DE102015006225B4

DE102015006225B4 - Arbeitsmaschine, insbesondere Muldenkipper oder Truck

Info

Publication number: DE102015006225B4
Application number: DE102015006225.5A
Authority: DE
Inventors: Adrien LEVARAY; Bernd Sommer; Scott Bellamy
Original assignee: Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Current assignee: Liebherr Mining Equipment Colmar SAS
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: DE102015006225A1; FR3023514B1; ZA201504834B; FR3023514A1; RU2684822C2; AU2015203671A1; RU2015128311A3; RU2015128311A; CN105253022A; CN105253022B; US20160009183A1; CA2896110C; CA2896110A1; US9789770B2; AU2015203671B2

Abstract

Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers (10) oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, wobei wenigstens ein Generator von wenigstens einem Verbrennungsmotor (40) der Arbeitsmaschine angetrieben oder antreibbar ist, wobei die Stromerzeugung auch bei laufendem Verbrennungsmotor durch Unterbrechung des Erregerstromkreises mittels eines Unterbrechungsschalters (90, 92) sicher unterbrechbar ist. dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterbrechung ein manueller Unterbrechungsschalter (90, 92) vorgesehen ist, so dass sowohl die Zuführleitung (66) der Steuersignale des Erregerstromkreises (64) als auch die Spannungsversorgung (68) des Erregerstromkreises (64) manuell unterbrechbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Antrieb, wobei ein Generator von wenigstens einem Verbrennungsmotor der Arbeitsmaschine angetrieben oder antreibbar ist.
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 Tonnen bis zu mehreren 100 Tonnen Eigengewicht und Nutzlast hergestellt, sodass sie insgesamt sehr große Abmessungen aufweisen.
Als Fahrantrieb kommt ein dieselelektrischer Antrieb zur Anwendung, wobei die durch diesen 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 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. Entsprechende Arbeitsmaschinen sind beispielsweise in der DE 10 2014 003 374 A1 , der DE 10 2014 003 203 A1 und der beschrieben.
Aus der JP H11-150 812 A ist eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt, in welcher eine Geschwindigkeitsregelung beschrieben ist.
Bei derartigen Arbeitsmaschinen befindet sich eine große Anzahl von Komponenten unter hoher Spannung, sodass entsprechende Service- oder Wartungsarbeiten für das Wartungspersonal mit großen Gefahren verbunden sind. Hierdurch bedingt ist der Einsatz von besonders geschultem Fachpersonal notwendig.
Eine Möglichkeit, entsprechende Service-, Wartungs- und Reparaturarbeiten sicher durchzuführen, besteht darin, auch den Dieselmotor abzuschalten. Dies ist allerdings häufig nicht gewünscht, da die weiteren durch den Dieselmotor angetriebenen Systeme, die nicht elektrisch betrieben werden, beispielsweise die Hydrauliksysteme und die mechanisch angetriebenen Systeme, während der Wartungsarbeit des elektrischen Systems weiter zur Verfügung stehen sollen. Im Stand der Technik sind grundsätzlich auch schon Lösungen bekannt, bei denen die Verbrennungsmotoren während der Wartungsarbeit weiterlaufen. Eine bekannte Lösung bestand darin, den antreibenden Verbrennungsmotor vom Wechselstromgenerator mechanisch zu trennen. Eine andere Lösung bestand darin, die Gleichstromleitungen kurzzuschließen und zu erden. Diese Lösungen sind allerdings aufwendig, da sie mit größerem mechanischem Aufwand bzw. der Verwendung von speziellen elektrischen Werkzeugen und ausgebildetem Personal durchgeführt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, bei Service-, Wartungs- oder Reperaturarbeiten von gattungsgemäßen Arbeitsmaschinen eine einfache und sichere Trennung und Stilllegung des Stromerzeugungskreises auch durch nicht besonders dafür geschultes Personal zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierzu ist bei einer Arbeitsmaschine mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, bei dem wenigstens ein Generator von wenigstens einem Verbrennungsmotor der Arbeitsmaschine angetrieben ist oder antreibbar ist, die Stromerzeugung auch bei laufendem Verbrennungsmotor durch Unterbrechung des Erregerspannungskreises des Wechselstromgenerators mittels eine Unterbrechungsschalters sicher unterbrechbar.
Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung ist es sichergestellt, dass trotz laufendem Verbrennungsmotor keine hohen Spannungen übertragen werden. Die Unterbrechungsschalter zum Abschalten der Spannungserzeugung selbst sind jeweils in Stromkreisen niedriger Spannung angeordnet.
Bevorzugte Ausgestattungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Unterbrechungsschalter in der Spannungsversorgung des Erregerspannungskreises angeordnet sein. Der Erregerspannungskreis wird üblicherweise von einer 24-Volt-Spannungsquelle betrieben. Durch Unterbrechung der Spannungszuführungsleitung kann der Erregerspannungskreis in einfacher Weise unterbrochen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, durch Unterbrechung der Leitung für die Steuersignale ebenfalls in sicherer Weise den Erregerspannungskreis zu unterbrechen.
Grundsätzlich ist auch eine Kombination der beiden vorgenannten Ausführungsvarianten möglich. So kann ein Unterbrechungsschalter sowohl in der Spannungsversorgungsleitung des Erregerspannungskreises und zusätzlich in der parallel dazu verlaufenden Zuführleitung für die Steuersignale zur Steuerung der Erregerspannung angeordnet sein.
Eine weitere bevorzugte Lösung der Erfindung besteht darin, dass ein Unterbrechungsschalter in der Zuführleitung des Erregerspannungskreises zum Wechselstromgenerator angeordnet ist. Auch durch diese Unterbrechung ist ein sicheres Abschalten der elektrischen Versorgung der Arbeitsmaschine trotz laufendem Verbrennungsmotor möglich.
Besonders vorteilhaft sind die jeweiligen Unterbrechungsschalter über ein Schloss sicherbar. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass nur das zwar nicht gesondert als Starkstromelektriker geschulte aber zur Durchführung von Wartungsarbeiten bzw. Reparaturen beauftragte Personal die Stromerzeugung unterbricht.
Wie bereits zuvor anhand eines Beispiels dargestellt, können vorteilhaft ein oder mehrere Unterbrechungsschalter an einer von außen zugängigen Stelle der Arbeitsmaschine angeordnet sein.
Ein Unterbrechungsschalter kann beispielsweise nahe der elektrischen Antriebsmotoren angeordnet sein. Hierdurch kann das Personal gleich im unmittelbaren Umfeld der elektrischen Komponenten und somit in dem Bereich, in dem die Wartungs- und Service- bzw. Reparaturarbeiten durchzuführen sind, den Unterbrechungsschalter bedienen.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Unterbrechungsschalter in einem Schaltkasten für Niederspannungsschalter, der sich im Bereich des Wartungs- und Servicezugangs im Frontbereich der Arbeitsmaschine befindet, angeordnet sein. Ansonsten kann ein derartiger Unterbrechungsschalter natürlich auch vorteilhaft an anderer Stelle im Bereich des Wartungs- und Servicezugangs im Frontbereich der Arbeitsmaschine sein. Alternativ kann ein Unterbrechungsschalter aber auch auf dem Oberdeck der Arbeitsmaschine, vorzugsweise im Bereich des Fahrerhauses oder sogar im Fahrerhaus selbst, angeordnet sein.
Das Vorsehen der Unterbrechungsschalter ermöglicht es, die stromführenden Teile sicher stillzulegen, ohne dass elektrische Schaltschränke zum Abschalten der unter Hochspannung stehenden Komponenten geöffnet werden müssen. Ein Öffnen dieser Schaltschränke ist aufgrund der folgenden Hochspannung nur durch gesondert geschultes Personal möglich, das auch im Bergwerksbereich bzw. auf Baustellen nicht sofort verfügbar ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Muldenkippers,
2: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs, und
2 bis 5: unterschiedliche schematische Darstellungen des Antriebsstrangs mit verschiedenen Lösungsmöglichkeiten zur Anordnung eines Unterbrechungsschalters gemäß der Lösung der vorliegenden Erfindung.

