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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antrieb einer Mischtrommel eines Fahrmischers nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Bei einem Fahrmischer handelt es sich um ein Mobilfahrzeug mit einer drehbaren Mischtrommel, in welcher Schüttgüter wie beispielsweise Beton von einem Mischwerk zur Baustelle transportiert werden können. Hierfür weist der Fahrmischer einen Antriebsstrang zum Antreiben des Fahrzeugs und einen Antriebsstrang zum Antreiben der Mischtrommel auf. Häufig weist der Antriebsstrang zum Antrieb des Mobilfahrzeugs für die Fahrbewegung einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Dieselmotor auf, welcher über ein Getriebe die Fahrzeugräder antreibt. Der Verbrennungsmotor oder das Getriebe weist einen Nebenabtrieb auf, über welchen eine hydraulische Pumpe angetrieben wird. Die hydraulische Pumpe treibt hydraulisch wiederum einen hydraulischen Motor an, welcher entweder direkt oder über ein Getriebe die Mischtrommel im Sinne einer Drehbewegung antreibt. Damit die Mischtrommel auf einfache Weise in beide Drehrichtungen drehbar ist, sind die hydraulische Pumpe und der hydraulische Motor in einem sogenannten geschlossenen Hydraulikkreis miteinander verbunden, welches bedeutet, dass eine Speisepumpe die Verbindungsleitungen des hydraulischen Motors zur hydraulischen Pumpe bei angetriebener Speisepumpe immer auf einem gewissen niedrigen Druckniveau hält. Dieser geschlossene Hydraulikkreis ist auch notwendig, um ein unkontrolliertes Drehen der Mischtrommel wie beispielsweise bei einem offenen Hydraulikkreis zu verhindern.
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Bei ausschließlicher Verwendung des Antriebs der Mischtrommel über einen Verbrennungsmotor, welcher eine hydraulische Pumpe antreibt, welche wiederum den hydraulischen Motor antreibt, besteht der Nachteil, dass bei stehendem Verbrennungsmotor die Mischtrommel nicht drehbar ist.
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Die
JP 10141108 A2 offenbart einen Fahrmischer, bei welchem die hydraulische Pumpe mit dem hydraulischen Motor im geschlossenen Kreis verbunden ist, der hydraulische Motor die Mischtrommel antreibt und die hydraulische Pumpe sowohl vom Verbrennungsmotor als auch von einem Elektromotor antreibbar ist. Hierfür ist zwischen der hydraulischen Pumpe und dem Verbrennungsmotor eine Kupplung angeordnet und der elektrische Motor wird bei geöffneter Kupplung von einer Batterie mit Energie versorgt. Die hydraulische Pumpe ist vorzugsweise als Konstantpumpe ausgeführt und die Drehrichtungsumkehr der Trommel ist über ein Hydraulikventil, welches im geschlossenen Kreis angeordnet ist, ausgeführt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antrieb einer Trommel eines Fahrmischers zu schaffen, welche den Stand der Technik weiter verbessert.
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Die Aufgabe wird mit einer auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Antrieb einer Trommel eines Fahrmischers einen Verbrennungsmotor auf, welcher über eine Kupplung oder einen Freilauf mit einem elektrischen Motor, welcher auch als Generator verwendbar ist, und einer hydraulischen Pumpe in Wirkverbindung steht. Mittels der Kupplung ist der Verbrennungsmotor sowohl von dem elektrischen Motor als auch von der hydraulischen Pumpe abkoppelbar. Somit ist die hydraulische Pumpe auch dann von dem elektrischen Motor antreibbar, wenn der Verbrennungsmotor stillsteht. Elektrische Motoren erzeugen vor allem im niedrigen Drehzahlbereich nicht die maximale Leistung. Indem der elektrische Motor vom Verbrennungsmotor abkoppelbar ist und die hydraulische Pumpe in ihrem Hubvolumen verstellbar ausgeführt ist, besteht die Möglichkeit, den Elektromotor bei höherer Drehzahl und somit besserem Wirkungsgrad im Bereich seiner maximalen Leistung zu betreiben. Durch gezieltes Ansteuern des Hubvolumens der hydraulischen Pumpe, vorzugsweise in Abhängigkeit der vom Elektromotor aufgenommenen Leistung, kann die Drehzahl des elektrischen Motors direkt beeinflusst werden.
