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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen elektrischen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.
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Im Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Radlader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper oder auch Bagger, bekannt. Diese elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind entweder rein elektrisch angetrieben, d.h. sie verfügen für ihre Energieversorgung ausschließlich über eine elektrische Batterie, oder aber sie sind diesel-elektrisch angetrieben, was bedeutet, dass die benötigte Energie von einem dieselgetriebenen Generator, üblicherweise in Verbindung mit einem elektrischen Pufferspeicher, wie z.B. einem entsprechend dimensionierten Kondensator, bereitgestellt wird. In allen Fällen wird die für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb benötigte mechanische Leistung von einem oder mehreren Elektromotoren erbracht. Weiterhin sind auch hybrid-elektrische Arbeitsmaschinen bekannt, bei denen die zum Betrieb benötigte mechanische Leistung in erster Linie von einem Verbrennungsmotor, üblicherweise einem Dieselmotor, erbracht wird. Ein zusätzlich vorgesehener Elektromotor wird von einer Batterie gespeist und übernimmt hier typischerweise eine sog. Boost-Funktion.
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Im Stand der Technik sind weiterhin auch verbrennergetriebene Arbeitsmaschinen bekannt, bei welchen ein Fahrantrieb und ein Arbeitsantrieb gemeinsam von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Der Arbeitsantrieb weist dabei in der Regel eine Arbeitshydraulik mit einer hydraulischen Pumpe auf, die direkt oder über eine Übersetzungsstufe trieblich mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Da der Verbrennungsmotor jedoch hinsichtlich seines bereitzustellenden Drehmoments und seiner bereitzustellenden Drehzahl in erster Linie nach den Erfordernissen des Fahrantriebs angesteuert wird, ist die hydraulische Pumpe als sog. Verstellpumpe ausgebildet, die über die Verstellung eines Verschwenkwinkels in einem gewissen Rahmen unabhängig von ihrer Drehzahl einen Volumenstrom sowie einen hydraulischen Druck bereitstellen kann.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 20 2014 000 738 U1 einen rein elektromotorisch angetriebener Radlader, der einen ersten Elektromotor für einen Fahrantrieb und einen zweiten Elektromotor für einen Arbeitsantrieb aufweist.
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Aus der
EP 0 962 597 A2 ist eine batteriebetriebene Arbeitsmaschine bekannt, welche für den Fahrantrieb zwei Elektromotoren aufweist und einen weiteren Elektromotor für den Arbeitsantrieb aufweist.
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Die bekannten elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass der Arbeitsantrieb bzw. eine Arbeitshydraulik des Arbeitsantriebs in der Regel von einem ausschließlich dem Arbeitsantrieb zugeordneten Elektromotor angetrieben wird, ohne dass die sich durch diese Entkopplung vom Fahrantrieb ergebenden Freiheitsgrade sinnvoll ausgenutzt werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Arbeitsantrieb mit einer hydraulischen Arbeitsvorrichtung und einem elektrischen Arbeitsmotor sowie einen Fahrantrieb mit einem elektrischen Fahrmotor umfasst, wobei ein Betrieb des Arbeitsantriebs unabhängig von einem Betrieb des Fahrantriebs erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine vom Arbeitsantrieb angeforderte Leistung unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrads des Arbeitsmotors und eines Wirkungsgrads der Arbeitsvorrichtung bereitgestellt wird.
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Die Erfindung beschreibt also ein Verfahren, welches das Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine betrifft, wobei der Antriebsstrang zumindest aus zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antrieben, nämlich dem Arbeitsantrieb und dem Fahrantrieb besteht. Unter „voneinander unabhängig betreibbaren Antrieben“ werden im Sinne der Erfindung mindesten zwei Antriebe verstanden, erfindungsgemäß nämlich der Fahrantrieb und der Arbeitsantrieb, zwischen denen keine Wechselwirkung im Betrieb besteht. Der Betrieb des Arbeitsantriebs kann also völlig unabhängig vom Betrieb des Fahrantriebs erfolgen und umgekehrt, d.h., dass ein Betriebspunkt des Fahrantriebs unabhängig von einem Betriebspunkt des Arbeitsantriebs eingestellt werden kann.
