DE102021203202A1 - Method for operating a drive train of a work machine, drive train for a work machine and work machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (10) einer Arbeitsmaschine (20), wobei der Antriebsstrang (10) mindestens einen Elektromotor (11, 31, 41) umfasst, wobei dem mindestens einen Elektromotor (11, 31, 41) eine theoretische Lebensdauer zugeordnet ist, wobei eine tatsächliche Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors (11, 31, 41) abhängig von einem Verlauf einer Temperatur (T) des mindestens einen Elektromotors (11, 31, 41) über die tatsächliche Lebensdauer ist, wobei die Temperatur (T) erfasst wird (100) und wobei eine Leistungsbegrenzung des mindestens einen Elektromotors (11, 31, 41) erfolgt (107), wenn die Temperatur (T) des mindestens einen Elektromotors (11, 31, 41) eine Grenztemperatur (TGrenz) überschreitet (101, 102), so dass die tatsächliche Lebensdauer nicht die theoretische Lebensdauer unterschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die theoretische Lebensdauer mindestens ein definiertes Zeitfenster (tFenster) umfasst, innerhalb dessen die Temperatur (T) des mindestens einen Elektromotors (11, 31, 41) die Grenztemperatur (TGrenz) überschreiten kann, ohne dass die Leistungsbegrenzung erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Antriebsstrang (10) und eine Arbeitsmaschine (20).The invention relates to a method for operating a drive train (10) of a working machine (20), the drive train (10) comprising at least one electric motor (11, 31, 41), the at least one electric motor (11, 31, 41) having a theoretical Service life is assigned, with an actual service life of the at least one electric motor (11, 31, 41) depending on a temperature (T) profile of the at least one electric motor (11, 31, 41) over the actual service life, with the temperature (T ) is detected (100) and the power of the at least one electric motor (11, 31, 41) is limited (107) if the temperature (T) of the at least one electric motor (11, 31, 41) exceeds a limit temperature (Tlimit) ( 101, 102), so that the actual service life does not fall short of the theoretical service life. The method according to the invention is characterized in that the theoretical service life includes at least one defined time window (twindow) within which the temperature (T) of the at least one electric motor (11, 31, 41) can exceed the limit temperature (Tlimit) without the Power limitation takes place. The invention also relates to a corresponding drive train (10) and a working machine (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.The present invention relates to a method for operating a drive train of a work machine according to the preamble of
Im Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Radlader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper oder auch Bagger, bekannt. Derartige 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.Electrically driven work machines, such as wheel loaders, skid steer loaders, telehandlers, dumpers or even excavators, are known in the prior art. Such electrically driven working machines are either purely electrically driven, i.e. they only have an electric battery or an electric accumulator for their energy supply, or they are diesel-electrically driven, which means that the required energy is provided by a diesel-driven generator, usually in Connection to an electrical buffer storage, such as an appropriately sized capacitor, is provided. In all cases, the mechanical power required for the travel drive and the working drive is provided by one or more electric motors. Furthermore, hybrid-electric working machines are also known in which the mechanical power required for operation is primarily provided by an internal combustion engine, usually a diesel engine. An additionally provided electric motor is fed by a battery or an accumulator and typically assumes a so-called boost function here.
In diesem Zusammenhang beschreibt die
Weiterhin ist es bekannt, dass die für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb vorgesehenen Elektromotoren in bestimmten Situationen und insbesondere bei längerem Betrieb überhitzen können. Um die Elektromotoren vor einer Zerstörung durch Überhitzen zu schützen, erfolgt bei Überschreiten einer vorgebbaren Temperatuschwelle daher ein sog. Derating, d.h. die elektrische Leistungsaufnahme des Elektromotors wird soweit begrenzt, dass der Elektromotor wieder abkühlen kann oder zumindest keine weitere Erwärmung stattfindet.Furthermore, it is known that the electric motors provided for the travel drive and the working drive can overheat in certain situations and in particular during prolonged operation. In order to protect the electric motors from being destroyed by overheating, so-called derating takes place when a definable temperature threshold is exceeded, i.e. the electrical power consumption of the electric motor is limited to such an extent that the electric motor can cool down again or at least no further heating takes place.
Die noch unveröffentlichte
Die bekannten Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass diese bei Erreichen einer zuvor festgelegten Grenztemperatur eines Elektromotors - ggf. nach einem zuvor erfolgten, stufenweisen Derating - den Elektromotor vollständig abschalten, um in jedem Fall eine weitere Erwärmung zu verhindern. Dadurch kann eine von der Arbeitsmaschine zu verrichtende Arbeit nicht fortgesetzt werden und es entsteht eine unerwünschte Verzögerung im Arbeitsfortschritt.However, the known methods for operating an electric drive train of a working machine have the disadvantage that when a previously defined limit temperature of an electric motor is reached - possibly after a previously performed, gradual derating - they completely switch off the electric motor in order to prevent further heating in any case impede. As a result, work to be performed by the working machine cannot be continued and an undesirable delay in the work progress occurs.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine vorzuschlagen.It is an object of the invention to propose an improved method for operating a drive train of a working machine.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.According to the invention, this object is achieved by the method for operating a drive train of a work machine according to
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang mindestens einen Elektromotor umfasst, wobei dem mindestens einen Elektromotor eine theoretische Lebensdauer zugeordnet ist, wobei eine tatsächliche Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors abhängig von einem Verlauf einer Temperatur des mindestens einen Elektromotors über die tatsächliche Lebensdauer ist, wobei die Temperatur erfasst wird und wobei eine Leistungsbegrenzung des mindestens einen Elektromotors erfolgt, wenn die Temperatur des mindestens einen Elektromotors eine Grenztemperatur überschreitet, so dass die tatsächliche Lebensdauer nicht die theoretische Lebensdauer unterschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die theoretische Lebensdauer mindestens ein definiertes Zeitfenster umfasst, innerhalb dessen die Temperatur des mindestens einen Elektromotors die Grenztemperatur überschreiten kann, ohne dass die Leistungsbegrenzung erfolgt.The invention relates to a method for operating a drive train of a work machine, the drive train comprising at least one electric motor, a theoretical service life being assigned to the at least one electric motor, with an actual service life of the at least one electric motor depending on a temperature profile of the at least one electric motor over is the actual service life, the temperature being detected and the power of the at least one electric motor being limited if the temperature of the at least one electric motor exceeds a limit temperature, so that the actual service life does not fall below the theoretical service life. The method according to the invention is characterized in that the theoretical service life includes at least one defined time window within which the temperature of the at least one electric motor can exceed the limit temperature without the power being limited.
