DE112006000485T5

DE112006000485T5 - Multimotor-Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112006000485T5
Application number: DE112006000485T
Authority: DE
Inventors: Kent A. Washington Casey; Rodger L. Bristol Moring
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2008-01-10
Also published as: US7441623B2; CN1827413B; US20060191168A1; CN1827413A; WO2006093595A1

Abstract

Multimotor-Antriebssystem (16) für eine Arbeitsmaschine (10), welches Folgendes aufweist:
eine erste Traktionsvorrichtung (20) und eine zweite Traktionsvorrichtung (20), die im Wesentlichen quer zu einer primären Fahrtrichtung (30) der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind;
ein erstes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem (28), welches die erste Traktionsvorrichtung und die zweite Traktionsvorrichtung verbindet;
eine dritte Traktionsvorrichtung (20) und eine vierte Traktionsvorrichtung (20), die im Wesentlichen quer zur primären Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind;
ein zweites Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem (28), welches die dritte Traktionsvorrichtung und die vierte Traktionsvorrichtung verbindet;
ein Zwischengruppenleistungsübertragungssystem (26), welches das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbindet;
einen ersten Antriebsmotor (18), der betriebsmäßig mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt von dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, verbunden ist; und
einen zweiten Antriebsmotor (18), der betriebsmäßig mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt vom Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Multimotor-Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine und insbesondere auf ein Multimotor-Antriebssystem mit Leistungsübertragungssystemen, die zwei oder mehr der Antriebsmotoren verbinden.
Hintergrund
Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Radlader, Geländelastwägen und andere schwere Bau- und Bergbaumaschinen, werden verwendet, um viele Aufgaben auszuführen. Um effektiv diese Aufgaben auszuführen, erfordert eine Arbeitsmaschine eine Leistungsquelle, wie einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Erdgasmotor, einen Turbinenmotor oder irgendeine andere Bauart einer Leistungsquelle, die die Leistung liefert, die erforderlich ist, um diese Aufgaben auszuführen. Solche Arbeitsmaschinen weisen typischerweise ein Antriebssystem auf, welches einen oder mehrere Antriebsmotoren aufweisen kann, um Traktions- bzw. Antriebsvorrichtungen mit Leistung zu versorgen, um die Arbeitsmaschine voranzutreiben.
Einige Arbeitsmaschinen weisen ein Antriebssystem mit mehreren unabhängigen Antriebsmotoren auf. Typischerweise treibt jeder Antriebsmotor eines solchen Antriebssystems einen anderen Untersatz der Traktionsvorrichtungen der Arbeitsmaschine an. Beispielsweise weisen manche Arbeitsmaschinen vier Antriebsmotoren auf, wobei jeder davon unabhängig eine von vier Traktionsvorrichtungen der Arbeitsmaschine antreibt. In manchen Fällen trägt ein Untersatz der Antriebsmotoren einer solchen Arbeitsmaschine den größten Teil oder die gesamte Last des Antriebs der Arbeitsmaschine. Wenn die Traktion ungleichmäßig unter den Traktionsvorrichtungen verteilt ist, müssen jene Antriebsmotoren, die mit Traktionsvorrichtungen mit guter Traktion ver bunden sind, den größten Teil der Leistung liefern, um die Arbeitsmaschine anzutreiben.
Zumindest ein Multimotor-Antriebssystem ist konstruiert worden, und zwar mit Antriebsmotoren, die einander bei der Leistungsversorgung der Traktionsvorrichtungen der Arbeitsmaschine unterstützen. Beispielsweise zeigt die US-Patentanmeldung Nr. 2004/0121871 (die '871-Anmeldung) von Thompson, veröffentlicht am 28. Juni 2004, ein Multimotor-Antriebssystem mit drei Antriebsmotoren, wobei jeder davon betriebsmäßig mit einem Rad der Arbeitsmaschine verbunden ist und dieses antreibt. Die '871-Anmeldung zeigt drei Paare von Rädern, die entlang der Länge der Arbeitsmaschine beabstandet sind. Ein Antriebsmotor ist mit dem rechten vorderen Rad verbunden, ein weiterer Antriebsmotor ist mit dem rechten hinteren Rad verbunden und ein weiterer Antriebsmotor mit dem linken hinteren Rad verbunden. Ein Getriebe verbindet die drei Räder und die zwei Antriebsmotoren auf der rechten Seite der Arbeitsmaschine und ein weiteres Getriebe verbindet die drei Räder und den einen Antriebsmotor auf der linken Seite der Arbeitsmaschine. Eine einzige Querwelle mit einer Differenzialeinheit verbindet die Getriebe auf der rechten Seite und auf der linken Seite der Arbeitsmaschine. Somit kann Leistung von jedem Antriebsmotor zu verschiedenen Rädern der Arbeitsmaschine übertragen werden. Ein Lenkmotor, der mit der Differenzialeinheit verbunden ist, steuert die Drehzahldifferenz zwischen den Rädern auf der rechten Seite und auf der linken Seite der Arbeitsmaschine.
