DE102021203557A1

DE102021203557A1 - Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine und Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102021203557A1
Application number: DE102021203557.4A
Authority: DE
Inventors: Rico Glöckner; Michael Siber; Alexey Rudolf; Xiaoting ZHU
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine und eine Arbeitsmaschine beschriebe. Die Arbeitsmaschine weist einen Elektromotor (20), eine Getriebepumpe (24), welche als Konstantpumpe ausgebildet ist, eine Arbeitshydraulikpumpe (26), welche als Verstellpumpe ausgebildet ist, und einen Antriebsstrang mit einem schaltbaren Getriebe (14) auf. Der Elektromotor (20) ist dazu ausgebildet ist, die Getriebepumpe (24) und die Arbeitshydraulikpumpe (26) anzutreiben. Die Getriebepumpe (24) ist dazu ausgebildet, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen jeweiliger Schaltelemente des Getriebes (14) bereitzustellen. Das Verfahren weist einen Schritt eines Erkennens (50) einer bevorstehenden Schaltung des Getriebes (14) auf. Zudem weist das Verfahren einen Schritt eines Erhöhens (52) einer Drehzahl des Elektromotors (20) auf, um einen durch die Getriebepumpe (24) bereitgestellten Volumenstrom des Fluids zu erhöhen, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes (14) erkannt wurde.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine und eine Arbeitsmaschine.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass eine Arbeitsmaschine eine Getriebepumpe aufweisen kann, welche von einem Motor angetrieben wird. Mittels der Getriebepumpe wird ein Volumenstrom eines Fluids bereitgestellt, um ein Getriebe der Arbeitsmaschine schalten zu können. Um einen effizienten Arbeitszyklus zu ermöglichen, wird die Getriebepumpe so klein wie möglich dimensioniert. Beim Schalten wird nur kurzzeitig ein großer Volumenstrom benötigt, beispielsweise um eine Kupplung des Getriebes zu befüllen. Deswegen wird entweder eine ausreichend groß dimensionierte Getriebepumpe genutzt oder ein Druckspeicher vorgesehen, um den großen Volumenstrom kurzzeitig bereitstellen zu können. Eine ausreichend groß dimensionierte Getriebepumpe ist jedoch teuer, benötigt viel Bauraum und verursacht einen ineffizienten Arbeitszyklus, insbesondere wenn die Getriebepumpe dauerhaft arbeitet. Ein Druckspeicher ist ebenfalls teuer, benötigt separaten Bauraum und stellt ein zusätzliches Teil dar, welches montiert und angeschlossen werden muss.
Darstellung der Erfindung
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine. Eine Arbeitsmaschine kann beispielsweise als Radlader oder Landmaschine ausgebildet sein. Die Arbeitsmaschine kann ein Fahrzeug sein. Die Arbeitsmaschine weist einen Elektromotor auf. Der Elektromotor kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Die Arbeitsmaschine kann eine Energiequelle, wie beispielsweise eine Batterie oder einen Verbrennungsmotor, zum Antreiben des Elektromotors aufweisen. Die Arbeitsmaschine weist einen Antriebsstrang mit einem schaltbaren Getriebe auf. Der Antriebsstrang kann alle Komponenten umfassen, welche in der Arbeitsmaschine zum Bereitstellen einer Antriebsleistung und deren Übertragung an den Boden vorgesehen sind. Das Getriebe kann dazu ausgebildet sein, eine Eingangsgröße, wie ein Eingangsdrehmoment, in eine Ausgangsgröße, wie ein Ausgangsdrehmoment, zu übersetzen. Das schaltbare Getriebe kann mehrere unterschiedliche und durch Schaltung wählbare Gänge bereitstellen. Jeder Gang kann beispielsweise ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis bereitstellen. Die Schaltung kann beispielsweise durch Betätigung eines Schaltelements des Getriebes, wie einer Lamellenkupplung oder Klauenkupplung, erfolgen. Das Getriebe kann wenigstens ein Schaltelement aufweisen. Das Getriebe kann miteinander kämmende Zahnräder aufweisen.