Die Erfindung beschreibt also ein Verfahren, welches das Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine betrifft, wobei der Antriebsstrang mindestens einen Elektromotor aufweist. Bevorzugt ist es zudem vorgesehen, dass der Antriebsstrang aus zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antrieben besteht, nämlich einem Arbeitsantrieb und einem Fahrantrieb. Jedem dieser beiden Antriebe, dem Arbeitsantrieb wie auch dem Fahrantrieb, ist vorteilhaft jeweils ein eigener Elektromotor, nämlich ein elektrischer Fahrmotor bzw. ein elektrischer Arbeitsmotor, zugeordnet.The invention thus describes a method which relates to the operation of a drive train of a working machine, the drive train having at least one electric motor. Provision is also preferably made for the drive train to consist of two drives that can be operated independently of one another, namely a working drive and a travel drive. Each of these two drives, the working drive as well as the driving drive drove, is advantageously each assigned its own electric motor, namely an electric traction motor or an electric working motor.
Der Antriebsstrang ist also vorteilhaft als elektrischer Antriebsstrang ausgebildet.The drive train is therefore advantageously designed as an electric drive train.
Der Fahrantrieb wird dabei nach Maßgabe einer Leistungsanforderung des Fahrantriebs vom Fahrmotor angetrieben und der Arbeitsantrieb wird entsprechend nach Maßgabe einer Leistungsanforderung des Arbeitsantriebs vom Arbeitsmotor angetrieben. Unter einer Leistungsanforderung wird dabei allgemein eine Steuereingabe für den Fahrantrieb bzw. für den Arbeitsantrieb verstanden, beispielsweise eine gewünschte Beschleunigung der Fahrgeschwindigkeit oder ein gewünschtes Anheben einer beladenen Schaufel. Eine derartige Steuereingabe hat zur Folge, dass der jeweils angesprochene Antrieb, also der Fahrantrieb bzw. der Arbeitsantrieb, über den Fahrmotor bzw. den Arbeitsmotor die zur Umsetzung der Steuereingabe erforderliche mechanische Leistung bereitstellen muss. Aus diesem Grund ist eine Steuereingabe in nahezu allen Situationen mit einer entsprechenden Leistungsanforderung verknüpft. Es ist dabei unerheblich, ob die Leistungsanforderung 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 bzw. des Assistenzsystems. Da der Arbeitsmotor und der Fahrmotor naturgemäß jeweils Wirkungsgrade von unter 100 % haben, können sie sich beim Betrieb nach Maßgabe der Leistungsanforderungen erwärmen. Im Falle einer dann erfolgenden Leistungsbegrenzung wird nun die Zufuhr von elektrischer Energie an den Fahrmotor bzw. den Arbeitsmotor entgegen der jeweiligen Leistungsanforderung soweit begrenzt, dass der Fahrmotor bzw. der Arbeitsmotor seine Temperatur wieder reduzieren kann.The traction drive is driven by the traction motor according to a power requirement of the traction drive, and the working drive is driven by the working engine according to a power requirement of the working drive. A power requirement is generally understood to mean a control input for the travel drive or for the working drive, for example a desired acceleration of the travel speed or a desired lifting of a loaded shovel. Such a control input has the consequence that the respectively addressed drive, ie the traction drive or the working drive, has to provide the mechanical power required to convert the control input via the traction motor or the working motor. For this reason, in almost all situations, a control input is linked to a corresponding performance requirement. It is irrelevant whether the power request is made by an operator of the working machine, e.g. by actuating an accelerator pedal or a work joystick, or by an automated control intervention of an assistance system of the working machine or the assistance system. Since the working motor and the traction motor naturally each have efficiencies below 100%, they can heat up during operation in accordance with the performance requirements. In the case of a power limitation that then takes place, the supply of electrical energy to the traction motor or the working motor is now limited, contrary to the respective power requirement, to such an extent that the traction motor or the working motor can reduce its temperature again.
Dem mindestens einen Elektromotor ist dabei eine theoretische Lebensdauer zugeordnet, wobei die theoretische Lebensdauer anhand eines temperaturabhängigen Lebensdauermodells bestimmt wird. In das Lebensdauermodell werden dabei Daten eingesetzt, die in der Regel aus Laborversuchen und Berechnungen an einem baugleichen Referenz-Elektromotor stammen. Üblicherweise wird der Referenz-Elektromotor dabei mit einer Temperatur beaufschlagt, die deutlich über seiner vorgesehenen Betriebstemperatur liegt, um eine schnellere Alterung und einen erhöhten Verschleiß des Referenz-Elektromotors zu bewirken. Dadurch kann die Gesamt-Lebenszeit des Referenz-Elektromotors vergleichsweise schnell durchlaufen werden. Anhand der gemessenen Gesamt-Lebenszeit und des bekannten Einflusses der Temperatur auf die tatsächliche Lebensdauer kann dann die theoretische Lebensdauer aller baugleichen Elektromotoren für eine bestimmte maximale Betriebstemperatur ermittelt werden. Die theoretische Lebensdauer wird oftmals in Form einer Garantie verwendet, um z.B. einem Käufer des mindestens einen Elektromotors eine Sicherheit darüber zu geben, wie lange der mindestens eine Elektromotor genutzt werden kann. Insofern stellt die theoretische Lebensdauer auch ein betriebswirtschaftliches Kriterium für die Auswahl eines zu einem bestimmten Verwendungszweck vorgesehenen Elektromotors dar.A theoretical service life is assigned to the at least one electric motor, the theoretical service life being determined using a temperature-dependent service life model. Data is used in the service life model that usually comes from laboratory tests and calculations on a reference electric motor of the same construction. The reference electric motor is usually subjected to a temperature that is significantly above its intended operating temperature in order to cause faster aging and increased wear of the reference electric motor. As a result, the entire service life of the reference electric motor can be run through comparatively quickly. Based on the measured total service life and the known influence of temperature on the actual service life, the theoretical service life of all identical electric motors can be determined for a specific maximum operating temperature. The theoretical service life is often used in the form of a guarantee, e.g. to give a buyer of the at least one electric motor certainty as to how long the at least one electric motor can be used. In this respect, the theoretical service life also represents an economic criterion for the selection of an electric motor intended for a specific purpose.
Bei dem Lebensdauermodell handelt es sich um ein mathematisches Modell, welches einen mathematischen Zusammenhang zwischen einer thermischen Belastung des mindestens einen Elektromotors und seiner theoretisch zu erwartenden Lebensdauer beschreibt. Die thermische Belastung wird dabei über die Temperatur des mindestens einen Elektromotors beschrieben. Je höher die Temperatur ist, desto stärker verkürzt sich die theoretisch zu erwartende Lebensdauer. Umgekehrt führt eine niedrige Temperatur im Betrieb des mindestens einen Elektromotors nur zu einer geringfügigen Reduzierung der theoretisch zu erwartenden Lebensdauer. Derartige Lebensdauermodelle sind im Stand der Technik an sich bekannt.The service life model is a mathematical model that describes a mathematical relationship between a thermal load on the at least one electric motor and its theoretically expected service life. The thermal load is described here via the temperature of the at least one electric motor. The higher the temperature, the greater the reduction in the theoretically expected service life. Conversely, a low temperature during operation of the at least one electric motor leads only to a slight reduction in the service life that can theoretically be expected. Such lifetime models are known per se in the prior art.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die theoretische Lebensdauer bestimmt wird, indem im temperaturabhängigen Lebensdauermodell die Grenztemperatur herangezogen wird. Daraus folgt, dass der mindestens eine Elektromotor die theoretische Lebensdauer gerade erreicht, wenn er während seiner gesamten tatsächlichen Lebensdauer konstant bei der Grenztemperatur betrieben würde. Die tatsächliche Lebensdauer kann naturgemäß erst dann bestimmt werden, wenn der mindestens eine Elektromotor sein Lebensdauerende erreicht hat.Provision is particularly preferably made for the theoretical service life to be determined by using the limit temperature in the temperature-dependent service life model. It follows from this that the at least one electric motor just reaches the theoretical service life if it were operated constantly at the limit temperature throughout its actual service life. The actual service life can of course only be determined when the at least one electric motor has reached the end of its service life.