Obwohl die Konstruktion des Antriebssystems der '871-Anmeldung gestattet, die Antriebsbelastungen unter den Antriebsmotoren aufzuteilen, weist die Konstruktion Nachteile auf. Die einzige Querwelle des Antriebssystems macht die Anwendung von aufwendigen Getriebeeinheiten nötig, die sich entlang der Länge der linken und rechten Seiten der Arbeitsmaschine erstrecken, um Leistung von der Querwelle zu den vorderen und hinteren Rädern zu übertragen. Diese Konfiguration ist schlecht für die Anwendung in vielen Arbeitsmaschinenanwendungen angepasst. Die Anwendung eines einzigen Differenzials gibt vor, dass alle Räder auf der rechten Seite der Arbeitsma schine sich mit der gleichen Drehzahl drehen und genauso, dass alle Räder auf der linken Seite der Arbeitsmaschine sich mit der gleichen Drehzahl drehen. Zusätzlich erfordert die Konstruktion die Anwendung eines Lenkmotors, um einen Lenkvorgang der Arbeitsmaschine einzuleiten, was die Kosten des Antriebssystems steigert und den Prozess der Steuerung der Motoren des Antriebssystems kompliziert macht.
Das Antriebssystem der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein offenbartes Ausführungsbeispiel weist ein Multimotor-Antriebssystem auf. Das Multimotor-Antriebssystem kann eine erste Traktionsvorrichtung und eine zweite Traktionsvorrichtung aufweisen, die im Wesentlichen quer zu einer Hauptfahrtrichtung der Arbeitsmaschine ausgerichtet ist. Das Antriebssystem kann weiter ein erstes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem aufweisen, welches die erste Traktionsvorrichtung und die zweite Traktionsvorrichtung verbindet. Das Antriebssystem kann auch eine dritte Traktionsvorrichtung und eine vierte Traktionsvorrichtung aufweisen, die im Wesentlichen quer zur Hauptfahrtrichtung der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind. Zusätzlich kann das Antriebssystem ein zweites Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem aufweisen, welches die dritte Traktionsvorrichtung und die vierte Traktionsvorrichtung verbindet. Das Antriebssystem kann weiter ein Zwischengruppenleistungsübertragungssystem aufweisen, welches das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbindet. Das Antriebssystem kann weiter einen ersten Antriebsmotor aufweisen, der betriebsmäßig mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt von dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, verbunden ist. Darüber hinaus kann das Antriebssystem einen zweiten Antriebsmotor aufweisen, der betriebsmäßig mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt von dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, verbunden ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems für eine Arbeitsmaschine gerichtet. Das Antriebssystem weist eine erste Antriebsgruppe mit zwei Traktionsvorrichtungen auf, die im Wesentlichen quer zu einer primären Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind, ein erstes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, welches die zwei Traktionsvorrichtungen der ersten Antriebsgruppe verbindet, und einen ersten Antriebsmotor, der betriebsmäßig mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbunden ist. Das Antriebssystem kann weiter eine zweite Antriebsgruppe aufweisen, die von der ersten Antriebsgruppe in der primären Fahrtrichtung beabstandet ist. Die zweite Antriebsgruppe kann zwei Traktionsvorrichtungen aufweisen, die im Wesentlichen quer zu der primären Fahrtrichtung ausgerichtet sind, und ein zweites Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, welches die zwei Traktionsvorrichtungen der zweiten Antriebsgruppe verbindet. Das Antriebssystem kann weiter ein Zwischengruppenleistungsübertragungssystem aufweisen, welches das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbindet. Das Verfahren kann aufweisen, Leistung vom ersten Antriebsmotor durch zumindest einen Teil des ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems, durch das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem und mindestens einen Teil des zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems zu mindestens einer der Traktionsvorrichtungen der zweiten Antriebsgruppe zu übertragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Darstellung einer Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Multimotor-Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine schematische Veranschaulichung eines Multimotor-Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine schematische Veranschaulichung eines Multimotor-Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine schematische Veranschaulichung einer Antriebsgruppe für ein Multimotor-Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
1 sieht eine diagrammartige Perspektivansicht einer Arbeitsmaschine 10 gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor. Die Arbeitsmaschine, wie der Ausdruck hier verwendet wird, bezieht sich auf eine mobile Maschine, die eine gewisse Art eines Betriebsvorgangs ausführt, der mit einem speziellen Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Ackerbau usw., und sie arbeitet zwischen oder in Arbeitsumgebungen (beispielsweise auf einer Baustelle, auf einer Bergbaustätte, in Leistungserzeugungseinrichtungen usw.). Nicht einschränkende Beispiele von Arbeitsmaschinen weisen kommerzielle Maschinen auf, wie beispielsweise Lastwägen, Kräne, Erdbewegungsfahrzeuge, Bergbaufahrzeuge, Baggerlader, Materialhandhabungsmaschinen, Ackerbaumaschinen, Seefahrzeuge, Luftfahrzeuge und irgendeine Art einer mobilen Maschine, die in einer Arbeitsumgebung arbeitet.