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Der elektrische Motor steht in permanenter Wirkverbindung mit der hydraulischen Pumpe, so dass der hydraulische Motor, welcher mit der hydraulischen Pumpe zusammenwirkt, in seinem Hubvolumen so ausgelegt sein kann, dass bei maximal zulässigem hydraulischem Druck der hydraulische Motor so ein Drehmoment erzeugt, dass auch bei festem Beton die Trommel noch drehbar ist, welches auch als Losbrechdrehmoment bezeichnet wird.
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Es besteht auch die Möglichkeit die hydraulische Pumpe in ihrem Hubvolumen verstellbar auszuführen und den hydraulischen Motor in seinem Hubvolumen nicht verstellbar auszuführen. Es besteht auch die Möglichkeit die hydraulische Pumpe in ihrem Hubvolumen verstellbar auszuführen und den hydraulischen Motor in seinem Hubvolumen ebenfalls verstellbar auszuführen. Es besteht auch die Möglichkeit die hydraulische Pumpe in ihrem Hubvolumen nicht verstellbar auszuführen und den hydraulischen Motor in seinem Hubvolumen verstellbar auszuführen. In allen Fällen lässt sich die Leistungsaufnahme der hydraulischen Pumpe und somit die Leistungsanforderung an den elektrischen Motor durch Verstellung des Hubvolumens ändern.
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Es besteht die Möglichkeit, den elektrischen Motor direkt zwischen dem Verbrennungsmotor und der Eingangswelle in dem Getriebe des Fahrantriebstrangs des Fahrzeugs anzuordnen, wobei die hydraulische Pumpe dann über einen Nebenabtrieb des Getriebes antreibbar ist, wobei dann die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem elektrischen Motor angeordnet ist. In diesem Fall ist der Elektromotor auch als Unterstützung oder alleiniger Motor für den Fahrantrieb, somit ein Hybridantrieb, für den Fahrantrieb zu verwenden. Im Bremsfall des Fahrzeugs oder bei nicht benötigter Drehung der Trommel kann der Elektromotor auch als Generator arbeiten, um einen Akkumulator zu laden.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors oder den Nebenabtrieb des Fahrgetriebes mit einer Kupplung zu versehen und über diese Kupplung den Elektromotor und die hydraulische Pumpe anzutreiben. Hierbei können die Pumpe und der Elektromotor als eine Einheit ausgebildet sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Elektromotor und die Pumpe über ein Getriebe zu summieren. Wesentlich ist nur, dass bei stillstehendem Verbrennungsmotor weder die hydraulische Pumpe noch der elektrische Motor mit dem Verbrennungsmotor wirkverbunden sind, sondern dass in diesem Fall die Kupplung den Verbrennungsmotor abkoppelt.
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Der Elektromotor ist mit einem Akkumulator verbunden, welcher entweder die elektrische Energie des als Generator betriebenen Elektromotors aufnimmt und im Bedarfsfall wieder abgibt oder welcher mit einem stationären elektrischen Netz verbindbar ist, um entweder den Akkumulator aufzuladen oder den Elektromotor mit dieser elektrischen Energie zu betreiben.
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Je nach dem Einsatzfall des Fahrmischers wird der Elektromotor als Motor oder als Generator betrieben. Bei drehendem Verbrennungsmotor und geschlossener Kupplung wird sowohl die hydraulische Pumpe als auch der Elektromotor angetrieben. Ist die hydraulische Pumpe hydraulisch durch ein Ventil vom hydraulischen Motor getrennt oder ist die hydraulische Pumpe auf das Hubvolumen null eingeregelt und fördert somit keinen Volumenstrom, so kann der hydraulische Motor als Generator betrieben werden. Dies ist beispielsweise bei drehendem Verbrennungsmotor und stehender Mischtrommel der Fall.
