DE102019203723A1

DE102019203723A1 - Mobile Arbeitsmaschine mit einem elektromechanischen Antrieb

Info

Publication number: DE102019203723A1
Application number: DE102019203723.2A
Authority: DE
Inventors: Rico Glöckner; Migen Bebeti
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-09-24

Abstract

Es wird eine mobile Arbeitsmaschine mit einem elektromechanischen Antrieb und mit einem Getriebe (1) sowie mit einer mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe (3) vorgeschlagen, wobei zumindest eine in Abhängigkeit der Fördermenge der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe (3) ansteuerbare und elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe (4) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine mit einem elektromechanischen Antrieb gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Bei mobilen Arbeitsmaschinen mit einem elektromechanischen Antrieb kann ein Anfahrelement, wie zum Beispiel ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, entfallen, da der elektromechanische Antrieb beispielsweise mit einer elektrischen Maschine und einem nachgeschalteten Getriebe ein Anfahren mit der Drehzahl Null direkt über die elektrische Maschine ermöglicht, da die elektrische Maschine bereits aus dem Stand ein maximales Drehmoment zur Verfügung stellen kann. Insbesondere bei mobilen Arbeitsmaschinen ist es aufgrund der hohen Massen erforderlich, dass das Anfahren über ein mehrstufiges Getriebe vorgesehen wird. Über das Getriebe wird standardmäßig auch eine mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe angetrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass erst ab einer vorbestimmten Mindesteingangsdrehzahl ein ausreichender Druck von der Ölversorgungspumpe aufgebaut werden kann, damit eine Ölversorgung für einen erforderlichen Schaltdruck zur Betätigung der Schaltelemente des Getriebes sowie zur Kühlöl- und Schmierölversorgung zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mobile Arbeitsmaschine vorzuschlagen, bei der auch beim Anfahren eine ausreichende Ölversorgung sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird eine mobile Arbeitsmaschine, wie zum Beispiel ein Radlader oder dergleichen, mit einem elektromechanischen Antrieb und mit einem Getriebe zum übersetzten Antrieb der Arbeitsmaschine sowie mit einer mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe vorgeschlagen. Um eine ausreichende Ölversorgung auch beim Anfahren bzw. bei geringen Drehzahlen der Arbeitsmaschine sicherzustellen, ist vorgesehen, dass zumindest eine in Abhängigkeit der Fördermenge der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe ansteuerbare und elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe vorgesehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine können durch die elektrische Ölversorgung Fahrbereiche erweitert werden, die durch eine rein mechanische Ölversorgung nicht betreibbar wären. Zudem können bei der vorgeschlagenen mobilen Arbeitsmaschine beide erzeugten Ölvolumenströme zusammen zum energieeffizienten Betrieb der Arbeitsmaschine verwendet werden. Beispielsweise wenn die mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe einen ausreichenden Volumenstrom bzw. eine ausreichende Förderleistung zur Verfügung stellt, kann beispielsweise die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe entsprechend zurückgefahren bzw. abgeschaltet werden. Auf diese Weise wird nicht nur eine sichere, sondern auch energieeffiziente Ölversorgung der mobilen Arbeitsmaschine ermöglicht.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der vorgeschlagenen Arbeitsmaschine der elektromechanische Antrieb ein rein elektrisches Anfahren mit zum Beispiel einer elektrischen Maschine über das Getriebe mit der dadurch ermöglichten Variabilität der Übersetzungen vorgesehen wird. Beim elektromotorischen Anfahren wird durch die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe die ausreichende Ölversorgung des Getriebes rein elektrisch sichergestellt.
Dadurch, dass beispielsweise die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe parallel zur mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe geschaltet wird, ergibt sich der weitere Vorteil, dass die erzeugten Teilölströme der beiden Ölpumpen aufsummiert werden können, um eine ausreichende und optimierte Ölversorgung in jedem Fahr- bzw. Betriebsbereich sicherzustellen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass ein geringerer Ölbedarf bzw. eine geringere Ölfördermenge durch nur einen Teilölstrom einer der beiden Pumpen besonders energieeffizient bereitgestellt wird.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Kombination der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe und der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe, indem insgesamt die Leistungsaufnahme der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe bei der mobilen Arbeitsmaschine reduziert werden kann. Demzufolge können auch die Abmessungen der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe entsprechend verringert werden, sodass sich eine geringere Radsatzbreite, ein geringeres Hubvolumen oder dergleichen ergibt.
Um im Rahmen einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eine optimierte Versorgung der mobilen Arbeitsmaschine sicherzustellen, kann vorgesehen sein, dass die mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe und/oder die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe direkt oder auch indirekt mit den Verbrauchern der mobilen Arbeitsmaschine gekoppelt sind. Als Verbraucher können beispielsweise Schaltelemente des Getriebes vorgesehen sein. Als Getriebe kann z.B. ein mehrstufiges lastschaltbares oder nichtlastschaltbares Getriebe vorgesehen sein. Weitere Verbraucher können eine entsprechende Kühlöl- und/oder Schmierölversorgung sein.
Wenn die mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe und/oder die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe zum Beispiel über einen Druckspeicher oder dergleichen mit den Verbrauchern gekoppelt sind, ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Überversorgung der Druckspeicher mit Druck beaufschlagt werden kann, um in anderen Situationen entsprechend den gespeicherten Druck abgeben zu können. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei verschiedenen Übersetzungsstufen bzw. Fahrbereichen der mobilen Arbeitsmaschine jederzeit eine ausreichende Ölversorgung sichergestellt wird. Zudem besteht die Möglichkeit bei der Verwendung eines Druckspeichers, dass Zusatzfunktionen, wie z. B. das sogenannte Overboost-Kühlen der Komponenten bei der vorgeschlagenen Arbeitsmaschine ermöglicht wird. Auf diese Weise wird eine bedarfsgerechte und zugleich besonders effiziente Zusatzkühlung gewährleistet.
Um eine entsprechende Ansteuerung der verschiedenen Teilvolumenströme der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe und der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe zu gewährleisten, ist es ebenso möglich, dass die Pumpen über ein entsprechendes Steuerelement mit dem Druckspeicher oder mit den Verbrauchern gekoppelt sind. Als Steuerelement kann beispielsweise ein Ventil oder dergleichen verwendet werden.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung sieht die Ausführung der mobilen Arbeitsmaschine als Radlader vor. Es sind aber auch andere Ausführungen der mobilen Arbeitsmaschine denkbar.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine mit einem elektromechanischen Antrieb zum mechanischen Antrieb einer Ölversorgungspumpe und einer zusätzlich elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe;
2 ein Diagramm mit über die Fahrgeschwindigkeit aufgetragene Teilölströme der mechanischen Ölversorgungspumpe und der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe in verschiedenen Fahrbereichen; und
3 eine weitere schematische Ansicht der mobilen Arbeitsmaschine mit an die Ölpumpen angeschlossenen Verbrauchern.