Die Arbeitsmaschine weist eine Getriebepumpe auf. Die Getriebepumpe ist dazu ausgebildet, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen jeweiliger Schaltelemente des Getriebes bereitzustellen. Der Volumenstrom kann eine Menge Fluid pro Zeit sein, welche durch die Getriebepumpe gefördert wird und so den jeweiligen Schaltelementen bereitgestellt werden kann. Die Getriebepumpe kann fluidisch mit dem Getriebe, beispielsweise dessen jeweiligen Schaltelementen, verbunden sein. Das Fluid kann Öl sein oder ein anderes Fluid, welches geeignet ist, die Schaltelemente zu versorgen. Durch eine Bedruckung jeweiliger Schaltelemente mit dem Volumenstrom des Fluids kann beispielsweise ein Teil des jeweiligen Schaltelements, wie ein Kolben, zur Betätigung des Schaltelements bewegt werden. Durch die Betätigung des Schaltelements kann das Schaltelement in einen offenen oder geschlossenen Zustand verstellt werden. In dem geschlossenen Zustand kann das Schaltelement beispielsweise zwei Teile des Getriebes, wie zwei Wellen oder Elemente eines Planetenradsatzes, zur Drehmomentübertragung miteinander verbinden. In dem geöffneten Zustand des Schaltelements können dagegen beispielsweise diese zwei Teile des Getriebes voneinander getrennt sein, sodass keine Drehmomentübertragung erfolgt.
Eine Fluidverbindung der Getriebepumpe mit dem Getriebe, wie dessen Schaltelementen, kann frei von einem Druckspeicher sein. Beispielsweise kann ein Druckspeicher als Membranspeicher oder eine andere Form von hydraulischem Akkumulator ausgebildet sein. Dagegen kann eine Fluidleitung kein Druckspeicher sein, da deren Hauptzweck der Transport des Volumenstroms des Fluid ist.
Die Arbeitsmaschine weist eine Arbeitshydraulikpumpe auf. Die Arbeitshydraulikpumpe kann dazu ausgebildet sein, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen jeweiliger Arbeitsgeräte der Arbeitsmaschine bereitzustellen. Beispielsweise können Arbeitsgeräte, wie eine Schaufel eines Radladers, so bewegt werden. Beispielsweise kann mit der Arbeitshydraulikpumpe eine Hydraulik der Arbeitsmaschine versorgt werden, welche wenigstens in bestimmten Bereichen von dem Getriebe fluidisch getrennt ist.
Die Getriebepumpe ist als Konstantpumpe ausgebildet. Eine Konstantpumpe verdrängt beispielsweise bei jeder Umdrehung immer das gleiche Volumen. Eine Konstantpumpe kann besonders kostengünstig, klein und robust sein. Beispielsweise kann die Getriebepumpe als Flügelzellenpumpe ausgebildet sein. Die Arbeitshydraulikpumpe ist als Verstellpumpe ausgebildet. Bei einer Verstellpumpe kann ein Verdrängungsvolumen eingestellt werden. Beispielsweise kann die Arbeitshydraulikpumpe als Schrägscheibenpumpe ausgebildet sein. Durch ein Verschwenken der Schrägscheibe kann so ein Schluckvolumen verändert werden. Dies kann eine Drehzahlvarianz erlauben. Beispielsweise kann so bei unterschiedlicher Drehzahl der Arbeitshydraulikpumpe ein konstanter Volumenstrom von Fluid bereitgestellt werden. Beispielsweise kann so bei konstanter Drehzahl der Arbeitshydraulikpumpe ein variabler Volumenstrom von Fluid bereitgestellt werden. Die Arbeitshydraulikpumpe kann so flexibel auf jeweilige Leistungsanforderungen in einer Arbeitshydraulik reagieren. Dadurch kann beispielsweise die Nutzung jeweiliger Arbeitsgeräte jederzeit und effizient auch bei wechselnden Lasten möglich sein.
Alternativ bevorzugt kann die Arbeitshydraulikpumpe auch als Schrägachsenpumpe ausgebildet sein. Weiterhin ist es ebenso denkbar und bevorzugt, dass die Arbeitshydraulikpumpe beispielsweise mehrere Hubräume und den Hubräumen zugeordnete Kolben aufweist, wobei die Hubräume bzw. Kolben inaktiv geschaltet werden können, so dass bei konstanter Pumpendrehzahl über die Anzahl der aktiven Hubräume bzw. Kolben ein Volumenstrom gesteuert werden kann.
