DE102018204561B3

DE102018204561B3 - Trommelantrieb für einen Fahrmischer

Info

Publication number: DE102018204561B3
Application number: DE102018204561.5A
Authority: DE
Inventors: Eduard Heilig; David Wörzler; Udo Gillich
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: CN111918755A; CN111918755B; WO2019185266A1

Abstract

Ein Trommelantrieb für einen Fahrmischer weist eine elektronische Steuereinheit 10 auf, welche den Energiefluss zum Generator 23 unterbricht, wenn die elektronische Steuereinheit detektiert, dass Energie von einem Stecker 17 zu einem Energiespeicher 8 fließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trommelantrieb für einen Fahrmischer nach der im Oberbegriff des Hauptanspruches näher definierten Art, sowie auf einen Fahrmischer und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrmischers.
Gattungsgemäße Trommelantriebe weisen einen Elektromotor auf, welcher die Mischtrommel abtreibt. Die Energie erhält der Elektromotor von einem Generator, einem Ladegerät oder einer Batterie. Der Generator wird von einem Motor des Fahrmischers angetrieben, welcher auch den Fahrantrieb des Fahrmischers antreibt.
Die JP2003226192 A und die EP2807007A1 , veröffentlicht in der WO 2013/111002 A1 , offenbaren einen Fahrmischer mit einem elektrischen Trommelantrieb.
Die gattungsgemäße DE 20 2013 009 011 U1 offenbart einen Fahrmischer mit einem Hauptmotor zum Bewegen des Lastkraftwagens und einen Generatormotor zum Antrieb eines Generators. Ein Elektromotor treibt die Mischtrommel an. Der Elektromotor ist über ein Schaltsystem wahlweise mit wenigstens zwei, bevorzugt allen dreien, nämlich dem Netzanschluss, dem Generator und dem Batteriesatz gleichzeitig verbunden. Die DE 11 2013 003 236 T5 offenbart einen Antriebsstrang für ein Arbeitsfahrzeug, bei welchem ein elektrischer Motor und ein Verbrennungsmotor gleichzeitig einen Drehmomentwandler antreiben. Wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet und vom elektrischen Motor getrennt, so kann der elektrische Motor von einer Batterie und einer externen Stromversorgung mit Energie versorgt werden. Beim Rekuperieren arbeitet der elektrische Motor als Generator und erzeugt Energie.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Stand der Technik weiterzubilden und insbesondere die Sicherheit weiter zu erhöhen.
Die Aufgabe wird mit einem auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Trommelantrieb gelöst, außerdem durch einen Fahrmischer mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Erfindungsgemäß weist der Trommelantrieb eine elektronische Steuereinheit auf, welche detektiert, ob Energie von außerhalb des Fahrmischers über einen Stecker zum elektrischen Motor oder dem Energiespeicher fließt. Sobald die elektronische Steuereinheit detektiert, dass Energie vom Stecker zum elektrischen Motor oder dem Energiespeicher fließt, unterbricht die elektronische Steuereinheit den Energiefluss zum und vom Generator zum Energiespeicher und / oder zum elektrischen Motor. Dadurch ist gewährleistet, dass der Generator nicht ungewollt als Motor angetrieben wird und bei Unterbrechung des Kraftflusses zwischen dem Motor des Fahrmischers, welcher zum Fahrantrieb geeignet ist, und dem Generator, der Generator nicht bis zur Drehzahlgrenze angetrieben wird, oder bei Antrieb des Generators als Motor der Generator den Motor des Fahrmischers nicht beeinflusst.
Indem ein gleichzeitiger Energiefluss vom Generator und vom Stecker zum Energiespeicher verhindert wird, wird die Sicherheit des Fahrzeugs erhöht. Es wird der Energiespeicher vor Überladung geschützt, der Fahrzeugantrieb geschützt und der Motor, welcher für den Fahrantrieb dient, geschützt. Des Weiteren ist ein intelligentes und sicheres Laden des Energiespeichers entweder über den Generator oder über die externe Spannungsversorgung über den Stecker möglich. Ebenso ist es möglich, den als Fahrantrieb oder zusätzliche Unterstützung des Motors des Fahrmischers zu nutzen.
Indem die elektronische Steuereinheit den Ladezustand ermittelt, sind intelligente Ladestrategien möglich, wobei sichergestellt ist, dass kein Energiefluss vom Stecker zum Generator und ebenso in entgegengesetzter Wirkrichtung erfolgt.
Je nach Ladezustand sind Antriebsstrategien möglich, bei welchen der Antriebsmotor des Fahrantriebs des Fahrmischers entlastet wird und gleichzeitig die Mischtrommel angetrieben wird.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 6 weitergebildet.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Es zeigen:

1: einen Trommelantrieb für einenFahrmischer, bei welchem der Generator mit dem Antrieb der Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist
2: einen Trommelantrieb für einen Fahrmischer, bei welchem der Generator mit einem Nebenabtrieb des Fahrgetriebes verbunden ist.

Figur 1:
Ein Fahrmischer weist einen Motor 25 auf, welcher ein Verbrennungsmotor sein kann. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Motor 25 als Elektromotor oder Hydraulikmotor ausgebildet ist. Ist der Motor 25 als Verbrennungsmotor ausgebildet, so weist der Motor 25 eine Nockenwelle 27 und eine Kurbelwelle 26 auf, wobei die Kurbelwelle 26 mit der Nockenwelle 27 über ein Getriebe, beispielsweise ein Stirnradgetriebe verbunden ist. An diesem Stirnradgetriebe ist ein Nebenabtrieb ausgebildet, Die Übersetzung für diesen Nebenabtrieb ist so gewählt, dass der Nebenabtrieb und somit der Generator 23 schneller dreht als die Kurbelwelle 26, über welchen ein Generator 23 angetrieben wird. Zwischen dem Generator 23 und dem Nebenabtrieb kann eine Kupplung 29 angeordnet sein, welche von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar ist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Kupplung nicht ansteuerbar ist und beispielsweise als eine Gelenkwelle ausgebildet ist, um den Generator 23 im Falle eines Defekts vom Motor 25 zu trennen.
Der Motor 25 treibt über die Kupplung 24 ein Fahrgetriebe 22 an, welches einen Fahrantrieb 21 antreibt. Die Kupplung 24 kann auch von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar sein.
Der Fahrmischer weist eine Mischtrommel 1 auf, welche direkt oder über ein Getriebe 2 von einem elektrischen Motor 4 angetrieben wird. Zwischen dem Motor 4 und der Mischtrommel 1 kann eine Kupplung 3 angeordnet sein, welche von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar sein kann. Es besteht die Möglichkeit, dass die Mischtrommel 1 mittels einer nicht gezeigten Bremse, welche auch von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar sein kann, bremsbar ist.
Der Fahrmischer weist ein System zur Versorgung mit externer Energie auf. Die externe Energie kann aus einem Energienetz auf einer Baustelle oder dem Betonmischwerk vorhanden sein. Befindet sich der Fahrmischer auf der Baustelle oder dem Mischwerk, oder an einem anderen stationären Ort, wie beispielsweise in einer Garage, kann der Fahrmischer mit externer Energie über den Stecker 15 oder den Stecker 17 versorgt werden. Der Stecker befindet sich am Fahrmischer. Der Stecker 15 ist zur Versorgung mit Energie bestehend aus Gleichstrom und der Stecker 17 ist zur Versorgung mit Energie bestehend aus Wechselstrom oder Drehstrom. Es besteht die Möglichkeit, dass der Fahrmischer auch nur einen Stecker für Gleichstrom oder Wechselstrom oder Drehstrom aufweist.
Der Fahrmischer weist einen Energiespeicher 8 auf, welcher ein Akkumulator oder ein Kondensator sein kann.
