DE102022127662A1

DE102022127662A1 - Straßenbaumaschine und Verfahren zum Betreiben einer Straßenbaumaschine

Info

Publication number: DE102022127662A1
Application number: DE102022127662.7A
Authority: DE
Inventors: Ahmed Meyer; Stefan Fischer; Hauke Brammer; Frieso Brink; Tobias Winkler; Ivonne Jansen; Marcel Holzenkamp
Original assignee: Dynapac GmbH
Current assignee: Dynapac GmbH
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Die Erfindung schafft eine Straßenbaumaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Straßenbaumaschine, mit dem sowohl ein Energiespeicher effizient aufladbar ist und gleichzeitig die Baumaschine in einen einsatzbereiten Zustand versetzt wird. Das wird dadurch erreicht, dass eine Straßenbaumaschine mindestens einen Energiespeicher aufweist, mit einem Hochvoltbus und einem bidirektionalen Ladegerät und/oder einem Inverter. Mit diesem mindestens einem Energiespeicher ist ein elektrischer Primärantrieb (11) der Straßenbaumaschine mit elektrischer Energie versorgbar, wobei mindestens eine Komponente der Baumaschinen direkt oder indirekt über elektrisch angetriebene Hydraulikaggregate mit Energie versorgbar ist.

Description

Die Erfindung ist gerichtet auf eine Straßenbaumaschine gemäß dem Anspruch 1. Des Weiteren ist die Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zum Betreiben einer Straßenbaumaschine gemäß dem Anspruch 5.
Es ist bekannt, dass Straßenbaumaschinen, wie beispielsweise Straßenfertiger, Beschicker, Straßenfräsen oder auch Straßenwalzen, sehr energieintensiv arbeiten. Dazu war es bisher vorgesehen, dass die genannten Baumaschinen als Primärantrieb einen Verbrennungsmotor aufweisen, mit dem die notwendige Energie zur Verfügung gestellt wird. Ein Nachteil der Verwendung von Verbrennungsmotoren besteht darin, dass sie CO₂ erzeugen und sehr laut sind. Daher werden bereits einige der genannten Straßenbaumaschinen mit Elektromotoren ausgestattet, die wesentlich leiser arbeiten und umweltschonender betreibbar sind. Für den Betrieb eines oder mehrerer Elektromotoren weisen die Straßenbaumaschinen Energiespeicher auf, wie beispielsweise Batterien, Akkumulatoren oder Brennstoffzellen.
Wie bereits angedeutet, ist insbesondere der Einbauprozess eines Straßenbelags durch einen Straßenfertiger besonders energieintensiv. Daher muss der Energiespeicher eine entsprechende Kapazität aufweisen, damit der Betrieb der Maschine nicht ständig unterbrochen werden muss, damit der Energiespeicher aufgeladen werden kann. Aber selbst Energiespeicher mit einer großen Speicherkapazität müssen von Zeit zu Zeit aufgeladen werden. Dazu muss nicht nur der Einbauprozess unterbrochen werden, sondern auch die Komponenten der Straßenbaumaschine bzw. des Straßenfertigers, wie beispielsweise Materialförderer, Stampfereinheiten, Vibrationseinheiten und dergleichen, vorübergehend abgeschaltet werden. Das Abschalten gestaltet sich als besonders nachteilig für das Heizsystem der Einbaubohle des Straßenfertigers. Für einen qualitativ hochwertigen Straßenbelag ist es zwingend erforderlich, dass die Einbaubohle eine bestimmte Temperatur aufweist. Dazu sind die einzelnen Heizsegmente bzw. die elektrisch betriebenen Heizstäbe innerhalb der Einbaubohle vor Beginn des Einbauprozesses vorzuheizen. Wenn nun beispielsweise der Einbauprozess für einen Ladeprozess des Energiespeichers unterbrochen werden muss, werden in der Regel auch die Heizstäbe abgeschaltet, sodass für den Weiterbetrieb des Einbauprozesses zunächst die Heizstäbe wieder auf die richtige Temperatur gebracht werden müssen. Ein ähnliches Problem kann sich für andere Komponenten einstellen, wie beispielsweise das Kühlflüssigkeitssystem. Insbesondere an heißen Tagen ist es wichtig, dass die gesamte Maschine bzw. deren Komponenten permanent gekühlt werden. Eine Unterbrechung des Kühlkreislaufes könnte zu einer Schädigung der Maschine führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Straßenbaumaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Straßenbaumaschine zu schaffen, mit dem sowohl ein Energiespeicher effizient aufladbar ist und gleichzeitig die Baumaschine in einen einsatzbereiten Zustand versetzt wird.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 beschrieben. Demnach ist es vorgesehen, dass eine Straßenbaumaschine, insbesondere ein Straßenfertiger, ein Beschicker, eine Straßenfräse oder eine Straßenwalze, mindestens einen Energiespeicher aufweist, mit einem Hochvoltbus und einem bidirektionalen Ladegerät und/oder einem Inverter. Mit diesem mindestens einem Energiespeicher ist ein elektrischer Primärantrieb der Straßenbaumaschine mit elektrischer Energie versorgbar, wobei mindestens eine Komponente der Baumaschinen direkt oder indirekt über elektrisch angetriebene Hydraulikaggregate mit Energie versorgbar ist. Der mindestens eine Energiespeicher ist über ein externes AC- oder DC-Netz aufladbar. Dazu verfügt die Baumaschine über entsprechende Anschlüsse. Dabei ist hervorzuheben, dass sowohl der Energiespeicher, als auch der Primärantrieb bzw. die Komponenten über das AC- bzw. DC-Netz mit elektrischer Energie versorgbar sind. Somit lässt sich der Energiespeicher aufladen und gleichzeitig die elektrischen Komponenten der Straßenbaumaschine weiterbetreiben. Dadurch kann die Straßenbaumaschine, und insbesondere der Straßenfertiger, auch während des Ladeprozesses der Baumaschinen weiterhin mit elektrischer Energie versorgt werden und ist somit direkt wieder einsatzfähig, sobald der Energiespeicher aufgeladen ist.
