DE102022103465A1 - Construction and/or material handling machine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine wie Kran, Bagger oder Raupe, mit einem Verbrennungsmotor, der über einen mechanischen Antriebsstrang einen oder mehrere Verbraucher wie Pumpe, Winde, Strukturverstellantrieb oder Arbeitsaggregatsantriebe der Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine antreibt, wobei ein Elektroantrieb zum Antreiben des mechanischen Antriebsstrangs vorgesehen und mittels einer Kupplung zuschaltbar und vom mechanischen Antriebsstrang abkuppelbar ist.The present invention relates to a construction and/or material handling machine such as a crane, excavator or caterpillar, with an internal combustion engine which drives one or more consumers such as a pump, winch, structural adjustment drive or working assembly drives of the construction and/or material handling machine via a mechanical drive train, with a Provided electric drive for driving the mechanical drive train and can be switched on by means of a clutch and decoupled from the mechanical drive train.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine wie Kran, Bagger oder Raupe, mit einem Verbrennungsmotor, der über einen mechanischen Antriebsstrang einen oder mehrere Verbraucher wie Pumpe, Winde oder Hub- bzw. Stellwerk antreibt. Die Erfindung betrifft ferner auch eine nachrüstbare, vormontierte, bei Bedarf zuschaltbare Antriebs-Baugruppe zum Einbau in den mechanischen Antriebsstrang einer solchen Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine.The present invention relates to a construction and/or material handling machine such as a crane, excavator or caterpillar with an internal combustion engine which drives one or more consumers such as a pump, winch or hoist or signal box via a mechanical drive train. The invention also relates to a retrofittable, pre-assembled drive assembly that can be switched on if necessary, for installation in the mechanical drive train of such a construction and/or material handling machine.
Baumaschinen wie Krane, Raupen oder Bagger besitzen regelmäßig einen Verbrennungsmotor, der über einen mechanischen Antriebsstrang Verbraucher wie Pumpen, Seilwinden oder Hub- bzw. Stellwerke antreibt, wobei der mechanische Antriebsstrang eine vom Verbrennungsmotor abgehende Antriebswelle, beispielsweise in Form einer Gelenkwelle umfassen kann, die abtriebsseitig an den jeweiligen Verbraucher angebunden ist bzw. über ein oder mehrere Verzweigungsgetriebe und daran anschließende Antriebswellen an mehrere Verbraucher angebunden ist. Die genannten Verbraucher können dabei hydrostatische Antriebe umfassen, deren Pumpe vom mechanischen Antriebsstrang angetrieben wird, um dann hydraulisch beispielsweise einen Stellzylinder zu betätigen. Generell können die vom Verbrennungsmotor über den mechanischen Antriebsstrang antreibbaren Verbraucher Arbeitsbewegungen des jeweiligen Geräts erzeugen, beispielsweise Strukturteile der Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine wie Ausleger oder Werkzeugarme verstellen oder einen Turm oder generell einen Oberwagen über ein Drehwerk verdrehen, oder Arbeitswerkzeuge wie einen Lasthaken oder eine Baggerschaufel anheben und absenken, verschwenken oder in anderer Weise betätigen. Zusätzlich zu den Hauptarbeitsaggregaten können als Verbraucher aber auch Nebenaggregate wie Umwälzpumpen, Kühlaggregate und dergleichen angetrieben werden.Construction machines such as cranes, caterpillars or excavators usually have an internal combustion engine that drives consumers such as pumps, cable winches or hoists or signal boxes via a mechanical drive train, with the mechanical drive train being able to include a drive shaft coming from the internal combustion engine, for example in the form of a cardan shaft, which is driven on the output side is connected to the respective consumer or is connected to several consumers via one or more split transmissions and subsequent drive shafts. The consumers mentioned can include hydrostatic drives, the pump of which is driven by the mechanical drive train, in order then, for example, to actuate an actuating cylinder hydraulically. In general, the consumers that can be driven by the internal combustion engine via the mechanical drive train can generate working movements of the respective device, for example adjusting structural parts of the construction and/or material handling machine such as booms or tool arms or rotating a tower or a superstructure in general via a slewing gear, or working tools such as a load hook or a Raise and lower, swivel or otherwise operate the excavator bucket. In addition to the main working units, auxiliary units such as circulating pumps, cooling units and the like can also be driven as consumers.
Ist die Baumaschine mobil und selbstfahrend ausgebildet, beispielsweise in Form eines Mobilkrans wie Teleskopkrans, oder einer Raupe oder eines Baggers kann der mechanische Antriebsstrang auch Teil eines Fahrantriebs sein, der an eine oder mehrere angetriebene Fahrwerksachsen angebunden werden kann, beispielsweise über ein schaltbares Fahrgetriebe.If the construction machine is designed to be mobile and self-propelled, for example in the form of a mobile crane such as a telescopic crane, or a crawler or an excavator, the mechanical drive train can also be part of a travel drive that can be connected to one or more driven chassis axles, for example via a shiftable travel gear.