In der 1 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 sind Vorderräder 14 und über in der 1 nicht näher dargestellte Elektromotoren angetriebene Hinterräder 16 gelagert. Die Hinterräder 16 sind mit Zwillingsbereifung ausgeführt (vgl. 2).
Am Rahmen 12 ist schwenkbar eine Mulde 18 angelenkt, die über beidseitig am Fahrzeug vorgesehene hydraulische Hubzylinder 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 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 schematischen Detailansicht in 2 dargestellt ist. Der Antrieb umfasst einen Dieselmotor 40 im Bereich der Vorderräder 14 unterhalb des Oberdecks 26 und der Fahrzeugkabine 28.
Der Verbrennungsmotor 40 treibt einen Wechselstromgenerator 60 mechanisch an, um die notwendige elektrische Energie für den elektrischen Fahrantrieb zu erzeugen. Als Fahrantrieb dienen zwei Wechselstrommotoren 80, die links und rechts mit den Hinterrädern 16 integriert sind. Die Verwendung separater Motoren pro Fahrzeugseite für die Hinterräder 16 optimiert die Kurvenfahrten und Rangiermanöver, da unterschiedliche Drehzahlen für die angetriebenen Räder gewählt werden können. Für die Steuerung bzw. Regelung der Elektromotoren sowie des Generators 60 steht eine Leistungselektronik 100 mit den notwendigen Leistungsbauteilen, wie Frequenzumrichtern etc., zur Verfügung.
Bei dem Muldenkipper der vorliegenden Erfindung werden zahlreiche Nebenverbraucher des Muldenkippers nicht elektrisch durch die erzeugte Energie des Generators 60 angetrieben, sondern stattdessen hydraulisch versorgt. Hierzu ist über ein Pumpenverteilergetriebe 50, das direkt am Motor 40 montiert wird, ermöglicht, dass ein kleiner Teil der Motorausgangsleistung abgezweigt und für den Antrieb der Nebenverbraucher verwendet wird. Dieser kleiner Teil der Motorausgangsleistung wird über die Nebenabtriebe (PTO) 51 und 52 abgenommen und in hier nicht näher dargestellter Art und Weise den Hydraulikverbrauchern zugeführt.
Bei dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Generator 60 handelt es sich um einen extern angeregten Synchronwechselstromgenerator. Hierzu ist im Generator 60 eine Erregerwicklung 62 in bekannter Art und Weise integriert, die über einen Erregerspannungskreis 64 versorgt wird. Der Erregerspannungskreis 64 steht mit einer Zuführleitung 66 für die Steuersignale zur Steuerung der Erregerspannung in Verbindung. Diese ist über einen Schaltungskasten mit einer Spannungsversorgung 68 des Erregerspannungskreises verbunden.
In den 3 bis 5 sind unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung gezeigt.
In der Ausführungsform gemäß 3 ist ein Unterbrechungsschalter 90 in der Spannungsversorgung des Erregerspannungskreises angeordnet. Durch Betätigung des Unterbrechungsschalters kann also die Stromversorgung für den Erregerspannungskreis unterbrochen werden. Hierdurch wird die Stromerzeugung durch den Generator 60 wirksam und sicher unterbrochen.
In der Ausführungsform gemäß 4 ist eine andere Alternative Anordnung eines Unterbrechungsschalters 92 gezeigt. Dieser ist in einer Zuführleitung 66 für die Steuersignale zur Steuerrung der Erregerspannung angeordnet. Durch den Unterbrechungsschalter 92 wird zusätzlich ein in der Spannungsversorgungsleitung des Erregerspannungskreises angeordneter indirekter Schalter 94 betätigt.
Schließlich ist in 5 eine dritte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in welcher ein Unterbrechungsschalter 96 in der Zuführleitung 64, die in der zwischen der Leistungselektronik 100 und dem Generator 60 verläuft, angeordnet ist.
In 1 sind drei verschiedene Stellen im Bereich des Muldenkippers 10 angegeben, an welchen der Unterbrechungsschalter jeweils besonders vorteilhaft angeordnet werden kann, da er dort vom Bedienpersonal gut erreichbar betätigt werden kann. Eine erste bevorzugte Stelle im Bereich des Muldenkippers 10 ist mit 110 bezeichnet. Hier ist der Unterbrechungsschalter nahe den Elektromotoren 80 und der hier in 1 nicht näher dargestellten Leistungselektronik 100 angeordnet. An dieser Stelle kann das Bedienpersonal den Unterbrechungsschalter unmittelbar vor Beginn der Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten betätigen.
Eine weitere bevorzugte Stelle ergibt sich bei 112 im Bereich eines hier nicht näher dargestellten Schaltkastens für Niederspannungsschalter, der beim Wartungs- und Servicezugang im Frontbereich der Arbeitsmaschine angeordnet ist.
Schließlich ergibt sich bei 114 eine bevorzugte Anordnung des Unterbrechungsschalters auf dem Oberdeck 26 des Muldenkippers 10 nahe dem Fahrerhaus 28.