Insbesondere sieht es die Erfindung vor, dass wenigstens eine Komponenten, wie Heizstäbe, Stampfereinheiten, Vibrationseinheiten, Materialförderer, Verteilerschnecken oder dergleichen und/oder deren Antriebsaggregate, insbesondere Hydraulikaggregate, ein- oder dreiphasig ausgebildet sind. Durch diese dreiphasige Ausbildung sämtlicher Komponenten des Straßenfestsiegers lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft umsetzen. Durch die drei Phasen lassen sich die Komponenten sowohl über den Energiespeicher mit Energie versorgen als auch über das externe AC- oder DC-Netz.
Vorzugsweise sieht es die Erfindung vor, dass es sich bei dem mindestens einen Energiespeicher um mindestens eine Batterie, mindestens einen Akkumulator oder um mindestens eine Brennstoffzelle oder dergleichen oder Kombinationen davon handelt. Während bei einem Akkumulator während des Ladeprozesses elektrische Energie von einem externen Versorgungsanschluss auf die Straßenbaumaschine übertragen wird, erfolgt bei einer Brennstoffzelle während des Aufladens ein Auffüllen der Wasserstofftanks, die auf der Baumaschine angeordnet sein können. Über das bidirektionale Ladegerät ist während des Ladeprozesses unabhängig von der Art des Energiespeichers ein Weiterbetrieb wenigstens einiger Komponenten der Straßenbaumaschine möglich. Sowohl durch das bidirektionale Ladegerät als auch durch einen Inverter lässt sich die notwendige AC-Spannung erzeugen, um beispielsweise die Heizstäbe des Heizsystems einer Einbaubohle mit elektrischer Energie zu versorgen. Dabei ist es denkbar, dass die einzelnen Heizstäbe untereinander derart gesteuert werden, dass auch nur einige Heizstäbe oder alle mit wenigstens einem Teil der notwendigen elektrischen Energie versorgt werden, um ein zu starkes Abkühlen während des Ladeprozesses zu vermeiden. Je nachdem, wie viel Komponenten durch die Energiespeicher mit Energie versorgt werden, können mehrere bidirektionale Ladegeräte verwendet werden.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorsehen, dass die Straßenbaumaschine eine Steuereinheit aufweist. Durch diese Steuereinheit ist der Aufladeprozess des Energiespeichers durch die externe AC- oder DC-Ladeeinrichtung und/oder die Versorgung der Komponenten der Baumaschine mit elektrischer Energie durch den Energiespeicher und/oder die externe AC- oder DC-Ladeeinrichtung steuerbar. Wesentlich dabei ist, dass das Laden des Energiespeichers und die Versorgung der Komponenten in Abhängigkeit von mehreren Parametern priorisierbar ist. So ermittelt die Steuereinheit über entsprechende Sensoren beispielsweise Parameter wie den Status des Ladevorgangs, die zur Verfügung stehende elektrische Leistung der Ladeeinrichtung, den Status des Energiespeichers, den Isolationsstatus des AC-Systems, die Heizleistung der Einbaubohle und dergleichen. In Abhängigkeit von diesen einzelnen Parametern bestimmt die Steuereinheit, ob der Energiespeicher mit einer erhöhten Priorität geladen wird und den einzelnen Komponenten wenigstens zunächst weniger Energie zugeführt wird oder ob den einzelnen Komponenten ein überwiegender Teil der zur Verfügung stehenden Energie zugeführt wird und der Energiespeicher aufgrund des bereits erhöhten Ladezustandes mit einer geringeren Ladegeschwindigkeit geladen wird.