Eine Arbeitsmaschine 10 kann eine Leistungsquelle 12, eine Leistungsumwandlungseinheit 14, ein Antriebssystem 16 mit mehreren Antriebsmotoren 18 und Traktions- bzw. Antriebsvorrichtungen 20 aufweisen. Während die Arbeitsmaschine 10 als ein Radlader veranschaulicht ist, kann die Arbeitsmaschine 10 von irgendeiner Bauart einer Arbeitsmaschine 10 sein, die ein Antriebssystem 16 mit mehreren Antriebsmotoren 18 aufweist, um die Traktionsvorrichtungen 20 der Arbeitsmaschine 10 mit Leistung zu versorgen.
Die Leistungsquelle 12 kann irgendeine Art einer Maschinenkomponente sein, die konfiguriert ist, um Leistung an die Arbeitsmaschine 10 zu liefern. Die Leistungsquelle 12 kann Maschinenkomponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Erdgasmotor, einen Turbinenmotor oder eine Brennstoffzelle, die betreibbar sind, um eine Leistungsausgangsgröße zu erzeugen. Alternativ kann die Leistungsquelle 12 ein Leistungsaufnahmesystem aufweisen, welches konfiguriert ist, um elektrische Energie von einem nicht an Bord liegenden elektrischen Übertragungssystem aufzunehmen, wie beispielsweise von einem Laufschienensystem oder einer nachlaufenden Versorgungsschnur.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Leistungsumwandlungseinheit 14 betriebsmäßig mit der Leistungsquelle 12 gekoppelt. Die Leistungsumwandlungseinheit 14 kann irgendeine Bauart einer Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um zumindest einen Teil der Leistungsausgabe, die von der Leistungsquelle 12 geliefert wird, in eine Form umzuwandeln, die von den Antriebsmotoren 18 zu verwenden ist. Beispielsweise kann die Leistungsumwandlungseinheit 14 ein elektrischer Generator sein, der zumindest einen Teil der Leistungsausgabe der Leistungsquelle 12 in elektrische Energie umwandelt. Die Leistungsumwandlungseinheit 14 kann auch eine Hydraulikpumpe sein, die zumindest einen Teil der Leistungsausgabe der Leistungsquelle 12 in einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel umwandelt. In Ausführungsbeispielen, wo die Leistungsquelle 12 eine Brennstoffzelle oder ein Leistungsaufnahmesystem ist, kann die Arbeitsmaschine 10 die Leistungsumwandlungseinheit 14 weglassen.
Das Antriebssystem 16 weist mehrere Antriebsmotoren 18 auf, die betriebsmäßig mit der Leistungsumwandlungseinheit 14 verbunden sein können. In Ausführungsbeispielen, wo die Leistungsumwandlungseinheit 14 ein elektrischer Generator ist, können die Antriebsmotoren 18 Elektromotoren sein, die durch elektrische Energie von der Leistungsumwandlungseinheit 14 angetrieben werden. In Ausführungsbeispielen, wo die Leistungsumwandlungseinheit 14 eine Hydraulikpumpe ist, können die Antriebsmotoren 18 Hydraulikmotoren sein, die von einem Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von der Leistungsumwandlungseinheit 14 angetrieben werden. In Ausführungsbeispielen, wo die Leistungsquelle 12 eine Brennstoffzelle oder ein Leistungsaufnahmesystem ist, können die Antriebsmotoren 18 Elektromotoren sein, die betriebsmäßig direkt mit der Leistungsquelle 12 verbunden sind oder durch elektrische Energie von dieser angetrieben werden.
Das Antriebssystem 16 weist auch mehrere Traktionsvorrichtungen 20 auf, die betriebsmäßig mit den Antriebsmotoren 18 gekoppelt sind. Während die Traktionsvorrichtungen 20 als Räder veranschaulicht sind, können sie auch Raupeneinheiten oder irgendeine andere Vorrichtung sein, die geeignet ist, um Leistung von den Antriebsmotoren 18 aufzunehmen und diese zum Boden zu übertragen, um die Arbeitsmaschine 10 voranzutreiben.
2 zeigt ein Antriebssystem 16 mit einer ersten Antriebsgruppe 22 und einer zweiten Antriebsgruppe 24 in Übereinstimmung mit gewissen offenbarten Ausführungsbeispielen. Das Antriebssystem 16 kann ein Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 aufweisen, welches die ersten und zweiten Antriebsgruppen 22, 24 verbindet.
In einem Ausführungsbeispiel können die Antriebsgruppen 22, 24 des Antriebssystems 16 zwei Traktionsvorrichtungen 20, ein Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 und zwei Antriebsmotoren 18 aufweisen. Die Antriebsgruppen 22, 24 können in einer primären Fahrtrichtung 30 der Arbeitsmaschine 10 beabstandet sein. Die Traktionsvorrichtungen 20 von jeder Antriebsgruppe 22, 24 sind im Wesentlichen quer zur primären Fahrtrichtung 30 der Arbeitsmaschine 10 ausgerichtet.
