DE4039933A1 - Diesel-elektrisches antriebsmodul fuer baumaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein vorzugsweise zum Einsatz im Tunnelbau bestimmtes Arbeitsgerät, wie Bagger, Hydraulikhammer oder Lader, mit je einem wahlweise betreibba­ ren Dieselmotor und Elektromotor, vorzugsweise Drehstrom- Asynchronmotor, als Antrieb für ein hydraulisches Druckver­ sorgungsaggregat.

Es sind Bagger und Ladegeräte bekannt, insbesondere solche, die mit Band- oder anderen Fördersystemen vorwiegend zum Ein­ satz in Stollen- oder Tunnelbauwerken ausgerüstet und aus diesem Grund mit Doppelantrieben ausgestattet sind. Innerhalb des Tunnels wird wegen der Bewetterungsverhältnisse fast im­ mer mit Elektroantrieb gearbeitet. Während des kabelunabhän­ gigen Transportes des Baggers oder Ladegerätes und auch bei anderen Einsätzen kommt der Dieselantrieb zur Anwendung.

Da in einem Stollen grundsätzlich extrem enge Raumverhältnis­ se vorhanden sind, muß das Bagger- oder Ladegerät von vornhe­ rein eine kompakte Bauart besitzen. Es sind Geräte bekannt, die zur günstigen raumsparenden Unterbringung auf der einen Seite der Fördereinrichtung einen mit einem Pumpenaggregat gekuppelten Elektromotor und auf der anderen Seite einen mit einem Pumpenaggregat gekuppelten Dieselmotor aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein diesel-elektri­ sches Antriebsmodul für Baumaschinen der vorbezeichneten Art zu schaffen, das sich durch einen vereinfachten und besonders platzsparenden Aufbau sowie durch eine vorteilhafte, wahlwei­ se steuerbare Kupplung zwischen den verschiedenen möglichen Arten des Antriebs für das hydraulische Druckversorgungsag­ gregat auszeichnet.

Bei einem Antriebsmodul der eingangs bezeichneten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in un­ mittelbarer Antriebsverbindung mit dem Druckversorgungsaggre­ gat stehende Elektromotor über ein Riemen-, Ketten- oder Zahnradgetriebe an die Abtriebswelle des Dieselmotors ange­ schlossen und als Durchtrieb zwischen Dieselmotor und Druck­ versorgungsaggregat vorgesehen ist, und daß beide Motoren mit zueinander parallelen Wellen in einem Antriebsmodulgehäuse angeordnet und mittels einer Kupplung so miteinander verbun­ den sind, daß der Elektromotor unabhängig vom Dieselmotor be­ trieben werden kann.

Bei dieser vorgeschlagenen Bauform, bei der die mit dem Pum­ penaggregat verbundene Elektomotorwelle ständig mitdreht, wird beim Dieselantrieb außer durch das Lüfterrad des Elek­ tromotors und in den beiden Ankerlagern keine zusätzliche Leistung verbraucht. Andererseits dient aber die Kühlung des Elektromotors während des Dieselbetriebs der zusätzlichen Kühlung der Hydraulikpumpen. Auf diese Weise ist für den wählbaren Diesel- oder Elektroantrieb stets nur ein Hydrau­ likpumpensatz notwendig. Da die Baueinheiten innerhalb des Antriebsmodulgehäuses ständig vereinigt sind, entsteht eine raumsparende Gesamtanordnung, in die der Hydrauliktank und die Pumpen integriert sind und nur kurze Saugleitungen benö­ tigen.

In Ausgestaltung des Antriebsmoduls gemäß der Erfindung kann das Getriebe zwischen den beiden Motorwellen im Hinblick auf die größere Leistungsdichte des Elektromotors zu diesem hin untersetzt sein, um dadurch die niedrigere optimale Drehzahl des Elektromotors mit der höheren optimalen Drehzahl des Die­ selmotors auszugleichen und so das Druckversorgungsaggregat mit gleicher Drehzahl anzutreiben. Da vierpolige Elektromoto­ ren üblicherweise mit 1500 U/min (praktisch 1450) bei 50 Hz drehen und damit einer idealen Drehzahl für selbstansaugende Kolben- oder Zahnradpumpen entsprechen, andererseits aber Dieselmotoren ihre beste Leistungsdrehzahl zwischen 2000 und 2200 U/min haben, kann mit Hilfe des Verbindungsgetriebes diese Drehzahldifferenz ausgeglichen werden.