Eine weitere Lösung der genannten Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 5 beschrieben. Demnach ist ein Verfahren zum Betreiben einer Straßenbaumaschine, insbesondere eines Straßenfertigers, eines Beschickers, einer Straßenfräse oder einer Straßenwalze, nach Anspruch 1 vorgesehen. Die Straßenbaumaschine weist einen Energiespeicher auf, der über einen Hochvoltbus und mindestens ein bidirektionales Ladegerät und/oder mindestens einen Inverter verfügt, wobei mit diesem Energiespeicher ein elektrischer Primärantrieb gespeist werden kann. Darüber hinaus wird wenigstens eine Komponente der Baumaschinen direkt oder indirekt über elektrisch angetriebene Hydraulikaggregate mit Energie versorgt. Der Energiespeicher wird im Bedarfsfall über eine externe AC- oder DC-Spannung aufgeladen. Es ist somit möglich, dass der Energiespeicher der Straßenbaumaschine durch eine externe Ladeeinrichtung aufgeladen wird und gleichzeitig die Komponenten der Straßenbaumaschine von dem Energiespeicher oder von der externen Ladeeinrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden. Als externe Ladeeinrichtung kommen beispielsweise eine Ladesäule infrage oder ein mobiler Energiespeicher, der beispielsweise in Form eines Containers, zu der Baustelle, auf der die Straßenbaumaschine eingesetzt wird, transportiert wird. Dadurch lässt sich sowohl der Energiespeicher der Straßenbaumaschine effizient aufladen und gleichzeitig die Maschine in Betrieb halten bzw. für die direkte Wiederaufnahme der Inbetriebnahme vorbereiten.
Bevorzugt ist es weiter vorgesehen, dass durch eine Bedienperson oder vollautomatisch ein Ladevorgang des Energiespeichers initiiert wird, wobei der Energiespeicher mit einem externen AC- oder DC-Netz verbunden wird. In der Regel überprüft eine Bedienperson den Ladezustand des Energiespeichers. Sobald absehbar ist, dass der Energiespeicher aufzuladen ist, wird eine entsprechende mobile Ladeeinrichtung an die Straßenbaumaschine angeschlossen und der Ladevorgang gestartet, wobei gleichzeitig die einzelnen Komponenten der Straßenbaumaschine, sofern nötig, weiter betrieben werden. Für den Fall, dass die Straßenbaumaschine bereits mit einer externen Ladeeinrichtung verbunden ist, bisher jedoch noch keine Notwendigkeit des Ladens bestand, kann dieser Prozess im Bedarfsfall vollautomatisch initiiert werden. Dabei ermittelt die Steuereinheit der Straßenbaumaschine den Zustand bzw. den Status des Energiespeichers und der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung der externen Ladeeinrichtung. In Abhängigkeit von diesen Parametern wird sodann der Ladeprozess gestartet. Gegebenenfalls kann durch die Steuereinheit bereits eine weitere externe mobile Ladeeinrichtung bestellt werden, damit der wenigstens nahezu unterbrechungsfreie Betrieb der Straßenbaumaschine fortgesetzt werden kann.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht es außerdem vor, dass durch eine Steuereinheit vor und/oder während des Ladevorgangs Ladeparameter, wie beispielsweise ein Status des Ladevorgangs, eine verfügbare elektrische Ladeleistung, ein Status des Energiespeichers, ein Isolationsstatus des AC-Systems, eine Heizleistung an einer Einbaubohle oder dergleichen ermittelt wird. Diese Parameter werden von der Steuereinheit für den Ladeprozess berücksichtigt. Dabei erfolgt insbesondere eine Berücksichtigung dieser Parameter für eine Priorisierung bezüglich der Verteilung der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung. Die Steuereinheit entscheidet, ob ein überwiegender Teil an elektrischer Energie dem Energiespeicher zuzuführen ist, den einzelnen Komponenten oder ob die elektrische Leistung gleich verteilt dem Energiespeicher oder den Komponenten zurückzuführen ist. Auf diese Weise lässt sich der Ladeprozess besonders effizient gestalten.
Für den Fall, dass kein externes AC- oder DC-Netz mit dem Energiespeicher verbunden bzw. verbindbar ist, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Primärantrieb und die Komponenten direkt von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei insbesondere mindestens ein Inverter und mindestens ein bidirektionales Ladegerät zwischen dem Energiespeicher und dem Primärantrieb und den Komponenten geschaltet sind. Dieser Fall stellt in der Regel den Normalbetrieb der Straßenbaumaschine dar und ist in Abhängigkeit von der Ladekapazität des Energiespeichers über mehrere Stunden aufrechterhaltbar.