Die tatsächliche Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors ist letztlich jedoch abhängig vom Verlauf der Temperatur des mindestens einen Elektromotors über seine tatsächliche Lebensdauer. Wenn der mindestens eine Elektromotor bei niedrigen Temperaturen betrieben wird, reduziert sich seine tatsächliche Lebensdauer entsprechend langsamer als die theoretische Lebensdauer. Wenn er jedoch bei höheren Temperaturen betrieben wird, so verkürzt sich seine tatsächliche Lebensdauer entsprechend schneller als die theoretische Lebensdauer. Damit die theoretische Lebensdauer auch tatsächlich erreicht wird, damit also die tatsächliche Lebensdauer mindestens so groß ist wie die theoretische Lebensdauer, wird vorteilhaft eine Grenztemperatur vorgegeben, die der mindestens eine Elektromotor während seiner Lebensdauer in der Regel nicht überschreiten darf. Diese Grenztemperatur ist in der Regel derart gewählt, dass der mindestens eine Elektromotor die theoretische Lebensdauer gerade erreicht, wenn er während seiner gesamten tatsächlichen Lebensdauer konstant bei der Grenztemperatur betrieben würde. Die tatsächliche Lebensdauer kann naturgemäß erst dann bestimmt werden, wenn der mindestens eine Elektromotor sein Lebensdauerende erreicht hat.Ultimately, however, the actual service life of the at least one electric motor is dependent on the course of the temperature of the at least one electric motor over its actual service life. If the at least one electric motor is operated at low temperatures, its actual service life is correspondingly reduced more slowly than the theoretical service life. However, if it is operated at higher temperatures, its actual service life will shorten correspondingly faster than the theoretical service life. So that the theoretical service life is actually achieved, so that the actual service life is at least as long as the theoretical service life, a limit temperature is advantageously specified, which the at least one electric motor generally must not exceed during its service life. This limit temperature is usually selected in such a way that the at least one electric motor just reaches the theoretical service life if it were operated constantly at the limit temperature throughout its actual service life. The actual service life can of course only be determined when the at least one electric motor has reached the end of its service life.
Um sicher gehen zu können, dass der mindestens eine Elektromotor nicht oberhalb der Grenztemperatur betrieben wird und sich somit seine tatsächliche Lebensdauer soweit verkürzt, dass die theoretische Lebensdauer nicht mehr erreicht werden kann, wird konstant oder regelmäßig die Temperatur erfasst. Ein Festhalten eines Verlaufs der Temperatur über die tatsächliche Lebensdauer muss dabei nicht zwingend erfolgen, ist aber denkbar. Wenn ein Überschreiten der Grenztemperatur erkannt wird, erfolgt eine Leistungsbegrenzung des mindestens einen Elektromotors beispielsweise in der Form einer Reduzierung eines elektrischen Stroms, mit der bzw. mit dem der mindestens eine Elektromotor beaufschlagt wird, so dass sichergestellt werden kann, dass die tatsächliche Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors nicht die theoretische Lebensdauer unterschreitet und der mindestens eine Elektromotor also nicht vor Erreichen der theoretischen Lebensdauer ausfällt. Durch diese Begrenzung der zugeführten elektrischen Leistung kann der mindestens eine Elektromotor soweit abkühlen, dass er wieder eine Temperatur unterhalb der Grenztemperatur erreicht.In order to be able to be sure that the at least one electric motor is not operated above the limit temperature and its actual service life is thus reduced to such an extent that the theoretical service life can no longer be achieved, the temperature is recorded constantly or regularly. It is not absolutely necessary for the temperature profile to be recorded over the actual service life, but it is conceivable. If it is detected that the limit temperature has been exceeded, the power of the at least one electric motor is limited, for example in the form of a reduction in electric current applied to the at least one electric motor, so that it can be ensured that the actual service life of the at least an electric motor does not fall below the theoretical service life and the at least one electric motor does not fail before the theoretical service life is reached. As a result of this limitation of the electrical power supplied, the at least one electric motor can cool down to such an extent that it again reaches a temperature below the limit temperature.
Gleichzeitig mit der Leistungsbegrenzung kann vorteilhaft auch eine Intensivierung der Kühlmaßnahmen erfolgen, mit denen der mindestens eine Elektromotor gekühlt wird. Somit kann die Temperatur des mindestens einen Elektromotors noch schneller reduziert werden, so dass er entsprechend schneller wieder eine Temperatur unterhalb der Grenztemperatur erreicht und wieder betriebsfähig ist.At the same time as the power is limited, the cooling measures with which the at least one electric motor is cooled can advantageously also be intensified. The temperature of the at least one electric motor can thus be reduced even more quickly, so that it again reaches a temperature below the limit temperature correspondingly more quickly and is operational again.
Die jeweilige Temperatur wird dabei beispielsweise direkt gemessen, etwa durch einen Temperatursensor, der in physischem Kontakt mit einem Gehäuse des Arbeitsmotors bzw. des Fahrmotors steht. Z.B. kann die Temperatur des Stators auf einfache Weise über einen direkten Kontakt gemessen werden. Ebenso ist aber auch eine Temperaturmessung am Stator oder an den Spulenwicklungen des mindestens einen Elektromotors denkbar, die beispielsweise berührungslos über Infrarotmessungen erfolgen kann. Insbesondere für die Temperaturerfassung des Rotors ist eine berührungslose Temperaturerfassung bevorzugt. Schließlich ist es auch denkbar, die Temperatur des mindestens einen Elektromotors rein rechnerisch zu bestimmen anhand einer bekannten Spannungsbeaufschlagung, einer bekannten Stromaufnahme und bekannter Motorcharakteristika.The respective temperature is measured directly, for example, by a temperature sensor that is in physical contact with a housing of the working motor or the traction motor. For example, the temperature of the stator can easily be measured through direct contact. However, a temperature measurement on the stator or on the coil windings of the at least one electric motor is also conceivable, which can be carried out without contact using infrared measurements, for example. Non-contact temperature detection is particularly preferred for the temperature detection of the rotor. Finally, it is also conceivable to determine the temperature of the at least one electric motor purely by calculation based on a known applied voltage, a known current consumption and known motor characteristics.