Jedes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 verbindet mechanisch die Traktionsvorrichtungen 20 der jeweiligen Antriebsgruppe 22, 24. Weiterhin weist jedes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels eine Differenzialeinheit 32, zwei Antriebswellen 34, zwei Antriebsmotoren 18 und zwei Bewegungsumwandlungseinheiten 36 auf, die in Reihe zwischen den Traktionsvorrichtungen 20 angeschlossen sind.
Obwohl 2 die Antriebsmotoren 18 derart zeigt, dass sie in Reihe mit anderen Komponenten der Antriebsgruppenleistungsübertragungssysteme 28 verbunden sind, und zwar zwischen jeweiligen Traktionsvorrichtungen 20 der jeweiligen Antriebsgruppen 22, 24, können andere Ausführungsbeispiele alternative Konfigurationen einrichten. Beispielsweise kann ein Antriebsmotor 18 benachbart zu einem Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 angeordnet sein und kann betriebsmäßig mit dem Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 durch Zahnräder, Ketten, Riemen oder andere Leistungsübertragungskomponenten verbunden sein. Weiterhin kann ein Antriebsmotor 18 mit einem Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 durch eine Traktionsvorrichtung 20 verbunden sein, die mit dem Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 verbunden ist. Zusätzlich können Ausführungsbeispiele Antriebsgruppen 22, 24 einrichten, die mehr oder weniger als zwei Antriebsmotoren 18 aufweisen.
Das Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 ist nicht auf die in 2 gezeigte Konfiguration eingeschränkt. Beispielsweise kann das Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 eine oder beide der Bewegungsumwandlungseinheiten 36 weglassen, die in 2 gezeigt sind, weiter eine oder beide der Antriebswellen 34 und/oder die Differenzialeinheit 32. Während 2 die Komponenten des Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems 28 zeigt, die auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, ist auch keine spezielle räumliche Anordnung für die offenbarten Ausführungsbeispiele erforderlich.
Weiterhin kann das Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 auch mit unterschiedlichen Arten von Komponenten eingerichtet werden. Beispielsweise kann die Differenzialeinheit 32 irgendeine Bauart einer Differenzialeinheit 32 sein, die mechanisch die Traktionsvorrichtungen 20 der Antriebsgruppe 22 oder 24 verbindet, während dies eine unabhängige Drehung zwischen jenen Traktionsvorrichtungen 20 gestattet. Das Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 kann auch verschiedene Zahnräder, Ketten, Riemen, flexible Gelenke und andere Leistungsübertragungskomponenten zusätzlich oder anstelle der Antriebswellen 34 einrichten bzw. aufweisen.
Das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 verbindet mechanisch die erste Antriebsgruppe 22 mit der zweiten Antriebsgruppe 24. In einem Ausführungsbeispiel kann das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 eine Antriebswelle sein, die die Antriebsgruppenleistungsübertragungssysteme 28 der ersten und zweiten Antriebsgruppen 22, 24 durch ihre jeweiligen Differenzialeinheiten 32 verbindet. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 die ersten und zweiten Antriebsgruppen 22, 24 in anderer Weise verbinden, die eine Leistungsübertragung zwischen den Antriebsgruppen 22 und 24 ermöglicht. Beispielsweise kann das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 einen anderen Teil des Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems 28 oder der Traktionsvorrichtung 20 einer jeweiligen Antriebsgruppe 22, 24 verbinden. Zusätzlich kann das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 andere Arten von Leistungsübertragungskomponenten aufweisen, wie beispielsweise Zahnräder, Kettenräder, Riemen, Ketten und flexible Kupplungen zusätzlich oder anstelle der Antriebswelle.
Das Antriebssystem 16 ist nicht auf die in 2 gezeigte Konfiguration eingeschränkt. Beispielsweise kann das Antriebssystem 16 eine oder mehrere andere Antriebsgruppen zusätzlich zu den ersten und zweiten Antriebsgrup pen 22, 24 aufweisen. Darüber hinaus kann das Antriebssystem 16 eine oder mehrere andere Zwischengruppenleistungsübertragungssysteme zusätzlich zu dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 aufweisen. Solche zusätzlichen Zwischengruppenleistungsübertragungssysteme können irgendwelche zusätzlichen Antriebsgruppen miteinander und/oder mit der Antriebsgruppe 22 und/oder mit der Antriebsgruppe 24 verbinden.
Zusätzlich können in einem Ausführungsbeispiel die Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22 und die Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24 schwenkbar relativ zueinander lenkbar sein. Beispielsweise kann das Antriebssystem 16 so konfiguriert sein, dass die erste Antriebsgruppe 22 relativ zur zweiten Antriebsgruppe 24 um einen zentralen Schwenkpunkt 38 schwenkt. 2 veranschaulicht das Antriebssystem 16 mit der ersten Antriebsgruppe 22, wie es relativ zur zweiten Antriebsgruppe 24 schwenkt, und zwar in gestrichelten Linien 39.