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Ist die hydraulische Pumpe ausgeschwenkt und mit dem drehenden Dieselmotor wirkverbunden, indem die Kupplung geschlossen ist, kann der Elektromotor sowohl als Generator als auch als Motor verwendet werden. Als Motor wird der Elektromotor verwendet, wenn das Drehmoment des Verbrennungsmotors nicht ausreicht, um die benötigte Leistung der hydraulischen Pumpe zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn weitere Nebenabtriebe an dem Verbrennungsmotor Leistung abfordern. Steht jedoch ausreichend Leistung des Verbrennungsmotors zur Verfügung, welche von der hydraulischen Pumpe nicht vollständig benötigt wird, so besteht die Möglichkeit, den Elektromotor als Generator zu betreiben und den Akkumulator aufzuladen oder ein stationäres Elektronetz mit Energie zu versorgen.
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Ist der Verbrennungsmotor abgeschaltet und steht somit still, welches beispielsweise in einem Wohngebiet aus Geräuschgründen der Fall sein kann, so besteht die Möglichkeit, die Kupplung im Öffnungssinne zu betätigen und die Verbindung zwischen der hydraulischen Pumpe und dem Verbrennungsmotor zu unterbrechen und die hydraulische Pumpe über den Elektromotor anzutreiben. Die Energie hierfür nimmt der Elektromotor entweder aus dem Akkumulator oder einem mit dem Elektromotor oder dem Akkumulator verbundenen elektrischen Netz. Die Leistungsaufnahme wird ausschließlich über den Verschwenkwinkel der hydraulischen Pumpe geregelt, wobei der Verschwenkwinkel direkten Einfluss auf das Fördervolumen der hydraulischen Pumpe hat. Der Verschwenkwinkel kann in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung oder in Abhängigkeit einer vom Bediener des Fahrmischers angeforderten Leistung bzw. Drehzahl der Trommel angesteuert oder geregelt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, zwischen dem Verbrennungsmotor und der hydraulischen Pumpe keine Kupplung, sondern einen Freilauf anzuordnen, welcher immer dann die hydraulische Pumpe im Sinne einer Drehbewegung antreibt, wenn der Verbrennungsmotor eine höhere Drehzahl als die hydraulische Pumpe aufweist. Hat die Pumpe eine höhere Drehzahl als der Verbrennungsmotor, beispielsweise weil die Pumpe durch den Elektromotor mit einer höheren Drehzahl angetrieben wird, so öffnet der Freilauf und unterbricht somit das Drehmoment des Verbrennungsmotors zur hydraulischen Pumpe. Dies ist immer dann von Vorteil, wenn die Mischtrommel mit einer konstanten Drehzahl betrieben werden soll, der Verbrennungsmotor jedoch infolge seines Fahrbetriebs oder dem Betrieb mit anderen Nebenabtrieben eine davon unterschiedliche Drehzahl aufweist. Ist die Drehzahl des Verbrennungsmotors höher als die benötigte Drehzahl der hydraulischen Pumpe, ist dies kein Problem, da in diesem Fall das Hubvolumen der Pumpe zurückgeschwenkt werden kann. Ist jedoch die Drehzahl der hydraulischen Pumpe auch bei voll ausgeschwenkter hydraulischer Pumpe, somit vollem Hubvolumen der hydraulischen Pumpe nicht ausreichend, um die benötigte Drehzahl der Mischtrommel zu erzeugen, so treibt der elektrische Motor die hydraulische Pumpe mit einer höheren Drehzahl als die Drehzahl des Verbrennungsmotors an.
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Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
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Es zeigen
- 1 eine Vorrichtung zum Antrieb einer Trommel eines Fahrmischers mit einem nach dem Fahrgetriebe angeordneten Elektromotor und
- 2 eine Vorrichtung zum Antrieb einer Trommel eines Fahrmischers mit einem zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Fahrgetriebe angetriebenen Elektromotor.
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Es besteht die Möglichkeit, den elektrischen Motor 9 über das Summierungsgetriebe 4 so mit der hydraulischen Pumpe 5 zu verbinden, dass der elektrische Motor 9 eine höhere Drehzahl aufweist als die hydraulische Pumpe 5. Die hydraulische Pumpe 5 weist bei geschlossener Kupplung 3 die gleiche Drehzahl wie der Verbrennungsmotor 1 auf. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die hydraulische Pumpe 5 auf der Antriebswelle des elektrischen Motors 9 oder einstückig mit diesem auszubilden, wodurch die Drehzahl der hydraulischen Pumpe 5 durch die Übersetzung des Summierungsgetriebes 4 erhöht würde, wodurch eine kleinere hydraulische Pumpe 5 verwendbar ist.