Zwischen dem Generator 23 und dem Energiespeicher 8 ist eine Steuereinheit 12 angeordnet, über welche Energie vom Generator 23 zum Energiespeicher 8 gelangen kann. Ist der Generator ein Gleichstromgenerator, so weist die Steuereinheit 12 nur die Schalteinheit 14 auf. Ist der Generator ein Drehstromgenerator oder ein Wechselstromgenerator, so weist die Steuereinheit 12 zusätzlich zur Schalteinheit 14 den Spannungswandler 13 auf. Der Spannungswandler 13 wandelt die Spannung von Drehstrom oder Wechselstrom in Gleichstrom und von Gleichstrom in Drehstrom oder Wechselstrom. Die Schalteinheit 14 ermöglicht einen Energiefluss vom Generator 23 oder dem Spannungswandler 13 zum Energiespeicher 8 oder verhindert den Energiefluss. Die Verhinderung des Energieflusses wirkt in beide Richtungen, somit vom und zum Generator 23. Die Schalteinheit 14 ist von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar.
Mit dem Motor 4 ist die Steuereinheit 7 verbunden. Der Motor 4 kann als Gleichstrommotor, Wechselstrommotor oder Drehstrommotor ausgebildet sein. Energie kann vom Generator 23 oder dem Stecker 15 oder dem Stecker 17 oder dem Energiespeicher 8 zum Motor 4 über die Steuereinheit 5 gelangen. Ist der Motor 4 ein Gleichstrommotor, so weist die Steuereinheit 5 nur die Schalteinheit 6 auf. Ist der Motor 4 ein Drehstrommotor oder ein Wechselstrommotor, so weist die Steuereinheit 5 zusätzlich zur Schalteinheit 6 den Spannungswandler 7 auf. Der Spannungswandler 7 wandelt die Spannung von Drehstrom oder Wechselstrom in Gleichstrom und von Gleichstrom in Drehstrom oder Wechselstrom. Die Schalteinheit 6 ermöglicht oder unterbricht den Energiefluss zum Motor 4.
Der Stecker 17 ist mit der Steuereinheit 20 verbunden. Die Steuereinheit 20 weist einen Spannungswandler 18 und eine Schalteinheit 19 auf. Die Steuereinheit 20 ist von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar.
Der Stecker 15 ist mit einer Steuereinheit verbunden. Diese weist eine Schalteinheit 16 auf. Die Steuereinheit mit der Schalteinheit 16 ist von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar.
Die Leistungsverteilungseinheit 11 ist von der elektronischen Steuereinheit 10 ansteuerbar und ist mit der Steuereinheit 12, der Steuereinheit 20, der Steuereinheit mit der Schalteinheit 16, über die Schalteinheit 9 mit dem Energiespeicher 8 und mit der Steuereinheit 5 verbunden, so dass über die Leistungsverteilungseinheit Energie austauschbar ist.
Erfindungsgemäß ist in jedem Fall die Schalteinheit 14 vorhanden, damit der Energiefluss von und zum Generator unterbrochen werden kann. Die weiteren Schalteinheiten 9, 16, 19 und 6 können vorhanden sein, müssen aber nicht.
Die elektronische Steuereinheit 10 detektiert zumindest, ob Energie über den Stecker 17 oder den Stecker 15 vorhanden ist. Ist Energie vorhanden, unterbricht die elektronische Steuereinheit 10 den Energiefluss von und zum Generator 23. Es besteht die Möglichkeit, dass die Steuereinheit 10 auch schon detektieren kann, ob der Stecker 15 oder 17 in eine Ladestation eingesteckt wird, ohne dass bereits Energie
übertragen wird. Bereits beim Einstecken kann dann der Energiefluss von und zum Generator 23 unterbrochen werden.
Detektiert die elektronische Steuereinheit 10, dass keine Energie an dem Stecker 15 oder dem Stecker 17 zur Verfügung steht, so ermöglicht die elektronische Steuereinheit 10 wieder den Energiefluss vom und zum Generator 23.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Fahrmischer nur einen Stecker 15 oder 17 aufweist.