Andererseits kann bei unterschiedlich starker Leistung von Elektromotor und Dieselmotor die vom Pumpenaggregat aufgenom­ mene Leistung stets an den jeweiligen Antriebsmotor angepaßt sein, so daß z. B. bei niedrigerer Leistung des Dieselmotors die Getriebeuntersetzung das Pumpenaggregat beim Dieselbe­ trieb langsamer antreibt als beim Elektrobetrieb. Dies kann sich beispielsweise so auswirken, daß beim Dieselbetrieb, der für Transporte des Bagger- und Ladegerätes angewendet wird, nur ein Bruchteil z. B. nur 2/3 oder 1/2 der Maximalleistung zur Verfügung steht. Mindestens ist jedoch die reduzierte Leistung des Dieselmotors und des davon langsamer getriebenen Pumpenaggregates als ausreichend für den Fahrbetrieb des Ar­ beitsgerätes ausgelegt.

Gemäß einem anderen Merkmal weist das auf der Welle des Elek­ tromotors angeordnete Getrieberad eine Kupplung auf, die das Getrieberad mit der Welle des Elektromotors kuppelt oder ent­ kuppelt. Als Kupplung kann eine Freilaufkupplung vorgesehen sein, mit der bei eingeschaltetem, schneller drehendem Elek­ tromotor das zum Dieselmotor führende, den Freilauf enthal­ tende Getriebe stillsteht, so daß derjenige Motor die An­ triebslast übernimmt, der an der Elektromotorwelle am schnellsten dreht. Selbstverständlich kann der Freilauf durch eine von außen gesteuerte, z. B. handgeschaltete Kupplung oder durch jeden anderen geeigneten Kupplungstyp ersetzt sein.

Nach einem anderen Vorschlag können beide Motoren in einzel­ nen Gehäuseeinheiten untergebracht sein, die übereinander an­ geordnet und zu einem gemeinsamen Modulgehäuse vereinigt sind. Die obere Gehäuseeinheit kann als steinschlagfeste Ab­ deckung ausgeführt sein.

Beide Motoren können zueinander so angeordnet sein, daß die Schwungradseite des Dieselmotors mit dem Verbindungsgetriebe oberhalb der dem Pumpenaggregat gegenüberliegenden Seite des Elektromotors und der Lüfter mit dem Kühler des Diesels ober­ halb des Pumpenaggregates liegen. Damit ergeben sich kurze Saugleitungen und ein kurzes sog. Röhrenwerk. Andererseits können der Dieseltank, der elektrische Schaltschrank, die Ka­ beltrommel für die Elektro-Zuführung und die Hydraulikventile entfernt vom Antriebsmodul am Arbeitsgerät angebracht sein, weil dafür nur relativ kleine Leitungsquerschnitte verlegt werden müssen.

Das Antriebsmodul kann aus einem tragenden stabilen Grundrah­ men und aus einem leichteren, vorzugsweise abnehmbaren Auf­ satz zusammengesetzt sein. In den Grundrahmen ist auf der ei­ nen Längsseite der Hydrauliktank eingeschraubt oder einge­ schweißt, und davor der Elektromotor mit angeflanschtem Pum­ pensatz. Ein mit Doppelwellenenden ausgerüsteter Elektromotor trägt auf dem freien Wellenende die über einen Freilauf oder eine Schaltkupplung zuschaltbare Riemenscheibe. Wenn das An­ triebsmodul zunächst keinen Dieselmotor enthält, aber eine Nachrüstung möglich sein soll, bleibt der Oberteil des Grund­ rahmens vorerst leer. Umgekehrt, wenn ein Elektromotor nach­ gerüstet werden soll, wird nur ein leeres Motorgehäuse ohne Anker und Wicklungen eingesetzt. Vorzugsweise befinden sich die Wartungsseiten für den Elektromotor und die Pumpen gegen­ über dem Hydrauliktank und an der pumpenseitigen Stirnseite.

