DE102014008477B4 - Muldenkipper oder Truck mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, einem Kühlsystem und einem Hydromotor - Google Patents

Muldenkipper oder Truck mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, einem Kühlsystem und einem Hydromotor Download PDF

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Abstract

Muldenkipper oder Truck mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb und einem Kühlsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem als Kühlgebläse zwei jeweils über einen Hydromotor angetriebene Radiallüfter aufweist, wobei die Kühlgebläse den Kühlluftstrom innerhalb der Strömungskanäle steuern und hierzu innerhalb von Luftführungskanälen angeordnet sind .

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine in Form eines Muldenkippers oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb und einem Kühlsystem.
  • Muldenkipper oder sogenannte Large-Dump-Trucks werden überwiegend in Kohle- oder Erzgewinnungsbetrieben für den Transport der abgebauten Kohle, Mineralien und Erze eingesetzt. Diese Schüttgutkipper 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 mithilfe eines Generators in elektrische Energie für die Versorgung der elektrischen Fahrantriebe gewandelt wird. Grund für diese Vorgehensweise ist, dass Dieselmotoren wie alle Verbrennungsmotoren nur in einem eng begrenzten Drehzahlbereich mit optimalem 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.
  • Bisher werden sämtliche Nebenverbraucher des Fahrzeuges elektrisch betrieben, so zum Beispiel sämtliche Komponenten für den Betrieb eines kühlluftbasierten Kühlsystems der Arbeitsmaschine. Die Energieversorgung der motorischen Komponenten des Kühlsystems wird bisher durch den Generator des dieselelektrischen Antriebs bereitgestellt. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass für die unterschiedlichen Nebenverbraucher unterschiedliche Spannungskreise erzeugt werden müssen. Hierzu ist neben der Leistungselektronik für die Ansteuerung der elektrischen Fahrantriebe mindestens eine weitere Leistungselektronik notwendig, die einen passenden Gleichspannungsstromkreis für die Speisung etwaiger Nebenverbraucher wie Gebläsemotoren, etc. bereitstellt.
  • Aus der DE 102011114354 B3 ist bereits ein Schienenfahrzeug mit einem dieselelektrischen Antrieb und hydraulisch angetriebenen Lüftern bekannt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges Konzept für die Energieversorgung der Nebenverbraucher einer gattungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine aufzuzeigen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Arbeitsmaschine sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließenden abhängigen Unteransprüche.
  • Gemäß Anspruch 1 wird ein Muldenkipper oder Truck, vorgeschlagen, der einen dieselelektrischen Fahrantrieb sowie ein Kühlsystem für die Kühlung etwaiger Systemkomponenten aufweist. Die notwendigen Komponenten für die Bereitstellung des Kühlsystems werden im Folgenden als Nebenverbraucher bezeichnet.
  • Erfindungsgemäß sind wenigstens die Nebenverbraucher des Kühlsystems, d.h. wenigstens zwei Kühlerlüfter und/oder Kühlgebläse des Kühlsystems, die als Radiallüfter ausgebildet sind, hydraulisch angetrieben. Die Kühlerlüfter bzw. Kühlgebläse umfassen demnach jeweils ihnen zugeordnete Hydromotoren, die durch einen hydraulischen Kreislauf mit dem notwendigen Druck versorgbar ist. Erfindungsgemäß werden die Kühlerlüfter und/oder Kühlgebläse nunmehr nicht mehr elektrisch durch die bereitgestellte Energie des Generators versorgt, sondern stattdessen hydraulisch angetrieben.
  • Die Kühlerlüfter dienen zum Ansaugen der Kühlluft, während die Kühlgebläse dazu dienen, den Kühlluftstrom innerhalb der Strömungskanäle zu steuern.
  • Die Erfindung führt zu einer Vereinfachung der Leistungselektronik, da bisher notwendige Bauteile der Leistungselektronik zur Bereitstellung eines gesonderten Gleichspannungsstromkreises für die Versorgung der elektrischen Gebläsemotoren entfallen können. Die Herstellung und Wartung der Leistungselektronik wird vereinfacht und kostengünstiger. Der hydraulische Antrieb der Lüfter- und/oder Gebläsemotoren zeichnet sich demgegenüber durch eine höhere Stabilität und Verlässlichkeit aus, was sich gerade bei Arbeitsmaschinen in Form von Muldenkippern aufgrund der extremen Umweltbedingungen am Einsatzort als großer Vorteil erweist. Zudem kann ein nahezu unabhängiger Betrieb der Lüfter- und/oder Gebläsemotoren von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gewährleistet werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dient die generierte Elektrizität des dieselelektrischen Fahrantriebs ausschließlich für die Speisung der ein oder mehreren Fahrantriebsmotoren. Die Versorgung aller weiteren Nebenverbraucher, insbesondere für das Kühlsystem, wird durch die Integration ein oder mehrerer Hydraulikkreisläufe umgesetzt.
  • Die notwendige Hydraulikenergie zur Speisung der Hydromotorens für die Kühlerlüfte bzw. Kühlgebläse wird durch ein oder mehrere Hydraulikpumpen bereitgestellt. Der Antrieb der Hydraulikpumpen erfolgt vorteilhafterweise über mindestens ein Verteilergetriebe, das entweder unmittelbar am Verbrennungsmotor, beispielsweise über eine Riemenverbindung, oder alternativ auf der ausgehenden Motorwelle am Verbrennungsmotor bzw. ein- oder ausgangseitig am Generator angeflanscht sein kann. Wichtig bei dieser Ausgestaltung ist es, dass der Verbrennungsmotor den Generator unmittelbar antreibt, insbesondere durch eine durch das Verteilergetriebe durchgehende Welle, sodass etwaige Getriebeverluste des Antriebsstrangs zwischen Verbrennungsmotor und Generator weitestgehend vermieden werden. Ein definierter Anteil des Motordrehmomentes wird über das Verteilergetriebe zum Antrieb der Hydraulikpumpen abgezweigt. Alternativ können ein oder mehrere Hydraulikpumpen auch über eine Riemenverbindung direkt mit dem Verbrennungsmotor verbunden sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der verwendete Hydroantrieb des jeweils zugeordneten Kühlerlüfters bzw. Kühlgebläses mit fester oder variabler Drehzahl betreibbar. Insbesondere kann die Einstellung der erforderlichen Drehzahl unabhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors bzw. des Generators einstellbar sein.