Claims

Arbeitsmaschine, insbesondere in Form eines Muldenkippers (10) oder eines Trucks, mit einem dieselelektrischen Fahrantrieb, wobei wenigstens ein Generator von wenigstens einem Verbrennungsmotor (40) der Arbeitsmaschine angetrieben oder antreibbar ist, wobei die Stromerzeugung auch bei laufendem Verbrennungsmotor durch Unterbrechung des Erregerstromkreises mittels eines Unterbrechungsschalters (90, 92) sicher unterbrechbar ist. dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterbrechung ein manueller Unterbrechungsschalter (90, 92) vorgesehen ist, so dass sowohl die Zuführleitung (66) der Steuersignale des Erregerstromkreises (64) als auch die Spannungsversorgung (68) des Erregerstromkreises (64) manuell unterbrechbar ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsschalter (90, 92) in der Spannungsversorgung (68) des Erregerstromkreises (64) angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsschalter (90, 92) in der Zuführleitung (66) für die Steuersignale zur Steuerung des Erregerstromes angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbrechungsschalter (90, 92) in der Spannungsversorgung und der Unterbrechungsschalter (90, 92) in der Zuführleitung (66) für die Steuersignale miteinander gekoppelt sind, so dass bei manueller Betätigung eines Unterbrechungsschalters (90, 92) der zweite Unterbrechungsschalter (94) automatisch schaltet.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsschalter (94) in der Zuführleitung des Erregerstromkreises zum Generator (60) angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Unterbrechungsschalter (90, 92) über ein Schloß sicherbar ist.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Unterbrechungsschalter (90, 92) an einer von außen zugänglichen Stelle der Arbeitsmaschine angeordnet sind.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsschalter (90, 92) nahe der elektrischen Antriebsmotoren angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsschalter (90, 92) im Bereich des Wartungs- und Servicezugangs im Frontbereich der Arbeitsmaschine angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsschalter (90, 92) in einem Schaltkasten für Niederspannungsschalter angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsschalter (90, 92) auf dem Oberdeck der Arbeitsmaschine, vorzugsweise im Bereich des Fahrerhauses, angeordnet ist.
Arbeitsmaschine nach einem er vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (18) bei sicherer Unterbrechung der Stromerzeugung zu Wartungs- und/oder Servicezwecken durch ihre Kippbewegung als Hilfskran betätigbar ist, so dass vorzugsweise Elektronikkomponenten der Stromerzeugung mit Hilfe der Mulde (18) anhebbar und austauschbar sind.