Um auf der Baustelle lokal emissionsfrei arbeiten zu können, geht in jüngerer Zeit der Trend dahin, die Verbrennungsmotoren durch zentrale Elektroantriebe zu ersetzen, wobei der zentrale Elektroantrieb je nach Ausbildung der Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine über einen Netzanschluss an ein Versorgungsnetz angeschlossen werden kann, was beispielsweise für stationär betriebene Baumaschinen wie Krane sinnvoll ist. Alternativ oder zusätzlich können an Bord der Baumaschine auch Energiespeicher wie Akkus Verwendung finden, um beispielsweise bei mobilen Baumaschinen einen dann lästigen Netzanschluss zu vermeiden.In order to be able to work locally emission-free on the construction site, the trend has recently been to replace the combustion engines with central electric drives, with the central electric drive being able to be connected to a supply network via a mains connection, depending on the design of the construction and/or material handling machine. which makes sense, for example, for stationary construction machines such as cranes. Alternatively or additionally, energy stores such as rechargeable batteries can also be used on board the construction machine, in order to avoid a then annoying mains connection, for example in the case of mobile construction machines.
Eine Raupe mit einem Elektroantriebsmodul zeigt beispielsweise die Schrift
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine der genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll ein effizienter Betrieb der Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine erreicht werden, der an unterschiedliche Arbeitsaufgaben und Einsatzbedingungen in einfacher Weise anpassbar ist, ohne besondere Vorbereitungen der Arbeitsumgebung wie Netzanschlüsse zu benötigen.The present invention is based on the object of creating an improved construction and/or material handling machine of the type mentioned which avoids the disadvantages of the prior art and further develops the latter in an advantageous manner. In particular, efficient operation of the construction and/or material handling machine should be achieved, which can be easily adapted to different work tasks and conditions of use without requiring special preparations for the work environment, such as mains connections.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine nach Anspruch 1 sowie eine nachrüstbare, vormontierte Elektroantriebs-Baugruppe gemäß Anspruch 16 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, the stated object is achieved by a construction and/or material handling machine according to claim 1 and a retrofittable, pre-assembled electric drive assembly according to
Es wird also vorgeschlagen, die Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine mit einem Hybridantrieb zu versehen, der einerseits den Verbrennungsmotor umfasst und andererseits einen zuschaltbaren Elektroantrieb besitzt. Erfindungsgemäß ist ein Elektroantrieb vorgesehen, der mittels einer Kupplung wahlweise zuschaltbar und von dem mechanischen Antriebsstrang abkuppelbar ist.It is therefore proposed to provide the construction and/or material handling machine with a hybrid drive which, on the one hand, includes the internal combustion engine and, on the other hand, has a switchable electric drive. According to the invention, an electric drive is provided which can be switched on and off from the mechanical drive train by means of a clutch.
Durch Zuschalten des Elektroantriebs kann der mechanische Antriebsstrang der Maschine elektrisch angetrieben werden, beispielsweise um zusätzlich zum Verbrennungsmotor im Sinne einer Boostfunktion zusätzliches Drehmoment bereitstellen zu können. Dabei kann der vom Verbrennungsmotor herkommende, mechanische Antriebsstrang und dessen Anbindung an verschiedene Verbraucher der Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine an sich unverändert bleiben, da der Elektroantrieb an den mechanischen Antriebsstrang angekoppelt wird und dessen weitere Verzweigung bzw. Anbindung an die Verbraucher nutzt. Gleichzeitig kann durch Abkuppeln des Elektroantriebs weiter wie bisher in herkömmlicher Weise nur mit dem Verbrennungsmotor gearbeitet werden, wenn der Elektroantrieb nicht benötigt oder ein reiner Verbrennerbetrieb vorteilhafter ist.By switching on the electric drive, the mechanical drive train of the machine can be driven electrically, for example in order to be able to provide additional torque in the sense of a boost function in addition to the combustion engine. The mechanical drive train coming from the internal combustion engine and its connection to various consumers of the construction and/or material handling machine can remain unchanged, since the electric drive is coupled to the mechanical drive train and uses its further branching or connection to the consumers. Same time, by decoupling the electric drive, you can continue to work with just the combustion engine in the conventional way if the electric drive is not required or if pure combustion engine operation is more advantageous.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung bildet der Elektroantrieb einschließlich der genannten Kupplung eine nachrüstbare, insbesondere vormontierte Baugruppe, die an gegenüberliegenden stirnseitigen Enden zueinander koaxial angeordnete Wellenanschlüsse zum koaxialen Einbau der Baugruppe in den vom Verbrennungsmotor herkommenden Antriebsstrang und zum Anschließen an zwei koaxiale Antriebswellenstücke eine Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs besitzt. In an advantageous development of the invention, the electric drive, including the aforementioned clutch, forms a retrofittable, in particular pre-assembled, assembly that has shaft connections arranged coaxially with one another on opposite front ends for coaxial installation of the assembly in the drive train coming from the internal combustion engine and for connection to two coaxial drive shaft pieces of a drive shaft of the mechanical Drive train has.