  • Der jeweils verwendete Kühlerlüfter ist ein Radiallüfter, der durch wenigstens einen Hydromotor angetrieben ist.
  • Erfindungsgemäß verlaufen ein oder mehrere Luftführungskanäle in Richtung der ein oder mehreren elektrischen Antriebe, d. h. in Richtung der Elektromotoren der angetriebenen Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, und / oder in Richtung ein oder mehrerer Komponenten der Leistungselektronik des dieselelektrischen Antriebs, insbesondere Frequenzumrichter, und / oder zu dem Generator des dieselelektrischen Antriebs selbst. Mittels ein oder mehrerer Kühlgebläse innerhalb der Luftführungskanäle kann ausreichend Kühlluft in Richtung der zu kühlenden Komponenten gefördert werden, sodass eine ausreichende Kühlung sichergestellt wird.
  • Insbesondere sind die Kühllüfter bzw. Radiallüfter in Fahrtrichtung gesehen hinter einem Oberdeck der Arbeitsmaschine und/oder oberhalb bzw. auf dem Generator des dieselelektrischen Antriebes angeordnet.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 bis 4: mehrere Darstellungen des erfindungsgemäßen Muldenkippers,
    • 5: eine perspektivische Detailansicht des Fahrzeugrahmens des erfindungsgemäßen Muldenkippers,
    • 6: eine skizzierte Schaltbilddarstellung des Hydraulikkreislaufs zur Energieversorgung wenigstens eines Lüfters des Kühlkreislaufs.
  • In den 1 bis 4 ist ein Muldenkipper 10 dargestellt. Es handelt sich hier um einen sogenannten Large-Dumping-Truck, wie er beispielsweise in Erzminen 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 Zwillingsbereifungen 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 Fahrzeugs 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 dem eine Fahrerkabine 28 angeordnet ist. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fahrerkabine 28 auf der in Fahrtrichtung linken Seite des Oberdecks 26 platziert. Damit liegt die Fahrerkabine 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 des Fahrzeugrahmens 12 montiert ist. Insbesondere sitzt der Verbrennungsmotor 40 im Bereich der Vorderachse 14 unterhalb des Oberdecks 26 und der Fahrzeugkabine 28. Direkt vor dem Verbrennungsmotor 40 an der Fahrzeugfront sitzt das Kühlermodul 24.
  • Der Verbrennungsmotor 40 treibt den Generator 60 mechanisch an, um die notwendige elektrische Energie für die elektrischen Fahrantriebe zu erzeugen. Als Fahrantrieb dienen zwei Wechselstrommotoren 80, die links und rechts in die Hinterachse 16 integriert sind. Für die Steuerung bzw. Regelung der Elektromotoren 80 sowie des Generators 60 steht eine Leistungselektronik 100 mit den notwendigen Leistungsbauteilen, wie beispielsweise Frequenzumrichtern etc. zur Verfügung.
  • Für die Kühlung des Generators 60, der Leistungselektronik 100 sowie der Elektromotoren 80 dient unter anderem ein Luftkühlkreislauf. Die Kühlluft wir durch zwei Radiallüfter 130 angesaugt, die in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Oberdeck 26 oberhalb des Generators 60 montiert sind, insbesondere in Querrichtung mittig angeordnet sind. Die angesaugte Luft wird über Luftkanäle dem Generator 60, der Leistungselektronik 100 sowie den Elektromotoren 80 und den Planetengetrieben der angetriebenen Hinterachse 16 zugeführt. Die Radiallüfter 130 werden nicht elektrisch gespeist, sondern umfassen jeweils wenigstens einen Hydromotor, der über einen Hydraulikreislauf mit dem notwendigen Hydraulikdruck beaufschlagt wird.
  • Dazu werden als Nebenverbraucher ein oder mehrere Hydraulikpumpen über das Verteilergetriebe 50 getrieben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird zudem eine Hydraulikpumpe 65 von der durch den Generator 60 durchgehende Welle getrieben.
  • Eine schematische Darstellung des Hydraulikkreislaufs ist der 6 zu entnehmen. Über das Verteilergetriebe 50 wird hier exemplarisch die Hydraulikpumpe 65 mechanisch angetrieben. Diese pumpt das Hydrauliköl aus dem Hydrauliktank 32 zum Hydromotor 120, der die Rotationsbewegung des Radiallüfters 130 erzeugt. Das zum Motor 120 beförderte Hydraulikmedium wird im Anschluss zurück an den Tank 32 geführt. Gesichert ist der Hydromotor 120 über das Rückschlagventil 110.
  • Zur Steuerung der Gebläsedrehzahl ist die Hydraulikpumpe 65 verstellbar ausgeführt, sodass sich die Drehzahl des Gebläsemotors 120 variabel einstellen lässt. Der Hydraulikpumpe 65 können eine zusätzliche Pumpe sowie ein Steuerventil vor- oder nachgeschaltet sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Hydromotoren als Kühlerlüftermotoren kann auf zusätzliche Komponenten der Leistungselektronik 100 zur Ausgestaltung eines elektrischen Schaltkreises für die Versorgung elektrischer Gebläsemotoren verzichtet werden. Die verwendete Leistungselektronik 100 gestaltet sich dadurch deutlich einfacher. Ferner lässt sich die Drehzahl der Gebläsemotoren 120 unabhängig von dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 40 bzw. des Generators 60 einstellen.
  • Neben der Luftkühlung kann zudem ein Kühlflüssigkeitskreislauf, insbesondere ein gemeinsamer Kühlflüssigkeitskreislauf zur Kühlung des Generators 60 und/oder der Leistungselektronik 100 und/oder der Elektromotoren 80 und/oder des Getriebeöls der Planetengetriebe vorgesehen sein. Notwendige Hydraulikpumpen werden dann ebenfalls über das Verteilergetriebe 50 getrieben.