Ganz allgemein wird im Sinne der Erfindung unter einer Arbeitshydraulikpumpe eine Pumpe verstanden, die bei konstanter Drehzahl in der Lage ist, den von ihr erzeugten Volumenstrom zu ändern.
Der Elektromotor ist dazu ausgebildet, die Getriebepumpe und die Arbeitshydraulikpumpe anzutreiben. Dafür kann der Elektromotor mit der Getriebepumpe und der Arbeitshydraulikpumpe mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise kann der Elektromotor eine Abtriebswelle aufweisen, an welcher beispielsweise ein Antriebsmoment bereitstellbar ist. Beispielsweise können eine Eingangswelle der Getriebepumpe und eine Eingangswelle der Arbeitshydraulikpumpe permanent drehfest mit der Abtriebswelle des Elektromotors verbunden sein. Beispielsweise kann der Elektromotor auch über eine Übersetzungsstufe mit der Getriebepumpe und der Arbeitshydraulikpumpe verbunden sein. Pro Pumpe kann auch eine zugeordnete Übersetzungsstufe vorgesehen sein. Die Getriebepumpe und die Arbeitshydraulikpumpe können beispielsweise jeweils mit einer identischen Drehzahl oder mit einem konstanten Drehzahlverhältnis angetrieben werden. Eine mechanische Verbindung des Elektromotors mit der Getriebepumpe und der Arbeitshydraulikpumpe kann so ausgebildet sein, dass eine Drehzahl der Getriebepumpe und eine Drehzahl der Arbeitshydraulikpumpe immer direkt proportional zu der Drehzahl des Elektromotors sind. Das Verfahren kann einen Schritt eines Antreibens der Getriebepumpe und der Arbeitshydraulikpumpe mittels des Elektromotors aufweisen.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Erkennens einer bevorstehenden Schaltung des Getriebes auf. Zu diesem Zweck können beispielsweise eine Leistungsanforderung an einen Antriebsstrang, eine derzeitige Drehzahl und alternativ oder zusätzlich eine Fahrgeschwindigkeit erfasst werden. Beispielsweise kann eine bevorstehende Schaltung durch einen Vergleich eines derzeitigen Betriebszustands mit jeweiligen bekannten Schaltpunkten des Getriebes erkannt werden. Die bevorstehende Schaltung kann auch beispielsweise durch einen Vergleich mit einer vorherigen erfassten Schalthistorie erkannt werden. Für das Erkennen der bevorstehenden Schaltung kann eine Schaltung prognostiziert werden.
Das Verfahren weist einen Schritt eines Erhöhens einer Drehzahl des Elektromotors auf, um einen durch die Getriebepumpe bereitgestellten Volumenstrom des Fluids zu erhöhen, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes erkannt wurde. Die Drehzahl des Elektromotors kann beispielsweise durch eine Leistungssteuerung oder Stromzufuhr verändert werden. Beispielsweise kann eine Ausgangsdrehzahl des Elektromotors unzureichend sein, damit die Getriebepumpe einen für den bevorstehenden Schaltvorgang ausreichenden Volumenstrom des Fluids bereitstellen kann. Dagegen kann die erhöhte Drehzahl des Elektromotors ausreichend sein, damit die Getriebepumpe einen für den bevorstehenden Schaltvorgang ausreichenden Volumenstrom des Fluids bereitstellen kann. Dadurch kann auf einen Druckspeicher verzichtet werden, um eine Leistungsspitze aufgrund des Schaltvorgangs kompensieren zu können. Ebenso muss die Getriebepumpe nicht dauerhaft mit einer solchen Leistung versorgt werden, dass jederzeit mit dem bereitgestellten Volumenstrom ein Schaltvorgang möglich ist. So kann die Getriebepumpe beispielsweise nur für eine kurzzeitige Spitzenleistung dimensioniert sein und muss nicht für einen dauerhaft hohen Volumenstrom ausgebildet sein. Dadurch kann die Getriebepumpe kostengünstig und klein sein. Zudem kann die Arbeitsmaschine so effizient betrieben werden, da der für das Schalten notwendige Volumenstrom des Fluids durch die Getriebepumpe nur vorübergehend und bedarfsgerecht bereitgestellt wird. Dadurch, dass die Arbeitshydraulikpumpe als Verstellpumpe ausgebildet ist, kann gleichzeitig der Volumenstroms des Fluids in der Arbeitshydraulik trotz einer Veränderung der Drehzahl des Elektromotors konstant bleiben. So können unerwünschte Auswirkungen auf die Arbeitshydraulik und Benutzung jeweiliger Arbeitsgeräte vermieden werden.