Zwecks platzsparender Unterbringung kann bei einer Ausfüh­ rungsform die Breite des Antriebsmodulgehäuses ungefähr der Breite des Fahrerstandes entsprechen, die von den menschli­ chen Maßen her auf ca. 0,8-1,0 m festgelegt ist. Die Gehäu­ sehöhe entspricht mit ungefähr 1,5 m der Höhe einer Fahrerka­ bine. Die Gehäuselänge wird durch den Dieselmotor bestimmt und beträgt bei zur Zeit üblichen Bauarten z. B. eines 70 KW- (Vierzylinder)-Motors etwa 1,5 m oder eines 110 KW-(Sechszy­ linder)-Motors ungefähr 1,8 m. Zweckmäßig enthält das Gehäuse einen den Elektromotor und den Dieselmotor tragenden Grund­ rahmen sowie einen die Oberseite des Dieselmotors abdeckenden schallisolierten Aufsatz jeweils mit einer seitlichen und ei­ ner stirnseitigen Wartungsklappe.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ei­ nes diesel-elektrischen Antriebsmoduls anhand der Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen. Diese Merkmale können einzeln für sich oder in beliebiger Kombination zusätzliche Ausführungs­ formen der Erfindung verkörpern. In den Zeichnungen zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines die­ sel-elektrischen Antriebsmoduls bei abgenommenen Seitenwänden des Modulgehäuses,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Frontansicht des An­ triebsmoduls nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine auf der Welle des Elektromotors angeordneten Riemenscheibe mit beider­ seits der Längsmittellinie dargestellten unter­ schiedlichen Freilauf-Kupplungsarten.

Das Antriebsmodul nach der Erfindung umfaßt einen stabilen tragenden Grundrahmen 10 mit einem unteren Rahmenboden 12, auf dem ein Elektromotor 24 befestigt ist, der beim gezeigten Beispiel auf seiner einen Seite ein angeflanschtes Pumpenag­ gregat 26 trägt. Die Oberseite des mit Seitenwänden 14 ver­ kleideten Grundrahmens bilden abgestützte Längstragteile 16 mit seitlich nach innen weisenden Auflagern 18 für vier Stützansätze 20 einer Verbrennungskraftmaschine, z. B. eines Dieselmotors 22. Das Oberteil des Antriebsmodulgehäuses be­ steht aus einem schallisolierten haubenartigen Aufsatz 25. Der Grundrahmen 10 und der Aufsatz 25 sind jeweils mit seit­ lichen Wartungsklappen 68 bzw. 70 (Fig. 2) und jeweils mit stirnseitigen Wartungsklappen 64 bzw. 66 (Fig. 1) versehen. Die linke Gehäusestirnseite in Fig. 1 ist hier zum Anbau oder Anschluß an die Rückwand eines Fahrerstandes bestimmt.

Das schematisch eingezeichnete, am einen Ende des Elektromo­ tors 24 angeflanschte Pumpenaggregat 26 besitzt eine Sauglei­ tung 30, die in einen im Gehäuse seitlich neben dem Elektro­ motor angeordneten Hydraulikvorratsbehälter 28 eingeführt ist. Der mit einem von oben zugänglichen Öleinfüllstutzen 62 versehene Vorratsbehälter 28 besitzt eine von der Wartungs­ seite her zugängliche Ölstandsanzeige 32. Auf der dem Pumpen­ aggregat gegenüberliegenden Seite des Elektromotors 24 trägt dessen Welle 34 eine Riemenscheibe 36, deren Lagerung und weitere Einzelheiten in Zusammenhang mit Fig. 3 weiter unten beschrieben sind.

Der Dieselmotor 22 ist mit den beidseitig am Motorblock ange­ flanschten Stützansätzen 20 auf seitlich an die oberen Längs­ tragteile 16 anschließenden Auflagern 18 mit nicht gezeigten elastischen Zwischenlagen befestigt. Nahe dem in Fig. 1 lin­ ken Ende des Grundrahmens 10, d. h. an dem das Schwungrad 46 tragenden Ende des Dieselmotors, befindet sich seitlich ein seitlich mündender Luftfilter 52 für die Verbrennungs- und Spülvorgänge im Motor.

Der Dieselmotor 22 und der Elektromotor 24 sind mit zueinan­ der parallelen Wellen übereinander angeordnet. Auf der Ab­ triebswelle 48 des Dieselmotors sitzt neben dem Schwungrad 46 eine obere Riemenscheibe 50, die über eine Keilriemengruppe 40 mit einer unteren, im Durchmesser größeren Riemenscheibe 36 auf der Welle 34 des Elektromotors verbunden ist. Eine auf einem Hebel 74 gelagerte Spannrolle 72 des Riementriebs gleicht die Achsabstände zwischen der Motorwelle aus und läßt sich zwecks Riemenwechsels entfernen bzw. wegschwenken. Die sonst mittels einer federnden Vorspanneinrichtung an die Keilriemengruppe angepreßte Spannrolle 72 wird beim gezeigten Beispiel durch einen vom Dieselmotor-Schmieröldruck betätig­ ten Spannzylinder 76 angepreßt, so daß bei abgeschaltetem Dieselmotor die Antriebsverluste auf die Lagerreibung in der unteren Riemenscheibe 36 beschränkt sind.

