-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrantrieb für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader.
-
Fahrantriebe für derartige Arbeitsmaschinen sind aus dem Stand der Technik beispielsweise mit folgenden Antriebskonzepten ausgestattet: Drehmomentwandler mit gegebenenfalls Lastschaltgetriebe, hydrostatischer Antrieb, leistungsverzweigter Antrieb, dieselelektrischer Antrieb.
-
Der dieselelektrische Antrieb ist an sich vorteilhaft einsetzbar, jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass dessen Einsatz vergleichsweise kostenintensiv ist. Dies ist beispielsweise bei einem Radlader darauf zurückzuführen, dass eine hohe Spreizung zwischen der erforderlichen Maximalzugkraft a gemäß 1 und der Höchstgeschwindigkeit b gemäß 1 gefordert ist.
-
In 1 ist auf der Abszisse die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Radladers dargestellt und auf der Ordinate die durch die Arbeitsmaschine bzw. den Radlader aufzubringende Zugkraft. Bei einem dieselelektrischen Antrieb kommt erschwerend hinzu, dass der Bereich hoher Zugkraft gleichzeitig auch der Bereich mit den größten Stromstärken und somit mit den größten thermischen Belastungen ist. Dies führt zu der oben genannten kostenintensiven Ausführung, da entsprechende Anforderungen an den Traktionsmotor, die Kühlung und die Stromrichter zu stellen sind.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Fahrantrieb für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für einen Radlader bereit zu stellen, bei dem die Vorteile eines dieselelektrischen Antriebes genutzt werden können, ohne dass die geschilderten Nachteile eines solchen Antriebs in Kauf genommen werden müssen.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Fahrantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Danach ist vorgesehen, dass der Fahrantrieb wenigstens einen dieselelektrischen Strang und wenigstens einen hydrostatischen Strang aufweist, die angeordnet sind, das durch diese Stränge erzeugte Drehmoment mittels wenigstens einer Summierungseinheit gemeinsam auf wenigstens eine Antriebsachse der Arbeitsmaschine übertragen wird, wobei der Fahrantrieb zumindest eine Steuer- oder Regelungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, den hydrostatischen Strang bei Überschreiten eines Geschwindigkeitsgrenzwertes zu deaktivieren.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, einen Fahrantrieb einzusetzen, bei dem eine Kombination aus zumindest einem dieselelektrischen Strang und zumindest einem hydrostatischen Strang zum Einsatz kommt.
-
Denkbar ist es, dass der dieselelektrische Strang bei allen Fahrgeschwindigkeiten der Arbeitsmaschine arbeitet, der hydrostatische Strang jedoch nur bis zum Erreichen eines bestimmten Geschwindigkeitsgrenzwertes.
-
Vorzugsweise ist somit vorgesehen, dass der hydrostatische Strang im Bereich hoher Zugkräfte arbeitet und somit einen Teil der Zugkraft bzw. der Leistung abdeckt. Dabei ist es denkbar, dass der hydrostatische Strang bis zu 40% der aufzubringenden Zugkraft übernimmt und der verbleibende Teil von dem dieselelektrischen Strang übernommen wird.
-
Denkbar ist es weiterhin, dass bei Überschreiten einer Geschwindigkeitsschwelle der hydrostatische Strang ausgekuppelt oder im Falle eines Verstellmotors nach Null geschwenkt wird, sodass in diesem Bereich nur noch der dieselelektrische Strang des Fahrantriebes arbeitet.
-
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, einen vergleichsweise kleinen, billigen hydraulischen Strang vorzusehen, da dieser nur eine vergleichsweise geringe Geschwindigkeitsspreizung abdecken muss. Zudem besteht der Vorteil, dass die Hydraulik bei diesen Betriebspunkten (kleine Geschwindigkeit, hohe Zugkraft) mit vorteilhaften Wirkungsgraden arbeitet. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund des Einsatzes des hydrostatischen Strangs der elektrische Antrieb bzw. dieselelektrische Strang im Bereich hoher Stromstärken, das heißt bei hohen Zugkräften deutlich entlastet wird und somit ebenfalls in seiner Spreizung zurückgenommen und wesentlich billiger ausgeführt werden kann, als wenn der dieselelektrische Strang die gesamte Zugkraftspanne abdecken müsste.