Das Verfahren kann einen Schritt eines Schaltens des Getriebes aufweisen. Das Schalten kann beispielsweise durch eine Benutzereingabe erfolgen oder auch automatisch, beispielsweise falls das Getriebe als Automatikgetriebe ausgebildet ist. Durch das Schalten kann ein Wechsel eines Ganges des Antriebsstrangs erfolgen. Beispielsweise kann sich bei dem Schalten der Zustand wenigstens eines der Schaltelemente des Getriebes ändern werden. Beispielsweise kann eine Lamellenkupplung zum Schalten geöffnet oder geschlossen werden. Durch das Schalten des Getriebes kann beispielsweise eine andere Übersetzung in dem Getriebe bereitgestellt werden bzw. ein anderer Gang eingelegt werden. So kann beispielsweise ein Fahren mit einer höheren Fahrgeschwindigkeit ermöglicht werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren ferner einen Schritt eines Verringerns der Drehzahl des Elektromotors auf, um zu einer Ausgangsdrehzahl zurückzukehren. Die Ausgangsdrehzahl kann eine Drehzahl des Elektromotors vor dem Schritt des Erhöhens der Drehzahl sein. Die Ausgangsdrehzahl kann auch gegenüber einer Drehzahl vor dem Schritt des Erhöhens verändert sein, beispielsweise durch einen zwischenzeitlich veränderten Betriebspunkt und alternativ oder zusätzlich einer Veränderung der Lastanforderung an die Arbeitshydraulik. Beispielsweise kann der Schritt des Verringerns der Drehzahl des Elektromotors nach dem Schalten des Getriebes erfolgen. Beispielsweise kann der Schritt des Verringerns der Drehzahl des Elektromotors in Reaktion auf das Schalten des Getriebes erfolgen. Beispielsweise kann der Schritt des Verringerns der Drehzahl des Elektromotors alternativ oder zusätzlich erfolgen, falls erkannt wird, dass keine Schaltung des Getriebes mehr bevorsteht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren ferner einen Schritt eines Beibehaltens der erhöhten Drehzahl des Elektromotors für eine Kühlung des Getriebes für eine Zeitdauer nach einem Schalten und vor der Verringerung der Drehzahl des Elektromotors auf. Die Kühlung des Getriebes kann ein Abführen von Wärme zu einer Temperaturreduzierung sein. Dadurch kann eine Rückkühlung eines beim Schalten betätigten Schaltelements des Getriebes beschleunigt werden, da die Getriebepumpe weiterhin einen größeren Volumenstrom des Fluids bereitstellen kann. Mit der Fluiddurchströmung kann das Getriebe und dessen Schaltelemente schnell gekühlt werden. So kann das Getriebe beispielsweise für eine geringere thermische Belastung ausgelegt werden. Die Zeitdauer kann beispielsweise eine vorbestimmte Zeitdauer sein. Das Beibehalten der Drehzahl kann beispielsweise eine unveränderte Drehzahl sein oder eine gegenüber einer durch die Leistungsanforderung der Arbeitshydraulik erhöhten Drehzahl. Die Zeitdauer kann auch in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Antriebsstrangs, insbesondere eines Betriebszustands des Getriebes, bestimmt werden. Beispielsweise kann die Zeitdauer in Abhängigkeit von einer Last im Antriebsstrang bestimmt werden. Beispielsweise kann bei einer größeren Erwärmung des Getriebes, beispielsweise aufgrund einer hohen Reibkraft beim Schalten, die erhöhte Drehzahl länger beibehalten werden als bei einer geringen Reibkraft beim Schalten. Für die Bestimmung der Zeitdauer kann ein thermisches Modell des Getriebes und alternativ oder zusätzlich des Antriebsstrangs genutzt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Beibehaltung der erhöhten Drehzahl des Elektromotors für eine Zeitdauer nach dem Schalten nur dann erfolgt, wenn ein bei dem Schalten des Getriebes arbeitendes reibschlüssiges Schaltelement nach dem Schalten geöffnet ist. In diesem Fall kann die erhöhte Drehzahl und der daraus resultierende erhöhte Volumenstrom des Fluids, welcher mit der Getriebepumpe bereitgestellt wird, das Schaltelement besonders gut kühlen. Beispielsweise kann eine geöffnete Lamellenkupplung besonders gut von Fluid durchströmt werden, wodurch einzelne und im geöffneten Zustand voneinander beabstandete Lamellen besonders effizient gekühlt werden. Ein arbeitendes Schaltelement kann ein Schaltelement sein, welches beim Schalten des Getriebes eine Reibleistung erbracht hat. Ein arbeitendes Schaltelement kann ein Schaltelement sein, dessen Zustand beim Schalten des Getriebes geändert wurde.