionsmodul integriert, während die Frequenzumwandler für einen zweiten Elektromotor in einem weiteren Funktionsmodul integriert sind.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, wenigstens ein eigenes Funktionsmodul für die notwendige Steuerelektronik zur Steuerung und/oder Regelung des Generators und/oder der Frequenzumwandler der weiteren Funktionsmodule vorzusehen.
Die gekapselten Gehäuse umfassen ein oder mehrere externe elektrische Anschlüsse für die Verkabelung mit dem Generator einerseits sowie für die Verkabelung mit ein oder mehreren Elektromotoren andererseits. Die externen Anschlüsse dienen ebenfalls zur gegenseitigen Kopplung der Funktionsmodule.
Neben den elektrischen Anschlüssen können vorzugsweise Anschlüsse für eine integrierte Kühlung vorgesehen sein. Denkbar sind externe Anschlüsse für die Zuführung bzw. Abführung eines entsprechenden Kühlmediums für die integrierte Kühlung in wenigstens einem der Funktionsmodule. Idealerweise besitzt jedes Funktionsmodul eine eigene integrierte Kühlung mit eigenen Anschlüssen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Aufnahmemittel vorgesehen, vorzugsweis in Form einer Platte oder sonstigen Plattform. Denkbar ist auch die Ausgestaltung in Form eines Rahmens. Das Aufnahmemittel eignet sich zur gemeinsamen Aufnahme von zwei oder mehreren Funktionsmodulen der Leistungselektronik.
Die Gehäuse der einzelnen Funktionsmodule sind idealerweise kastenförmig ausgeführt, sodass diese platzsparend aufeinander geschichtet oder nebeneinander gereiht werden können. Zwei oder mehrere Funktionsmodule können über dass Aufnahmemittel an der Arbeitsmaschine, insbesondere am Fahrzeugrahmen der Arbeitsmaschine, montiert werden. Durch Verwendung einer Plattform als Aufnahmemittel für die einzelnen Funktionsmodule ergibt sich ein zusätzlicher Schutz von unten vor aufgewirbelten Staub bzw. Steinen. Zudem besteht die Möglichkeit, das Aufnahmemittel lösbar auszugestalten, um das Aufnahmemittel mit den aufgenommen Funktionsmodulen gemeinsam demontieren zu können.
Die Funktionsmodule lassen sich beispielsweise gemeinsam im Bereich der angetriebenen Hinterradachse der Arbeitsmaschine montieren, sodass möglichst kurze Leitungswege zwischen den Funktionsmodulen und den zu versorgenden Elektromotoren bestehen. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung wenigstens eines bzw. aller Leistungsmodule zwischen dem Generator und den Elektromotoren. Denkbar ist es auch, ein Teil der Funktionsmodule im Fahrzeugrahmen zwischen den beiden Längsholmen des Fahrzeugrahmens anzuordnen, während ein anderer Teil der Leistungsmodule an der Außenseite der Rahmenholme befestigt ist. Zudem besteht die Möglichkeit, sämtliche Funktionsmodule außen am Rahmengestell, insbesondere in Fahrtrichtung links und/oder rechts zu montieren.
Neben der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine betrifft die vorliegende Erfindung eine Leistungselektronik für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine. Die Leistungselektronik setzt sich aus zwei oder mehreren Funktionsmodulen zusammen, wobei jedes Funktionsmodul in einem gekapselten Gehäuse untergebracht ist. Die Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Leistungselektronik entsprechen offensichtlich denen der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen dieselelektrischen Antriebsstrang mit einer Leistungselektronik gemäß der vorliegenden Erfindung. Auch bezüglich des dieselelektrischen Antriebsstrangs gelten dieselben Vorteile und Eigenschaften, die bereits vorangehend ausführlich diskutiert und beschrieben wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird daher verzichtet.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen im Folgeneden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. 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 erfindungsgemäßen Leistungselektronik,
10: eine Seitenansicht des Muldenkippers mit Hebezeug,
11: unterschiedliche schematische Darstellungen des Fahrzeugrahmens mit unterschiedlichen 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 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 erfindungsgemäß 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. Das Gehäuse ist vollständig aus Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl oder Aluminium gefertigt. 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.
Es besteht alternativ oder zusätzlich die Möglichkeit, die Funktionsmodule auf einer Befestigungsplattform, insbesondere horizontalen Plattform aufzureihen, so dass sich ein zusätzlicher Steinschlagschutz von unter ergibt.
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 aufgestellt (10). Für die Wartungsarbeiten kann die Mulde 18 zusätzlich gesichert werden, so dass auch bei abgeklemmter Elektrik die Mulde aufrecht stehen bleibt, beispielsweise durch eine mechanische Zugverbindung zwischen Muldenende und Fahrrahmen.
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 in zwei oder mehrere Funktionsmodule unterteilt ist und zumindest eines der Funktionsmodule, vorzugsweise alle Funktionsmodule, ein gekapseltes Gehäuse aufweist/aufweisen.
Arbeitsmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusematerial zumindest teilweise Metall, bevorzugt Stahl und/oder Edelstahl und/oder Aluminium, umfasst.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gekapselte Gehäuse ein der mehrere Außenanschlüsse für die elektrische Verkabelung mit dem Generator und/oder weiteren Funktionsmodulen und/oder ein oder mehreren elektrischen Fahrantrieben umfasst.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodule zumindest teilweise eine integrierte Kühlung umfassen mit externen Anschlüssen auf der Gehäuseaußenseite.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikkomponenten der Leistungselektronik in Abhängigkeit der zugeordneten elektrischen Verbraucher, insbesondere Elektromotoren, in unterschiedliche Funktionsmodule aufgeteilt sind.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumwandler für jeden Elektromotor in getrennten Funktionsmodulen untergebracht sind.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Funktionsmodul die Generatorsteuerung bzw. Generatorregelung und/oder die Steuerung/Regelung der Frequenzumwandler für die Elektromotoren umfasst.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmemittel, vorzugsweise in Form einer Platte oder eines Rahmens, zur Aufnahme von zwei oder mehreren bzw. allen Funktionsmodulen der Leistungselektronik vorgesehen ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemittel lösbar mit der Arbeitsmaschine, insbesondere dem Fahrzeugrahmen, verbindbar ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Funktionsmodule oder alle Funktionsmodule im Bereich des zu versorgenden Elektromotors und/oder im Bereich des Generators, vorzugsweise zwischen Generator und Elektromotor, im oder am Fahrzeugrahmen montiert sind.
Leistungselektronik für eine Arbeitsmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Dieselelektrischer Antriebsstrang mit einer Leistungselektronik gemäß Anspruch 11.