Bevorzugt kann es außerdem vorgesehen sein, dass bei einem angeschlossenen externen AC-Netz der Energiespeicher aufgeladen wird und gleichzeitig auch Komponenten der Baumaschinen, vorzugsweise Heizstäbe einer Bohlenheizung, betrieben werden. Und zwar werden die Komponenten der Baumaschinen entweder direkt mit dem externen AC-Netz verbunden oder von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden. Im zuletzt genannten Fall erzeugt ein bidirektionales Ladegerät oder ein Inverter die notwendige AC-Spannung für die Komponenten der Baumaschinen. Insbesondere der Weiterbetrieb der Heizstäbe während des Ladeprozesses ist vorteilhaft, da dadurch die Heizstäbe nicht abkühlen und für die Wiederaufnahme des Einbauprozesses erneut aufgeheizt werden müssen. So lassen sich auch die Heizstäbe während des Ladeprozesses auf einer vorzugebenden Soll-Temperatur halten. Dabei ist diese Soll-Temperatur nicht zwingend die Einbautemperatur. Es ist auch denkbar, dass die Temperatur während des Ladeprozesses geringfügig abgesenkt ist, um die Ladekapazitäten für das Laden des Energiespeichers zu nutzen. Die Wahl, ob die Komponenten direkt von dem AC-Netz geladen werden oder über den Energiespeicher, kann entweder durch eine Bedienperson getroffen werden oder vollautomatisch durch die Steuereinheit. Dabei können durch die Steuereinheit eine Vielzahl von Parametern, insbesondere die oben genannten Parameter, berücksichtigt werden, um den Ladeprozesses besonders effizient zu gestalten und gleichzeitig die Heizstäbe entsprechend aufzuheizen.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorsehen, dass in Abhängigkeit der ermittelten Parameter eine Priorisierung der Aufteilung der AC-Spannung auf den Energiespeicher und die Komponenten erfolgt. Für den Fall, dass beispielsweise der Energiespeicher nur noch wenige Prozent seiner maximalen Ladekapazität aufweist, kann die Ladekapazität der externen Ladeeinrichtung genutzt werden, um den Energiespeicher wieder aufzuladen. Dabei wird nur ein geringer Anteil der Ladekapazität genutzt, um die Komponenten bzw. die Heizstäbe mit elektrischer Energie zu versorgen. Ist der Energiespeicher so gut wie vollständig aufgeladen oder sogar komplett aufgeladen, wird die Ladekapazität der externen Ladeeinrichtung vollständig genutzt, um die Komponenten bzw. die Heizstäbe mit elektrischer Energie zu versorgen. Zwischen diesen beiden Extremfällen kann eine nahezu beliebige Aufteilung der zur Verfügung stehenden Ladekapazität auf den Energiespeicher und die Komponenten eingestellt werden.
Bevorzugt ist es weiter denkbar, dass bei Beendigung des Ladevorgangs des Energiespeichers der Betrieb der Komponenten so lange über das angeschlossene AC-Netz erfolgt, bis die Baumaschine von dem AC-Netz abgekoppelt wird, wobei dann der Betrieb der Komponenten über den Energiespeicher erfolgt. Dadurch wird der Energiespeicher für den eigentlichen Betrieb, bei dem die Baumaschine von dem externen Ladenetz entkoppelt ist, geschont. Derartige Situationen treten beispielsweise auf, wenn der Straßenfertiger auf neues Straßenbaumaterial wartet, das erst durch einen Lastkraftwagen zu der Baustelle transportiert werden muss. Auf diese Weise wird der Ladezustand des Energiespeichers maximal gehalten und gleichzeitig die Komponenten bzw. die Heizstäbe aufgeheizt.
Für den Fall, dass die Straßenbaumaschine bzw. der Energiespeicher mit einem externen DC-Netz verbunden ist, kann sowohl der Energiespeicher aufgeladen werden und gleichzeitig über das bidirektionale Ladegerät oder den Inverter auch Komponenten der Baumaschinen, vorzugsweise die Heizstäbe der Bohlenheizung, betrieben werden. Es wird somit die zur Verfügung stehende Gleichspannung genutzt, um den Energiespeicher wenigstens nahezu vollständig zu laden und gleichzeitig die Heizstäbe aufgeheizt. Dazu wird die Gleichspannung umgewandelt bzw. invertiert in Wechselspannung. Sofern andere Komponenten der Straßenbaumaschine für den Betrieb Gleichspannung benötigen, kann diese direkt aus dem externen Netz zugeführt werden oder über den Energiespeicher.