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren ferner einen Schritt eines Anpassens einer Stellung der Arbeitshydraulikpumpe an eine veränderte Drehzahl des Elektromotors auf, um einen Volumenstrombedarf der Arbeitshydraulik zu befriedigen. Beispielsweise kann die Stellung der Arbeitshydraulikpumpe so angepasst werden, dass trotz der Drehzahlveränderung des Elektromotors der durch die Arbeitshydraulikpumpe bereitgestellte Volumenstrom konstant bleibt, beispielsweise falls ein Bedarf der Arbeitshydraulik konstant bleibt. Eine Anpassung der Stellung der Arbeitshydraulikpumpe kann beispielsweise durch eine Veränderung eines Schluckvolumens der Arbeitshydraulikpumpe erfolgen. Beispielsweise kann eine Schrägscheibe der Arbeitshydraulikpumpe zur Anpassung verschwenkt werden. Beispielsweise kann die Anpassung in Abhängigkeit von einer Lasterfassung selbsttätig erfolgen. Die Anpassung kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich durch aktives Verstellen eines Stellmotors der Arbeitshydraulikpumpe, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Volumenstrombedarf der Arbeitshydraulik, erfolgen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren ferner einen Schritt eines Verringerns des Volumenstrombedarfs der Arbeitshydraulik auf, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes erkannt wurde. So können Leistungsspitzen in der gesamten Arbeitsmaschine beim Schalten verringert oder vermieden werden. Beispielsweise kann so ein Leistungsbedarf gleich oder kleiner als eine Maximalleistung des Elektromotors bleiben. Dafür kann beispielsweise eine maximal mit den Arbeitsgeräten abrufbare Leistung begrenzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Schluckvolumen der Arbeitshydraulikpumpe verringert werden. Ein Leistungsbedarf der Arbeitshydraulik kann angebotsseitig und alternativ oder zusätzlich nachfrageseitig verringert werden. Das Verringern kann beispielsweise zeitgleich mit dem Erhöhen der Drehzahl des Elektromotors erfolgen. Das Verringern kann beispielsweise für die gleiche Zeitdauer erfolgen, wie die Drehzahl des Elektromotors erhöht ist.
Ein zweiter Aspekt betrifft eine Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Die Arbeitsmaschine weist einen Elektromotor, eine Getriebepumpe, welche als Konstantpumpe ausgebildet ist, eine Arbeitshydraulikpumpe, welche als Verstellpumpe ausgebildet ist, einen Antriebsstrang mit einem schaltbaren Getriebe und eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise als Recheneinheit ausgebildet sein. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, jeweilige Informationen zu einem Betriebszustand der Arbeitsmaschine zu erhalten und in Abhängigkeit davon ein Steuersignal zu erzeugen, beispielsweise zum Steuern der Drehzahl des Elektromotors.
Der Elektromotor ist dazu ausgebildet, die Getriebepumpe und die Arbeitshydraulikpumpe anzutreiben. Die Getriebepumpe ist dazu ausgebildet, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen jeweiliger Schaltelemente des Getriebes bereitzustellen. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, eine bevorstehende Schaltung des Getriebes zu erkennen und eine Drehzahl des Elektromotors zu erhöhen, um einen durch die Getriebepumpe bereitgestellten Volumenstrom des Fluids zu erhöhen, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes erkannt wurde.
