DE102020216265A1

DE102020216265A1 - Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs und Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102020216265A1
Application number: DE102020216265.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Legner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2040-12-19
Also published as: EP4263254A1; US20240034195A1; CN116615349A; DE102020216265B4; WO2022128668A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (10) für eine Arbeitsmaschine, umfassend mindestens einen Elektromotor (11, 12), einen elektrischen Energiespeicher (13), ein mehrstufiges Schaltgetriebe (14), einen Heizkreislauf (15) und einen Kühlkreislauf (16), wobei der mindestens eine Elektromotor (11, 12) dazu ausgebildet ist, eine mechanische Eingangsleistung bereitzustellen, wobei das Schaltgetriebe (14) dazu ausgebildet ist, die mechanische Eingangsleistung zu wandeln und als mechanische Ausgangsleistung bereitzustellen, wobei der Energiespeicher (13) dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Elektromotor (11, 12) und den Heizkreislauf (15) mit elektrischer Leistung zu versorgen, wobei der Heizkreislauf (15) dazu ausgebildet ist, ein Heizfluid zum Erwärmen des Energiespeichers (13) bereitzustellen und wobei der Kühlkreislauf (16) dazu ausgebildet ist, ein Kühlfluid zum Kühlen und Schmieren des Schaltgetriebes (14) bereitzustellen. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang (10) zeichnet sich dadurch aus, dass der Heizkreislauf (15) und der Kühlkreislauf (16) über einen Wärmetauscher (18) gekoppelt sind und nur eine einzige gemeinsame Kühlvorrichtung (19) aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren und eine Arbeitsmaschine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.
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 bzw. einen elektrischen Akkumulator, 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 bzw. einem Akkumulator gespeist und übernimmt hier typischerweise eine sog. Boost-Funktion.
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.
Die elektrische Batterie ist üblicherweise als Li-lonen-Batterie ausgebildet, da derartige Batterien bei vergleichsweise geringem Gewicht einen vergleichsweise großen Energieinhalt bereitstellen können. Die bevorzugte Betriebstemperatur dieser Batterien liegt etwa zwischen 20 °C und 30 °C. Insbesondere bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts ist es erforderlich, die Batterie zunächst auf Betriebstemperatur zu erwärmen, um eine Beschädigung der Batterie zu vermeiden.
Beispielsweise aus der DE 10 2011 076 737 A1 ist es daher bekannt, die Batterie mit einer Wärmeübertragungsanordnung zu koppeln und ihr vor einer Inbetriebnahme die zum beschädigungsfreien Betrieb benötigte Wärmemenge zuzuführen.
Die DE 10 2009 022 300 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, umfassend einen elektrischen Energiespeicher und einen Wärmespeicher. Dem Wärmespeicher kann dabei im Betrieb des Antriebs oder beim Laden des Energiespeichers anfallende Abwärme zur Speicherung zugeführt werden. Später kann diese Wärme wieder entnommen werden, um bedarfsweise mit dem Wärmespeicher gekoppelte Komponenten zu erwärmen, beispielsweise die Fahrgastzelle oder Antriebskomponenten.
Es ist ebenfalls bekannt, dass Schaltgetriebe, insbesondere mehrstufige Schaltgetriebe, in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen mittels eines geeigneten Schmier- und Kühlstoffs wie beispielsweise Getriebeöl geschmiert und gekühlt werden müssen, um eine Überhitzung und eine daraus resultierende Beschädigung bzw. Zerstörung zu vermeiden.
Die noch unveröffentlichte DE 10 2019 217 494.9 der Anmelderin beschreibt eine hydraulische Steuereinheit eines schaltbaren Synchrongetriebes, welche bei niedrigen Umgebungstemperaturen vor einer Inbetriebnahme über eine oder mehrere Heizpatronen vorgewärmt wird, so dass das Synchrongetriebe von Anfang an zuverlässig geschaltet werden kann.
Die bekannten elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind dahingehend nachteilbehaftet, dass sie im Gegensatz zu elektrisch angetriebenen PKW - trotz des vergleichsweise breiten Drehzahlspektrums von Elektromotoren - ein vergleichsweise komplexes und leistungsfähiges Stufengetriebe benötigen, um allen Arbeitsanforderungen gerecht zu werden. Insbesondere Kupplungen bzw. Ventile innerhalb des Stufengetriebes sind jedoch nur dann vollkommen funktionsfähig, wenn das zu ihrer Betätigung verwendete Fluid eine erforderliche Mindest-Viskosität erreicht hat. Bei dem Fluid handelt es sich in der Regel um ein Getriebeöl, das auch zum Kühlen und Schmieren des Getriebes verwendet wird. Aufgrund des Fehlens der Abwärme eines Verbrennungsmotors und des hohen Wirkungsgrads des elektrischen Antriebs und der ebenfalls nur geringen mechanischen Reibungsverluste im Stufengetriebe kann die hierfür benötigte Wärmemenge jedoch oftmals erst nach einer gewissen Betriebsdauer bereitgestellt werden. Bis dahin ist die Arbeitsmaschine nur beschränkt verwendungsfähig.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, umfassend mindestens einen Elektromotor, einen elektrischen Energiespeicher, ein mehrstufiges Schaltgetriebe, einen Heizkreislauf und einen Kühlkreislauf, wobei der mindestens eine Elektromotor dazu ausgebildet ist, eine mechanische Eingangsleistung bereitzustellen, wobei das Schaltgetriebe dazu ausgebildet ist, die mechanische Eingangsleistung zu wandeln und als mechanische Ausgangsleistung bereitzustellen, wobei der Energiespeicher dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Elektromotor und den Heizkreislauf mit elektrischer Leistung zu versorgen, wobei der Heizkreislauf dazu ausgebildet ist, ein Heizfluid zum Erwärmen des Energiespeichers bereitzustellen und wobei der Kühlkreislauf dazu ausgebildet ist, ein Kühlfluid zum Kühlen und Schmieren des Schaltgetriebes bereitzustellen. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf über einen Wärmetauscher gekoppelt sind und nur eine einzige gemeinsame Kühlvorrichtung aufweisen.