In einem anderen Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Antriebsgruppen 22, 24 nicht relativ zueinander schwenkbar sein. Stattdessen können die Traktionsvorrichtungen 20 einer Antriebsgruppe schwenkbar um jeweilige Lenkschwenkpunkte lenkbar sein. 3 zeigt ein Antriebssystem 16 in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel. Wie gezeigt, sind die Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22 schwenkbar um Lenkschwenkpunkte 40 lenkbar. 3 veranschaulicht das Antriebssystem 16 mit Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22, die geschwenkt sind, und zwar in gestrichelten Linien 41.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt 4 das Antriebssystem 16, welches in 3 veranschaulicht ist, welches einen Zwischengruppenantriebsmotor 42 aufweist, der mit dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 verbunden ist. Eine Bewegungsumwandlungseinheit 36 und eine Antriebswelle verbinden ein Ende des Zwischengruppenantriebsmotors 42 mit dem Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 der ersten Antriebsgruppe 22. Weiterhin kann eine Antriebswelle das andere Ende des Zwischengruppenantriebsmotors 42 mit dem Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 der zweiten Antriebsgruppe 24 verbinden. Der Zwischengruppenantriebsmotor 42 kann mit dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 in irgendeiner Weise verbunden sein, die die Übertragung von Leistung durch das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 zu den ersten und zweiten Antriebsgruppen 22, 24 gestattet. Das Antriebssystem 16 ist nicht auf die in 4 gezeigte Konfiguration eingeschränkt. Beispielsweise kann das Antriebssystem 16 mehrere Zwischengruppenantriebsmotoren 42 aufweisen, die betriebsmäßig mit dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 verbunden sind.
5 veranschaulicht eine alternative Konfiguration einer Antriebsgruppe 44 für ein beispielhaftes Antriebssystem 16. Die Antriebsgruppe 44 kann ähnlich wie irgendeine der ersten und zweiten Antriebsgruppen 22, 24 sein, die in 2 gezeigt sind. Im Ausführungsbeispiel der 5 kann jedoch jeder Antriebsmotor 18 mit einer jeweiligen Antriebswelle 34 indirekt verbunden sein, und zwar durch Komponenten einer assoziierten Bewegungsumwandlungseinheit 36. Eine Ausgangswelle 46 von jedem Antriebsmotor 18 kann hohl sein, und jede Antriebswelle 34 kann sich durch eine jeweilige Ausgangswelle 46 erstrecken. Jede Bewegungsumwandlungseinheit 36 kann einen Planetengetriebesatz 48 der ersten Stufe mit einem hohlen Sonnenrad aufweisen. Jede Antriebswelle 34 kann sich durch das hohle Sonnenrad eines jeweiligen Planetenradsatzes 48 der ersten Stufe erstrecken. Zusätzlich kann jede Bewegungsumwandlungseinheit 36 einen Planetengetriebesatz 50 der zweiten Stufe aufweisen. Ein äußeres Ende von jeder Antriebswelle 34 kann mit einem Sonnenrad eines jeweiligen Planetengetriebesatzes 50 der zweiten Stufe in Verbindung sein. Jeder Planetengetriebesatz 48 der ersten Stufe kann ein außen liegendes Ende einer jeweiligen Ausgangswelle 46 mit dem Sonnenrad eines jeweiligen Planetengetriebesatzes 48 der zweiten Stufe verbinden, und somit mit einer jeweiligen Antriebswelle 34.
Der Aufbau der Antriebsgruppe 44 ist nicht auf jenen eingeschränkt, der in 5 gezeigt ist. Beispielsweise können die Komponenten der Antriebs gruppe 44 so angeordnet sein, dass die Antriebswelle 34 nicht durch den Antriebsmotor 18 laufen muss. Zusätzlich kann die Antriebswelle 34 mit einer Ausgangswelle 46 eines Antriebsmotors 18 durch mehr als eine Stufe von Bewegungsumwandlungskomponenten verbunden sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Antriebssystem 16 der offenbarten Ausführungsbeispiele hat mögliche Anwendung bei irgendeiner Arbeitsmaschine 10, die mehrere Antriebsmotoren 18 und Traktionsvorrichtungen 20 hat. Der Betrieb einer Arbeitsmaschine 10 mit einem Antriebssystem 16 gemäß diesen Ausführungsbeispielen wird unten mit Bezugnahme auf die 2 und 5 beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel erzeugt die Leistungsquelle 12 während des Betriebs der Arbeitsmaschine 10 eine Leistungsausgangsgröße und überträgt diese zur Leistungsumwandlungseinheit 14. Die Leistungsumwandlungseinheit 14 wandelt wiederum die Leistungsausgangsgröße von der Leistungsquelle 12 in eine Form um, die von den Antriebsmotoren 18 zu verwenden ist. In Ausführungsbeispielen, wo die Leistungsumwandlungseinheit 14 ein elektrischer Generator ist, wandelt die Leistungsumwandlungseinheit 14 die Leistungsausgabe aus der Leistungsquelle 12 in elektrische Energie um. In Ausführungsbeispielen, wo die Leistungsumwandlungseinheit 14 eine Hydraulikpumpe ist, wandelt die Leistungsumwandlungseinheit 14 die Leistungsausgabe aus der Leistungsquelle 12 in einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel um.