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Es ist außerdem denkbar und bevorzugt, dass der Antriebsstrang auch weitere Elemente oder weitere Antriebe umfasst, beispielsweise Nebenabtriebe oder Hilfsantriebe. Diese können beispielweise ebenfalls unabhängig voneinander bzw. unabhängig vom Fahrantrieb und vom Arbeitsantrieb betrieben werden. Denkbar ist hier aber auch eine Kopplung dieser weiteren Antriebe zumindest teilweise untereinander oder mit dem Fahrantrieb bzw. mit dem Arbeitsantrieb. Beispielsweise können mehrere der weiteren Antriebe einen gemeinsamen Antriebsmotor aufweisen oder vom Fahrmotor oder vom Arbeitsmotor angetrieben werden, so dass eine triebliche Kopplung besteht.
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Insbesondere umfasst der Antriebsstrang auch einen elektrischen Energiespeicher, der vorzugsweise als wiederaufladbare elektrische Batterie ausgebildet ist.
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Sowohl der Arbeitsantrieb als auch der Fahrantrieb umfassen vorteilhaft jeweils einen oder mehrere Elektromotoren. Zusätzlich können sie Getriebe bzw. Übersetzungsstufen, Abtriebe, hydraulische Komponenten, Steuerelektronik und Leistungselektronik umfassen. Besonders vorteilhaft handelt es sich bei den Elektromotoren um jeweils baugleiche Elektromotoren für den Fahrantrieb und für den Arbeitsantrieb. Somit lassen sich hinsichtlich der Elektromotoren kostenreduzierende Stückzahleffekte bewirken.
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Der Arbeitsantrieb umfasst zudem eine hydraulische Arbeitsvorrichtung, welche vom Arbeitsmotor angetrieben wird. Die hydraulische Arbeitsvorrichtung umfasst ihrerseits bevorzugt eine hydraulische Pumpe, insbesondere eine sog. Verstellpumpe, die über die Verstellung eines Verschwenkwinkels in einem gewissen Rahmen unabhängig von ihrer Drehzahl einen Volumenstrom sowie einen hydraulischen Druck bereitstellen kann und welche direkt oder über eine Übersetzungsstufe vom Arbeitsmotor angetrieben wird.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass eine vom Arbeitsantrieb angeforderte Leistung unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrads des Arbeitsmotors und eines Wirkungsgrads der Arbeitsvorrichtung bereitgestellt wird. Sowohl der Arbeitsmotor als auch die Arbeitsvorrichtung weisen üblicherweise jeweils einen betriebspunktabhängigen Wirkungsgrad auf. Dabei ist der Wirkungsgrad des als Elektromotor ausgebildeten Arbeitsmotors üblicherweise in den Randbereichen, also bei vergleichsweise geringen und bei vergleichsweise hohen Drehzahlen, geringer als in einem mittleren Betriebsbereich. Ebenso weist die Arbeitsvorrichtung, beispielsweise in ihrer Ausbildungsform als Verstellpumpe, im Bereich vergleichsweise großer Verschwenkwinkel einen höheren Wirkungsgrad auf als im Bereich vergleichsweise kleiner Verschwenkwinkel. Zur Bereitstellung einer vom Arbeitsantrieb angeforderten Leistung gibt es somit mehrere mögliche Kombinationen von Betriebspunkten des Arbeitsmotors und der Arbeitsvorrichtung. Der Gesamtwirkungsgrad des Arbeitsantriebs ergibt sich somit maßgeblich durch das mathematische Produkt des Wirkungsgrads des Arbeitsmotors mit dem Wirkungsgrad der Arbeitsvorrichtung.