Die Erfindung beschreibt also einen Antriebsstrang, der zum Antreiben einer Arbeitsmaschine geeignet ist. Da Arbeitsmaschinen in der Regel die meiste Zeit unter hohen Antriebsauslastungen arbeiten müssen und insbesondere auch absolut gesehen vergleichsweise hohe Arbeitsleistungen erbringen müssen, unterscheidet sich der erfindungsgemäße Antriebsstrang in seiner Auslegung beispielsweise von einem PKW-Antriebsstrang, der typischerweise in einem Auslastungsbereich von 5 % bis 10 % der Maximalleistung betrieben wird sowie insbesondere absolut geringere Arbeitsleistungen erbringt
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang umfasst mindestens einen Elektromotor. Da eine Arbeitsmaschine üblicherweise neben einem Fahrantrieb auch mindestens einen Arbeitsantrieb benötigt, kann der mindestens eine Elektromotor dem Fahrantrieb und dem mindestens einen Arbeitsantrieb gleichermaßen zugeordnet sein.
Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang jedoch zwei oder mehr Elektromotoren, wovon jeweils mindestens ein Elektromotor dem Fahrantrieb zugeordnet ist und mindestens ein weiterer Elektromotor dem Arbeitsantrieb zugeordnet ist.
Bei dem mindestens einen Elektromotor handelt es sich bevorzugt um einen sog. Asynchronmotor.
Der mindestens eine Elektromotor kann dabei nach Maßgabe einer Steuereingabe mit einer elektrischen Strombeaufschlagung versehen werden, wobei die Strombeaufschlagung abhängig von einer vorgebbaren elektrischen Spannungsbeaufschlagung des mindestens einen Elektromotors ist und ein Maß für die dem mindestens einen Elektromotor zugeführte elektrische Leistung darstellt. Der mindestens eine Elektromotor treibt den Antriebsstrang bzw. den Fahrantrieb bzw. den Arbeitsantrieb an.
Unter einer Steuereingabe für den Antriebsstrang bzw. für den Fahrantrieb bzw. für den Arbeitsantrieb wird beispielsweise eine gewünschte Beschleunigung der Arbeitsmaschine oder ein gewünschtes Anheben einer beladenen Schaufel verstanden. Eine derartige Steuereingabe hat zur Folge, dass der Antriebsstrang die zur Umsetzung der Steuereingabe erforderliche mechanische Leistung bereitstellen muss. Es ist dabei unerheblich, ob die Steuereingabe durch eine Eingabe eines Bedieners der Arbeitsmaschine erfolgt, z.B. durch Betätigung eines Fahrpedals oder eines Arbeitsjoysticks, oder durch einen automatisierten Steuereingriff eines Assistenzsystems der Arbeitsmaschine.
Der Antriebsstrang umfasst weiterhin ein mehrstufiges Schaltgetriebe, insbesondere ein Synchrongetriebe, welches eine vom mindestens einen Elektromotor bereitgestellte mechanische Eingangsleistung hinsichtlich ihrer Drehzahl und ihres Drehmoments nach Maßgabe einer gewählten Gangstufe wandelt. Obwohl Elektromotoren im Vergleich zu Verbrennungsmotoren über ein vergleichsweise großes Drehzahlspektrum von null bis ca. 20.000 U/min verfügen, kann durch Verwendung eines Schaltgetriebes und eine entsprechende Drehzahlübersetzung insbesondere ein vergleichsweise hohes resultierendes Drehmoment erzeugt werden, was für den Betrieb einer Arbeitsmaschine von großem Vorteil ist, da so auch vergleichsweise schwere Arbeiten verrichtet werden können.
Vorteilhaft handelt es sich um ein lastschaltbares Schaltgetriebe.
Weiterhin umfasst der Antriebsstrang auch einen Kühlkreislauf mit einem Kühlfluid zum Kühlen und Schmieren des Schaltgetriebes. Dadurch reduziert sich einerseits der Verschleiß des Schaltgetriebes und andererseits erhöht sich der Wirkungsgrad des Schaltgetriebes. Bei dem Kühlfluid kann es sich beispielsweise um ein Getriebeöl handeln, dass als Ölsumpf in einer Ölwanne bevorratet wird und durch eine Pumpe an Schmierstellen des Schaltgetriebes gefördert wird. Die Pumpe kann elektrisch betrieben sein oder von einer Welle des Schaltgetriebes bzw. des mindestens einen Elektromotors angetrieben werden. Das Kühlfluid wird vorteilhaft auch zur Betätigung von Kupplungen des Schaltgetriebes verwendet.
Vorteilhaft umfasst der Kühlkreislauf auch einen Ausgleichsbehälter, um bei einer temperaturbedingten Volumenänderung des Kühlfluids einen Volumenausgleich zu gewährleisten. Besonders bevorzugt wird ein Ölsumpf des Schaltgetriebes als Ausgleichsbehälter herangezogen.
Des Weiteren umfasst der Antriebsstrang einen Heizkreislauf mit einem Heizfluid zum Erwärmen des ebenfalls vom Antriebsstrang umfassten Energiespeichers. Das Erwärmen des Energiespeichers auf eine Temperatur von vorteilhaft mindestens 10 °C, insbesondere mindestens 15 °C vor einer Inbetriebnahme des Antriebsstrangs schützt den Energiespeicher vor einer Beschädigung. Die Energie zum Erwärmen des Energiespeichers durch den Heizkreislauf stammt zwar ebenfalls vom Energiespeicher, jedoch sind hierfür nur vergleichsweise geringe elektrische Leistungen bzw. Ströme notwendig, die gefahrlos und ohne das Risiko einer irreparablen Beschädigung des Energiespeichers von diesem entnommen werden können. Die zum Betrieb des mindestens einen Elektromotors benötigten elektrischen Leistungen bzw. Ströme sind hingegen ungleich größer und sollten nicht aus dem Energiespeicher entnommen werden, solange dieser noch unterhalb einer geeigneten Betriebstemperatur ist. Dem Heizkreislauf kommt somit vor allem nach längeren Standzeiten der Arbeitsmaschine bei niedrigen Umgebungstemperaturen Bedeutung zu.