Bevorzugt werden sowohl die Temperatur des Fahrmotors als auch die Temperatur des Arbeitsmotors erfasst.Both the temperature of the traction motor and the temperature of the working motor are preferably recorded.
Die Leistungsbegrenzung kann beispielsweise eine Leistungsbegrenzung um einen festen Wert sein, um den die maximal zulässige Leistung begrenzt wird, etwa 20 %, 30, %, 50 %, 75 % oder sogar 100%, wobei bei einer Leistungsbegrenzung um 100 % der mindestens eine Elektromotor vorübergehend bis zum Unterschreiten der Grenztemperatur vollständig stillgelegt wird.The power limitation can, for example, be a power limitation by a fixed value by which the maximum permissible power is limited, for example 20%, 30%, 50%, 75% or even 100%, with a power limitation of 100% of the at least one electric motor temporarily shut down completely until the temperature falls below the limit.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die theoretische Lebensdauer mindestens ein definiertes Zeitfenster umfasst, innerhalb dessen die Temperatur des mindestens einen Elektromotors die Grenztemperatur überschreiten kann, ohne dass die Leistungsbegrenzung erfolgt. Vorteilhaft ist es zusätzlich vorgesehen, dass innerhalb des mindestens einen definierten Zeitfensters die Temperatur des mindestens einen Elektromotors die Grenztemperatur überschreiten kann, ohne dass die tatsächliche Lebensdauer die theoretische Lebensdauer unterschreitet. Das bedeutet also, dass die theoretische Lebensdauer in diesem Fall nicht ausschließlich anhand der Grenztemperatur bestimmt ist, sondern dass vielmehr mindestens ein definiertes Zeitfenster, innerhalb dessen die Grenztemperatur überschritten werden kann, während der theoretischen Lebensdauer vorgesehen ist. In anderen Worten ist die theoretische Lebensdauer also derart berechnet, dass eine Überschreitung der Grenztemperatur im Betrieb des mindestens einen Elektromotors während des mindestens einen definierten Zeitfensters zulässig ist, da die Überschreitung bereits von vornherein bei der Bestimmung der theoretischen Lebensdauer berücksichtigt wurde. Somit kann die Überschreitung während des mindestens einen definierten Zeitfensters auch nicht zu einer temperaturbedingten schnelleren Reduzierung der tatsächlichen Lebensdauer gegenüber der theoretischen Lebensdauer führen.According to the invention, it is now provided that the theoretical service life includes at least one defined time window within which the temperature of the at least one electric motor can exceed the limit temperature without the power being limited. Advantageously, it is additionally provided that the temperature of the at least one electric motor can exceed the limit temperature within the at least one defined time window without the actual service life falling below the theoretical service life. This means that in this case the theoretical service life is not determined solely on the basis of the limit temperature, but rather that at least one defined time window within which the limit temperature can be exceeded is provided during the theoretical service life. In other words, the theoretical service life is calculated in such a way that the limit temperature may be exceeded during operation of the at least one electric motor during the at least one defined time window, since the excess was taken into account from the outset when determining the theoretical service life. Therefore, exceeding the at least one defined time window cannot lead to a temperature-related faster reduction of the actual service life compared to the theoretical service life.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Antriebsstrang bzw. die Arbeitsmaschine zumindest vorübergehend, nämlich während des mindestens einen definierten Zeitfensters, in Belastungsbereichen betrieben werden können, die andernfalls nicht möglich wären. Insbesondere vergleichsweise kurz angeforderte Leistungsspitzen können somit umgesetzt werden, ohne dass die zu verrichtende Arbeit aufgrund einer drohenden Überhitzung oder einer bereits eingetretenen Überhitzung des mindestens einen Elektromotors unterbrochen werden muss. Beispielsweise kann somit eine Steigungsfahrt mit hoher Geschwindigkeit ohne Leistungsbegrenzung ausgeführt werden, die ohne Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Unterbrechung erfordern würde bzw. nur mit reduzierter Geschwindigkeit fortgesetzt werden könnte. Ebenso kann beispielweise ein Betrieb des Arbeitsantriebs für einen bestimmten Zeitraum mit hoher Leistung vergleichsweise länger fortgesetzt werde, solange das mindestens eine definierte Zeitfenster noch nicht vollständig ausgeschöpft ist. Dadurch wird der Nutzwert des Antriebsstrangs gesteigert, da von der Arbeitsmaschinen verrichtete Tätigkeiten nicht unterbrochen oder mit verringerter Leistung fortgesetzt werden müssen.This results in the advantage that the drive train or the work machine can be operated at least temporarily, namely during the at least one defined time window, in load ranges that would otherwise not be possible. In particular, power peaks that are requested for a comparatively short time can thus be implemented without the work to be performed having to be interrupted due to an impending overheating or an overheating of the at least one electric motor that has already occurred. Thus, for example, driving uphill at high speed without reducing performance be executed limitation, which would require an interruption without executing the method according to the invention or could only be continued at reduced speed. Likewise, for example, operation of the working drive for a specific period of time at high power can be continued comparatively longer as long as the at least one defined time window has not yet been fully exhausted. This increases the usefulness of the drive train, since activities performed by the work machine do not have to be interrupted or continued with reduced performance.
Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zu Nutze, dass Betriebszustände des Antriebsstrangs bzw. des mindestens einen Elektromotors, bei denen die Temperatur des mindestens einen Elektromotors die Grenztemperatur übersteigt, vergleichsweise selten vorkommen, dann aber zu einer unerwünschten Verzögerung bei der Fortsetzung der zu verrichtenden Arbeit führen. Indem nun derartige Betriebszustände über eine bestimmte Zeitdauer, nämlich das mindestens eine definierte Zeitfenster, fest in die theoretische Lebensdauer eingeplant sind, können sie auch innerhalb des mindestens einen definierten Zeitfensters zugelassen werden, ohne dass mit einem Ausfall des mindestens einen Elektromotors noch innerhalb der - in der Regel vom Hersteller zugesicherten - theoretischen Lebensdauer gerechnet werden muss.The invention makes use of the knowledge that operating states of the drive train or the at least one electric motor in which the temperature of the at least one electric motor exceeds the limit temperature occur comparatively rarely, but then lead to an undesirable delay in the continuation of the work to be performed to lead. Since such operating states are now firmly planned into the theoretical service life over a certain period of time, namely the at least one defined time window, they can also be permitted within the at least one defined time window without a failure of the at least one electric motor occurring within the - in the theoretical service life guaranteed by the manufacturer.