Die Antriebsmotoren 18 nehmen Leistung von der Leistungsumwandlungseinheit 14 und von den Traktionsvorrichtungen 20 auf. In Ausführungsbeispielen, wo ein Antriebsmotor 18 ein Elektromotor ist, kann der Motor 18 elektrische Energie von der Leistungsumwandlungseinheit 14 aufnehmen. In Ausführungsbeispielen, wo ein Antriebsmotor 18 ein Hydraulikmotor ist, kann der Motor 18 einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von der Leistungsumwandlungseinheit 14 aufnehmen. Die Antriebsmotoren 18 der ersten Antriebsgruppe 22 übertragen Leistung zu den Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22, die diese Leistung auf den Boden übertragen. Genauso liefern die Antriebsmotoren 18 der zweiten Antriebsgruppe 24 Leistung an die Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24, um die Leistung auf den Boden zu übertragen.
In gewissen Ausführungsbeispielen kann Leistung von den Antriebsmotoren 18 zwischen den ersten und zweiten Antriebsgruppen 22, 24 übertragen werden. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn die Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22 mehr Traktion haben als die Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24. Unter solchen Umständen können die Antriebsmotoren 18 der zweiten Antriebsgruppe 24 keine Leistung auf den Boden durch die Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24 übertragen. Die Antriebsmotoren 18 der zweiten Antriebsgruppe 24 übertragen jedoch Leistung durch das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 zu den Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 24. Somit ermöglichen Ausführungsbeispiele, wobei das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem 26 die Antriebsgruppen 22 und 24 verbindet, dass das Antriebssystem 16 die volle Leistungskapazität der Antriebsmotoren 18 in Antriebsarbeit umwandelt, obwohl die Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24 eine schlechte Traktion haben.
Weil die Antriebsgruppen 22, 24 jeweils ein Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem 28 aufweisen, ermöglicht eine einzige Zwischengruppenleistungsübertragungseinheit 26 die Übertragung von Leistung von vorne nach hinten auf alle Traktionsvorrichtungen 20 der Arbeitsmaschine 10. Zusätzlich kann eine Zwischengruppenleistungsübertragungseinheit 26 irgendwo innerhalb der Breite der Arbeitsmaschine 10 positioniert sein. Diese Attribute des Antriebssystems 16 machen es gut geeignet zur Anwendung bei vielen unterschiedlichen Arbeitsmaschinenanwendungen. Beispielsweise ist dieses Ausführungsbeispiel insbesondere vorteilhaft bei Anwendungen wie jener der 2, wo die Antriebsgruppen 22, 24 relativ zueinander schwenkbar sind. Bei solchen Anwendungen kann sich ein einzelnes Zwischengruppenleis tungsübertragungssystem 26 durch den mittleren Schwenkpunkt 38 erstrecken und um diesen schwenken. Dies gestattet, dass die Zwischengruppenleistungsübertragungseinheit 26 während des Schwenkens der Antriebsgruppen 22, 24 relativ zueinander eine konstante Länge beibehält.
Die Fähigkeit, die Leistung zwischen den ersten und den zweiten Antriebsgruppen 22, 24 zu übertragen, ist insbesondere vorteilhaft bei Anwendungen, wo das Gewicht der Arbeitsmaschine 10 oft zwischen den Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22 und den Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24 umschaltet. Beispielsweise verschiebt sich im Fall eines Radladers das Maschinengewicht oft von einer nahezu gleichen Verteilung zwischen den Traktionsvorrichtungen 20 dahingehend, dass es vollständig auf den Traktionsvorrichtungen 20 der ersten oder zweiten Antriebsgruppe 22 oder 24 ist.
Zusätzlich können die Antriebsmotoren 18 entsprechend Traktionssteuer- und/oder Stabilitätssteueralgorithmen arbeiten, um weiter die Leistung der Arbeitsmaschine 10 zu verbessern. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 10 Steuereinheiten aufweisen, die Software-Programme ausführen, die Sensoreingangsgrößen analysieren, die einen oder mehrere Parameter der Arbeitsmaschine 10 widerspiegeln. Basierend auf der Analyse können die Steuereinheiten unabhängig einen oder mehrere der Antriebsmotoren 18 steuern, um ein Durchrutschen der Traktionsvorrichtungen 20 und/oder eine irrtümliche Bewegung der Arbeitsmaschine 10 zu verhindern. In solchen Ausführungsbeispielen kann die Arbeitsmaschine 10 verschiedene Arten von Traktionssteuer- und/oder Stabilitätssteueralgorithmen einrichten, um eine ordnungsgemäße Traktion während des Betriebs sicherzustellen.