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1:
In einem Fahrmischer treibt der Verbrennungsmotor 1 das Fahrgetriebe 2 an. Das Fahrgetriebe 2 treibt nicht gezeigte Antriebsräder des Fahrmischers an. An einem Nebenabtrieb des Fahrgetriebes 2 ist eine Kupplung 3 angeordnet, über welche das Summierungsgetriebe 4 angetrieben wird. Es besteht auch die Möglichkeit, die Kopplung 3 direkt an einem Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors 1 anzubinden. Dieser Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors 1 könnte beispielsweise die Nockenwelle sein. Das Summierungsgetriebe 4 ist einerseits mit der hydraulischen Pumpe 5 wirkverbunden und treibt diese an und ist andererseits mit dem elektrischen Motor 9 wirkverbunden und wird somit vom elektrischen Motor 9 angetrieben oder treibt diesen an. Die hydraulische Pumpe 5 treibt vorzugsweise im geschlossenen Hydraulikkreis den hydraulischen Motor 6 an. Die Speisepumpe, welche im geschlossenen Hydraulikkreis notwendig ist, ist nicht dargestellt. Der hydraulische Motor 6 treibt entweder direkt oder über das Untersetzungsgetriebe 7 die Mischtrommel 8 des Fahrmischers an. Eine Akkumulator 11 ist über einen Wechselrichter 10 elektrisch mit dem elektrischen Motor 9 verbunden. Der Akkumulator 11 oder auch direkt der Wechselrichter 10 oder der elektrische Motor 9 sind mit einem elektrischen Stromnetz verbindbar. Dies kann beispielsweise über eine Ladestation erfolgen.
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Fährt der Fahrmischer zur Mischanlage, so ist die Mischtrommel leer und wird entweder während der Fahrt langsam mit Reinigungswasser gedreht oder mit stillstehender Trommel betrieben. Wird ein Drehen der Mischtrommel nicht benötigt, so prüft eine elektronische Steuereinheit, ob der Akkumulator 11 ausreichend vollgeladen ist. Weist der Akkumulator 11 eine ausreichende Ladung auf, so ist die Kupplung 3 im Öffnungssinne betätigt, wodurch der Verbrennungsmotor 1 von der hydraulischen Pumpe 5 abgekoppelt ist. Erkennt jedoch die elektronische Steuereinheit, dass der Akkumulator 11 unzureichend geladen ist, so wird die Kupplung 3 im Schließsinne betätigt und der Verbrennungsmotor 1 treibt den elektrischen Motor 9 im Sinne eines Generators an, welcher den Akkumulator 11 wieder auflädt. Soll sich zusätzlich die Mischtrommel 8 drehen, so wird die hydraulische Pumpe 5 in ihrem Hubvolumen vom Schwenkwinkel 0 ausgeschwenkt und ein Volumenstrom wird von der hydraulischen Pumpe 5 erzeugt, welcher zum hydraulischen Motor 6 fließt. Somit ist das Ansteuern der Kupplung 3 einerseits abhängig von dem Ladezustand des Akkumulators 11 und einer Anforderung an die Mischtrommel, ob diese drehen soll oder nicht. Zusätzlich wird der Elektromotor 9 je nach Belastung des Verbrennungsmotors 1 als Generator oder als Motor angesteuert. Ist die Anforderung nach einer höheren Drehzahl der hydraulischen Pumpe 5 als der Vorgabe der Drehzahl an den Verbrennungsmotor 1 oder einer sich einstellenden Drehzahl aufgrund der Belastung des Verbrennungsmotors 1 vorhanden, wodurch die hydraulische Pumpe 5 schneller drehen sollte als der Verbrennungsmotor 1 dreht, so wird die Kupplung 3 im Öffnungssinne betätigt und der elektrische Motor 9 als Motor mit einer Energie aus dem Akkumulator 11 oder der Ladestation 12 betrieben. Es besteht sogar auch die Möglichkeit, zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 1 die Kupplung 3 im Schließsinne zu betätigen und den elektrischen Motor 9 als Motor zu betreiben und somit Drehmoment in das Summierungsgetriebe 4 einzuleiten, um den Verbrennungsmotor 1 zu unterstützen. Hierbei kann durch Einstellen des Hubvolumens der hydraulischen Pumpe 5 das Drehmoment, welches zum Verbrennungsmotor 1 fließt, geregelt werden.