Insbesondere kann es die Erfindung vorsehen, dass in Abhängigkeit der ermittelten Parameter eine Priorisierung der Aufteilung der DC Spannung auf den Energiespeicher und über das bidirektionale Ladegerät oder den Inverter auf die Komponenten erfolgt. Demnach wird die zur Verfügung stehende Ladekapazität, genau wie zuvor für ein angeschlossenes AC-Netz beschrieben, priorisiert verwendet, um den Energiespeicher zu laden oder die Komponenten zu betreiben.
Schließlich kann es die Erfindung auch noch vorsehen, dass bei Beendigung des Ladevorgangs des Energiespeichers der Betrieb der Komponenten so lange über das angeschlossene DC-Netz erfolgt, bis die Baumaschine von dem DC-Netz abgekoppelt wird, wobei dann der Betrieb der Komponenten über den Energiespeicher erfolgt. Auch hier wird für eine nähere Beschreibung des Verfahrens auf die Ausführungen bezüglich der Versorgung mit dem externen AC-Netz verwiesen.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.

1 schematische Darstellung eines Straßenfertiges, und
2 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der 1 ist beispielhaft für eine Straßenbaumaschine schematisch ein Straßenfertiger 10 dargestellt, der zur Herstellung eines Straßenbelags, vorzugsweise eines Asphaltbelags, dient. Es sei allerdings ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Erfindung auch im Zusammenhang mit anderen Straßenbaumaschinen, wie beispielsweise einem Beschicker, einer Straßenfräse oder einer Straßenwalze anwendbar ist.
Der Straßenfertiger 10 verfügt über eine zentrale Antriebseinheit bzw. über einen Primärantrieb 11. bei diesem Primärantrieb 11 kann es sich um einen Elektromotor handeln, der von einem Energiespeicher mit Energie gespeist wird. Dieser nicht dargestellte Energiespeicher befindet sich auf dem Straßenfertiger 10. Bei dem Energiespeicher kann es sich beispielsweise um ein Brennstoffzellensystem, eine Batterie oder einen Akkumulator handeln. Des Weiteren kann die Antriebseinheit über Hydraulikantriebe, insbesondere Pumpenverteilergetriebe, Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren, verfügen. Die in der 1 schematisch dargestellte Antriebseinheit bzw. der Ort der Antriebseinheit auf dem Straßenfertiger 10 ist hier nur beispielhaft zu verstehen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass die Antriebseinheit bzw. der Primärantrieb 11 an einer anderen Position auf dem Straßenfertiger 10 angeordnet ist.
Der Straßenfertiger 10 weist außerdem ein Fahrwerk 12 auf, das im gezeigten Ausführungsbeispiel als Radfahrwerk ausgebildet ist. Das Fahrwerk 12 des Straßenfertigers 10 kann aber auch als Raupenfahrwerk ausgebildet sein. Das Fahrwerk 12 wird von dem Primärantrieb 11 derart angetrieben, dass der Straßenfertiger 10 in Fertigungsrichtung 13 fortbewegbar ist. In Fertigungsrichtung 13 gesehen ist vor dem Primärantrieb 11 ein wannenartig bzw. muldenartig ausgebildeter Vorratsbehälter 14 angeordnet. Der Vorratsbehälter 14 dient zur Aufnahme eines Vorrats des zur Herstellung des Straßenbelags dienenden Materials, insbesondere einer Asphaltmischung. Durch nicht gezeigte Förderorgane wird das Material vom Vorratsbehälter 14 unter dem Primärantrieb 11 entlang zum in Fertigungsrichtung 13 betrachtet hinteren Ende des Straßenfertigers 10 transportiert. In Fertigungsrichtung 13 ist hinter dem Primärantrieb 11 eine Verteilerschnecke 15 angeordnet. Die Verteilerschnecke 15 erstreckt sich quer zur Fertigungsrichtung 13 und dient dazu, das Material über die gesamte Arbeitsbreite des Straßenfertigers 10 gleichmäßig zu verteilen.
In Fertigungsrichtung 13 ist hinter der Verteilerschnecke 15 eine Einbaubohle 16 vorgesehen. Die Einbaubohle 16 ist an auf- und abbewegbaren Tragarmen 17 angehängt.
Die Tragarme 17 sind schwenkbar am Fahrwerk 12 gelagert. Dabei ist ein in Fertigungsrichtung 13 vorderer Bereich der Tragarme 17 über Nivellierzylinder 18 an dem Fahrgestell des Straßenfertigers 10 angelenkt. Außerdem ist ein in Fertigungsrichtung 13 betrachtet hinterer Bereich der Tragarme 17 über Hubzylinder 19 mit dem Fahrgestell des Straßenfertigers 10 verbunden. Durch Betätigung der Nivellierzylinder 18 lässt sich die Einbaudicke bzw. die Einbaustärke bzw. der Abstand zwischen einem Untergrund und der Einbaubohle 16 regeln.