-
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Dieselmotor” stellvertretend für jeden beliebigen Verbrennungsmotor bzw. für jede beliebige Verbrennungskraftmaschine steht. Diese treibt wenigstens einen hydrostatischen und wenigstens einen elektrischen Strang an, die über wenigstens eine Summierungseinheit ihr Drehmoment auf eine oder mehrere Achsen der Arbeitsmaschine übertragen. Der durch die Verbrennungskraftmaschine angetriebene elektrische Strang wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „dieselelektrischer Strang” bezeichnet. Der von der Verbrennungskraftmaschine angetriebene hydrostatische Strang wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „hydrostatischer Strang” bezeichnet.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der hydrostatische Strang wenigstens eine von dem Dieselmotor angetriebene hydrostatische Einheit, die ihrerseits zumindest aus einer hydraulischen Pumpe und zumindest aus einem Hydromotor besteht. Denkbar ist es, dass es sich bei dem hydrostatischen Antrieb um einen vergleichsweise einfachen Antrieb mit einer oder mehreren hydraulischen Pumpen und einem oder mehreren hydraulischen Motoren im offenen oder auch geschlossenen Kreis handelt. Handelt es sich um einen offenen Kreis, werden solche Pumpen ohnehin an Bord der Arbeitsmaschine für Zylinderbewegungen gebraucht. Dies bedeutet, dass die gesamte Infrastruktur wie beispielsweise die Kühlung, der Tank, die Filterung usw. ohnehin vorhanden sind.
-
Denkbar ist es, dass die Pumpe außer dem Hydromotor auch andere Verbraucher zusätzlich bedient, wie beispielsweise Zylinder bzw. Zylinderbewegungen bewirkt. Von der Erfindung ist jedoch auch der Fall umfasst, dass die Pumpe ausschließlich den hydraulischen Motor und sonst keinen weiteren Verbraucher antreibt.
-
Wie ausgeführt, kann der hydraulische Strang auch als geschlossener Kreis ausgeführt sein, wie dies bei klassischen hydrostatischen Antrieben mit Pumpe und Motor der Fall ist.
-
Die hydraulische Pumpe könnte ausschließlich den Motor antreiben und/oder gegebenenfalls von dem Verbrennungsmotor bzw. Dieselmotor abkuppelbar ausgeführt sein. Ein solches Abkuppeln erfolgt, wenn der hydraulische Strang nicht mehr benötigt wird, das heißt insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, das heißt bei Geschwindigkeiten, die einen Grenzwert überschreiten. In diesem Fall wird die Kupplung geöffnet, sodass der Verbrennungsmotor bzw. Dieselmotor die Pumpe nicht mehr antreibt und der hydraulische Strang somit nicht arbeitet.
-
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es denkbar, den Hydromotor über wenigstens eine Kupplung von dem Antrieb zu trennen, sobald seine Antriebskraft nicht mehr gebraucht wird oder seine Drehzahlgrenze überschritten würde. Der Motor kann durch eine Kupplung abgekuppelt werden, die sich zwischen der Pumpe und dem Motor befindet oder auch durch eine Kupplung, die sich abtriebsseitig am Motor befindet, das heißt zwischen Motor und der Summierungseinheit.
-
In einer weiteren besonders kostengünstigen Ausführung könnte der Motor ohne Kupplung ausgeführt werden. In diesem Fall wird der Schwenkwinkel des Motors auf Null oder auf einen geringen Wert eingestellt, wenn eine höhere Drehzahl bzw. eine höhere Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine benötigt wird.
-
In einer weiteren denkbaren Ausgestaltung der Erfindung könnte der Fahrantrieb aus Kostengründen so ausgestaltet sein, dass der hydraulische Zweig nur in der Vorwärtsfahrt der Arbeitsmaschine arbeitet.
-
Der dieselelektrische Strang kann wenigstens einen von dem Dieselmotor angetriebenen Generator, vorzugsweise wenigstens einen Zwischenkreis sowie wenigstens einen Elektromotor aufweisen. Denkbar ist es, dass es sich um einen hochdrehenden Elektromotor handelt, der direkt oder über Übersetzungen die Summiereinheit bzw. die Achsen antreibt.
-
Der Antrieb bzw. der Motor könnte einstufig, also mit einer Übersetzung oder auch mit der Möglichkeit ausgestattet sein, mit mehreren Gängen die Arbeitsmaschine anzutreiben.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der dieselelektrische Strang zumindest ein Schaltgetriebe aufweist. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass die Arbeitsmaschine in höheren Gängen rein elektrisch, das heißt ohne hydraulische Unterstützung gefahren werden kann.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1: eine Darstellung der Arbeitsbereiche des hydrostatischen Strangs sowie des dieselelektrischen Strangs,
-
2: einen schematischen Aufbau des Fahrantriebes gemäß der Erfindung und
-
3: eine Ansicht des hydrostatischen Strangs mit zusätzlichem Verbraucher.
-
In 1 ist auf der Ordinate die Zugkraft dargestellt, die von einer Arbeitsmaschine, insbesondere von einem Radlader aufzubringen ist und auf der Abszisse die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine. Das Bezugszeichen a kennzeichnet die maximale Zugkraft und das Bezugszeichen b die maximale Geschwindigkeit, die in dem hier hier dargestellten Beispiel, das nicht beschränkend ist mit 40 km/h angegeben ist.