In einer Ausführungsform der Arbeitsmaschine weist die Arbeitsmaschine einen weiteren Elektromotor auf, welcher dazu ausgebildet ist, eine Antriebskraft der Arbeitsmaschine über das schaltbare Getriebe bereitzustellen. Dadurch kann eine wechselseitige Beeinflussung von Arbeitsleistung und Fahrleistung verringert oder gänzlich vermieden werden.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Die sich aus den jeweiligen Aspekten ergebenden Merkmale und Vorteile stellen auch jeweilige Merkmale und Vorteile anderer Aspekte dar.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch eine Arbeitsmaschine.
2 veranschaulicht schematisch einen Teil der Arbeitsmaschine gemäß 1 in einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik.
3 veranschaulicht schematisch einen Teil der Arbeitsmaschine gemäß 1 in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern der Arbeitsmaschine gemäß 1.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 veranschaulicht schematisch eine Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine weist einen ersten als Traktionsmotor ausgebildeten Elektromotor 10 auf. Der erste Elektromotor 10 wird mittels einer als Inverter ausgebildeten ersten Steuervorrichtung 12 gesteuert. Eine Abtriebswelle des ersten Elektromotors 10 ist mit einem schaltbaren Getriebe 14 zur Drehmomentübertragung verbunden. Das Getriebe 14 ist mit einem Abtrieb 16 der Arbeitsmaschine zur Drehmomentübertragung verbunden, wobei der Abtrieb 16 durch die angetriebenen Achsen und Räder der Arbeitsmaschine gebildet ist. Das schaltbare Getriebe 14 weist wenigstens ein Schaltelement auf, durch dessen Betätigung jeweilige Gänge eines Antriebsstrangs der Arbeitsmaschine gewechselt werden können. Durch ein Schalten des Getriebes 14 aufgrund eines entsprechenden Betätigens der jeweiligen Schaltelemente des Getriebes 14 wird eine Übersetzung zwischen dem ersten Elektromotor 10 und dem Abtrieb 16 geändert.
Weiterhin weist die Arbeitsmaschine einen zweiten Elektromotor 20 auf. Der zweite Elektromotor 20 wird mittels einer als Inverter ausgebildeten zweiten Steuervorrichtung 22 gesteuert. Eine Abtriebswelle des zweiten Elektromotors 22 ist mit einer Getriebepumpe 24 und einer Arbeitshydraulikpumpe 26 verbunden, um diese anzutreiben. Die Getriebepumpe 24 ist dazu ausgebildet, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen jeweiliger Schaltelemente des Getriebes 14 bereitzustellen. Die Arbeitshydraulikpumpe 26 ist dazu ausgebildet, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen eines Arbeitsgeräts der Arbeitsmaschine bereitzustellen.
Die Getriebepumpe 24, das Getriebe 14, der erste Elektromotor 10 und der zweite Elektromotor 20 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 30 angeordnet. Es ergibt sich somit ein Gesamtsystem, welches sowohl die Arbeitshydraulik über die Arbeitshydraulikpumpe 26 als auch den Abtrieb 16 antreibt.
2 zeigt einen Teil der Arbeitsmaschine in einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik. In dieser Ausführungsform ist die Getriebepumpe 24 als Konstantpumpe ausgebildet, was durch Symbol 42 veranschaulicht ist. Die Arbeitshydraulikpumpe 26 ist als Verstellpumpe ausgebildet, was durch Symbol 44 veranschaulicht ist. Die Getriebepumpe 24 ist bei der Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik mit einem als Membranspeicher ausgebildeten Druckspeicher 46 verbunden. In den Druckspeicher 46 fließt der Volumenstrom des Fluids, welcher von der Getriebepumpe 24 bereitgestellt wird. Der Druckspeicher 46 ist fluidisch mit dem Getriebe 14 verbunden, welcher einen Verbraucher für die Getriebepumpe 24 bildet. Durch den Druckspeicher 46 kann die Getriebepumpe 24 einen geringeren Volumenstrom des Fluids bereitstellen, als kurzfristig durch Schalten des Getriebes 14 benötigt wird. Dies wird durch den Druckspeicher 46 kompensiert.
Der Druckspeicher 46 ist in dem Gehäuse 30 angeordnet, um weiter ein kompaktes Gesamtsystem zu bilden. Der Druckspeicher 46 bildet somit ein zusätzliches Bauteil, wodurch das Gehäuse 30 zudem groß ist.