Bei dem Heizfluid handelt es sich vorteilhaft um ein Wassergemisch, insbesondere ein Glykol-Wassergemisch.
Bevorzugt umfasst der Heizkreislauf eine Heizvorrichtung, welche das Heizfluid heizen kann. Die Heizvorrichtung ist vorteilhaft als Heizspirale ausgebildet, welche mit dem Heizfluid in physischem Kontakt steht, insbesondere in das Heizfluid eingetaucht ist. Eine Heizspirale ist vergleichsweise kostengünstig und robust.
Im Dauerbetrieb des Antriebsstrangs und insbesondere bei dauerhaft hoher Stromentnahme aus dem Energiespeicher kann es passieren, dass der Energiespeicher eine so hohe Temperatur erreicht, dass - analog zu einer zu niedrigen Temperatur - aufgrund der hohen Temperatur ein Beschädigungsrisiko für den Energiespeicher entsteht. In diesem Fall kann die Heizvorrichtung vorteilhaft deaktiviert werden, so dass der Heizkreislauf für den Energiespeicher eine Kühlfunktion übernimmt, also Wärme vom Energiespeicher abführt.
Des Weiteren bevorzugt umfasst der Heizkreislauf auch einen Ausgleichsbehälter, um bei einer temperaturbedingten Volumenänderung des Heizfluids einen Volumenausgleich zu gewährleisten.
Weiterhin umfasst der Antriebsstrang, wie beschrieben, einen elektrischen Energiespeicher, der bevorzugt als wiederaufladbare Li-lonen-Batterie ausgebildet ist. Li-lonen-Batterien sind vergleichsweise temperaturempfindlich, d.h., sie verfügen nur in einem vergleichsweise engen Temperaturband von etwa 20 °C bis etwa 30 °C über ihre maximale Leistungsfähigkeit. Insbesondere bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts sind sie hinsichtlich der maximal aufnehmbaren bzw. bereitstellbaren elektrischen Leistung stark begrenzt. Bei Temperaturen, die deutlich abseits ihrer idealen Betriebstemperaturen liegen, kann es zudem auch dann zu einer irreversiblen Beschädigung der Li-lonen-Batterien kommen, wenn die entnommenen oder zugeführten elektrischen Ströme eine unter normalen Umständen unkritische und vergleichsweise geringe Stromschwelle überschreiten. Dennoch sind Li-lonen-Batterien nach derzeitigem Stand der Technik aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte und ihres vergleichsweise geringen Gewichts am besten zum Betrieb des Antriebsstrangs geeignet.
Der Energiespeicher bevorratet eine elektrische Energie, die für den Betrieb des mindestens einen Elektromotors und des Heizkreislaufs zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere kann die elektrische Energie auch zum Betrieb von weiteren elektrischen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden, wie beispielsweise Pumpen, Ventilen, Recheneinheiten, Klimatisierungsvorrichtungen der Fahrerkabine, Anzeigen, Leuchten bzw. Scheinwerfern. Sowohl bei der Entnahme von elektrischer Energie wie auch bei der Zuführung von elektrischer Energie, also beim Laden des Energiespeichers, entsteht eine Verlustwärme nach Maßgabe des Innenwiderstands des Energiespeichers und der Strombeaufschlagung des Energiespeichers, die auf Dauer zu einer Erwärmung des Energiespeichers führt. Wegen des vergleichsweise geringen Innenwiderstands ist die Verlustwärme jedoch vergleichsweise gering.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf über einen Wärmetauscher gekoppelt sind. D.h. also, dass der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf thermisch gekoppelt sind. Unter dem Begriff „thermisch gekoppelt“ wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf miteinander in physischem Kontakt stehen, so dass ein Wärmeaustausch zwischen beiden erfolgen kann, ohne dass es zu einem physischen Kontakt im Sinne einer Durchmischung des Heizfluids mit dem Kühlfluid kommt. Der Wärmetauscher ist dabei vorzugsweise metallisch ausgebildet und weist eine vergleichsweise große Oberfläche auf.
Beispielsweise kann das Heizfluid durch metallische Rohrleitungen gefördert werden, welche innerhalb eines Ölsumpfs verlaufen, welcher das als Getriebeöl ausgebildete Kühlfluid bevorratet. Somit kann über die metallischen Rohrleitungen eine effektive thermische Kopplung zwischen beiden Fluiden hergestellt werden, ohne dass es zu einer physischen Durchmischung kommt. Bevorzugt können die Rohrleitungen auch Kühlrippen aufweisen. In diesem Fall ist der Wärmetauscher also als Ölsumpf des Schaltgetriebes mit den das Heizfluid führenden Rohrleitungen ausgebildet.
Ebenso ist es aber auch denkbar, den Wärmetauscher als eigenständige Vorrichtung abseits des Ölsumpfs vorzusehen. Auch in diesem Fall wird bevorzugt das Heizfluid durch metallische Rohrleitungen, insbesondere Rohrleitungen mit Kühlrippen, durch ein im Wärmetauscher befindliches Reservoir des Kühlfluids gefördert oder umgekehrt. Sowohl durch das Reservoir als auch durch die Rohrleitungen wird dabei vorteilhaft ein bedarfsweise regelbarer Volumenstrom des Heizfluids bzw. des Kühlfluids gefördert. Je höher dabei jeweils der Volumenstrom ist, desto größer ist auch der stattfindende Wärmeaustausch.