In 1 und 3 ist beispielhaft schematisch eine mögliche Ausführungsvariante einer mobilen Arbeitsmaschine mit einem elektromechanischen Antrieb und mit einem Getriebe 1 zum mehrstufigen oder stufenlosen Antrieb der Arbeitsmaschine sowie mit einer mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 dargestellt. Der elektromechanische Antrieb umfasst bei der dargestellten Ausführungsvariante eine elektrische Maschine 2, die mit dem mehrstufigen Getriebe 1 gekoppelt ist.
Weitere Antriebselemente sind der Einfachheit halber nicht weiter dargestellt. Beispielsweise können weitere elektrische Maschinen, ein Verbrennungsmotor, ein hydraulischer oder dergleichen Antrieb ebenfalls vorgesehen sein. Eine mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe 3 ist mit dem beispielhaft angedeuteten Getriebe 1 gekoppelt, sodass diese über den elektromechanischen Antrieb angetrieben wird.
Um die Ölversorgung auch beispielsweise in Fahrbereichen mit geringer Drehzahl sicherzustellen, ist zumindest eine in Abhängigkeit der Fördermenge der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 ansteuerbar und elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe 4 vorgesehen.
Wie insbesondere aus den 1 und 3 ersichtlich ist, ist die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe 4 parallel zur mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 geschaltet bzw. angeordnet.
Ein erster Teilölstrom Q1 der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 und ein zweiter Teilölstrom Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe 4 sind jeweils mit den Verbrauchern 5 der Arbeitsmaschine gekoppelt. Als Verbraucher 5 der Arbeitsmaschine können beispielsweise Verbraucher 5A mit höherem Druckbedarf, wie z. B. Schaltelementbetätigungen, oder auch Verbraucher 5B als Kühlöl- und/oder Schmierölversorgung mit geringerem Druckbedarf vorgesehen sein.
In 2 ist ein Diagramm des ersten Teilölstromes Q1 der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 und des zweiten Teilölstromes Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe 4 über die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine anhand von verschiedenen Fahrbereichen der Arbeitsmaschine dargestellt. Der erste Teilölstrom Q1 ist mit einer strichpunktierten Linie und der zweite Teilölstrom Q2 ist mit einer punktierten Linie in dem Diagramm gemäß 2 angedeutet. Anhand der dargestellten Teilölströme Q1 und Q2 wird die Verfahrensweise zur Ölversorgung der Arbeitsmaschine beschrieben und beansprucht.
Aus den dargestellten Teilölströmen Q1 und Q2 ergibt sich, dass beide Teilölströme Q1, Q2 zusammen energieeffizient zur Ölversorgung der Arbeitsmaschine eingesetzt werden. Beispielsweise sobald die mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe 3 einen ausreichenden ersten Teilölstrom Q1 zur Verfügung stellt, kann der zweite Teilölstrom Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe 4 zurückgefahren werden, da die beiden Teilölströme Q1, Q2 addiert und dann den Verbrauchern 5, 5A, 5B zur Verfügung gestellt werden.
Beim ersten Fahrbereich handelt es sich in 2 z. B. um das Anfahren. Beispielsweise beim rein elektrischen Anfahren durch die elektrische Maschine 2 wird der Öl-Mindestbedarf der Arbeitsmaschine zunächst allein durch den zweiten Teilölstrom Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe 4 aufgebracht. Erst ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine wird über den ersten Teilölstrom Q1 der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 zusätzlich Öl gefördert, da die Geschwindigkeit ausreicht, um die mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe 3 entsprechend anzutreiben. Wenn der erste Teilölstrom Q1 beispielsweise in einem zweiten Fahrbereich ausreicht, um den Mindestbedarf zu decken, wird der zweite Teilölstrom Q2 gesenkt bzw. die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe 4 abgeschaltet. Je nach Ausgestaltung des zweiten Fahrbereiches kann die Drehzahl der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 entsprechend variieren, sodass auch der erste Teilölstrom Q1 entsprechend variiert, sodass es erforderlich ist, den zweiten Teilölstrom Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe 4 wieder zu erhöhen, welches durch den Verlauf des zweiten Teilölstromes Q2 im zweiten Fahrbereich deutlich wird.
Bei einem dritten Fahrbereich X kann zusätzlich der zweite Teilölstrom Q2 durch die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe 4 erhöht werden, da ein erhöhter Ölbedarf bei der Arbeitsmaschine besteht. Dies kann beispielsweise bei niedriger Geschwindigkeit und bei entsprechenden hydraulischen Arbeiten der Arbeitsmaschine der Fall sein. In diesem Fahrbereich X werden wieder beide Teilölströme Q1 und Q2 benötigt, um den Öl-Mindestbedarf möglichst energieeffizient sicherzustellen.
3 zeigt eine erweiterte Ausführungsvariante der Arbeitsmaschine, bei der die Teilölströme Q1 und Q2 über einen Druckspeicher 6 mit den Verbrauchern 5A, 5B gekoppelt sind. Zusätzlich ist der zweite Teilölstrom Q2 über ein Ventil 7 mit dem Druckspeicher 6 gekoppelt. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit über das Ventil 7 den zweiten Teilölstrom Q2 anzusteuern.
Beispielsweise können der erste Teilölstrom Q1 der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe 3 und der zweite Teilölstrom Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe 4 den Druckspeicher 6 unterstützen. Der Druckspeicher 6 kann fahrsituationsunabhängig den Schaltdruck für den Verbraucher 5A zum Betätigen der Kupplung des Getriebes bereitstellen. Der zweite Teilölstrom Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe 4 kann beispielsweise während des Anfahrens den entsprechenden Schaltdruck für die Kupplungen als Verbraucher 5A und bei höheren Fahrgeschwindigkeit zum Beispiel Öldruck für den Verbraucher 5B, also für den Kühlölstrom bzw. Schmierölstrom bei niedrigerem Druck bereitstellen. Sobald der Druckspeicher 6 vollständig gefüllt ist, können beispielsweise die Teilölströme Q1 und Q2 oder insbesondere der zweite Teilölstrom Q2 der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe ausschließlich den Verbraucher 5B beliefern oder abgeschaltet werden.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: elektrische Maschine
3: mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe
4: elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe
5, 5A, 5B: Verbraucher
6: Druckspeicher
7: Ventil
Q1: erster Teilölstrom
Q2: zweiter Teilölstrom