Der Elektroantrieb einschließlich der Kupplung kann auf diese Weise eine Montagebaugruppe bilden, die in einen an sich herkömmlichen mechanischen Antriebsstrang, der an den Verbrennungsmotor angebunden ist, eingebaut werden kann ohne dass der Antriebsstrang oder auch die Anbindung der Verbraucher an den Antriebsstrang modifiziert werden müsste bzw. einer besonderen Architektur bedarf. Beispielsweise kann in einfacher Weise ein Stück an der zentralen Antriebwelle, die an den Verbrennungsmotor angebunden ist, beispielsweise ein Gelenkwellenabschnitt zwischen zwei Gelenkwellen ausgebaut und durch die Elektroantriebs-Baugruppe ersetzt werden, die koaxial in den mechanischen Antriebsstrang eingesetzt koaxial zu den Antriebswellenstücken, die selbst koaxial zueinander angeordnet sind, eingebaut werden.In this way, the electric drive, including the clutch, can form an assembly group that can be installed in a conventional mechanical drive train that is connected to the internal combustion engine, without the drive train or the connection of the consumers to the drive train having to be modified or modified. requires a special architecture. For example, a piece on the central drive shaft that is connected to the internal combustion engine, for example a drive shaft section between two drive shafts, can be easily removed and replaced by the electric drive assembly that is inserted coaxially into the mechanical drive train coaxially with the drive shaft pieces that are themselves coaxial are arranged to each other, are installed.
Insbesondere kann die genannte Baugruppe umfassend den Elektroantrieb und die Kupplung dazu vorgesehen sein, einen integralen Teil des mechanischen Antriebsstrangs zu bilden und das vom Verbrennungsmotor herkommende Antriebsmoment zu übertragen. Im montierten Zustand liegt die Elektroantriebs-Baugruppe im Kraftfluss vom Verbrennungsmotor her, so dass das vom Verbrennungsmotor her erzeugte Drehmoment durch die nachgerüstete Baugruppe übertragbar ist.In particular, the assembly mentioned, comprising the electric drive and the clutch, can be provided to form an integral part of the mechanical drive train and to transmit the drive torque coming from the internal combustion engine. In the installed state, the electric drive assembly is located in the power flow from the internal combustion engine, so that the torque generated by the internal combustion engine can be transmitted through the retrofitted assembly.
Vorteilhafterweise kann der Elektroantrieb einen Hohlwellen-Elektromotor umfassen, durch dessen Hohlwelle hindurch sich eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs hindurcherstrecken kann. Der Elektromotor sitzt dabei koaxial über dem mechanischen Antriebsstrang und lässt die vom Verbrennungsmotor herkommende Antriebswelle durch sich hindurchtreten, so dass sich der Stator des Elektromotors um die Antriebswelle herum erstreckt und der Rotor um die Antriebswelle herum rotiert, insbesondere mit einer dazu koaxialen Rotorachse. Durch eine solche koaxiale Elektroantriebs-Anordnung mit einem Hohlwellenmotor kann eine kompakte Bauweise erzielt werden, die eine Nachrüstung des Elektroantriebs auch dann erlaubt, wenn die Einbauumgebung des mechanischen Antriebsstrangs an sich nicht speziell für zusätzliche Antriebsbaugruppen ausgelegt wurde.Advantageously, the electric drive can comprise a hollow-shaft electric motor, through the hollow shaft of which a drive shaft of the mechanical drive train, coupled to the internal combustion engine, can extend. The electric motor sits coaxially above the mechanical drive train and allows the drive shaft coming from the combustion engine to pass through it, so that the stator of the electric motor extends around the drive shaft and the rotor rotates around the drive shaft, in particular with a rotor axis coaxial thereto. Such a coaxial electric drive arrangement with a hollow shaft motor allows a compact design to be achieved, which also allows the electric drive to be retrofitted if the installation environment for the mechanical drive train was not specifically designed for additional drive assemblies.
Der Elektromotor kann in Weiterbildung der Erfindung über zumindest ein Stirnrad an den mechanischen Antriebsstrang angebunden werden, wobei auch mehrere Stirnräder bzw. Stirnradpaare das Antriebsmoment des Elektroantriebs auf den mechanischen Antriebsstrang übertragen können.In a further development of the invention, the electric motor can be connected to the mechanical drive train via at least one spur gear, with several spur gears or pairs of spur gears also being able to transmit the drive torque of the electric drive to the mechanical drive train.
Vorteilhafterweise kann der Elektromotor über ein Planetengetriebe an den mechanischen Antriebsstrang, der vom Verbrennungsmotor her kommt, angebunden sein, wobei das Planetengetriebe vorzugsweise zwischen dem Elektromotor und der Kupplung angeordnet ist, über die der Elektroantrieb wahlweise zuschaltbar und abkoppelbar ist. Insbesondere kann ein Abtriebselement des Planetengetriebes drehfest mit der Kupplung verbunden sein, die das genannte Abtriebselement des Planetengetriebes je nach Schließzustand drehfest mit der Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs verbindet oder davon abkuppelt.Advantageously, the electric motor can be connected via a planetary gear to the mechanical drive train coming from the internal combustion engine, with the planetary gear preferably being arranged between the electric motor and the clutch, via which the electric drive can be selectively switched on and off. In particular, an output element of the planetary gear can be non-rotatably connected to the clutch which, depending on the closed state, non-rotatably connects or decouples said output element of the planetary gear to the drive shaft of the mechanical drive train.