Aus der thermischen Kopplung des Heizkreislaufs mit dem Kühlkreislauf ergibt sich der Vorteil, dass die - zumindest bei längeren Standzeiten der Arbeitsmaschine in kalten Umgebungen - zur Inbetriebnahme des Energiespeichers benötigte Wärme an den Kühlkreislauf weitergeführt werden kann, um auch das Kühlfluid für das Schaltgetriebe anzuwärmen. Eine Viskosität des Kühlfluids ist nämlich in der Regel maßgeblich von der Temperatur des Kühlfluids abhängig, so dass Ventile und Kupplungen des Schaltgetriebes oftmals zunächst nur erschwert oder überhaupt nicht betätigt werden können, da sie durch das kalte Kühlfluid und dessen zu hohe Viskosität blockiert sind. Somit ermöglicht es die Erfindung also vorteilhaft, die Arbeitsmaschine auch nach langer Standzeit in einer kalten Umgebung zügig wieder mit vollem Funktionsumfang in Betrieb zu nehmen. Die benötigte Wärme kann dabei jederzeit bedarfsweise erzeugt werden. Ein vergleichsweise schwerer Wärmespeicher, der in der Arbeitsmaschine verbaut ist, ist vorteilhaft nicht erforderlich.
Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass dem Kühlkreislauf zwar eine Kühlfunktion zugeordnet ist, die durch den Kühlkreislauf erfolgende Kühlung aber nicht zu einem Abkühlen des Schaltgetriebes bzw. des Kühlfluids unterhalb der Umgebungstemperatur führt. Vielmehr soll der Kühlkreislauf ein Überschreiten einer vorgebbaren Maximaltemperatur des Schaltgetriebes bzw. des Kühlfluids verhindern, wobei diese Maximaltemperatur deutlich über der Umgebungstemperatur liegt. Insofern hat die Erfindung erkannt, dass ein Heizen bzw. Erwärmen des Kühlkreislaufs in einem gewissen Rahmen von Vorteil ist, solange die dabei erzeugte Temperatur unterhalb der vorgebbaren Maximaltemperatur liegt.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf nur eine einzige gemeinsame Kühlvorrichtung aufweisen. Da der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf über einen Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind, also ein Wärmeabfluss vom jeweils wärmeren Kreislauf in den jeweils kälteren Kreislauf erfolgt, kann vorteilhaft auf eine separate Kühlvorrichtung für jeden einzelnen Kreislauf, also den Heizkreislauf bzw. den Kühlkreislauf, verzichtet werden. Somit kann gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft eine Kühlvorrichtung eingespart werden, was den Materialaufwand und den Kostenaufwand für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang reduziert.
Die Kühlvorrichtung ist insbesondere als metallischer Kühlkörper mit Kühlrippen sowie vorteilhaft mit einem oder mehreren Ventilatoren ausgebildet, welche eine laminare Luftströmung entlang der Kühlrippen erzeugen. Somit kann die abzuführende Wärme effizient an die Umgebung abgegeben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die gemeinsame Kühlvorrichtung dem Heizkreislauf zugeordnet ist. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zu Nutze, dass der Heizkreislauf, obwohl er vor allem dem Heizen des Energiespeichers dient, dennoch im Dauerbetrieb eine niedrigere Solltemperatur aufweist als der Kühlkreislauf, welcher dem Kühlen des Schaltgetriebes dient. Somit kann nach Erreichen der jeweiligen Solltemperatur Wärme vom Kühlkreislauf über den Wärmetauscher an den Heizkreislauf abgeführt werden und von diesem über die Kühlvorrichtung an die Umgebung abgegeben werden. Die Kühlung des Kühlfluids erfolgt somit also über den Wärmetauscher.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Elektromotor an den Heizkreislauf angeschlossen ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine Abwärme des mindestens einen Elektromotors zum Heizen des Heizkreislaufs verwendet werden kann. Obwohl der mindestens eine Elektromotor in der Regel einen Wirkungsgrad von über 95 % aufweist, ist er dennoch auf ein aktive Kühlung zur Vermeidung von Beschädigungen aufgrund eines Überhitzens angewiesen. Insbesondere im Dauerbetrieb kann sich der mindestens eine Elektromotor stark aufheizen, wodurch sich wiederum sein elektrischer Widerstand erhöht und er sich in Folge noch stärker noch weiter erhitzt. Eine Kühlung des Elektromotors kann diesen negativen Effekt verhindern oder zumindest reduzieren. Indem die vom mindestens einen Elektromotor abgeführte Wärme nun zum Erwärmen des Heizfluids herangezogen wird, kann die von der Heizvorrichtung bereitzustellende Heizleistung vorteilhaft reduziert werden. Dies reduziert den Gesamtenergieverbrauch des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs und erhöht dessen Wirkungsgrad.