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Soll der Fahrmischer in einem Wohngebiet ohne Abgasbelastung betrieben werden, so wird der Verbrennungsmotor 1 ausgeschaltet und steht somit still, die Kupplung 3 wird im Öffnungssinne betätigt und unterbricht den Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der hydraulischen Pumpe 5 und die hydraulische Pumpe 5 wird vom elektrischen Motor 9 elektrisch angetrieben, ohne dass Abgase ins Wohngebiet gelangen. Durch Verstellen des Hubvolumens der hydraulischen Pumpe 5 kann die Leistungsaufnahme des elektrischen Motors 9 beeinflusst werden. Somit kann auch in Abhängigkeit des Ladezustands des Akkumulators 11 durch gezieltes Ansteuern des Hubvolumens der hydraulischen Pumpe 5 ausreichend lange die Mischtrommel 8 gedreht werden.
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Reicht das Drehmoment bzw. die Energie des Akkumulators 11 nicht mehr aus, die Trommel 8 zu drehen, so besteht die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor 1 wieder anzulassen und die Kupplung 3 zu schließen und das Drehmoment des elektrischen Motors 9 und das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 aufzusummieren und der hydraulischen Pumpe 5 bereitzustellen. Das maximale Hubvolumen des hydraulischen Motors 6 muss in jedem Fall ausreichend groß dimensioniert sein, um auch maximal auftretende Drehmomente zum Drehen der Mischtrommel 8 bereitzustellen. Hierfür wird vorzugsweise ein Konstantmotor als hydraulischer Motor 6 verwendet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen im Hubvolumen verstellbaren Motor als hydraulischen Motor 6 zu verwenden.
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2:
Bei einem Fahrmischer treibt ein Verbrennungsmotor 1 über eine Kupplung 3 einen elektrischen Motor 9 an, welcher mit einer Eingangswelle eines Fahrgetriebes in Wirkverbindung steht, welches die Fahrzeugräder des Fahrmischers antreibt. Das Fahrgetriebe 2 treibt über seinen Nebenabtrieb eine hydraulische Pumpe 5, welche verstellbar ausgeführt ist und im geschlossenen Kreis den hydraulischen Motor 6 antreibt. Der hydraulische Motor 6 treibt entweder direkt die Mischtrommel 8 oder über ein Untersetzungsgetriebe 7 die Mischtrommel 8 an. Der Fahrmischer kann bei stehendem Verbrennungsmotor 1 und geöffneter Kupplung 3 durch Antrieb des Elektromotors 9 über das Fahrgetriebe 2 die Fahrzeugräder 13 antreiben. Somit besteht die Möglichkeit, dass der Fahrmischer rein elektrisch, beispielsweise in einer Wohnsiedlung, fahren kann. Zusätzlich kann die Mischtrommel 8 rein elektrisch vom Elektromotor 9 bei geöffneter Kupplung 3 angetrieben werden. Hierfür wird das Fahrgetriebe 2 zum Stillstand des Fahrmischers auf neutral geschaltet. Das weitere Betreiben des Elektromotors 9 ist identisch mit dem Betreiben des Elektromotors 9 in der 1.
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Bezugszeichen
- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Fahrgetriebe
- 3
- Kupplung
- 4
- Summierungsgetriebe
- 5
- hydrodynamische Pumpe
- 6
- hydrodynamischer Motor
- 7
- Untersetzungsgetriebe
- 8
- Mischtrommel
- 9
- elektrischer Motor
- 10
- Wechselrichter
- 11
- Akkumulator
- 12
- elektrisches Netz
- 13
- Fahrzeugräder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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