Indem die elektronische Steuereinheit 10 detektiert, ob der Generator 23 und/oder der Stecker 15 oder der Stecker 17 Energie liefert, ist es möglich, gleichzeitiges Laden des Energiespeichers 8 zu verhindern. Ebenso wird verhindert, dass der Generator 23 als Motor mittels Energie aus dem Stecker 15 oder dem Stecker 17 betrieben wird und den Motor 25 beeinflusst.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass die elektronische Steuereinheit 10 detektiert, ob vom Generator 23 oder dem Stecker 15 oder 17 mehr Energie zur Verfügung steht und dann den Energiespeicher mit der Energiequelle verbindet, welche die größere Energie zur Verfügung stellt. In jedem Fall wird aber verhindert, dass gleichzeitig Energie vom Stecker 15 oder 17 und dem Generator 23 zum Energiespeicher 8 fließt. Dadurch wird die Sicherheit des Fahrzeugs erhöht.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die elektronische Steuereinheit 10 in Abhängigkeit des Ladezustandes und der benötigten Energie für den Antrieb der Mischtrommel 1 zusätzlich Energie vom Energiespeicher 8 zum Generator 23 leitet und diesen als Motor betreibt. Dadurch entsteht ein Hybridantrieb für den Fahrantrieb des Fahrmischers.
Über die Schalteinheiten 6, 9, 14, 16 und 19 können elektrische Leistungsflüsse zu oder abgeschaltet werden. Die Schalteinheiten 6, 9, 14, 16 und 19 können als mechanische Schalter ausgebildet sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit diese als elektronische Schalter wie beispielsweise Transistoren auszubilden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Schalter durch entsprechende Ansteuerung der Spannungswandler 18, 13 und 7 auszubilden.
Über die elektronische Steuereinheit 10 und die Leistungsverteilungseinheit 11 wird die Energie im System überwacht und geregelt. Hierbei wird der Ladezustand des Energiespeichers 8 abgefragt und angezeigt, das Laden des Energiespeichers durch den Generator 23 geregelt und das Laden des Energiespeichers 8 durch die externe Energieversorgung geregelt.
Ebenso werden unzulässige und ungewollte Energieflüsse gesperrt, insbesondere wird der Energiefluss vom und zum Generator 23 gesperrt, wenn die externe Energieversorgung anliegt.
Es besteht auch die Möglichkeit, durch Ansteuerung der Kupplung 29 im Öffnungssinne den Leistungsfluss des Generators 23 zu unterbrechen, wenn am Stecker 15 oder 17 Energie anliegt.
Figur 2:
Die 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach 1 nur dadurch, dass der Generator 23 nicht direkt am Motor 25, sondern am Fahrgetriebe 22 angeordnet ist. Der Antrieb am Nebenabtrieb des Fahrgetriebes kann entweder direkt mit der Antriebswelle des Fahrgetriebes 22 gekoppelt sein, oder direkt mit der Abtriebswelle des Fahrgetriebes 22 gekoppelt sein. Somit folgt der Generator entweder der Drehzahl der Antriebswelle des Fahrgetriebes 22 oder der Drehzahl der Abtriebswelle des Fahrgetriebes 22. Dadurch kann beim Betrieb des Generators 23 als Motor entweder die Antriebswelle oder die Abtriebswelle des Fahrgetriebes 22 angetrieben werden. Ein Hybridbetrieb des Fahrmischers ist somit möglich. Die Kupplung 24 kann von der elektronischen Steuereinheit 10 im Öffnungssinne ansteuerbar sein.
Bezugszeichenliste