Sofern mehr als nur ein Elektromotor vorgesehen ist, beispielweise ein Elektromotor für den Fahrantrieb und ein Elektromotor für den Arbeitsantrieb, so sind vorteilhaft alle Elektromotoren mit dem Heizkreislauf thermisch gekoppelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Leistungselektronik des mindestens einen Elektromotors an den Heizkreislauf angeschlossen ist. Ebenso wie der mindestens eine Elektromotor erzeugt auch die Leistungselektronik in Abhängigkeit einer von ihr geschalteten Stromstärke und nach Maßgabe ihres Innenwiderstands eine Abwärme, welche abgeführt werden muss, um eine thermische Beschädigung der Leistungselektronik zu vermeiden. Indem diese Abwärme dem Heizkreislauf zugeführt wird, kann die von der Heizvorrichtung bereitzustellende Heizleistung vorteilhaft noch weiter reduziert werden. Dies trägt ebenfalls zur Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs sowie zur Erhöhung des Wirkungsgrads des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs bei.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Heizfluid in Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung ausgehend zunächst dem Energiespeicher und anschließend der Leistungselektronik zugeführt wird, bevor es dem mindestens einen Elektromotor zugeführt wird. Indem das Heizfluid zuerst dem Energiespeicher zugeführt wird, kann es dort den größten Teil seiner Wärmeenergie an den Energiespeicher abgeben und diesen auf eine erforderliche Betriebstemperatur heizen. Nachdem das Heizfluid den größten Teil seiner Wärmeenergie an den Energiespeicher abgegeben hat, also durch den Energiespeicher gekühlt wurde, wird es nun der Leistungselektronik zugeführt, welche zum störungsfreien Betrieb nicht auf eine besondere Mindesttemperatur angewiesen ist. Im Gegenteil arbeitet die in der Regel aus Halbleiterschaltelementen bestehende Leistungselektronik in der Regel sogar effektiver und fehlerfreier, wenn sie eine niedrige Temperatur aufweist. Insofern kann das Heizfluid, nachdem es durch den Energiespeicher gekühlt wurde, für die Leistungselektronik eine Kühlfunktion gewährleisten. Wenn das Heizfluid im weiteren Verlauf dem mindestens einen Elektromotor zugeführt wird, kann es auch für den mindestens einen Elektromotor eine Kühlfunktion übernehmen. Der Wärmeeintrag durch die Leistungselektronik in das Heizfluid ist nämlich vergleichsweise gering, so dass das Heizfluid in der Regel eine deutlich geringere Temperatur aufweisen wird, als der mindestens eine Elektromotor, insbesondere im Dauerbetrieb des mindestens einen Elektromotors. Die Kühlung des mindestens einen Elektromotors verbessert nicht nur dessen Effizienz sondern verhindert letztlich auch eine Beschädigung durch Überhitzen des mindestens einen Elektromotors. Das Heizfluid kann dabei vom mindestens einen Elektromotor zunächst über die Kühlvorrichtung geführt werden, bevor es dem Energiespeicher zugeführt wird. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass der Energiespeicher einerseits zwar eine bestimmte Mindesttemperatur zum sicheren und beschädigungsfreien Betrieb benötigt, andererseits aber auch nicht oberhalb einer Höchsttemperatur betrieben werden sollte, da sonst ebenfalls eine Beschädigung des Energiespeichers eintreten kann.
Alternativ bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Heizfluid in Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung ausgehend zunächst der Leistungselektronik und anschließend dem Energiespeicher zugeführt wird, bevor es dem mindestens einen Elektromotor zugeführt wird. Dadurch kann zusätzliche Wärmeenergie von der Leistungselektronik in das Heizfluid aufgenommen werden und unmittelbar dem Energiespeicher zugeführt werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Heizfluid der gemeinsamen Kühlvorrichtung zugeführt wird, nachdem es zum mindestens einen Elektromotor geführt wurde. Insbesondere im Dauerbetrieb des Antriebsstrangs stellt der mindestens eine Elektromotor die größte Wärmequelle im Heizkreislauf dar. Somit kann die Temperatur des Heizfluids - sofern sie höher als eine zum Betrieb des Energiespeichers geeignete Temperatur ist - durch Abgabe von Wärme an die Umgebung wieder gekühlt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Heizkreislauf mindestens ein hydraulisches Richtungsventil umfasst, über welches die Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung ausgehend derart stellbar ist, dass nach Maßgabe eines Zustands des mindestens einen hydraulischen Strömungsventils das Heizfluid zunächst dem Energiespeicher und anschließend der Leistungselektronik zugeführt wird oder zunächst der Leistungselektronik und anschließend dem Energiespeicher zugeführt. Je nachdem, wie stark der Energiespeicher noch zum Erreichen der Solltemperatur geheizt werden muss, kann das Heizfluid also direkt dem Energiespeicher oder über die Leistungselektronik zum Energiespeicher geführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Heizkreislauf und/oder der Kühlkreislauf mindestens ein hydraulisches Trennventil umfasst, über welches der Wärmetauscher vom Heizkreislauf und/oder vom Kühlkreislauf hydraulisch trennbar ist, so dass kein Wärmetausch mehr zwischen dem Heizkreislauf und dem Kühlkreislauf erfolgt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Kühlkreislauf beispielsweise bei einem stationären Arbeitsbetrieb der Arbeitsmaschine vom Heizkreislauf getrennt werden kann. Da das Schaltgetriebe ausschließlich zum Fahren benötigt wird und im stationären Arbeitsbetrieb im Ruhezustand verbleiben kann, kann der Kühlkreislauf in diesem Fall über das Trennventil vom Heizkreislauf getrennt werden. Damit wird auch vermieden, dass der Kühlkreislauf über den Heizkreislauf gekühlt wird und bei einer erneuten Inbetriebnahme nicht mehr die optimale Betriebstemperatur hat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Heizkreislauf mindestens ein hydraulisches Überbrückungsventil umfasst, über welches die gemeinsame Kühlvorrichtung hydraulisch überbrückbar ist. Somit kann gerade bei einer ersten Inbetriebnahme nach einer längeren Standzeit der Arbeitsmaschine, insbesondere in einer vergleichsweise kalten Umgebung, vergleichsweise schnell die erforderliche Wärmezufuhr für den Energiespeicher sowie für das Schaltgetriebe bereitgestellt werden, da eine Abgabe von Wärme über die Kühlvorrichtung durch Überbrückung der Kühlvorrichtung an die Umgebung vermieden werden kann. Stattdessen wird sämtliche dem Heizkreis zugeführte Wärme solange innerhalb des Heizkreises bzw. Kühlkreises gehalten, bis alle Komponenten des Antriebsstrangs die erforderlichen Betriebstemperaturen erreicht haben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Heizkreislauf und/oder der Kühlkreislauf jeweils eine Förderpumpe umfassen. Die Förderpumpe des Heizkreislaufs sowie die Förderpumpe des Kühlkreislaufs sorgen dabei für eine Strömung des Heizfluids im Heizkreislauf bzw. des Kühlfluids im Kühlkreislauf. Da die Wärme jeweils über das Heizfluid bzw. das Kühlfluid transportiert wird, wird über die Förderpumpen also letztlich der Wärmetransport ermöglicht.