Bei dem mindestens einen Zeitfenster handelt es sich um mindestens ein Zeitfenster, das während der tatsächlichen Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors einmalig zur Verfügung steht. Nachdem die Temperatur des mindestens einen Elektromotors für die Dauer des mindestens einen Zeitfensters oberhalb der Grenztemperatur lag, ist das Zeitfenster geschlossen. Beim nächsten Überschreiten der Grenztemperatur erfolgt daher eine Leistungsbeschränkung des mindestens einen Elektromotors.The at least one time window is at least one time window that is available once during the actual service life of the at least one electric motor. After the temperature of the at least one electric motor was above the limit temperature for the duration of the at least one time window, the time window is closed. The next time the limit temperature is exceeded, the power of the at least one electric motor is therefore limited.
Ungeachtet dieses Aussetzens der Leistungsbegrenzung ist vorteilhaft eine kritische Temperatur vorgesehen, bei deren Überschreiten dennoch eine Leistungsbegrenzung erfolgt. Die kritische Temperatur liegt bevorzugt merklich über der Grenztemperatur und beschreibt eine Temperatur, bei deren Erreichen unmittelbar irreversible Schäden am mindestens einen Elektromotor oder anderen Komponenten des Antriebsstrangs drohen. Um zu vermeiden, dass die kritische Temperatur überhaupt erreicht wird, kann beispielsweise bereits im Temperaturbereich zwischen der Grenztemperatur und der kritischen Temperatur eine Leistungsbegrenzung bzw. eine stufenweise zunehmende Leistungsbegrenzung erfolgen.Irrespective of this suspension of the power limitation, a critical temperature is advantageously provided, which, if exceeded, nevertheless results in a power limitation. The critical temperature is preferably noticeably above the limit temperature and describes a temperature which, when reached, immediately threatens irreversible damage to at least one electric motor or other components of the drive train. In order to prevent the critical temperature from being reached at all, a power limitation or a stepwise increasing power limitation can already take place, for example, in the temperature range between the limit temperature and the critical temperature.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die theoretische Lebensdauer eine Vielzahl von definierten Zeitfenstern umfasst, wobei jedes definierte Zeitfenster einem individuellen Temperaturbereich oberhalb der Grenztemperatur zugeordnet ist. Somit kann unterschiedlich hohen Temperaturbereichen oberhalb der Grenztemperatur entsprechend Rechnung getragen werden.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the theoretical service life includes a large number of defined time windows, each defined time window being assigned to an individual temperature range above the limit temperature. In this way, different high temperature ranges above the limit temperature can be taken into account accordingly.
Gemäß einer besonders Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zeitfenster aus der Vielzahl von definierten Zeitfenstern mit zunehmender Beabstandung von der Grenztemperatur kürzer werden. Es ergibt sich somit also ein pyramidenförmiges Stufenmodell aus unterschiedlichen Zeitfenstern, welche gemeinsam die Vielzahl von Zeitfenstern darstellen, wobei die unterste und größte bzw. zeitlich längste Stufe einem vergleichsweise geringsten, unmittelbar oberhalb der Grenztemperatur liegenden Temperaturbereich zugeordnet ist. Alternativ kann eine unterste Stufe aber auch unterhalb der Grenztemperatur liegen. Die nächsthöhere Stufe ist dem nächsthöheren Temperaturbereich zugeordnet und ist bereits kleiner bzw. kürzer als die unterste Stufe. Die darauffolgende Stufe ist einem nochmals höheren Temperaturbereich zugeordnet und ist wiederum kürzer als die vorgehergehende Stufe. Dieses Modell kann fortgesetzt werden und beliebig viele Stufen bzw. Zeitfenster umfassen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass unterschiedlich hohe Temperaturbereiche oberhalb der Grenztemperatur nicht nur unterschieden werden können, sondern darüber hinaus auch unterschiedlich lange erlaubt sein können, was insbesondere den mit der Temperatur in der Regel exponentiell zunehmenden Verschleiß berücksichtigt.According to a particular embodiment of the invention, it is provided that the time windows from the multiplicity of defined time windows become shorter as the distance from the limit temperature increases. This results in a pyramid-shaped step model from different time windows, which together represent the multiplicity of time windows, with the lowest and largest or time-longest step being assigned to a comparatively lowest temperature range lying directly above the limit temperature. Alternatively, a lowest level can also be below the limit temperature. The next higher level is assigned to the next higher temperature range and is already smaller or shorter than the lowest level. The subsequent stage is associated with an even higher temperature range and is again shorter than the previous stage. This model can be continued and include any number of stages or time windows. This results in the advantage that different high temperature ranges above the limit temperature can not only be distinguished, but also different lengths of time can also be allowed, which in particular takes into account the wear, which usually increases exponentially with the temperature.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das mindestens eine Zeitfenster aufteilbar ist auf eine Vielzahl von Zeitabschnitten, welche zeitlich voneinander beabstandet sein können und in Summe das mindestens eine Zeitfenster ergeben. D.h. also, dass das mindestens eine Zeitfenster nicht zusammenhängend ausgenutzt werden muss, solange nur die zeitliche Gesamtdauer der Temperatur im jeweils zugeordneten Temperaturbereich oberhalb der Grenztemperatur über die tatsächliche Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors nicht länger ist als das mindestens eine definierte Zeitfenster insgesamt. Beispielsweise kann die Temperatur des mindestens einen Elektromotors bei einem definierten Zeitfenster von 1 h über die tatsächliche Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors einmal 20 min, dann 10 min und schließlich nochmal 30 min oberhalb der Grenztemperatur liegen, ohne dass die tatsächliche Lebensdauer dadurch gegenüber der theoretischen Lebensdauer verkürzt würde.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one time window can be divided into a large number of time segments which can be spaced apart in time and result in the at least one time window in total. This means that the at least one time window does not have to be used contiguously as long as the total duration of the temperature in the respectively assigned temperature range above the limit temperature over the actual service life of the at least one electric motor is not longer than the at least one defined time window in total. For example, the temperature of the at least one electric motor in a defined time window of 1 hour over the actual service life of the at least one electric motor can be 20 minutes, then 10 minutes and finally another 30 minutes above the limit temperature, without the actual service life being compared to the theoretical service life would be shortened.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Leistungsbegrenzung erfolgt, wenn die Temperatur des mindestens einen Elektromotors die Grenztemperatur überschreitet und das mindestens eine definierte Zeitfenster bereits geschlossen ist. Da in diesem Fall also die zulässige Betriebsdauer des mindestens einen Elektromotors oberhalb der Grenztemperatur bereits vollständig abgelaufen ist, d.h., dass das mindestens eine definierte Zeitfenster bereits geschlossen ist, erfolgt nun eine Leistungsbegrenzung, um eine Verkürzung der tatsächlichen Lebensdauer unter die theoretische Lebensdauer zu vermeiden.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the power is limited when the temperature of the at least one electric motor exceeds the limit temperature and the at least one defined time window has already closed. Since in this case the permissible operating time of the at least one electric motor above the limit temperature has already completely expired, ie the at least one defined time window has already closed, the power is now limited in order to prevent the actual service life from being reduced below the theoretical service life.