Die Einbaubohle 16 weist einen Bohlengrundkörper 20 auf mit einer darunter angeordneten Bohlenbodenplatte 21. Eine auf dem einzubauenden Material aufliegende Unterseite 22 der Bohlenbodenplatte 21 ist im Wesentlichen ebenflächig ausgebildet. Bei der Herstellung des Straßenbelags wird die Einbaustärke über die Nivellierzylinder 18 eingestellt und der Bohlengrundkörper 20 mit der Unterseite 22 der Bohlenbodenplatte 21 schwimmend über das heiße Straßenbaumaterial gezogen. Dabei schwimmt die Einbaubohle 16 auf dem Material auf.
Der Einbaubohle 16 ist einer in der 1 nicht dargestellte Heizeinrichtung zugeordnet. Mit dieser Heizeinrichtung lässt sich die Bohlenbodenplatte 21 aufheizen. Gesteuert wird die Heizeinrichtung dabei durch eine Steuereinheit des Straßenfertigers 10. Über die Steuereinheit lässt sich die Bohlenbodenplatte 21 auf einen bestimmten Temperatur-Sollwert aufheizen. Dazu weist die Bohlenbodenplatte 21 mindestens einen Temperatursensor auf. Sobald der Temperatursensor, der vorzugsweise auf einer Oberseite der Bohlenbodenplatte 21 angeordnet ist, den Temperatur-Sollwert misst, wird das Aufheizen der Bohlenbodenplatte 21 durch die Heizeinrichtung unterbrochen.
Zum Aufladen des Energiespeichers muss dieser mit einer externen Ladeeinrichtung verbunden werden. Sofern als Energiespeicher ein Brennstoffzellensystem verwendet wird, handelt es sich bei der Ladeeinrichtung um eine Wasserstofftankstelle. Wenn es sich bei dem elektrischen Energiespeicher um eine Batterie bzw. einen Akkumulator handelt, muss der Energiespeicher regelmäßig an ein externes Ladenetz angeschlossen werden. Erfindungsgemäß kann es sich bei der Ladeeinrichtung um ein AC- oder ein DC-Netz handeln. Der gesamte Ladeprozesses wird im Wesentlichen von einer Steuereinheit gesteuert. In der 2 ist stark schematisiert ein mögliches Verfahren zum Laden des Energiespeichers dargestellt. Die Zusätze „(ja)“ und „(nein)“ sind im Zusammenhang mit der 2 zu lesen.
Gestartet kann das Verfahren entweder durch eine Bedienperson oder vollautomatisch durch die Steuereinheit. Zunächst wird von der Steuereinheit abgefragt, ob der Primärantrieb 11 und/oder die einzelnen Komponenten des Straßenfertigers 10 wie beispielsweise die Einbaubohle 16 bzw. die Heizstäbe einen Leistungsbedarf an elektrischer Energie haben und somit das dreiphasige AC-Netz mit Energie zu speisen ist 100. Sofern das nicht der Fall ist (nein), überprüft die Steuereinheit den Ladezustand des Energiespeichers 114. Sofern der Ladezustand gleich 100 % ist (nein), erfolgt nichts weiter. Wenn allerdings der Ladezustand des Energiespeichers kleiner als 100 % ist (ja), wird der Energiespeicher mittels des externen AC- oder DC-Netzes aufgeladen 115.
Sollten allerdings der Primärantrieb 11 oder die Komponenten elektrische Energie benötigen 100, erfolgt eine Sicherheitsabfrage durch das Steuersystem 101. Wenn das Steuersystem einen schweren Fehler in dem System feststellt (ja), wird der Ladeprozesses sofort gestoppt. Wenn kein Fehler oder dergleichen festgestellt werden kann (nein), wird von dem Steuersystem festgestellt, welche Art externes Netz, also ein AC- oder ein DC-Netz, mit dem Energiespeicher verbunden ist 102.
Wenn kein externes Ladenetz angeschlossen ist (nein), aber die Komponenten des Straßenfertigers 10 Energie zum Betreiben des Straßenfertigers 10 benötigen, wird durch das bidirektionale Ladegerät ein AC-Netz aufgespannt, welches durch den Energiespeicher bzw. den Akkumulator gespeist wird (106). Alternativ ist es auch denkbar, dass ein Inverter verwendet wird; oder mehrere Inverter, vorzugsweise drei um 120° phasenversetzt synchronisierte Inverter. Der Straßenfertiger 10 wird jetzt im voll elektrischen Modus betrieben.