Durch die abtriebsseitige Anordnung der Kupplung auf der Abtriebsseite des Planetengetriebes kann ein leergängiges Mitlaufen des Planetengetriebes oder auch einzelner Elemente des Planetengetriebes vermieden werden, wenn der Elektroantrieb nicht benötigt wird und abgeschaltet ist.By arranging the clutch on the output side of the planetary gear, idle running of the planetary gear or individual elements of the planetary gear can be avoided when the electric drive is not required and is switched off.
Das Planetengetriebe kann eine oder mehrere Planetengetriebestufen aufweisen.The planetary gear can have one or more planetary gear stages.
Vorteilhafterweise ist das Planetengetriebe insgesamt koaxial zu der Antriebswelle des mechanischem Antriebsstrangs angeordnet, wobei vorteilhafterweise ein Antriebswellenstück, das das vom Verbrennungsmotor her kommende Drehmoment überträgt, durch das Planetengetriebe hindurchgeführt sein kann, um auf einer Seite des Planetengetriebes mit dem Verbrennungsmotor bzw. einem damit verbundenen Antriebswellenstück gekoppelt zu sein und auf der anderen Seite des Planetengetriebes mit dem Teil des mechanischen Antriebsstrangs gekoppelt sein kann, der zu den Verbrauchern führt. Insbesondere kann das durch das Planetengetriebe axial hindurchgeführte Antriebswellenstück an die Kupplung angebunden sein, über die der Elektroantrieb zuschaltbar und abkuppelbar ist, wobei das genannte Antriebswellenstück drehfest mit einer Kupplungshälfte verbunden sein kann. Advantageously, the planetary gear is arranged coaxially to the drive shaft of the mechanical drive train, wherein a drive shaft piece, which transmits the torque coming from the internal combustion engine, can advantageously be passed through the planetary gear in order to connect to the internal combustion engine or a drive shaft piece connected to it on one side of the planetary gear to be coupled and can be coupled on the other side of the planetary gear with the part of the mechanical drive train that leads to the consumers. In particular, the drive shaft piece that is guided axially through the planetary gear can be connected to the clutch, via which the electric drive can be switched on and off, it being possible for said drive shaft piece to be connected in a torque-proof manner to a coupling half.
Vorteilhafterweise kann das Planetengetriebe derart ausgebildet sein, dass der Planetenträger - oder bei mehreren Planetengetriebestufen auch mehrere Planetenträger - stationär arbeiten und sich auch im Betrieb des Elektroantriebs nicht drehen. Durch das Nicht-Umlaufen des oder der Planetenträger können verschiedene Vorteile erzielt werden. Zum einen erfahren die an dem Planetenträger drehbar gelagerten Planeten keine Fliehkräfte, was grundsätzlich höhere Drehzahlen erlaubt und sich positiv auf die Eingriffsverhältnisse der kämmenden bzw. aufeinander abrollenden Getriebe-Stirnräder auswirkt. Bei einem nicht-umlaufenden Planetenträger erfahren die Planeten auch bei hohen Drehzahlen keine Fliehkräfte. Dies ermöglicht es, die Lagerungen der Planetenräder weniger massiv zu dimensionieren.Advantageously, the planetary gear can be designed in such a way that the planetary carrier—or, in the case of several planetary gear stages, also several planetary carriers—work in a stationary manner and do not rotate even when the electric drive is in operation. Various advantages can be achieved by not rotating the planet carrier or carriers. On the one hand, the planets rotatably mounted on the planet carrier do not experience any centrifugal forces, which basically allows higher speeds and has a positive effect on the meshing conditions of the gear spur gears meshing or rolling on one another. With a non-rotating planet carrier, the planets do not experience any centrifugal forces, even at high speeds. This makes it possible to dimension the bearings of the planet gears to be less massive.
Zum anderen entfällt bei einem nicht-umlaufenden Planetenträger das ständige Eintauchen in den Ölsumpf, wie es bei umlaufenden Planetenträgern auftritt. Hierdurch kann ein verbesserter Wirkungsgrad und eine entsprechend reduzierte Wärmeentwicklung erreicht werden, was es gleichfalls ermöglicht, höhere Drehzahlen auch ohne Fremdkühlung fahren zu können. Das Planetengetriebe kann dementsprechend fremdkühlungsfrei ausgebildet sein, insbesondere kann auf aufwendige Kühlmaßnahmen wie einen zwangsweise umgewälzten Kühlkreislauf verzichtet sein.On the other hand, with a non-revolving planetary carrier, there is no need for constant immersion in the oil sump, as is the case with rotating planetary carriers. As a result, improved efficiency and a correspondingly reduced generation of heat can be achieved, which also makes it possible to run at higher speeds without external cooling. The planetary gear can accordingly be designed without external cooling, in particular complex cooling measures such as a forced cooling circuit can be dispensed with.
Das Planetengetriebe kann ein stehendes, nicht umlaufendes Hohlrad besitzen, welches drehfest am Getriebegehäuse befestigt oder innenumfangsseitig daran ausgebildet sein kann.The planetary gear can have a stationary, non-rotating ring gear, which can be fastened to the gear housing in a rotationally fixed manner or can be formed on the inner circumference.