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Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Wirkungsgrads des Arbeitsmotors und des Wirkungsgrads der Arbeitsvorrichtung ergibt sich nun der Vorteil, dass der jeweils effizienteste Gesamtwirkungsgrad des Arbeitsantriebs eingestellt werden kann, um die vom Arbeitsantrieb angeforderte Leistung bereitzustellen. Somit ergibt sich neben einer Energieeinsparung und der damit verbundenen Kosteneinsparung insbesondere bei einem batterieelektrischen Antriebsstrang auch eine verlängerte Betriebsdauer bevor ein Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers - und damit eine Unterbrechung des Arbeitsbetriebs - erforderlich wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Änderung der bereitgestellten Leistung unter Berücksichtigung eines Trägheitsmoments des Arbeitsmotors erfolgt. Da der Arbeitsmotor als Elektromotor ausgebildet ist, weist er bauartbedingt ein vergleichsweise großes Trägheitsmoment auf, welches einer angeforderten Drehzahländerung entgegenwirkt und nur durch Aufbringen einer entsprechend großen elektrischen Energiemenge überwunden werden kann, welche dann als Rotationenergie vorliegt. Die Erkenntnis der Anmelderin ist es nun, dass für einen möglichst effizienten Betrieb des Arbeitsantriebs nicht ausschließlich die Wirkungsgrade des Arbeitsmotors und der Arbeitshydraulik betrachtet werden dürfen, sondern zusätzlich die zum Ändern eines Betriebspunkts, insbesondere hinsichtlich der Drehzahl, erforderliche Eigenenergieaufnahme des Arbeitsmotors. Wie sich gezeigt hat, kann es unter Umständen nämlich effizienter sein, den Arbeitsmotor in einem bereits eingestellten Betriebspunkt zu belassen, obwohl ein anderer Betriebspunkt des Arbeitsmotors zum Bereitstellen einer geänderten Leistung effizienter wäre und stattdessen nur den Betriebspunkt der Arbeitsvorrichtung entsprechend zu ändern, selbst wenn die Arbeitsvorrichtung dadurch nicht in einem effizienteren betriebspunkt als zuvor betrieben wird.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Änderung der bereitgestellten Leistung auch unter Berücksichtigung eines Trägheitsmoments der Arbeitsvorrichtung erfolgt. Auch die Arbeitsvorrichtung weist in der Regel ein Trägheitsmoment auf, welches einer angeforderten Drehzahländerung entgegenwirkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die angeforderte Leistung unter Berücksichtigung von Bedürfnissen einer hydraulischen Lenkkraftunterstützung bereitgestellt wird. Es ist also vorteilhaft vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine eine Lenkung mit einer hydraulischen Lenkkraftunterstützung aufweist, wobei die hydraulische Lenkkraftunterstützung vom Arbeitsantrieb mit einer benötigten hydraulischen Leistung versorgt wird. Indem die von der hydraulischen Lenkkraftunterstützung benötigte Leistung ebenfalls bei der Auswahl der Betriebspunkte des Arbeitsmotors und der Arbeitsvorrichtung berücksichtigt wird bzw. bei einer Änderung der Betriebspunkte berücksichtigt wird, kann die vom Arbeitsantrieb angeforderte Leistung noch effizienter bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Drehzahl der Arbeitsvorrichtung im Betrieb des Antriebsstrangs nicht Null wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass einerseits der Arbeitsantrieb nicht aus dem Stand heraus auf eine Anforderung zur Bereitstellung einer Leistung reagieren muss, was in der Regel nicht nur zu einer zwar kurzfristigen, aber dennoch spürbaren Verzögerung in der Reaktion des Arbeitsantriebs führt, sondern darüber hinaus durch die erforderliche schnelle Beschleunigung des Arbeitsmotors und der Arbeitsvorrichtung auch nicht in einem ungünstigen Betriebspunkt betrieben werden muss. Stattdessen kann der zum Bereitstellen der angeforderten Leistung notwendige Gesamtbetriebspunkt des Arbeitsantriebs vergleichsweise langsam und damit effizient eingestellt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Änderung unter Berücksichtigung einer Situationserfassung vorbereitet wird. Indem anhand einer auftretenden Situation erfasst wird, dass eine Änderung der vom Arbeitsantrieb bereitzustellenden Leistung erfolgen wird, muss die Änderung z.B. der Drehzahl des Arbeitsmotors nicht sprungartig und vergleichsweise ineffizient erfolgen, sondern kann bereits vorausschauend zu einem früheren Zeitpunkt eingeleitet werden, was z.B. eine langsamere und vergleichsweise effiziente Erhöhung der Drehzahl erlaubt.
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Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Situationserfassung mittels Umfeldsensorik erfolgt. Geeignete Umfeldsensoren können insbesondere Kamerasensoren, Radarsensoren bzw. Lidarsensoren sein. Beispielsweise ermöglicht die Umfeldsensorik, insbesondere in Verbindung mit einer entsprechenden Sensordatenauswertung, die Erkennung von Situationen, in denen der Einsatz der Arbeitsvorrichtung unmittelbar bevorsteht. Beispielsweise kann erkannt werden, dass eine als Radlader ausgebildete Arbeitsmaschine sich einem Erdhaufen nähert, um eine Schaufel in den Erdhaufen einzufahren und Erde aufzunehmen. Daraufhin kann vorbereitend bereits eine Drehzahl des Arbeitsmotors langsam erhöht werden.