Sofern ein externes Netz angeschlossen ist (ja) wird durch die Steuereinheit ermittelt, ob es sich bei diesem Netz um ein DC-Netz handelt 103. Wenn es sich um ein DC-Netz handelt, wird im weiteren abgefragt, ob der Ladezustand des Akkumulators weniger als 100 % beträgt 104. sofern festgestellt wird, dass der Akkumulator nicht ganz aufgeladen ist (ja), wird der Energiespeicher mit dem DC-Netz geladen und gleichzeitig durch das bidirektionale Ladegerät ein AC-Netz aufgespannt, um die Komponenten des Straßenfertigers 10 mit Energie zu versorgen 116.
Sofern der Ladezustand des Energiespeichers 100 % beträgt (nein), besteht keine Notwendigkeit, den Energiespeicher durch das externe DC-Netz aufzuladen. In diesem Fall wird durch das bidirektionale Ladegerät ein AC-Netz aufgespannt, um die vorgenannten Komponenten des Straßenfertigers 10 zu betreiben 105.
Stellt die Steuereinheit jedoch fest 103, dass es sich bei dem externen Netz um ein AC-Netz handelt (nein), wird der Straßenfertiger 10 durch das externe AC-Netz gespeist 107. Auch hier erfolgt zunächst eine Abfrage des Ladezustandes des Energiespeichers 108. Sofern der Energiespeicher voll aufgeladen ist (nein), steht die volle AC-Netzleistung der direkten Versorgung der Komponenten zur Verfügung 112.
Stellt die Steuereinheit jedoch fest, dass der Energiespeicher nicht zu 100 % geladen ist, wird das externe AC-Netz genutzt, um den Energiespeicher zu laden. Dabei wird sowohl ein Teil der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung für das Aufladen des Energiespeichers verwendet, als auch ein Teil der elektrischen Leistung zum Betreiben der Komponenten des Straßenfertigers 10, 109.
Während oder vor Beginn des Ladeprozesses des Energiespeichers erfolgt eine Abfrage 110, ob die externe Ladeleistung ausreicht, um die Komponenten des Straßenfertigers 10 mit elektrischer Energie zu versorgen und gleichzeitig den Energiespeicher zu laden. Wenn festgestellt wird, dass die zur Verfügung stehende Leistung ausreicht, um sowohl den Energiespeicher zu laden, als auch die Komponenten weiter zu betreiben (nein), werden die Verbraucher bzw. die Komponenten nicht abgeschaltet 113.
Stellt die Steuereinheit während oder vor Beginn des Ladeprozesses fest, dass die extern zur Verfügung gestellte elektrische Leistung nicht ausreicht, um sowohl den Energiespeicher zu laden und gleichzeitig die Komponenten des Straßenfertigers 10 mit elektrischer Energie zu versorgen (ja), werden die Komponenten bzw. die einzelnen Verbraucher schrittweise derart reduziert bzw. abgeschaltet oder in ihrer Leistung gedrosselt, bis die Energie ausreicht, um sowohl den Energiespeicher zu laden, als auch die Komponenten zu betreiben. Dies kann im Extremfall auch dazu führen, dass die Komponenten des Straßenfertigers 10 wenigstens zeitweise komplett abgeschaltet werden. Sobald jedoch der Energiespeicher einen Grundladezustand erreicht hat, können auch die Komponenten des Straßenfertigers 10 wieder mit elektrischer Energie versorgt werden 111.
Diese Priorisierung des Ladens des Energiespeichers und der Energieversorgung der Komponenten erfolgt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vollautomatisch durch die Steuereinheit. Je nach gemessenen Parametern sowie weiteren Randbedingungen, wie beispielsweise die Temperatur, der individuelle Bauauftrag, der Zeitpunkt des Ladens und dergleichen kann die Priorisierung zwischen den genannten Verbrauchern sich ändern. Durch die situationsbedingte Aufteilung der zur Verfügung stehenden Ladeleistung und der Verwendung eines bidirektionalen Ladegeräts lässt sich sowohl der Energiespeicher besonders effizient laden als auch die verschiedenen Komponenten des Straßenfertigers 10 einsatzbereit halten, um besonders energieeffizient einen Straßenbelag mit einer ausreichenden Qualität herzustellen.