Ein stehendes Getriebegehäuse besitzt - unabhängig von der stehenden Anordnung des Hohlrads, das ggf. auch drehbar gegenüber dem Gehäuse gelagert sein könnte - den Vorteil, dass in einfacher Weise über das stehende Gehäuse eine Drucköl- bzw. -Fluidzuführung vorgesehen sein kann, insbesondere um die Kupplung und/oder eine Bremse im Planetengetriebe per Druckmittel betätigen zu können. Insbesondere kann die vorgenannte Kupplung zum Zuschalten und Abkuppeln des Elektroantriebs an den mechanischen Antriebsstrang hydraulisch betätigt werden, was durch eine Druckölzufuhr über das stehende Gehäuse erleichtert wird.A stationary transmission housing has - regardless of the stationary arrangement of the ring gear, which could possibly also be mounted rotatably relative to the housing - the advantage that a pressure oil or fluid supply can be provided in a simple manner via the stationary housing, in particular around the To be able to operate a clutch and / or brake in the planetary gear by pressure medium. In particular, the aforementioned clutch can be actuated hydraulically for connecting and disconnecting the electric drive to the mechanical drive train, which is facilitated by supplying pressurized oil via the stationary housing.
Das Planetengetriebe kann zumindest ein Sonnenrad aufweisen, das hohlgeschmiedet oder gebohrt oder in anderer Weise hohl ausgebildet sein kann, wobei sich ein Antriebswellenstück, das an den Verbrennungsmotor angebunden ist, sich durch das hohle Sonnenrad hindurcherstrecken kann. Das Planetengetriebe kann bei mehrstufiger Ausbildung auch mehrere Sonnenräder umfassen, die hohl ausgebildet sein können, um eine Durchführung des Antriebswellenstücks, das an den Verbrennungsmotor angebunden ist, zu ermöglichen. Mittels solcher hohl ausgebildeten Sonnenräder kann das Planetengetriebe vorteilhafterweise koaxial zum mechanischen Antriebsstrang angeordnet werden, an das der Elektroantrieb über das Planetengetriebe angebunden wird.The planetary gear can have at least one sun gear, which can be forged or drilled or hollow in some other way, with a drive shaft section that is connected to the internal combustion engine being able to extend through the hollow sun gear. In the case of a multi-stage design, the planetary gear can also comprise a plurality of sun gears, which can be of hollow design in order to allow the drive shaft section, which is connected to the internal combustion engine, to pass through. By means of such hollow sun gears, the planetary gear can advantageously be arranged coaxially to the mechanical drive train to which the electric drive is connected via the planetary gear.
Der Elektromotor kann vorteilhafterweise mit seiner Abtriebswelle drehfest an ein Sonnenrad einer ersten Planetengetriebestufe angebunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kupplung zum Zuschalten und Abkuppeln des Elektroantriebs an das Sonnenrad einer letzten Planetengetriebestufe drehfest angebunden sein.The electric motor can advantageously be connected with its output shaft in a rotationally fixed manner to a sun gear of a first planetary gear stage. Alternatively or additionally, the clutch for engaging and disengaging the electric drive can be connected to the sun gear of a last planetary gear stage in a torque-proof manner.
Um bei einem insgesamt einfachen Aufbau hohe Über- bzw. Untersetzungen erzielen zu können, kann das Planetengetriebe zumindest eine Doppelplanetenstufe umfassen, wobei die Doppelplanetenräder zwei miteinander drehfest miteinander verbundene, gemeinsam auf einem Planetenträger gelagerte Planetenräder unterschiedlichen Durchmessers und/oder unterschiedlicher Zähnezahl umfassen können, die jeweils mit einem Sonnenrad kämmen bzw. damit in Wälzeingriff stehen können.In order to be able to achieve high ratios or reductions with an overall simple structure, the planetary gear can comprise at least one double planetary stage, with the double planetary gears comprising two planetary gears of different diameters and/or different numbers of teeth which are connected to one another in a torque-proof manner and are mounted together on a planetary carrier each mesh with a sun gear or can thus be in rolling engagement.
Um die Variabilität des Hybridantriebs zu vergrößern, kann auch eine Kupplung vorgesehen sein, durch die der Verbrennungsmotor von dem mechanischen Antriebsstrang abkuppelbar bzw. zuschaltbar ist. Eine solche Kupplung zum An- und Abkuppeln des Verbrennungsmotors erlaubt es, den mechanischen Antriebsstrang auch alleine vom Elektroantrieb her zu betreiben, oder umgekehrt im Schleppbetrieb alleine den Elektromotor anzutreiben und als Generator zu betreiben, um effizient Batterien bzw. Akkus der Bau- bzw. Materialumschlagsmaschine zu laden. Bei hohen benötigten Bremsleistungen kann aber auch der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden bzw. bleiben, um den mechanischen Antriebsstrang gemeinsam durch die Schleppwiderstände des Verbrennungsmotors und des Elektromotors zu bremsen.In order to increase the variability of the hybrid drive, a clutch can also be provided, through which the internal combustion engine can be decoupled from or connected to the mechanical drive train. Such a coupling for coupling and uncoupling the internal combustion engine allows the mechanical drive train to be operated solely from the electric drive, or vice versa in towing operation alone to drive the electric motor and operate it as a generator in order to efficiently use batteries or accumulators for the construction or material handling machine to load. However, if high braking power is required, the internal combustion engine can also be switched on or remain switched on in order to brake the mechanical drive train together through the drag resistance of the internal combustion engine and the electric motor.