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Gemäß einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Situationserfassung mittels einer Überwachung eines Zustands des Arbeitsantriebs erfolgt. Unter einem „Zustand“ des Arbeitsantriebs werden dabei sowohl ein Volumenstrom als auch ein hydraulischer Druck im Arbeitsantrieb verstanden. Bevorzugt werden darunter beispielsweise auch eine Hubhöhe eines Hubmasts bzw. eine Position und eine Ausrichtung einer Schaufel und eines Schaufelarms verstanden, sofern die Arbeitsvorrichtung diese umfasst. Ebenso kann vorteilhaft auch ein Eingabemittel zur Steuerung des Arbeitsantriebs, beispielsweise ein hierfür ausgebildeter Joystick, für die Situationserfassung genutzt werden, indem dessen Betätigungssignale ausgewertet werden. Somit kann beispielsweise anhand bekannter und sich widerholender Muster auf eine bevorstehende Änderung der vom Arbeitsantrieb angeforderten Leistung erkannt werden. Wenn also beispielsweise eine als Radlader ausgebildete Arbeitsmaschine eine Schaufel nach unten neigt und sie dann absenkt, kann darauf erkannt werden, dass die Schaufel mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Ladung aufnehmen und anheben wird, wozu für einen bestimmten Zeitraum eine hohe Leistung vom Arbeitsantrieb bereitgestellt werden muss.
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Gemäß einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Änderung der bereitgestellten Leistung unter Berücksichtigung einer dem Arbeitsantrieb und dem Fahrantrieb zugeteilten elektrischen Leistung erfolgt. Je nach Auslegung des Antriebsstrangs bzw. des elektrischen Energiespeichers, des Fahrantriebs und des Arbeitsantriebs kann es vorkommen, dass der Energiespeicher die vom Fahrantrieb angeforderte elektrische Energie und die vom Arbeitsantrieb angeforderte elektrische Energie nicht gleichzeitig in der jeweils angeforderten Höhe bereitstellen kann. In einer derartigen Situation kann es z.B. vorgesehen sein, dass von einem Bediener der Arbeitsmaschine die vom Energiespeicher zur Verfügung stellbare elektrische Maximalleistung in einem festen Verhältnis auf den Fahrantrieb und auf den Arbeitsantrieb aufgeteilt wird. Indem nun diese ggf. beschränkte, für den Arbeitsantrieb zur Verfügung stehende elektrische Leistung bei der Änderung der vom Arbeitsantrieb bereitzustellenden Leistung berücksichtigt wird, kann ein ansonsten ggf. auftretendes Fehlverhalten des Arbeitsantriebs sowie ein sich daraus ggf. ergebendendes Auftreten einer gefährlichen Situation vorteilhaft vermieden werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrischen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Arbeitsantrieb mit einer hydraulischen Arbeitsvorrichtung und einem elektrischen Arbeitsmotor sowie einen Fahrantrieb mit einem elektrischen Fahrmotor umfasst und wobei der Arbeitsantriebs unabhängig vom Fahrantrieb betreibbar ist. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, eine vom Arbeitsantrieb angeforderte Leistung unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrads des Arbeitsmotors und eines Wirkungsgrads der Arbeitsvorrichtung bereitzustellen.
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Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ermöglicht somit die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, was zu den bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteilen führt.
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Die hydraulische Arbeitsvorrichtung umfasst bevorzugt eine sog. Verschwenkpumpe. Besonders bevorzugt umfasst die Arbeitsvorrichtung weiterhin eine hydraulisch betätigbare Schaufel und einen hydraulisch betätigbaren Hebearm zum Heben und Senken der Schaufel.
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Bevorzugt umfasst der Arbeitsantrieb weiterhin einen elektronischen Speicher, welcher ein Wirkungsgradkennfeld des Arbeitsmotors elektronisch abrufbar beinhaltet. Das Wirkungsgradkennfeld des Arbeitsmotors beschreibt dabei vorteilhaft einen Wirkungsgrad des Arbeitsmotors in Abhängigkeit von einer bereitgestellten Drehzahl des Arbeitsmotors sowie von einem bereitgestellten Drehmoment des Arbeitsmotors.