1: Mischtrommel
2: Getriebe
3: Kupplung
4: Motor
5: Steuereinheit
6: Schalteinheit
7: Spannungswandler
8: Energiespeicher
9: Schalteinheit
10: Elektronische Steuereinheit
11: Leistungsverteilungseinheit
12: Steuereinheit
13: Spannungswandler
14: Schalteinheit
15: Stecker
16: Schalteinheit
17: Stecker
18: Spannungswandler
19: Schalteinheit
20: Steuereinheit
21: Fahrantrieb
22: Fahrgetriebe
23: Generator
24: Kupplung
25: Motor
26: Kurbelwelle
27: Nockenwelle
28: Getriebe
29: Kupplung

Claims

Trommelantrieb für einen Fahrmischer, bei welchem mittels eines elektrischen Motors (4) eine Mischtrommel (1) antreibbar ist, wobei der Trommelantrieb eine Steuereinheit (12) aufweist, mittels welcher von einem Generator (23) erzeugte Energie einem Energiespeicher (8) zuführbar ist, wobei die Energie des Energiespeichers (8) dem elektrischen Motor (4) zuführbar ist, und mit einer weiteren Steuereinheit (20), mittels welcher Energie von außerhalb des Fahrmischers durch einen Stecker (17) dem Energiespeicher (8) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinheit (10) den Energiefluss zur Steuereinheit (12) und den Energiefluss zur weiteren Steuereinheit (20) überwacht und die Steuereinheit (12) und die weitere Steuereinheit (20) so ansteuert, dass ein Energiefluss vom Stecker (17) zum Generator (23) unterbrochen ist, sobald die elektronische Steuereinheit (10) detektiert, dass Energie vom Stecker (17) zum elektrischen Motor (4) oder zum Energiespeicher (8) fließt.
Trommelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) eine Schalteinheit (14) aufweist, welche verhindert, dass Energie vom Stecker (17) zum Generator (23) übertragen wird, wenn die elektronische Steuereinheit (10) erkennt, dass Energie über die weitere Steuereinheit (20) zum Energiespeicher (8) übertragen wird, oder erkennt, dass eine Steckverbindung des Steckers 17 an eine Ladestation besteht.
Trommelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) eine Kupplung (29), welche zwischen dem Generator (23) und einem Motor (25) des Fahrmischers an- geordnet ist, im Öffnungssinne ansteuert, wenn die elektronische Steuerein- heit (10) erkennt, dass Energie von der weiteren Steuereinheit (20) zum Energiespeicher (8) übertragen wird.
Trommelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (10) den Ladezustand des Energiespeichers (8) ermittelt und diese Information an ein Anzeigegerät ausgibt.
Trommelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (10) den Energiefluss vom Generator (23) zum Energiespeicher (8) sperrt, wenn die elektronische Steuereinheit (10) erkennt, dass Energie von der weiteren Steuereinheit (20) zum Energiespeicher (8) fließt.
Trommelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (8) den elektrischen Motor (4) zum Antrieb der Mischtrommel (1) und den Generator (23) mit Energie versorgt, so dass der Generator (23) als Motor arbeitet.
Fahrmischer mit einer Mischtrommel (1) und einem Trommelantrieb nach Anspruch 1.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrmischers, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines elektrischen Motors (4) eine Mischtrommel (1) angetrieben wird, wobei eine Steuereinheit (12) Energie, welche von einem Generator (23) erzeugt wird, einem Energiespeicher (8) zuführt, wobei die Energie des Energiespeichers (8) dem elektrischen Motor (4) zugeführt wird, und Energie von außerhalb des Fahrmischers durch einen Stecker (17) über eine weitere Steuereinheit (20) dem Energiespeicher (8) zugeführt wird, wobei eine elektronische Steuereinheit (10) den Energiefluss zur Steuereinheit (12) und den Energiefluss zur weiteren Steuereinheit (20) überwacht und die Steuereinheit (12) und die weitere Steuereinheit (20) so ansteuert, dass ein Energiefluss vom Stecker (17) zum Generator (23) unterbrochen ist, sobald die elektronische Steuereinzum Energiespeicher (8) fließt.