Die genannte Kupplung zum An- und Abkuppeln des Verbrennungsmotors kann vorteilhafterweise in die Elektroantriebs-Baugruppe integriert sein, sodass beim Einbau bzw. der Nachrüstung der Elektroantriebs-Baugruppe gleichzeitig auch eine zusätzliche An- und Abkuppelbarkeit des Verbrennungsmotors an den mechanischen Antriebsstrang erzielt wird. Die Kupplung zum An- und Abkuppeln des Verbrennungsmotors kann auf einer im Verbrennungsmotor zugewandten Axialseite des Elektromotors und/oder auf einer Seite des Elektromotors angeordnet sein, die dem zuvor beschriebenen Planetengetriebe gegenüberliegt.Said clutch for coupling and uncoupling the internal combustion engine can advantageously be integrated into the electric drive assembly, so that when the electric drive assembly is installed or retrofitted, the internal combustion engine can also be additionally coupled and uncoupled to the mechanical drive train. The clutch for coupling and decoupling the internal combustion engine can be arranged on an axial side of the electric motor that faces the internal combustion engine and/or on a side of the electric motor that is opposite the planetary gear described above.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können zwischen den Wellenanschlüssen, die an gegenüberliegenden axialen Enden der Montagebaugruppe vorgesehen sind, die Kupplung zum An- und Abkuppeln des Elektroantriebs, dessen Elektromotor und das ggf. vorgesehene Planetengetriebe oder ein anderes Getriebe, sowie die weitere Kupplung zum An- und Abkuppeln des Verbrennungsmotors vorgesehen sein.In an advantageous development of the invention, between the shaft connections, which are provided on opposite axial ends of the assembly group, the clutch for coupling and uncoupling the electric drive, its electric motor and the planetary gear that may be provided or another gear, as well as the additional clutch for coupling and decoupling of the internal combustion engine.
Vorteilhafterweise können die beiden Kupplungen zum An- und Abkuppeln des Elektroantriebs und zum An- und Abkuppeln des Verbrennungsmotors an gegenüberliegenden axialen Endabschnitten der vormontierten Montagebaugruppe vorgesehen sein, sodass der Elektromotor und das Getriebe mit dem zumindest einen Stirnrad axial zwischen den beiden Kupplungen vorgesehen sein können.Advantageously, the two clutches for coupling and uncoupling the electric drive and for coupling and uncoupling the internal combustion engine can be provided on opposite axial end sections of the preassembled assembly group, so that the electric motor and the transmission with the at least one spur gear can be provided axially between the two clutches.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 : eine schematische Seitenansicht einer Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine in Form eines mobilen Turmdrehkrans, -
2 : eine Längsschnittansicht des mechanischen Antriebsstrangs einer Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine von deren Verbrennungsmotor zu deren Verbrauchern, wobei in den Antriebsstrang ein zuschaltbarer und abkuppelbarer Elektroantrieb integriert ist, -
3 : eine Längsschnittansicht des Antriebsstrangs aus1 , die den Energie- bzw. Drehmomentfluss vom Elektromotor auf den mechanischen Antriebsstrang im zugeschalteten Zustand des Elektroantriebs zeigt, sodass die Antriebsleistungen des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs aufsummiert werden, -
4 : eine Längsschnittansicht des Antriebsstrangs aus den vorhergehenden Figuren mit zugeschaltetem Elektroantrieb, der allerdings im Schleppbetrieb als Generator betrieben wird, um einen Energiespeicher zu laden, -
5 : eine Längsschnittansicht des Antriebsstrangs aus den vorhergehenden Figuren, wobei der Verbrennungsmotor abgekuppelt ist und der Antriebsstrang alleine vom Elektroantrieb her angetrieben wird, und -
6 : eine Längsschnittansicht des Antriebsstrangs aus den vorhergehenden Figuren, wobei ähnlich4 der Verbrennungsmotor abgekuppelt ist, jedoch der Elektroantrieb im Schleppbetrieb und der Elektromotor als Generator arbeitet, um einen Energiespeicher zu laden.
-
1 : a schematic side view of a construction and/or material handling machine in the form of a mobile tower crane, -
2 : a longitudinal sectional view of the mechanical drive train of a construction and/or material handling machine from its combustion engine to its consumers, with an electric drive that can be connected and disconnected being integrated into the drive train, -
3 : a longitudinal sectional view of the powertrain1 , which shows the energy or torque flow from the electric motor to the mechanical drive train when the electric drive is switched on, so that the drive power of the combustion engine and the electric drive are added up, -
4 : a longitudinal sectional view of the drive train from the previous figures with the electric drive switched on, which, however, is operated as a generator in towing mode in order to charge an energy storage device, -
5 : a longitudinal sectional view of the drive train from the previous figures, with the internal combustion engine being uncoupled and the drive train being driven solely by the electric drive, and -
6 Fig. 1: a longitudinal sectional view of the drive train of the previous figures, being similar4 the combustion engine is uncoupled, but the electric drive is in towing mode and the electric motor works as a generator to charge an energy storage device.