Claims (7)

  1. Muldenkipper oder Truck mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb und einem Kühlsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem als Kühlgebläse zwei jeweils über einen Hydromotor angetriebene Radiallüfter aufweist, wobei die Kühlgebläse den Kühlluftstrom innerhalb der Strömungskanäle steuern und hierzu innerhalb von Luftführungskanälen angeordnet sind .
  2. Muldenkipper oder Truck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine generierte Elektrizität des dieselelektrischen Fahrantriebes ausschließlich für eine Speisung der Fahrantriebsmotoren dient.
  3. Muldenkipper oder Truck nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine notwendige Hydraulikenergie durch ein oder mehrere Hydraulikpumpen bereitstellbar ist, die über mindestens ein Verteilergetriebe am Verbrennungsmotor und/oder am Generator antreibar ist/sind.
  4. Muldenkipper oder Truck nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydromotoren zum Antrieb der Kühlgebläse mit fester oder variabler Drehzahl betreibbar sind.
  5. Muldenkipper oder Truck nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Hydromotoren der Kühlgebläse unabhängig von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors variabel einstellbar sind.
  6. Muldenkipper oder Truck nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgebläse über die Luftführungskanäle Luft zu elektrischen Motoren der angetriebenen Fahrzeugachseund/oder ein oder mehreren Planetengetriebe einer angetriebenen Fahrzeugachse und/oder zu den ein oder mehreren Komponenten der Leistungselektronik und/oder zu dem Generator des dieselelektrischen Antriebes fördern.
  7. Muldenkipper oder Truck nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallüfter in Fahrtrichtung gesehen hinter einem Oberdeck der Arbeitsmaschine und/oder oberhalb bzw. auf dem Generator des dieselelektrischen Antriebes angeordnet sind.
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