Bezugszeichenliste:

10: Straßenfertiger
11: Primärantrieb
12: Fahrwerk
13: Fertigungsrichtung
14: Vorratsbehälter
15: Verteilerschnecke
16: Einbaubohle
17: Tragarm
18: Nivellierzylinder
19: Hubzylinder
20: Bohlengrundkörper
21: Bohlenbodenplatte
22: Unterseite
100: Leistungsabfrage
101: Sicherheitsabfrage
102: Abfrage externer Netze
103: Abfrage DC-Netz
104: Abfrage Ladezustand Energiespeicher
105: AC-Betrieb
106: Aufspannen AC-Netz
107: AC-Betrieb
108: Abfrage Ladezustand Energiespeicher
109: Laden/AC-Betrieb
110: Leistungsabfrage
111: priorisierter Betrieb
112: AC-Betrieb
113: Betrieb der Komponenten
114: Abfrage Ladezustand Energiespeicher
115: Laden Energiespeicher
116: DC-Betrieb

Claims

Straßenbaumaschine, insbesondere Straßenfertiger (10), Beschicker, Straßenfräse oder Straßenwalze, mit mindestens einem Energiespeicher, der einen Hochvoltbus und ein bidirektionales Ladegerät und/oder einen Inverter aufweist und mit einem elektrischen Primärantrieb (11), der von dem mindestens einen Energiespeicher mit elektrischer Energie gespeist wird, wobei mindestens eine Komponente der Baumaschine direkt oder indirekt über elektrisch angetriebene Hydraulikaggregate mit Energie versorgbar ist und wobei der mindestens eine Energiespeicher über eine externe AC- oder DC-Spannung aufladbar ist.
Straßenbaumaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Komponente, wie Heizstäbe, Stampfereinheit, Vibrationseinheit, Materialförderer, Schneckenförderer oder dergleichen und/oder deren Antriebsaggregate, ein- oder dreiphasig ausgebildet ist.
Straßenbaumaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Energiespeicher um mindestens eine Batterie, mindestens einen Akkumulator, mindestens eine Brennstoffzelle oder dergleichen oder Kombinationen davon handelt.
Straßenbaumaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit über welche ein Aufladeprozess des Energiespeichers durch eine externe AC/DC-Ladeeinrichtung und/oder die Versorgung der Komponenten der Baumaschine mit elektrischer Energie durch den Energiespeicher und/oder die externe AC/DC-Ladeeinrichtung steuerbar ist, wobei das Laden des Energiespeichers und die Versorgung der Komponenten in Abhängigkeit mehrerer Parameter priorisierbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Straßenbaumaschine, insbesondere eines Straßenfertigers (10), eines Beschickers, einer Straßenfräse oder einer Straßenwalze, nach Anspruch 1 mit einem Energiespeicher, der einen Hochvoltbus und ein bidirektionales Ladegerät und/oder einen Inverter aufweist und mit einem elektrischen Primärantrieb (11), der von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie gespeist wird, wobei mindestens eine Komponente der Baumaschine direkt oder indirekt über elektrisch angetriebene Hydraulikaggregate mit Energie versorgt wird und wobei der Energiespeicher über eine externe AC- oder DC-Spannung aufgeladen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Bedienperson oder vollautomatisch ein Ladevorgang des Energiespeichers initiiert wird, wobei der Energiespeicher mit einem externen AC- oder DC-Netz verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Steuereinheit vor und/oder während des Ladevorgangs Ladeparameter, wie beispielsweise ein Status des Ladevorgangs, eine verfügbare elektrische Ladeleistung, ein Status des Energiespeichers, ein Isolationsstatus des AC-Systems, eine Heizleistung an einer Einbaubohle (16) oder dergleichen ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass kein externes AC- oder DC-Netz mit dem Energiespeicher verbunden ist, der Primärantrieb (11) und die Komponenten direkt von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei insbesondere mindestens ein Inverter und mindestens ein bidirektionales Ladegerät zwischen dem Energiespeicher und dem Primärantrieb (11) und den Komponenten geschaltet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem angeschlossenen externen AC-Netz der Energiespeicher aufgeladen wird und gleichzeitig auch Komponenten der Baumaschine, vorzugsweise Heizstäbe einer Bohlenheizung, betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten Parameter eine Priorisierung der Aufteilung der AC-Spannung auf den Energiespeicher und die Komponenten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung des Ladevorgangs des Energiespeichers der Betrieb der Komponenten solange über das angeschlossene AC-Netz erfolgt, bis die Baumaschine von dem AC-Netz abgekoppelt wird, wobei dann der Betrieb der Komponenten über den Energiespeicher erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem angeschlossenen externen DC-Netz der Energiespeicher aufgeladen wird und gleichzeitig über das bidirektionale Ladegerät oder den Inverter auch Komponenten der Baumaschine, vorzugsweise Heizstäbe einer Bohlenheizung, betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten Parameter eine Priorisierung der Aufteilung der DC-Spannung auf den Energiespeicher und über das bidirektionale Ladegerät oder den Inverter auf die Komponenten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung des Ladevorgangs des Energiespeichers der Betrieb der Komponenten solange über das angeschlossene DC-Netz erfolgt, bis die Baumaschine von dem DC-Netz abgekoppelt wird, wobei dann der Betrieb der Komponenten über den Energiespeicher erfolgt.