3 zeigt einen Teil der Arbeitsmaschine in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist die Getriebepumpe 24 ebenfalls als Konstantpumpe ausgebildet, was durch Symbol 42 veranschaulicht ist. Die Arbeitshydraulikpumpe 26 ist ebenfalls als Verstellpumpe ausgebildet, was durch Symbol 44 veranschaulicht ist.
In der Ausführungsform von 3 ist kein Druckspeicher 24 vorgesehen. Stattdessen ist die Getriebepumpe 24 direkt mit dem Getriebe 14 fluidisch verbunden, welche in dieser Ausführungsform ebenfalls einen Verbraucher für die Getriebepumpe 24 bildet. Der Volumenstrom des Fluids, welcher von der Getriebepumpe 24 bereitgestellt wird, wird somit dem Getriebe 14 unmittelbar zugeführt.
Die zweite Steuervorrichtung 22 in der Ausführungsform von 3 ist dazu ausgebildet, eine bevorstehende Schaltung des Getriebes 14 zu erkennen und eine Drehzahl des zweiten Elektromotors 20 zu erhöhen, um einen durch die Getriebepumpe 24 bereitgestellten Volumenstrom des Fluids zu erhöhen, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes 14 erkannt wurde. Dadurch kann in dieser Ausführungsform auf den Druckspeicher verzichtet werden. Sofern keine Schaltung bevorsteht, kann die Arbeitshydraulikpumpe 26 mit einem besonders effizienten Schluckvolumen betrieben werden. Beispielsweise kann ein Schluckvolumen auf 100% gestellt werden. Sobald die Drehzahl des zweiten Elektromotors 20 erhöht wird, kann eine Stellung der Arbeitshydraulikpumpe daran angepasst werden, um einen Volumenstrombedarf der Arbeitshydraulik weiter zu befriedigen. Beispielsweise kann während der Dauer der Drehzahlerhöhung ein Schluckvolumen auf 80% gestellt werden, um der Arbeitshydraulik aufgrund der erhöhten Drehzahl des zweiten Elektromotors 20 nicht mehr Volumenstrom als benötigt bereitzustellen.
4 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern der Arbeitsmaschine gemäß 1, wobei ein Teil der Arbeitsmaschine wie in 3 ausgebildet ist und nicht wie in 2. Die Steuervorrichtung 22 ist zum Ausführen dieses Verfahrens ausgebildet.
In Schritt 50 wird erkannt, ob eine Schaltung des Getriebes 14 bevorsteht. Diese Erkennung erfolgt in Abhängigkeit von einem Schaltpunkt, überlappenden Fahrbereichen und Lastzuständen der Arbeitsmaschine. In Schritt 52 wird eine Drehzahl des zweiten Elektromotors 20 erhöht, um den durch die Getriebepumpe 24 bereitgestellten Volumenstrom des Fluids zu erhöhen, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes 14 erkannt wurde. In einem Schritt 54 erfolgt eine kurzzeitige Leistungsreduzierung an einer Zapfwelle der Arbeitsmaschine, wodurch ein Volumenstrombedarf der Arbeitshydraulik reduziert wird, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes 14 erkannt wurde. In Schritt 56 wird das Getriebe 14 unter Betätigung jeweiliger Schaltelemente geschaltet, während die Drehzahl des Elektromotors 14 erhöht ist und der Volumenstrombedarf der Arbeitshydraulik reduziert ist.
Nach dem Schalten wird in Schritt 58 die Drehzahl des zweiten Elektromotors 20 reduziert, um zu einer Ausgangsdrehzahl vor Schritt 52 zurückzukehren. Wie durch Pfeil 60 veranschaulicht, kann dieses Verringern unmittelbar nach dem Schalten in Schritt 56 erfolgen. Alternativ wird in Schritt 62 die erhöhte Drehzahl des zweiten Elektromotors 20 für eine Kühlung des Getriebes 14 für eine Zeitdauer nach dem Schalten in Schritt 56 und vor dem Verringern der Drehzahl des zweiten Elektromotors 20 in Schritt 58 beibehalten. Schritt 62 wird durchgeführt, wenn ein bei dem Schalten des Getriebes 14 arbeitendes reibschlüssiges Schaltelement nach dem Schalten geöffnet ist. Nach Ablauf der Zeitdauer, in der Ausführungsform sobald das Getriebe 14 eine Zieltemperatur erreicht hat, wird in diesem Fall erst mit Schritt 58 fortgefahren.