-
Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet den Arbeitsbereich des dieselelektrischen Strangs und das Bezugszeichen 2 den Arbeitsbereich des hydrostatischen Strangs.
-
Wie dies aus der Figur hervorgeht, arbeitet der hydrostatische Strang nur in dem Bereich 2, das heißt nur bis zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit, wie beispielsweise in der Spanne von 5 bis 7 km/h liegen kann. Bei höheren Geschwindigkeiten wird der hydrostatische Strang abgeschaltet und es arbeitet nur noch der dieselelektrische Strang des Fahrantriebes in dem Bereich 1.
-
Wie dies weiter aus der 1 hervorgeht, wird bei geringen Geschwindigkeiten, bei denen der hydrostatische Strang arbeitet, die Zugkraft durch diesen aufgebracht. Die Zugkraft wird einerseits durch den dieselelektrischen Strang und andererseits durch den hydrostatischen Strang erzeugt, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung der Anteil der durch den hydrostatischen Strang aufgebrachten Zugkraft im Bereich von bis zu 40% der gesamten Zugkraft a gebildet wird. Der verbleibende Teil wird durch den dieselelektrischen Strang bereitgestellt.
-
Bei höheren Geschwindigkeiten, bei denen der hydrostatische Strang nicht arbeitet, wird die Zugkraft wie aus 1 ersichtlich, ausschließlich durch den dieselelektrischen Strang aufgebracht.
-
2 zeigt mit dem Bezugszeichen VKM bzw. 3 eine Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise einen Dieselmotor der Arbeitsmaschine, insbesondere eines Radladers. Die Verbrennungskraftmaschine 3 treibt sowohl den hydrostatischen Strang 5 als auch den elektrischen bzw. dieselelektrischen Strang 4 an. Wie dies weiter aus 2 hervorgeht, wird das Drehmoment bei der Stränge 4, 5 einer Summierungseinheit 6 zugeführt, die ihr Drehmoment auf ein oder mehrere Achsen A (Bezugszeichen 9) der Arbeitsmaschine überträgt. Das Bezugszeichen 7 kennzeichnet eine Kupplung, die den hydrostatischen Strang von der Summierungseinheit 6 abkuppeln kann. Der hydrostatische Strang kann beispielsweise aus einer hydraulischen Pumpe 20 (vgl. 3) und einem Hydromotor 21 bestehen. Wie dies aus 3 hervorgeht, kann die Pumpe 20 nicht nur den Hydromotor 21, sondern auch weitere Verbraucher, wie beispielsweise Zylinder antreiben. Dies stellt eine optionale Ausgestaltung der Erfindung dar. Von der Erfindung ist auch der Fall umfasst, dass die Pumpe 20 ausschließlich den oder die Hydromotoren 21 antreibt.
-
Wie dies weiter aus 3 hervorgeht, ist eine weitere Kupplung 23 vorgesehen, mittels derer die Pumpe 20 von der Verbrennungskraftmaschine 3 getrennt werden kann.
-
Im Bereich vergleichsweise geringer Fahrgeschwindigkeiten der Arbeitsmaschine wird die Energie der Verbrennungskraftmaschine 3 auf beide Stränge 4, 5 übertragen und deren Drehmomente werden gemeinsam der Summierungseinheit 6 zugeführt, von der das Drehmoment auf die Antriebsachse 9 übertragen wird. In diesem Bereich vergleichsweise geringer Geschwindigkeiten (z. B. bis 7 km/h) wird somit die Zugkraft von beiden Strängen 4, 5 aufgebracht.
-
Im Bereich höherer Geschwindigkeiten wird in diesem Ausführungsbeispiel die Zugkraft nur noch durch den dieselelektrischen Strang 4 bereitgestellt, das heißt der hydrostatische Strang wird deaktiviert.
-
Dies kann beispielsweise durch Lösen der Kupplung 7 und/oder 23 oder im Falle einer kupplungsfreien Ausführung durch das Verstellen des Schwenkwinkels des Motors 20 auf null erreicht werden.
-
Die vorliegende Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der hydraulische Strang 5 vergleichsweise klein und daher billig ausgeführt werden kann, weil er wie aus 1 ersichtlich in einer bevorzugten Ausgestaltung nur in einem vergleichsweise geringen Geschwindigkeitsbereich von Null bis zu einem bestimmten Grenzwert (beispielsweise im Bereich von 5 bis 7 km/h) arbeiten muss. In diesem geringen Geschwindigkeitsbereich trägt der hydraulische Strang zum Aufbringen der Zugkraft bei.
-
In diesen geringen Geschwindigkeitsbereichen wird der elektrische Zweig dementsprechend entlastet, weil dieser nicht die gesamte Zugkraft aufbringen muss, wie dies aus 1 hervorgeht. Damit kann dieser wesentlich billiger ausgeführt werden, als für den Fall, dass dieser den gesamten Bereich der Zugkraft abdecken müsste.