Sofern eine Vielzahl von definierten Zeitfenstern vorgesehen ist, erfolgt die Leistungsbegrenzung vorteilhaft immer dann, wenn die Temperatur des mindestens einen Elektromotors einem definierten Zeitfenster zugeordnet ist, das bereits geschlossen ist.If a large number of defined time windows are provided, the power is advantageously always limited when the temperature of the at least one electric motor is associated with a defined time window that has already closed.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einer Vielzahl von definierten Zeitfenstern Zeitabschnitte eines einem höheren Temperaturbereich zugeordneten definierten Zeitfensters für einen Betrieb des mindestens einen Elektromotors in einem einem niedrigeren Temperaturbereich zugeordneten definierten Zeitfenster herangezogen werden, wenn das dem niedrigeren Temperaturbereich zugeordnete definierte Zeitfenster bereits geschlossen ist. Das bedeutet also, dass ein Betrieb des mindestens einen Elektromotors auch dann noch in einem bestimmten Temperaturbereich oberhalb der Grenztemperatur zulässig ist, wenn das diesem Temperaturbereich zugeordnete definierte Zeitfenster bereits geschlossen ist und gleichzeitig noch mindestens ein weiteres, einem noch höhren Temperaturbereich zugeordnetes Zeitfenster noch nicht geschlossen ist. In diesem Fall kann anstelle des bereits geschlossenen, dem entsprechenden Temperaturbereich zugeordneten definierten Zeitfensters das dem höheren Temperaturbereich zugeordnete definierte Zeitfenster herangezogen werden, so dass ein entsprechendes Zeitabschnitt des dem höheren Temperaturbereich zugeordneten definierten Zeitfensters verbraucht wird. Dadurch ergibt sich eine größere Flexibilität im Betrieb des mindestens einen Elektromotors oberhalb der Grenztemperatur. Insbesondere können Leistungsbeschränkungen, welche die Arbeit des Antriebsstrangs bzw. der Arbeitsmaschine verlangsamen würden, vermieden werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that in a large number of defined time windows, time segments of a defined time window assigned to a higher temperature range are used for operation of the at least one electric motor in a defined time window assigned to a lower temperature range if the time window assigned to the lower temperature range defined time window is already closed. This means that the at least one electric motor can still be operated in a specific temperature range above the limit temperature if the defined time window assigned to this temperature range has already closed and at the same time at least one other time window assigned to an even higher temperature range has not yet closed is. In this case, the defined time window assigned to the higher temperature range can be used instead of the already closed defined time window assigned to the corresponding temperature range, so that a corresponding time segment of the defined time window assigned to the higher temperature range is used up. This results in greater flexibility in the operation of the at least one electric motor above the limit temperature. In particular, power restrictions that would slow down the work of the drive train or the working machine can be avoided.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zeitabschnitte des einem höheren Temperaturbereich zugeordneten Zeitfensters mit einem vorgebbaren Faktor verlängert werden, wenn sie für den Betrieb des mindestens einen Elektromotors in dem einem niedrigeren Temperaturbereich zugeordneten Zeitfenster herangezogen werden. Der Faktor trägt dabei vorteilhaft dem Umstand Rechnung, dass der mindestens eine Elektromotor in einem höheren Temperaturbereich einen höheren Verschleiß erfährt als in einem niedrigeren Temperaturbereich. Dementsprechend kann der mindestens eine Elektromotor in einem entsprechend niedrigeren Temperaturbereich entsprechend länger betrieben werden wie in einem entsprechend höheren Temperaturbereich, ohne dass er dabei einen höheren Verschleiß erfährt. Somit kann die zur Verfügung stehende Betriebszeit oberhalb der Grenztemperatur sehr flexibel ausgenutzt werden und Leistungsbeschränkungen können weitgehend vermieden werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the time segments of the time window assigned to a higher temperature range are lengthened by a definable factor if they are used for the operation of the at least one electric motor in the time window assigned to a lower temperature range. The factor advantageously takes into account the fact that the at least one electric motor experiences greater wear in a higher temperature range than in a lower temperature range. Accordingly, the at least one electric motor can be operated in a correspondingly lower temperature range for a correspondingly longer time than in a correspondingly higher temperature range, without it experiencing greater wear. In this way, the available operating time above the limit temperature can be used very flexibly and performance restrictions can be largely avoided.
Der Faktor kann beispielsweise fest vorgegeben sein, etwa mit einem Wert von 1,5, oder abhängig von den jeweils beteiligten Temperaturbereichen vorgegeben sein.The factor can, for example, be fixed, for example with a value of 1.5, or can be specified as a function of the temperature ranges involved in each case.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Leistungsbegrenzung stufenweise oder kontinuierlich erfolgt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein flexibles Reagieren auf eine beobachtete Temperaturerhöhung des mindestens eines Elektromotors möglich ist. Beispielsweise können neben der Grenztemperatur weitere Temperaturgrenzen definiert werden, deren Überschreiten zu einer stufenweise zunehmenden Leistungsbeschränkung führt. Oder aber die Leistungsbeschränkung folgt einer stetigen und differenzierbaren Funktion, beispielsweise einer Geraden, welche mit zunehmendem Temperaturanstieg oberhalb einer vorgebbaren Grenztemperatur kontinuierlich die Leistungsbeschränkung erhöht, bis der mindesten eine Elektromotor schließlich vollständig stillgelegt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the power limitation takes place in stages or continuously. This results in the advantage that a flexible reaction to an observed increase in temperature of the at least one electric motor is possible. For example, in addition to the limit temperature, other temperature limits can be defined, exceeding which leads to a gradually increasing power limitation. Or the power limitation follows a continuous and differentiable function, for example a straight line, which continuously increases the power limitation as the temperature rises above a definable limit temperature, until the at least one electric motor is finally shut down completely.
Somit kann insbesondere ein abruptes Reduzieren der Leistung des mindesten einen Elektromotors auf Null vermieden werden.In this way, in particular, an abrupt reduction in the power of the at least one electric motor to zero can be avoided.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang mindestens einen Elektromotor umfasst, wobei dem mindestens einen Elektromotor eine theoretische Lebensdauer zugeordnet ist, wobei eine tatsächliche Lebensdauer des mindestens einen Elektromotors abhängig von einem Verlauf einer Temperatur des mindestens einen Elektromotors über die tatsächliche Lebensdauer ist, wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, über Temperaturerfassungsmittel den Verlauf zu erfassen und wobei der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, eine Leistungsbegrenzung des mindestens einen Elektromotors auszuführen, wenn eine Temperatur des mindestens einen Elektromotors eine Grenztemperatur überschreitet. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, dass die theoretische Lebensdauer mindestens ein definiertes Zeitfenster umfasst, innerhalb dessen die Temperatur des mindestens einen Elektromotors die Grenztemperatur überschreiten kann, ohne dass die Leistungsbegrenzung erfolgt.The invention also relates to a drive train for a working machine, the drive train comprising at least one electric motor, with the at least one electric motor being assigned a theoretical service life, with an actual service life of the at least one electric motor depending on a temperature profile of the at least one electric motor over the actual Service life is, wherein the drive train is designed to detect the course via temperature detection means and wherein the drive train is designed to limit the power of the at least one electric motor when a temperature of the at least one electric motor exceeds a limit temperature. The drive train according to the invention is characterized in that the drive train is designed such that the theoretical service life includes at least one defined time window within which the temperature of the at least one electric motor can exceed the limit temperature without the power being limited.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ermöglicht somit die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, was zu den bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteilen führt.The drive train according to the invention thus enables the method according to the invention to be carried out, which leads to the advantages already described in connection with the method according to the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang einen Arbeitsantrieb und einen Fahrantrieb umfasst, wobei der Fahrantrieb nach Maßgabe einer Leistungsanforderung des Fahrantriebs von einem elektrischen Fahrmotor antreibbar ist und wobei der Arbeitsantrieb nach Maßgabe einer Leistungsanforderung des Arbeitsantriebs von einem elektrischen Arbeitsmotor antreibbar ist.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive train comprises a working drive and a traction drive, with the traction drive being able to be driven by an electric traction motor in accordance with a power requirement of the traction drive, and with the working drive being drivable by an electric working motor in accordance with a power requirement of the working drive is.
Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang auch eine elektronische Steuereinheit bzw. Regeleinheit für den Fahrantrieb und eine elektronische Steuereinheit bzw. Regeleinheit für den Arbeitsantrieb. Alternativ bevorzugt kann der Antriebsstrang auch eine gemeinsame elektronische Steuereinheit bzw. Regeleinheit für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb gemeinsam umfassen. Die Steuereinheit bzw. Regeleinheit für den Fahrantrieb erstellt dabei für jede Situation nach Maßgabe einer Eingabe eines Bedieners der Arbeitsmaschine bzw. nach Maßgabe eines Assistenzsystems oder eines Sicherheitssystems die Leistungsanforderung des Fahrantriebs. Ebenso erstellt die Steuereinheit bzw. Regeleinheit des Arbeitsantriebs die Leistungsanforderung des Arbeitsantriebs. Alternativ werden die Leistungsanforderungen des Fahrantriebs und des Arbeitsantriebs von der gemeinsamen Steuereinheit bzw. Regeleinheit erstellt.The drive train preferably also includes an electronic control unit or control unit for the travel drive and an electronic control unit or control unit for the working drive. As an alternative, the drive train can also preferably include a common electronic control unit or control unit for the travel drive and the working drive. The control unit or regulating unit for the travel drive creates the power requirement of the travel drive for each situation according to an input from an operator of the working machine or according to an assistance system or a safety system. Likewise, the control unit or regulating unit of the working drive creates the power requirement of the working drive. Alternatively, the performance requirements of the travel drive and the working drive are created by the common control unit or regulating unit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Temperaturerfassungsmittel dazu ausgebildet sind, die Temperatur des Arbeitsmotors und die Temperatur des Fahrmotors jeweils an einer Spulenwicklung erfassen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the temperature detection means are designed to detect the temperature of the working engine and the temperature of the traction motor, each on a coil winding.
Die Temperaturerfassungsmittel können dabei als thermoelektrische Temperaturfühler mit Auswerteelektronik ausgebildet sein oder als kontaktlos messende Infrarotmessmittel. Alternativ oder zusätzlich zur Plausibilisierung der gemessenen Temperaturen können die Temperaturerfassungsmittel auch als auf einem elektronischen Rechenwerk, wie beispielsweise einem Mikrokontroller, ausführbare Softwaremittel ausgebildet sein, die anhand einer Spannungsbeaufschlagung, einer Stromaufnahme und bekannter Motorcharakteristika die Temperatur des mindestens einen Elektromotors rechnerisch ermitteln.The temperature detection means can be embodied as thermoelectric temperature sensors with evaluation electronics or as contactless measuring infrared measuring means. Alternatively or in addition to the plausibility check of the measured temperatures, the temperature detection means can also be embodied as software means that can be executed on an electronic arithmetic unit, such as a microcontroller, which calculates the temperature of the at least one electric motor on the basis of a voltage application, a current consumption and known motor characteristics.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren für den Fahrmotor und für den Arbeitsmotor jeweils unabhängig voneinander auszuführen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the drive train is designed to carry out the method according to the invention for the traction motor and for the working motor independently of one another.
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.The invention further relates to a working machine, comprising a drive train according to the invention. This also results in the advantages already described in connection with the drive train according to the invention for the work machine according to the invention.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine als Radlader, Dumper, Bagger, Teleskoplader, Kommunalfahrzeug, Müllfahrzeug, Minenfahrzeug, Kompaktlader, Flugzeugschlepper oder Traktor ausgebildet ist.Provision is preferably made for the work machine to be in the form of a wheel loader, dumper, excavator, telehandler, municipal vehicle, garbage truck, mining vehicle, skid steer loader, aircraft tractor or tractor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using the embodiments shown in the figures.
Es zeigen:
-
1 beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine in Form eines Flussdiagramms, -
2 beispielhaft einen Verlauf einer Temperatur über die Zeit im Betrieb eines Elektromotors eines erfindungsgemäßen Antriebsstrang, -
3 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine und -
4 beispielhaft und schematisch eine Vielzahl von definierten Zeitfenstern.
-
1 an example of a possible embodiment of a method according to the invention for operating a drive train of a working machine in the form of a flowchart, -
2 for example a course of a temperature over time during operation of an electric motor of a drive train according to the invention, -
3 exemplary and schematic of a possible embodiment of a working machine according to the invention and -
4 a large number of defined time windows by way of example and diagrammatically.
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.Identical objects, functional units and comparable components are denoted by the same reference symbols across the figures. These objects, functional units and comparable components are designed to be identical in terms of their technical features, unless the description explicitly or implicitly states otherwise.
Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt nun in Schritt 100 mit der Erfassung der Temperatur T des mindestens einen Elektromotors 11. Die Temperatur T wird dabei kontinuierlich erfasst und in Schritt 101 gegen eine vorgegebene Grenztemperatur TGrenz verglichen. Beispielsgemäß beträgt die Grenztemperatur TGrenz 200 °C und wird an einer Spulenwicklung des mindestens einen Elektromotors 11 gemessen. Die Schritte 100 und 101 wiederholen sich dabei ständig. Sofern der Vergleich in Schritt 101 ergibt, dass die erfasste Temperatur T die Grenztemperatur TGrenz überschritten hat, wird im folgenden Schritt 102 geprüft in welchem von mehreren Temperaturbereichen ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4 und ΔT5 oberhalb der Grenztemperatur TGrenz die erfasste Temperatur T des mindestens einen Elektromotors 11 liegt. Beispielsgemäß sind fünf Temperaturbereiche ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4 und ΔT5 oberhalb der Grenztemperatur TGrenz vorgesehen, von denen der erste ΔT1 die Temperaturen T von 200 °C bis 210 °C umfasst, der zweite ΔT2 die Temperaturen T von 210 °C bis 220 °C, der dritte ΔT3 die Temperaturen T von 220 °C bis 230 °C, der vierte ΔT4 die Temperaturen T von 230 °C bis 240 °C und der fünfte ΔT5 schließlich die Temperaturen T von 240 °C bis 250 °C umfasst. Gleichzeitig wird in Schritt 102 ein der erfassten Temperatur T entsprechender Temperaturbereich ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4 und ΔT5 ausgewählt. Im nun folgenden Schritt 103 wird geprüft, ob ein diesem Temperaturbereich ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4 und ΔT5 zugeordnetes definiertes Zeitfenster tFenster noch offen ist oder bereits geschlossen ist. Beispielsgemäß handelt es sich um den ersten Temperaturbereich ΔT1. Sofern das diesem Temperaturbereich zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,1 noch offen ist, wird das Verfahren in Schritt 104 fortgesetzt. Es wird ein Timer gestartet, der die Betriebsdauer des mindestens einen Elektromotors 11 in diesem Temperaturbereich ΔT1 misst und ständig prüft, ob das dem Temperaturbereich ΔT1 zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,1 noch offen ist oder sich schließt. Sofern sich das zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,1 schließt oder bereits geschlossen ist, wird von Verfahrensschritt 103 zu Schritt 105 übergegangen. In Schritt 105 wird geprüft, ob ein einem höheren Temperaturbereich ΔT2 zugeordnetes definiertes Zeitfensters tFenster,2 noch nicht geschlossen ist und für den Betrieb des mindestens einen Elektromotors 11 herangezogen werden kann. Beispielsgemäß ist das dem zweiten Temperaturbereich ΔT2 zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,2 bereits geschlossen aber das dem dritten Temperaturbereich ΔT3 zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,3 noch offen. Entsprechend wird in Schritt 106 nun das dem dritten Temperaturbereich ΔT3 zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,3 herangezogen, um den mindestens einen Elektromotor 11 im ersten Temperaturbereich ΔT1 zu betreiben. Auch hier wird wieder ein Timer gestartet, um zu prüfen das dem dritten Temperaturbereich ΔT1 zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,3 sich schließt. Sofern sich auch das dem dritten Temperaturbereich ΔT1 zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,3 schließt und kein einem höheren Temperaturbereich ΔT4 und ΔT5 zugeordnete definierte Zeitfenster tFenster,4 und tFenster,5 mehr zur Verfügung steht, wird von Schritt 103 nach Schritt 107 übergegangen. Der Übergang von Schritt 103 nach Schritt 107 erfolgt auch dann, wenn von vornherein kein definierte Zeitfenster tFenster mehr zur Verfügung steht. In Schritt 107 erfolgt nun eine Leistungsbeschränkung des mindestens einen Elektromotors 11 auf beispielsgemäß 50 % der maximal zulässigen elektrischen Leistung. Sofern die Temperatur T des mindestens einen Elektromotors 11 infolge der Leistungsbeschränkung wieder unter die Grenztemperatur TGrenz fällt, wird das Verfahren ausgehend von Schritt 100 erneut ausgeführt.The execution of the method according to the invention now begins in
In einem derartigen definierten Zeitfenster tFenster wird der Elektromotor 11 nun bis zum Zeitpunkt t5 betrieben. Bereits zum Zeitpunkt t4 steigt die Temperatur T nicht weiter an und bleibt auf einem konstanten Wert oberhalb der Grenztemperatur TGrenz. Zum Zeitpunkt t5 endet das einmalige, definierte Zeitfenster tFenster,da die noch verbliebenen 2 min ebenfalls verstrichen sind. Dementsprechend erfolgt zum Zeitpunkt t5 auch eine Leistungsbegrenzung des Elektromotors 11, so dass dieser abkühlen kann und zum Zeitpunkt t6 eine Temperatur T unterhalb der Grenztemperatur TGrenz erreicht.In such a defined time window t window , the electric motor 11 is now operated up to the point in time t 5 . Already at time t 4 the temperature T does not rise any further and remains at a constant value above the limit temperature T limit . The one-time, defined time window t window ends at time t 5 , since the remaining 2 minutes have also elapsed. Accordingly, the power of the electric motor 11 is also limited at time t 5 , so that it can cool down and at time t 6 it reaches a temperature T below the limit temperature T limit .
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Antriebsstrangpowertrain
- 1111
- Elektromotorelectric motor
- 1212
- elektrischer Energiespeicher electrical energy storage
- 2020
- Arbeitsmaschinework machine
- 3030
- Arbeitsantriebworking drive
- 3131
- elektrischer Arbeitsmotorelectric working motor
- 3232
- Arbeitsvorrichtungworking device
- 3333
- Schaufelarmshovel arm
- 3434
- Schaufelshovel
- 3535
- Regeleinheit, dreiphasiges InvertermodulControl unit, three-phase inverter module
- 3636
- Temperaturerfassungsmittel, Infrarotsensor Temperature sensing means, infrared sensor
- 4040
- Fahrantriebtraction drive
- 4141
- elektrischer Fahrmotorelectric traction motor
- 4242
- Fahrgetriebedriving gear
- 4343
- Kupplungcoupling
- 4444
- Fahrzeugrädervehicle wheels
- 4545
- Regeleinheit, dreiphasiges InvertermodulControl unit, three-phase inverter module
- 4646
- Temperaturerfassungsmittel, Infrarotsensor Temperature sensing means, infrared sensor
- 100100
- Erfassen der Temperaturdetecting the temperature
- 101101
- Vergleich der Temperatur mit GrenztemperaturComparison of temperature with limit temperature
- 102102
- Prüfen, in welchem von mehreren Temperaturbereichen oberhalb der Grenztemperatur die erfasste Temperatur liegtCheck in which of several temperature ranges above the limit temperature the recorded temperature lies
- 103103
- Prüfen ob ein einem Temperaturbereich zugeordnetes definiertes Zeitfensters noch offen istCheck whether a defined time window assigned to a temperature range is still open
- 104104
- Starten eines TimersStart a timer
- 105105
- Prüfen ob ein einem höheren Temperaturbereich zugeordnetes definiertes Zeitfensters noch offen istCheck whether a defined time window assigned to a higher temperature range is still open
- 106106
- Heranziehen des dem dritten Temperaturbereich zugeordneten definierten ZeitfenstersUsing the defined time window assigned to the third temperature range
- 107107
- Leistungsbegrenzung des mindestens einen ElektromotorsPower limitation of the at least one electric motor
- TT
- Temperaturtemperature
- TGrenzlimit
- Grenztemperaturlimit temperature
- ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4, ΔT5ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4, ΔT5
- Temperaturbereich temperature range
- tt
- Zeittime
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 202014000738 U1 [0003]DE 202014000738 U1 [0003]
- DE 102020211422 [0005]DE 102020211422 [0005]
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- 2021-03-30 DE DE102021203202.8A patent/DE102021203202A1/en active Pending
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