Bevorzugt ist die Förderpumpe des Heizkreislaufs bzw. die Förderpumpe des Kühlkreislaufs regelbar. Somit kann die Volumenstromstärke im Heizkreislauf bzw. im Kühlkreislauf geregelt werden und damit auch der Wärmetransport im Heizkreislauf bzw. im Kühlkreislauf geregelt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Förderpumpe des Heizkreislaufs bzw. die Förderpumpe des Kühlkreislaufs als elektrische Pumpen ausgebildet sind, d.h. dass sie jeweils über einen zu ihrem Betrieb vorgesehenen Elektromotor verfügen.
Alternativ bevorzugt werden die Förderpumpe des Heizkreislaufs bzw. die Förderpumpe des Kühlkreislaufs über eine mechanische Welle sowie ggf. über eine Übersetzungsstufe vom mindestens einen Elektromotor angetrieben.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang mindestens einen Elektromotor, einen elektrischen Energiespeicher, ein mehrstufiges Schaltgetriebe, einen Heizkreislauf und einen Kühlkreislauf umfasst, wobei vom mindestens einen Elektromotor eine mechanische Eingangsleistung bereitgestellt wird, wobei vom Schaltgetriebe die mechanische Eingangsleistung in eine mechanische Ausgangsleistung gewandelt wird, wobei der mindestens eine Elektromotor und der Heizkreislauf vom Energiespeicher mit elektrischer Leistung versorgt werden, wobei vom Heizkreislauf ein Heizfluid zum Erwärmen des Energiespeichers erwärmt wird und wobei vom Kühlkreislauf ein Kühlfluid zum Kühlen und Schmieren des Schaltgetriebes gekühlt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlkreislauf vom Heizkreislauf situationsabhängig über eine Heizvorrichtung geheizt wird oder über eine Kühlvorrichtung gekühlt wird. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang beschriebenen Vorteile.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Heizfluid in Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung des Heizkreislaufs ausgehend zunächst dem Energiespeicher und anschließend der Leistungselektronik zugeführt wird, wenn eine Temperatur der Leistungselektronik niedriger ist als eine Temperatur des Energiespeichers und dass das Heizfluid in Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung des Heizkreislaufs ausgehend zunächst der Leistungselektronik und anschließend dem Energiespeicher zugeführt wird, wenn die Temperatur der Leistungselektronik höher ist als die Temperatur des Energiespeichers. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass je nach Situation die Abwärme der Leistungselektronik zum Heizen des Energiespeichers genutzt werden kann, sofern dieser weiter erwärmt werden muss, oder dass die Abwärme der Leistungselektronik der Kühlvorrichtung zugeführt werden kann, sofern der Energiespeicher bereits seine Betriebstemperatur erreicht und ggf. sogar gekühlt werden muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass Heizfluid und Kühlfluid durch den Wärmetauscher gefördert werden, wenn der Energiespeicher geladen wird. Beim Laden des Energiespeichers ist die Arbeitsmaschine üblicherweise nicht im Betrieb, da sie durch ein benötigtes Ladekabel zur Stromversorgung mit einer Ladestelle verbunden ist und somit nicht bewegt werden kann. Dadurch sind auch der mindestens eine Elektromotor sowie das Stufengetriebe im Ruhezustand, produzieren also keine Abwärme, so dass das Kühlfluid nach und nach seine Wärme an die Umgebung abgibt und auskühlt. Da jedoch gleichzeitig durch den Ladevorgang elektrische Verluste in Form von Abwärme am Energiespeicher entstehen, kann durch die thermische Kopplung des heizkreislaufs und des Kühlkreislaufs über den Wärmetauscher während des Ladevorgangs die durch das Laden erzeugte Abwärme an das Heizfluid und über den Wärmetauscher vom Heizfluid an das Kühlfluid weiter gegeben werden, so dass das Kühlfluid nicht völlig auskühlt und die Arbeitsmaschine unmittelbar nach dem Ladevorgang ohne ein ansonsten erforderliches Aufwärmen des Kühlfluids in Betrieb genommen werden kann. Durch diese aktive Kühlung des Energiespeichers kann dieser zudem mit vergleichsweise höheren Strömen geladen werden, was den Ladevorgang vorteilhaft verkürzt.
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.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine als Radlader, Dumper, Bagger, Teleskoplader, Kommunalfahrzeug, Müllfahrzeug, Minenfahrzeug, Kompaktlader, Flugzeugschlepper oder Traktor ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigt:

1 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs für eine in 1 nicht dargestellte Arbeitsmaschine.

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.
1 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 10 für eine in 1 nicht dargestellte Arbeitsmaschine. Der Antriebsstrang 10 umfasst beispielsgemäß zwei Elektromotoren 11, 12, wobei ein Elektromotor 11 einem Fahrantrieb zugeordnet ist und ein Elektromotor 12 einem Arbeitsantrieb zugeordnet ist. Weiterhin umfasst der Antriebsstrang 10 einen als wiederaufladbare Li-lonen-Batterie 13 ausgebildeten elektrischen Energiespeicher 13, welcher dazu ausgebildet ist, die Elektromotoren 11, 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen. Die Elektromotoren 11, 12 sind ihrerseits dazu ausgebildet, über ihre Motorwellen jeweils eine mechanische Eingangsleistung bereitzustellen. Die Eingangsleistung des dem Fahrantrieb zugeordneten Elektromotors 11 wird einem mehrstufigen Schaltgetriebe 14 zugeführt, welches als lastschaltbares Synchrongetriebe ausgebildet ist. Das Schaltgetriebe 14 wandelt die mechanische Eingangsleistung und stellt eine mechanische Ausgangsleistung bereit, welche zum Antreiben von antreibbaren Fahrzeugrädern oder antreibbaren Achsen der Arbeitsmaschine herangezogen werden kann. Die Eingangsleistung des dem Arbeitsantrieb zugeordneten Elektromotors 13 hingegen wird einem hydraulischen Arbeitsantrieb zugeführt und von diesem in einen hydraulischen Volumenstrom und einen hydraulischen Druck gewandelt und somit als hydraulische Ausgangsleistung wieder ausgegeben.