Wie
Der Turm 2 ist auf einem Oberwagen 18 angeordnet, der um eine aufrechte Achse drehbar auf einem Unterwagen 16 gelagert und von einem Drehwerk verdrehbar ist. Der Unterwagen 16 kann ein Fahrwerk mit zumindest einer angetriebenen Fahrwerksachse aufweisen, um den Kran 1 von Einsatzort zu Einsatzort fahren zu können. The
Wie
Die Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine umfasst zum Antreiben der verschiedenen Verbraucher einen Verbrennungsmotor 4, der einen mechanischen Antriebsstrang 7 antreibt, der eine Antriebswelle 8 beispielsweise in Form einer Gelenkwelle umfasst, die, gegebenenfalls über ein Getriebe, an den Verbrennungsmotor 4 angebunden ist und vom Verbrennungsmotor 4 angetrieben werden kann.To drive the various loads, the construction and/or material handling machine comprises an
An den mechanischen Antriebsstrang sind gegebenenfalls über ein oder mehrere Verteilergetriebe 9 und sich davon verzweigende Antriebswellen die Verbraucher der Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine angebunden, beispielsweise in Form von Pumpen, Windenantrieben oder Strukturverstellantrieben, beispielsweise das Hubwerk zum Anheben und Absenken des Lasthakens 6, das Drehwerk zum Verdrehen des Turms 2 um die aufrechte Drehachse, gegebenenfalls ein Wippwerk zum Auf- und Abwippen des Auslegers 3 oder auch ein Teleskopierantrieb und/oder Klappantrieb zum Ein- und Austeleskopieren des Turms 2 und Ein- und Ausklappen des Auslegers 3. Ferner kann der Antriebsstrang 7 auch Teil eines Fahrantriebs bilden und mit zumindest einer antreibbaren Achse des Fahrwerks des Unterwagens 6 gekoppelt sein, gegebenenfalls über ein schaltbares Fahrgetriebe, um die mobile Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine von Einsatzort zu Einsatzort fahren zu können.The consumers of the construction and/or material handling machine are connected to the mechanical drive train, for example in the form of pumps, winch drives or structure adjustment drives, for example the hoist for raising and lowering the
Wie die
Der Elektroantrieb 11 einschließlich zumindest der Kupplung K2 bildet eine vormontierte Baugruppe zum Nachrüsten an eine schon existierende Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine, wobei die Elektroantriebs-Baugruppe 12 vorteilhafterweise auch eine weitere Kupplung K1 umfassen kann, mittels derer der Verbrennungsmotor 4 vom Antriebsstrang 7 abkuppelbar bzw. daran ankuppelbar ist.The
Die genannte nachrüstbare Baugruppe 12 kann koaxial in den mechanischen Antriebsstrang integriert werden und vorteilhafterweise an gegenüberliegenden axialen Enden Wellenanschlüsse 13a und 13b aufweisen, die zueinander koaxial angeordnet sein können und koaxial mit der Antriebswelle 8 verbunden werden können. Genauer gesagt können die beiden Wellenanschlüsse 13a und 13b an ein Antriebswellenstück 8a, das mit dem Verbrennungsmotor 4 gekoppelt ist, sowie andererseits mit einem Antriebswellenstück 8b, das zu den Verbrauchern 10a, b, c führt, drehfest verbunden werden und zu den genannten Antriebswellenstücken 8a, 8b koaxial ausgerichtet sein. Beispielsweise können die Wellenanschlüsse 13 verschraubbare Wellenflansche oder Wellennabenverbindungen umfassen, die die Baugruppe 12 drehfest mit der Antriebswelle 8 verbindet.Said
Die nachrüstbare Baugruppe 12 kann dabei ein Antriebswellenstück 8c umfassen, das sich koaxial zu den Antriebswellenstücken 8a und 8b erstrecken kann und sich durch den Elektroantrieb 11 axial hindurcherstrecken kann, um die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 4 durch den zuschaltbaren Elektroantrieb 11 hindurchführen und zu den Verbrauchern geben zu können.The
Der Elektroantrieb 11 kann einen Elektromotor 14 umfassen, der als Hohlwellenmotor ausgebildet sein kann, um die an den Verbrennungsmotor 4 angebundene Antriebswelle 8 hindurchführen zu können.The
Der Elektromotor 14 kann über zumindest ein Stirnrad 17 seine Antriebsleistung auf die Antriebswelle 8 übertragen, wobei das Stirnrad 17 über die genannte Kupplung K2 an die Antriebswelle 8 des Antriebsstrangs 7 angekuppelt und davon abgekuppelt werden kann.The
Insbesondere kann der Elektromotor 14 des Elektroantriebs 11 über ein Planetengetriebe 15 an die Antriebswelle 8 angebunden sein, wobei sich das genannte Planetengetriebe 15 vorteilhafterweise zwischen dem Elektromotor 14 und der Kupplung K2 erstrecken kann. Ein abtriebsseitiges Planetengetriebeelement kann drehfest mit einer Kupplungshälfte der Kupplung K2 verbunden sein, deren andere Kupplungshälfte drehfest mit der Antriebswelle 8 verbunden sein kann, sodass je nach Schließzustand der Kupplung K2 das Planetengetriebe 15 von der Antriebswelle 8 des Antriebsstrangs 7 abgekuppelt bzw. daran angekuppelt ist.In particular, the
Wie die
Wie die Figuren zeigen, können die Planetenräder 12 als Doppelplaneten ausgebildet sein, bei denen zwei Planetenräder drehfest miteinander verbunden und gemeinsam am Planetenträger 19 drehbar gelagert sein können, wobei die beiden Planetenräder unterschiedliche Durchmesser bzw. Zähnezahlen aufweisen können und mit unterschiedlich großen Sonnenrädern 21, 22 in Wälzeingriff stehen können.As the figures show, the
Die Sonnenräder 21, 22 sind vorteilhafterweise hohl ausgebildet und koaxial zur Antriebswelle 8 des mechanischen Antriebsstrangs 7 angeordnet, sodass die genannte Antriebswelle 8 durch die Sonnenräder 21, 22 axial hindurchgeführt sein kann, vgl.