Gewisse Ausführungsbeispiele des Antriebssystems 16 sind insbesondere gut geeignet zur Ausführung von Traktionssteuer- und/oder Stabilitätssteueralgorithmen, weil sie ein großes Ausmaß an Flexibilität bei der Steuerung der Bewegung der jeweiligen Traktionsvorrichtungen 20 gestatten. Beispielsweise gestatten Antriebssysteme 16 mit einer Differenzialeinheit 32 in jeder An triebsgruppe 22, 24 eine erste Drehzahldifferenz zwischen den Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22 und eine zweite Drehzahldifferenz, die eine andere Größe haben kann als die erste Drehzahldifferenz, zwischen den Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24. Eine Traktionsvorrichtung 20 der ersten Antriebsgruppe 22 kann sich beispielsweise mit 12 U/min drehen, während die andere Traktionsvorrichtung 20 der ersten Antriebsgruppe 22 sich mit 14 U/min dreht, wobei in diesem Fall die Größe der Drehzahldifferenz zwischen den Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22 2 U/min wäre. Gleichzeitig kann eine Traktionsvorrichtung 20 der zweiten Antriebsgruppe 24 sich mit 11 U/min drehen, während die andere Traktionsvorrichtung 20 der zweiten Antriebsgruppe 24 sich mit 15 U/min dreht, wobei in diesem Fall die Größe der Drehzahldifferenz zwischen den Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24 4 U/min wäre.
Darüber hinaus vermeiden Antriebssysteme 16 mit schwenkbar lenkbaren Traktionsvorrichtungen 20 die Notwendigkeit, dass die Antriebsmotoren 18 eine Lenkbewegung der Arbeitsmaschine einleiten. Dies vereinfacht die Steuerung der Antriebsmotoren 18 und verringert die Kosten des Antriebssystems 16. Zusätzlich sind Antriebssysteme 16 mit Differenzialeinheiten 32 in sowohl der ersten Antriebsgruppe 22 als auch der zweiten Antriebsgruppe 24 insbesondere gut geeignet zur Lenkung der Arbeitsmaschine 10 durch Schwenken der Traktionsvorrichtungen 20. Solche Konfigurationen gestatten, dass die Traktionsvorrichtungen 20 der ersten Antriebsgruppe 22 eine größere oder geringere Drehzahldifferenz haben als die Traktionsvorrichtungen 20 der zweiten Antriebsgruppe 24, was unterschiedliche Traktionsvorrichtungen 20 ausgleicht, die auf unterschiedlichen Kreisbögen fahren, wenn sie geschwenkt werden, um eine Lenkbewegung der Arbeitsmaschine 10 einzuleiten.
Weiterhin bieten Antriebssysteme 16 in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsbeispielen eine hohe Leistungskapazität im Vergleich zu ihrer physischen Größe. Insbesondere verwenden die Antriebssysteme 16 mit einem Zwischengruppenantriebsmotor 42 effizient den verfügbaren Raum in der Arbeitsmaschine 10, um eine hohe Leistungskapazität zum Antrieb der Arbeitsmaschine 10 über unterschiedliche Geländearten vorzusehen.
Die offenbarten Ausführungsbeispiele des Antriebssystems 16 gleichen auch die Anwendung von Antriebsmotoren 18 und Komponenten eines Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems 28 mit unterschiedlichen optimalen Betriebsbedingungen aus. Beispielsweise kann das Verbinden von Komponenten eines Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems 28 mit einem Antriebsmotor 18 durch eine oder mehrere Stufen einer Bewegungsumwandlungseinheit 36, wie in 5 gezeigt, optimale Betriebsbedingungen sowohl für den Antriebsmotor 18 als auch für die Komponenten des Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems 28 erleichtern. Insbesondere gestattet das Verbinden einer Antriebswelle eines Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems 28 mit einem Antriebsmotor 18 durch eine oder mehrere Stufen einer Drehzahlreduktion den Betrieb des Antriebsmotors 18 bei höheren Motordrehzahlen und den Betrieb der Antriebswelle 34 bei niedrigen Wellendrehzahlen.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, das verschiedene Modifikationen und Variationen an den offenbarten Antriebssystemen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der offenbarten Antriebssysteme werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Antriebssysteme offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
Zusammenfassung
Multimotor-Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine
Ein Multimotor-Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine hat eine erste Traktionsvorrichtung und eine zweite Traktionsvorrichtung, die im Wesentlichen quer zu einer primären Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind. Das Antriebssystem hat auch ein erstes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, welches die erste Traktionsvorrichtung und die zweite Traktionsvorrichtung verbindet. Das Antriebssystem kann auch eine dritte Traktionsvorrichtung und eine vierte Traktionsvorrichtung aufweisen, die im Wesentlichen quer zur primären Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind. Weiterhin weist das Antriebssystem auch ein zweites Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem auf, welches die dritte Traktionsvorrichtung und die vierte Traktionsvorrichtung verbindet. Zusätzlich hat das Antriebssystem ein Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, welches das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbindet. Ein erster Antriebsmotor kann betriebsmäßig in Verbindung mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt von dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, sein. Darüber hinaus weist das Antriebssystem einen zweiten Antriebsmotor auf, der betriebsmäßig mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt von dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, verbunden ist.