Claims

Mobile Arbeitsmaschine mit einem elektromechanischen Antrieb und mit einem Getriebe (1) sowie mit zumindest einer mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe (3), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine in Abhängigkeit der Fördermenge der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe (3) ansteuerbare und elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe (4) vorgesehen ist.
Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe (4) parallel zur mechanischen Ölversorgungspumpe (3) geschaltet ist.
Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teilölströme (Q1) der mechanisch angetriebenen Ölversorgungspumpe (3) und ein zweiter Teilölstrom (Q2) der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe (4) mit Verbrauchern (5, 5A, 5B) der Arbeitsmaschine gekoppelt sind.
Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren eine elektrische Maschine (2) des elektromechanischen Antriebes vorgesehen ist, wobei der Mindestbedarf an Ölversorgung zumindest beim Anfahren durch den zweiten Teilölstrom (Q2) der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe (4) bereitstellbar ist.
Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch kennzeichnet, dass die mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe (3) und/oder die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe (4) mit einem Druckspeicher (6) zum Versorgen der Verbraucher (5, 5A, 5B) verbunden ist.
Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilölstrom (Q2) der elektrisch angetriebenen Zusatzölpumpe (4) über ein Steuerventil (7) ansteuerbar ist.
Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbraucher (5A) Schaltelemente des Getriebes (1) und als weitere Verbraucher (5B) eine Kühlöl- und/oder Schmierölversorgung über die mechanisch angetriebene Ölversorgungspumpe (3) und/oder über die elektrisch angetriebene Zusatzölpumpe (4) versorgbar sind.
Mobile Arbeitsmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmaschine ein Radlager vorgesehen ist.