Weiterhin umfasst der Antriebsstrang 10 einen Heizkreislauf 15, der dazu ausgebildet ist, ein Heizfluid zum Erwärmen des Energiespeichers 13 bereitzustellen, sowie einen Kühlkreislauf 16, der dazu ausgebildet ist, ein Kühlfluid zum Kühlen und Schmieren des Schaltgetriebes 14 bereitzustellen. Der Heizkreislauf 15 umfasst außerdem auch eine Heizvorrichtung 16, die beispielsgemäß als Heizspirale 16 ausgebildet ist und in Strömungsrichtung des Heizfluids unmittelbar vor dem Energiespeicher 13 angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Heizkreislauf 16 zwei Leistungselektroniken 17 und 18, von denen jeweils eine einem der Elektromotoren 11 und 12 zugeordnet ist. Auch die Elektromotoren 11 und 12 sind mit dem Heizkreislauf 16 thermisch verbunden. Von den Elektromotoren 11 und 12 wird das Heizfluid weiter zu einem Wärmetauscher 31 geführt, der beispielsgemäß als Reservoir für das Heizfluid ausgebildet ist, welches von metallischen Rohrleitungen mit Kühlrippen durchzogen ist, wobei durch die Rohrleitungen das Kühlfluid geführt wird. Der Wärmetauscher 31 stellt somit eine thermische Kopplung zwischen dem Heizkreislauf 15 und dem Kühlkreislauf 16 dar. In Strömungsrichtung des Heizfluids folgt auf den Wärmetauscher 31 eine metallische Kühlvorrichtung 19 mit Kühlrippen und einem Lüfter. Die Kühlvorrichtung 19 kann dabei durch ein Überbrückungsventil 20 überbrückt werden, so dass der Heizkreislauf keine Wärme an die Umgebung abgibt. Weiterhin umfasst der Heizkreislauf 15 einen Ausgleichsbehälter 21, um temperaturbedingte Volumenänderungen des Heizfluids im Heizkreislauf auszugleichen, sowie eine elektrisch angetriebene Förderpumpe 22.
Der Kühlkreislauf 16 umfasst ebenfalls eine Förderpumpe 23, die beispielsgemäß jedoch mechanisch über eine Welle 24 vom Elektromotor 12 angetrieben wird. Die Förderpumpe 23 fördert Kühlfluid, welches beispielsgemäß als Getriebeöl ausgebildet ist, aus einem Ölsumpf 25 des Schaltgetriebes 14 und führt es einer hydraulischen Kupplungssteuerung 26 des Schaltgetriebes 14 zu. Über eine Abzweigung im Kühlkreislauf 16 fördert die Förderpumpe 23 außerdem Kühlfluid zu einem Systemdruckbegrenzungsventil 27. Vom Systemdruckbegrenzungsventil 27 gelangt das Kühlfluid zum Wärmetauscher 31, wo ein Wärmetausch mit dem Heizfluid erfolgt. Vom Wärmetauscher 31 aus wird das Kühlfluid den zu schmierenden und zu kühlenden Elementen 28 des Schaltgetriebes 14 zugeführt. Beispielsgemäß handelt es sich bei den zu schmierenden und zu kühlenden Elementen 28 um eine Vielzahl an Zahnrädern. Über ein Steuerventil 29 kann der den zu schmierenden und zu kühlenden Elementen 28 zugeführte Volumenstrom an Kühlfluid gesteuert werden.
Bei einer Inbetriebnahme des Antriebsstrangs 10 nach einer längeren Standzeit in kühler Umgebung haben sowohl der Energiespeicher 13 als auch das Getriebeöl die Umgebungstemperatur angenommen. Das hat zur Folge, dass der Energiespeicher 13 zunächst nur geringe Ströme bereitstellen kann, ohne eine Beschädigung zu erleiden. Das Getriebeöl ist zudem noch zu dickflüssig, um die Kupplungssteuerung 26 betätigen zu können. Über die Heizvorrichtung 30 kann nun das Heizfluid vorgewärmt werden und durch die Förderpumpe 22 zum Energiespeicher 13 transportiert werden, um diesen schnell auf eine erforderliche Betriebstemperatur zu erwärmen. Gleichzeit gelangt das Heizfluid über den Wärmetauscher 31 in thermischen Kontakt mit dem Kühlfluid, so dass auch das Kühlfluid erwärmt wird und schnell erwärmt wird. Durch die Erwärmung des Kühlfluids nimmt dessen Viskosität ab und ermöglicht einen fehlerfreien Betrieb der Kupplungssteuerung 26.