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Eine bereitgestellte Drehzahl des Arbeitsmotors und ein bereitgestelltes Drehmoment des Arbeitsmotors können vorteilhaft aus einem vom Arbeitsantrieb umfassten Inverter ausgelesen werden, wobei der Inverter zur Ansteuerung des Arbeitsmotors vorgesehen ist.
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Ebenso bevorzugt beinhaltet der elektronische Speicher auch ein Wirkungsgradkennfeld der Arbeitsvorrichtung. Das Wirkungsgradkennfeld kann beispielsweise einen Wirkungsgrad der Arbeitsvorrichtung in Abhängigkeit eines Verschwenkwinkels einer Verschwenkpumpe und einer Drehzahl der Verschwenkpumpe der Arbeitsvorrichtung beschreiben.
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Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang auch einen elektrischen Energiespeicher, der beispielsweise als wiederaufladbare Batterie ausgebildet sein kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Arbeitsmaschine, umfassend einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang beschriebenen Vorteile auch für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine als Radlader ausgebildet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer als Radlader ausgebildeten Arbeitsmaschine in Form eines Flussdiagramms,
- 2 beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine in Form eines Funktionsschemas und
- 3 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine.
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Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
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1 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs 11 einer als Radlader 10 ausgebildeten Arbeitsmaschine 10 in Form eines Flussdiagramms. Der Antriebsstrang 11 umfasst dabei einen Arbeitsantrieb 20 mit einer hydraulischen Arbeitsvorrichtung 22 und einem elektrischen Arbeitsmotor 21 sowie einen Fahrantrieb 30 mit einem elektrischen Fahrmotor 31. Die hydraulische Arbeitsvorrichtung 22 umfasst ihrerseits eine als Verschwenkpumpe 23 ausgebildete hydraulische Pumpe 23 sowie eine Schaufel 24 und einen Hebearm 25 zum Heben und Senken der Schaufel 24. Ein Betrieb des Arbeitsantriebs 20 ist unabhängig von einem Betrieb des Fahrantriebs 30 möglich, d.h., dass ein Betriebspunkt des Fahrantriebs 30 unabhängig von einem Betriebspunkt des Arbeitsantriebs 20 eingestellt werden kann und umgekehrt. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird vom Arbeitsantrieb 20 eine erste angeforderte Leistung bereitgestellt. Die erste angeforderte Leistung erfüllt dabei die Anforderungen einer hydraulischen Lenkkraftunterstützung der Arbeitsmaschine 10 sowie einer Schmiermittelpumpe in einem Fahrgetriebe 33. In einem zweiten Verfahrensschritt 101 erfolgt eine Situationserfassung, wobei mittels einer Lenkwinkelerfassung, mittels einer Geschwindigkeitserfassung und mittels Umfeldsensorik 12, beispielsgemäß mittels mehrere Kamerasensoren 12, festgestellt wird, dass der Radlader 10 sich geradlinig einem Erdhaufen annähert ohne seine Geschwindigkeit zu reduzieren. Unter Berücksichtigung dieser Situationserfassung wird in Schritt 102 erkannt, dass eine Erhöhung der ersten angeforderten Leistung des Arbeitsantriebs 20 auf eine zweite angeforderte Leistung unmittelbar bevorsteht. Die zweite angeforderte Leistung ist dabei so groß, dass sie weiterhin die hydraulische Lenkkraftunterstützung sowie die Schmiermittelpumpe versorgen kann und zusätzlich die Arbeitsvorrichtung 22 mit der voraussichtlich benötigten Leistung versorgen kann. In Schritt 103 wird nun ermittelt, bei welchem Wirkungsgrad des Arbeitsmotors 21 und welchem Wirkungsgrad der Arbeitsvorrichtung 22 die zweite Leistung insgesamt am effizientesten bereitgestellt werden kann. Gleichzeitig wird in Schritt 104 ermittelt, wir die Änderung der bereitgestellten Leistung, d.h. die Änderung von der ersten Leistung zur zweiten Leistung, unter Berücksichtigung eines Trägheitsmoments des Arbeitsmotors 22 am effizientesten erfolgen kann. Da eine Erhöhung der Drehzahl des Arbeitsmotors 22 erforderlich wird, muss eine bestimmte Energiemenge alleine zur Erhöhung der Rotationsenergie des Arbeitsmotors 22 aufgebracht werden, ohne dass diese bei der Bereitstellung der zweiten Leistung verfügbar ist. In Schritt 105 wird daher unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads des Arbeitsmotors 21 und des Wirkungsgrads der Arbeitsvorrichtung 22 sowie unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments des Arbeitsmotors 22 ermittelt, wie die zweite Leistung am effizientesten für einen zu erwartenden Zeitraum bereitgestellt werden kann. In Schritt 106 erfolgt eine entsprechende Ansteuerung des Arbeitsmotors 21 und der Arbeitsvorrichtung 22 bzw. der Verschwenkpumpe 23.