Bezugszeichenliste

10: Elektromotor
12: Steuervorrichtung
14: Getriebe
16: Abtrieb
20: Elektromotor
22: Steuervorrichtung
24: Getriebepumpe
26: Arbeitshydraulikpumpe
30: Gehäuse
42: Symbol Konstantpumpe
44: Symbol Verstellpumpe
46: Druckspeicher
50: Schritt des Erkennens
52: Schritt des Erhöhens
54: Schritt der Leistungsreduktion
56: Schritt des Schaltens
58: Schritt des Verringerns
60: Pfeil
62: Schritt des Beibehaltens

Claims

Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine, wobei die Arbeitsmaschine einen Elektromotor (20), eine Getriebepumpe (24), welche als Konstantpumpe ausgebildet ist, eine Arbeitshydraulikpumpe (26), welche als Verstellpumpe ausgebildet ist, und einen Antriebsstrang mit einem schaltbaren Getriebe (14) aufweist, wobei der Elektromotor (20) dazu ausgebildet ist, die Getriebepumpe (24) und die Arbeitshydraulikpumpe (26) anzutreiben, und wobei die Getriebepumpe (24) dazu ausgebildet ist, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen jeweiliger Schaltelemente des Getriebes (14) bereitzustellen, wenigstens die Schritte aufweisend: - Erkennen (50) einer bevorstehenden Schaltung des Getriebes (14); und - Erhöhen (52) einer Drehzahl des Elektromotors (20), um einen durch die Getriebepumpe (24) bereitgestellten Volumenstrom des Fluids zu erhöhen, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes (14) erkannt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner den folgenden Schritt aufweisend: - Verringern (58) der Drehzahl des Elektromotors (20), um zu einer Ausgangsdrehzahl zurückzukehren.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner den folgenden Schritt aufweisend: - Beibehalten (62) der erhöhten Drehzahl des Elektromotors (20) für eine Kühlung des Getriebes (14) für eine Zeitdauer nach einem Schalten (56) und vor der Verringerung (58) der Drehzahl des Elektromotors (20).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Beibehaltung (62) der erhöhten Drehzahl des Elektromotors (20) für eine Zeitdauer nach dem Schalten (56) nur dann erfolgt, wenn ein bei dem Schalten (56) des Getriebes (14) arbeitendes reibschlüssiges Schaltelement nach dem Schalten (56) geöffnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner den folgenden Schritt aufweisend: - Anpassen einer Stellung der Arbeitshydraulikpumpe (26) an eine veränderte Drehzahl des Elektromotors (20), um einen Volumenstrombedarf der Arbeitshydraulik zu befriedigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner den folgenden Schritt aufweisend: - Verringern (54) des Volumenstrombedarfs der Arbeitshydraulik (26), falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes (14) erkannt wurde.
Arbeitsmaschine, welche einen Elektromotor (20), eine Getriebepumpe (24), welche als Konstantpumpe ausgebildet ist, eine Arbeitshydraulikpumpe (26), welche als Verstellpumpe ausgebildet ist, einen Antriebsstrang mit einem schaltbaren Getriebe (14) und eine Steuervorrichtung (22) aufweist, wobei der Elektromotor (20) dazu ausgebildet ist, die Getriebepumpe (24) und die Arbeitshydraulikpumpe (26) anzutreiben und wobei die Getriebepumpe (24) dazu ausgebildet ist, einen Volumenstrom eines Fluids zum Betätigen jeweiliger Schaltelemente des Getriebes (14) bereitzustellen, wobei die Steuervorrichtung (22) dazu ausgebildet ist, eine bevorstehende Schaltung des Getriebes (14) zu erkennen (50) und eine Drehzahl des Elektromotors (20) zu erhöhen (52), um einen durch die Getriebepumpe (24) bereitgestellten Volumenstrom des Fluids zu erhöhen, falls eine bevorstehende Schaltung des Getriebes (14) erkannt wurde.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang einen weiteren Elektromotor (10) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, eine Antriebskraft der Arbeitsmaschine über das schaltbare Getriebe (14) bereitzustellen.