Nach einer bestimmten Betriebsdauer hat das Kühlfluid seine Solltemperatur erreicht, welche beispielsgemäß 90 °C beträgt. Ebenso hat der Energiespeicher seine Solltemperatur erreicht, welche beispielsgemäß 30 °C beträgt. Da durch den anhaltenden Betrieb des Antriebsstrangs 10 unweigerlich elektrische Verluste im Energiespeicher 13 entstehen sowie mechanische Verluste im Schaltgetriebe 14 entstehen, welche jeweils zu einer weiteren Erwärmung führen, muss die ab jetzt entstehende Wärme über die gemeinsame Kühlvorrichtung 19 an die Umgebung abgeführt werden. Dazu gibt das Kühlfluid nun über den Wärmetauscher 31 Wärme an des Heizfluid ab. Ebenso erfüllt das Heizfluid nun eine Kühlfunktion für den Energiespeicher 13, die Leistungselektronik 17 und 18 sowie die Elektromotoren 11 und 12. Die Heizvorrichtung 16 ist nun deaktiviert. Das Heizfluid gibt dann die vom Energiespeicher 13 aufgenommene Wärme sowie die vom Kühlfluid aufgenommene Wärme über die Kühlvorrichtung 19 an die Umgebung ab.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
11: Elektromotor
12: Elektromotor
13: elektrischer Energiespeicher
14: Schaltgetriebe
15: Heizkreislauf
16: Kühlkreislauf
17: Leistungselektronik
18: Leistungselektronik
19: Kühlvorrichtung
20: Überbrückungsventil
21: Ausgleichsbehälter
22: Förderpumpe
23: Förderpumpe
24: Welle
25: Ölsumpf
26: Kupplungssteuerung
27: Systemdruckbegrenzungsventil
28: zu schmierende und zu kühlende Elemente
29: Steuerventil
30: Heizvorrichtung
31: Wärmetauscher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202014000738 U1 [0003]
DE 102011076737 A1 [0005]
DE 102009022300 A1 [0006]
DE 102019217494 [0008]

Claims

Antriebsstrang (10) für eine Arbeitsmaschine, umfassend mindestens einen Elektromotor (11, 12), einen elektrischen Energiespeicher (13), ein mehrstufiges Schaltgetriebe (14), einen Heizkreislauf (15) und einen Kühlkreislauf (16), wobei der mindestens eine Elektromotor (11, 12) dazu ausgebildet ist, eine mechanische Eingangsleistung bereitzustellen, wobei das Schaltgetriebe (14) dazu ausgebildet ist, die mechanische Eingangsleistung zu wandeln und als mechanische Ausgangsleistung bereitzustellen, wobei der Energiespeicher (13) dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Elektromotor (11, 12) und den Heizkreislauf (15) mit elektrischer Leistung zu versorgen, wobei der Heizkreislauf (15) dazu ausgebildet ist, ein Heizfluid zum Erwärmen des Energiespeichers (13) bereitzustellen und wobei der Kühlkreislauf (16) dazu ausgebildet ist, ein Kühlfluid zum Kühlen und Schmieren des Schaltgetriebes (14) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreislauf (15) und der Kühlkreislauf (16) über einen Wärmetauscher (31) gekoppelt sind und nur eine einzige gemeinsame Kühlvorrichtung (19) aufweisen.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Kühlvorrichtung (19) dem Heizkreislauf (15) zugeordnet ist.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektromotor (11, 12) an den Heizkreislauf (15) angeschlossen ist.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik (17, 18) des mindestens einen Elektromotor (11, 12) an den Heizkreislauf (15) angeschlossen ist.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizkreislauf (15) eine Heizvorrichtung (30) zugeordnet ist.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizfluid in Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung (30) ausgehend zunächst dem Energiespeicher (13) und anschließend der Leistungselektronik (17, 18) zugeführt wird bevor es dem mindestens einen Elektromotor (11, 12) zugeführt wird.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreislauf (15) mindestens ein hydraulisches Richtungsventil umfasst, über welches die Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung (31) ausgehend derart stellbar ist, dass nach Maßgabe eines Zustands des mindestens einen hydraulischen Strömungsventils das Heizfluid zunächst dem Energiespeicher (13) und anschließend der Leistungselektronik (17, 18) zugeführt wird oder zunächst der Leistungselektronik (17, 18) und anschließend dem Energiespeicher (13) zugeführt.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreislauf (15) und/oder der Kühlkreislauf (16) mindestens ein hydraulisches Trennventil umfasst, über welches der Wärmetauscher (31) vom Heizkreislauf (15) und/oder vom Kühlkreislauf (16) hydraulisch trennbar ist, so dass kein Wärmetausch mehr zwischen dem Heizkreislauf (15) und dem Kühlkreislauf (16) erfolgt.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreislauf (15) mindestens ein hydraulisches Überbrückungsventil (20) umfasst, über welches die gemeinsame Kühlvorrichtung (19) hydraulisch überbrückbar ist.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizfluid ein Wassergemisch ist und das Kühlfluid ein Getriebeöl ist.
Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreislauf (15) und/oder der Kühlkreislauf (26) jeweils eine Förderpumpe (22, 23) umfassen.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (10) für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang (10) mindestens einen Elektromotor (11, 12), einen elektrischen Energiespeicher (13), ein mehrstufiges Schaltgetriebe (14), einen Heizkreislauf (15) und einen Kühlkreislauf (16) umfasst, wobei vom mindestens einen Elektromotor (11, 12) eine mechanische Eingangsleistung bereitgestellt wird, wobei vom Schaltgetriebe (14) die mechanische Eingangsleistung in eine mechanische Ausgangsleistung gewandelt wird, wobei der mindestens eine Elektromotor (11, 12) und der Heizkreislauf (15) vom Energiespeicher (13) mit elektrischer Leistung versorgt werden, wobei vom Heizkreislauf (15) ein Heizfluid zum Erwärmen des Energiespeichers (13) erwärmt wird und wobei vom Kühlkreislauf (16) ein Kühlfluid zum Kühlen und Schmieren des Schaltgetriebes (14) gekühlt wird (54), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (16) vom Heizkreislauf (15) situationsabhängig über eine Heizvorrichtung (30) geheizt wird oder über eine Kühlvorrichtung (19) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizfluid in Strömungsrichtung von einer Heizvorrichtung (31) des Heizkreislaufs (15) ausgehend zunächst dem Energiespeicher (13) und anschließend der Leistungselektronik (17, 18) zugeführt wird, wenn eine Temperatur der Leistungselektronik (17, 18) niedriger ist als eine Temperatur des Energiespeichers (13) und dass das Heizfluid in Strömungsrichtung von der Heizvorrichtung (31) des Heizkreislaufs ausgehend zunächst der Leistungselektronik (17, 18) und anschließend dem Energiespeicher (13) zugeführt wird, wenn die Temperatur der Leistungselektronik (17, 18) höher ist als die Temperatur des Energiespeichers (13).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass Heizfluid und Kühlfluid durch den Wärmetauscher (31) gefördert werden, wenn der Energiespeicher (13) geladen wird (51, 52).
Arbeitsmaschine, umfassend einen Antriebsstrang (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11.