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2 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs 11 einer Arbeitsmaschine 10 in Form eines Funktionsschemas. Der Antriebsstrang 11 umfasst dabei einen Arbeitsantrieb 20 mit einer hydraulischen Arbeitsvorrichtung 22 und einem elektrischen Arbeitsmotor 21 sowie einen Fahrantrieb 30 mit einem elektrischen Fahrmotor 31. Die hydraulische Arbeitsvorrichtung 22 umfasst ihrerseits eine als Verschwenkpumpe 23 ausgebildete hydraulische Pumpe 23 sowie eine Schaufel 24 und einen Hebearm 25 zum Heben und Senken der Schaufel 24. Ein Betrieb des Arbeitsantriebs 20 ist unabhängig von einem Betrieb des Fahrantriebs 30 möglich, d.h., dass ein Betriebspunkt des Fahrantriebs 30 unabhängig von einem Betriebspunkt des Arbeitsantriebs 20 eingestellt werden kann und umgekehrt. Die Funktionsblöcke 200 bis 213 veranschaulichen dabei das erfindungsgemäße Verfahren für eine Änderung der bereitgestellten Leistung von einer ersten Leistung zu einer zweiten Leistung. In einem ersten Funktionsblock 200 wird ein notwendiger Volumenstrombedarf für das Fahrgetriebe 33 sowie die hierfür vom Arbeitsmotor 31 bereitzustellende Leistung ermittelt. In Funktionsblock 201 werden Betätigungssignale eines Eingabemittels zur Steuerung des Arbeitsantriebs 20, beispielsgemäß eines hierfür ausgebildeten Joysticks, ausgelesen, um mittels einer Überwachung eines Zustands des Arbeitsantriebs 20 eine Situationserfassung auszuführen. Funktionsblock 202 beschreibt eine Situationserfassung mittels Umfeldsensorik 12, beispielsgemäß mittels Kamerasensoren, Radarsensoren und Ultraschallsensoren. In Funktionsblock 203 wird eine Position eines zur Arbeitsvorrichtung 22 gehöhrenden Hubgerüsts erfasst. Funktionsblock 204 beschreibt das Erfassen eines eingestellten Verschwenkwinkels einer ebenfalls zur Arbeitsvorrichtung 22 gehörenden Verschwenkpumpe 23. Funktionsblock 205 beschreibt das Erfassen desjenigen Anteils einer maximal bereitstellbaren elektrischen Leistung einer elektrischen Energiequelle, welche für den Arbeitsantrieb 20 zur Verfügung steht. In Funktionsblock 206 wird schließlich ein Wirkungsgradkennfeld des Arbeitsmotors 21 aus einem elektronischen Speicher ausgelesen und in Funktionsblock 207 wird ein Wirkungsgradkennfeld der Verschwenkpumpe 23 aus dem elektronischen Speicher ausgelesen. Ein Trägheitsmoment des Arbeitsmotors 21 wird in Funktionsblock 208 ebenfalls aus dem elektronischen Speicher ausgelesen. Aus den in den Blöcken 200 bis 208 gesammelten Situationserfassungen wird in Funktionsblock 209 ermittelt, wie der Betriebspunkt der Arbeitsmotors 21 und der Verschwenkpumpe 23 geändert werden muss, um den effizientesten Betriebspunkt zur Bereitstellung der zweiten Leistung auf dem effizientesten Weg zu erreichen. Die Information über den effizientesten Betriebspunkt zur Bereitstellung der zweiten Leistung sowie den effizientesten Weg zum Erreichen dieses Betriebspunkts ausgehend vom aktuellen Betriebspunkt bezüglich des Arbeitsmotors 21 werden in Funktionsblock 210 an einen Inverter des Arbeitsantriebs 20 ausgegeben. Gleichzeitig wird in Funktionsblock 211 die Information über den effizientesten Betriebspunkt zur Bereitstellung der zweiten Leistung auf dem effizientesten Weg hinsichtlich der Verschwenkpumpe 23 an einen Aktuator der Verschwenkpumpe 23 ausgegeben. Der Inverter steuert dann in Funktionsblock 212 den Arbeitsmotor 21 an und der Aktuator steuert in Funktionsblock 213 die Verschwenkpumpe 23 an.