Claims

Multimotor-Antriebssystem (16) für eine Arbeitsmaschine (10), welches Folgendes aufweist: eine erste Traktionsvorrichtung (20) und eine zweite Traktionsvorrichtung (20), die im Wesentlichen quer zu einer primären Fahrtrichtung (30) der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind; ein erstes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem (28), welches die erste Traktionsvorrichtung und die zweite Traktionsvorrichtung verbindet; eine dritte Traktionsvorrichtung (20) und eine vierte Traktionsvorrichtung (20), die im Wesentlichen quer zur primären Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind; ein zweites Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem (28), welches die dritte Traktionsvorrichtung und die vierte Traktionsvorrichtung verbindet; ein Zwischengruppenleistungsübertragungssystem (26), welches das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbindet; einen ersten Antriebsmotor (18), der betriebsmäßig mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt von dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, verbunden ist; und einen zweiten Antriebsmotor (18), der betriebsmäßig mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem, getrennt vom Zwischengruppenleistungsübertragungssystem, verbunden ist.
Multimotor-Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem eine erste Differenzialeinheit (32) aufweist, und wobei das zweite Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem eine zweite Differenzialeinheit (32) aufweist.
Multimotor-Antriebssystem nach Anspruch 2, wobei das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem durch die erste Differenzialeinheit verbunden ist, und wobei das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem durch die zweite Differenzialeinheit verbunden ist.
Multimotor-Antriebssystem nach Anspruch 3, wobei die erste Traktionsvorrichtung und die zweite Traktionsvorrichtung schwenkbar relativ zur dritten Traktionsvorrichtung und zur vierten Traktionsvorrichtung lenkbar sind.
Multimotor-Antriebssystem nach Anspruch 2, welches weiter Folgendes aufweist: einen dritten Antriebsmotor, der betriebsmäßig mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem an einem Punkt verbunden ist, sodass die erste Differenzialeinheit zwischen dem ersten Antriebsmotor und dem dritten Antriebsmotor angeschlossen ist, und einen vierten Antriebsmotor, der betriebsmäßig mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem an einem Punkt verbunden ist, sodass die zweite Differenzialeinheit zwischen dem zweiten Antriebsmotor und dem vierten Antriebsmotor angeschlossen ist.
Multimotor-Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Traktionsvorrichtung und die zweite Traktionsvorrichtung schwenkbar relativ zur dritten Traktionsvorrichtung und zur vierten Traktionsvorrichtung lenkbar sind.
Multimotor-Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem eine Bewegungsumwandlungseinheit (36) und eine Antriebswelle (34) aufweist, und wobei eine Ausgangswelle (46) des ersten Antriebsmotors mit der An triebswelle durch Komponenten der Bewegungsumwandlungseinheit verbunden ist.
Multimotor-Antriebssystem nach Anspruch 1, welches weiter einen Zwischengruppenantriebsmotor (42) aufweist, der betriebsmäßig mit dem Zwischengruppenleistungsübertragungssystem verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (16) für eine Arbeitsmaschine (10), wobei das Antriebssystem eine erste Antriebsgruppe (22) mit zwei Traktionsvorrichtungen (20) hat, die im Wesentlichen quer zu einer primären Fahrtrichtung (30) der Arbeitsmaschine ausgerichtet sind, weiter ein erstes Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem (28), welches die zwei Traktionsvorrichtungen der ersten Antriebsgruppe verbindet, und einen ersten Antriebsmotor (18), der betriebsmäßig mit dem ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbunden ist, wobei das Antriebssystem eine zweite Antriebsgruppe (24) hat, die von der ersten Antriebsgruppe in der primären Fahrtrichtung beabstandet ist und zwei Traktionsvorrichtungen (20) aufweist, die im Wesentlichen quer zur primären Fahrtrichtung ausgerichtet sind, und ein zweites Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem (28), welches die zwei Traktionsvorrichtungen der zweiten Antriebsgruppe verbindet, und wobei das Antriebssystem ein Zwischengruppenleistungsübertragungssystem (26) hat, welches das erste Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem mit dem zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystem verbindet, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Übertragung von Leistung vom ersten Antriebsmotor durch zumindest einen Teil des ersten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems, durch das Zwischengruppenleistungsübertragungssystem und zumindest einen Teil des zweiten Antriebsgruppenleistungsübertragungssystems zu mindestens einer der Traktionsvorrichtungen der zweiten Antriebsgruppe.
Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter Folgendes aufweist: Ausgleichen einer ersten Drehzahldifferenz zwischen den Traktionsvorrichtungen der ersten Antriebsgruppe; und Ausgleichen einer zweiten Drehzahldifferenz zwischen den Traktionsvorrichtungen der zweiten Antriebsgruppe, wobei die zweite Drehzahldifferenz eine andere Größe als die erste Drehzahldifferenz hat.