Eines der Sonnenräder 21 kann das eingangsseitige Antriebselement des Planetengetriebes 15 bilden, während das andere Sonnenrad 22 das Abtriebselement des Planetengetriebes 15 bilden kann, welches an die Kupplung K2 drehfest angebunden sein kann.One of the sun gears 21 can form the input-side drive element of the
Insbesondere kann der Elektromotor 14 des Elektroantriebs 11 drehfest mit dem genannten, eingangsseitigen Sonnenrad 22 verbunden sein, welches die Planetenräder 17 antreibt, welche wiederum das zweite Sonnenrad 22 treiben. Bei geschlossener Kupplung K2 wird dann die Antriebsleistung vom Sonnenrad 22 auf die Antriebswelle 8 gegeben.In particular, the
Wie
Wie
Wie
Wie
In einem anderen Betriebsmodus kann aber auch der Verbrennungsmotor 4 durch Öffnen der Kupplung K1 vom Antriebsstrang 7 abgekuppelt werden, sodass bei gleichzeitig geschlossener Kupplung K2 der Elektroantrieb 11 alleine arbeiten bzw. alleine den mechanischen Antriebsstrang 7 antreiben kann. Dies kann dazu genutzt werden, den Antriebsstrang 8 in einfacher Weise zu reversieren bzw. in gegenläufige Richtungen anzutreiben, da der Elektromotor 14 in einfacher Weise in seiner Drehrichtung umkehrbar ist.In another operating mode, however, the
Bei dem genannten Betriebsmodus der Kupplungen, das heißt geöffneter Kupplung K1 und geschlossener Kupplung K2 kann aber auch der Elektroantrieb 11 im Schleppantrieb betrieben werden, um den Antriebsstrang 7 abzubremsen. Der dann als Generator arbeitende Elektromotor 14 kann seine bereitgestellte Energie in den Energiespeicher 25 einspeichern.However, in the stated operating mode of the clutches, ie with the clutch K1 open and the clutch K2 closed, the
Die Kupplungen K1 und K2 können hydraulisch betätigt ausgebildet sein, wobei über das stehende Getriebegehäuse 24 in einfacher Weise eine Druckölzufuhr 26 vorgesehen sein kann.The clutches K1 and K2 can be designed to be hydraulically actuated, it being possible for a
Durch Vorsehen der beiden Kupplungen K1 und K2 bzw. durch den zuschaltbaren Elektroantrieb 11 lässt sich der Betriebszustand in verschiedener Weise an vielerlei Einsatzbedingungen anpassen. Die Schaltungsmöglichkeiten verdeutlicht dabei folgende Tabelle:
In obiger Tabelle bezeichnen die dort verwenden Abkürzungen dabei folgendes:
- V
- Verbrennungsmotor (4)
- E
- Elektromotor (14)
- K1
- Kupplung 1
- K2
Kupplung 2- -
- negativ
- n
- Drehzahl
- T
- Drehmoment
- P
- Leistung
- TV
- Drehmoment Verbrennungsmotor
- TE
- Drehmoment Elektromotor
- PV
- Leistung Verbrennungsmotor
- PE
- Leistung Elektromotor
- x
- Kupplung geschlossen
- ◯
- Kupplung offen
- V
- combustion engine (4)
- E
- electric motor (14)
- K1
- clutch 1
- K2
- clutch 2
- -
- negative
- n
- number of revolutions
- T
- torque
- P
- Performance
- tv
- Torque combustion engine
- TE
- Torque electric motor
- PV
- performance of the combustion engine
- PE
- power of the electric motor
- x
- clutch closed
- ◯
- clutch open
Der in den mechanischen Antriebsstrang 7 integrierte Elektroantrieb 11, der in den Leistungspfad des genannten Antriebsstrangs 7 integriert ist, kann auch über Bau- und/oder Materialumschlagsmaschinen hinaus vorteilhafte Einsatzmöglichkeiten haben und ggf. eigenständig und unabhängig von einer Bau- und/oder Materialumschlagsmaschine einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bilden, insbesondere in Form einer nachrüstbaren, vormontierten Baugruppe zum Einbau in einen mechanischen Antriebsstrang.The
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 112019003813 T5 [0005]DE 112019003813 T5 [0005]
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---|---|---|---|
PCT/EP2022/083407 WO2023104562A1 (en) | 2021-12-10 | 2022-11-28 | Construction- and/or material-handling machine |
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---|---|
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-
2022
- 2022-02-15 DE DE102022103465.8A patent/DE102022103465A1/en active Pending
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