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3 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 10. Die Arbeitsmaschine 10 ist beispielsgemäß als Radlader 10 ausgebildet und umfasst einen elektrischer Antriebsstrang 11. Der elektrischer Antriebsstrang 11 wiederum umfasst seinerseits einen Arbeitsantrieb 20 mit einem elektrischen Arbeitsmotor 21 und einer hydraulischen Arbeitsvorrichtung 22 sowie einen Fahrantrieb 30 mit einem elektrischen Fahrmotor 31 und angetriebenen Fahrzeugrädern 32. Der Arbeitsantrieb 20 umfasst seinerseits eine als Verschwenkpumpe 23 ausgebildete hydraulische Pumpe 23 sowie eine Schaufel 24 und einen Hebearm 25 zum Heben und Senken der Schaufel 24. Die Fahrzeugräder 32 sind mit dem Fahrmotor 31 über ein Fahrgetriebe 33 trieblich starr koppelbar. Der Antriebsstrang 11 ist dazu ausgebildet, eine vom Arbeitsantrieb 20 angeforderte Leistung unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrads des Arbeitsmotors 21 und eines Wirkungsgrads der Arbeitsvorrichtung 22 bereitzustellen. Eine bevorstehende Änderung der bereitgestellten Leistung erfolgt unter Berücksichtigung eines Trägheitsmoments des Arbeitsmotors 21 und wird unter Berücksichtigung einer Situationserfassung vorausschauend vorbereitet. Die Situationserfassung erfolgt dabei mittels hierfür geeigneter Umfeldsensorik 12, beispielsgemäß mittels Kamerasensoren 12.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Arbeitsmaschine, Radlader
- 11
- elektrischer Antriebsstrang
- 12
- Umfeldsensorik, Kamerasensor
- 20
- Arbeitsantrieb
- 21
- Arbeitsmotor
- 22
- hydraulische Arbeitsvorrichtung
- 23
- hydraulische Pumpe, Verschwenkpumpe
- 24
- Schaufel
- 25
- Hebearm
- 30
- Fahrantrieb
- 31
- Fahrmotor
- 32
- Fahrzeugrad
- 33
- Fahrgetriebe
- 100
- Bereitstellen der angeforderten Leistung
- 101
- Situationserfassung
- 102
- Erkennen, dass eine Erhöhung der angeforderten Leistung bevorsteht
- 103
- Ermitteln des Wirkungsgrads
- 104
- Ermitteln des effizientesten Wegs zur Änderung der Leistung
- 105
- Ermitteln, wie die angeforderte Leistung am effizientesten bereitgestellt werden kann
- 106
- Ansteuerung des Arbeitsmotors und der Arbeitsvorrichtung
- 200
- Ermitteln der bereitzustellenden Leistung
- 201
- Situationserfassung mittels einer Überwachung eines Zustands des Arbeitsantriebs
- 202
- Situationserfassung mittels Umfeldsensorik
- 203
- Erfassen einer Position eines Hubgerüsts
- 204
- Erfassen eines eingestellten Verschwenkwinkels
- 205
- Erfassen der für den Arbeitsantrieb zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung
- 206
- Auslesen eines Wirkungsgradkennfelds des Arbeitsmotors
- 207
- Auslesen eines Wirkungsgradkennfelds der Verschwenkpumpe
- 208
- Auslesen eines Trägheitsmoments des Arbeitsmotors
- 209
- Ermitteln, wie die angeforderte Leistung am effizientesten bereitgestellt werden kann
- 210
- Ausgabe an einen Inverter
- 211
- Ausgabe an Aktuator der Verschwenkpumpe
- 212
- Ansteuerung des Arbeitsmotors
- 213
- Ansteuerung des Aktuators
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014000738 U1 [0004]
- EP 0962597 A2 [0005]