Der Dieselmotor 22 ist so angeordnet, daß sein Schwungrad 46 mit der Riemenscheibe 50 oberhalb des Lüfters des Elektromo­ tors 24 liegt. Die Lüfterbaugruppe 42 mit stirnseitigen Luft­ einlaßschlitzen im Motorgehäuse und Schutzgitter sind in Fig. 2 erkennbar. Am gegenüberliegenden Ende ist an den Dieselmo­ tor 22 ein Drucklüfter 56 angeschlossen, der die am Motorge­ häuse vorbei angesaugte Luft durch den in Fig. 1 weiter rechts angeordneten Wasserkühler 54 und durch das Luftauslaß­ gitter 58 bläst. Das Luftauslaßgitter 58 ist als stirnseitige Wartungsklappe 66 ausgebildet. Die Anordnung innerhalb des Gehäuses ist so getroffen, daß Wasserkühler 54 und Drucklüf­ ter 56 oberhalb des Pumpenaggregates 26 angeordnet sind.

Der untere Bereich des Dieselmotors mit einem Teil seines Schwungrades 46 und der Ölwanne 80 ragen durch die von den oberen Längsrahmenteilen 16 gebildete Auflageebene hindurch in den Grundrahmen 10, während die Oberseite des Dieselmotors durch die vorzugsweise schallgedämmte Haube 25 geschlossen ist. Dieser obere Abschluß des Antriebsmodulgehäuses ist auch als standfester Schutz gegen herabfallendes Gestein im Tunnel ausgebildet. Deshalb wird Frischluft vorteilhaft auf der Schwungradseite des Dieselmotors durch die seitlich am Gehäu­ se mit Einlaßschlitzen versehenen Wartungsklappen 68, 70 und nach hinten durch die dem Fahrerstand abgewandte obere War­ tungsklappe 66 hinter dem nach oben mündenden Auspuff 60 aus­ gestoßen.

Die Riemenscheibe 36 auf dem freien Ende der Welle 34 des Elektromotors 24 ist in Fig. 3 in einem vergrößerten Schnitt dargestellt. Auf dem abgesetzten Ende der Welle 34 ist z. B. mittels einer Keilfeder 78 eine Mitnehmernabe 82 gehalten. Auf der Nabe 82 ist mit Hilfe von Kugellagern 84 die Riemen­ scheibe 36 in den Fällen drehbar, in denen der Dieselmotor abgeschaltet ist oder langsamer läuft als die Welle 34 des Elektromotors.

Oberhalb der axialen Mittellinie der Welle 34 ist als Bei­ spiel für viele Möglichkeiten eine mechanisch betätigte Zahn­ kupplung zwischen Welle und Riemenscheibe gezeigt. Die Rie­ menscheibe 36 enthält eine Ausnehmung 86 mit einem verzahnten Innenumfang 88. Mit einer Außenverzahnung 90 auf dem Ende der Mitnehmernabe 82 steht ein innen verzahntes Schiebestück 92 in Eingriff, das mit Hilfe eines in eine äußere Umfangsnut eingreifenden Kupplungsbetätigungsteils 94 verschiebbar ist. Das Schiebestück 92 kann somit wahlweise aus der Entkupp­ lungsstellung gemäß Fig. 3 nach rechts in den Kupplungszu­ stand gebracht werden, wo die Außenzähne 96 mit der Innenver­ zahnung 88 in Eingriff stehen und demzufolge dann die Riemen­ scheibe 36 mit der Welle 34 mitdreht. Die Mitnehmernabe 82 ist durch eine endseitige Sicherungsscheibe 98 und durch eine Schraube 100 auf der Welle 34 axial gesichert.

Unterhalb der axialen Mittellinie ist für die Riemenscheibe­ 36 ein schematisch dargestellter Rollen- oder Kippelementen­ freilauf bzw. ein entsprechendes Gesperre 102 vorgesehen. Selbstverständlich können auch beliebig andere Kupplungsarten zur Anwendung kommen, z. B. Reibräder, hydraulische oder mag­ netische Kupplungen.

Claims (12)

1. Antriebsmodul für ein vorzugsweise zum Einsatz im Tunnelbau bestimmtes Arbeitsgerät, wie Bagger, Hydraulikhammer oder La­ der, mit je einem wahlweise betreibbaren Dieselmotor und Elek­ tromotor, vorzugsweise Drehstrom-Asynchronmotor, als Antrieb für ein hydraulisches Druckversorgungsaggregat, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der in insbesondere unmittelbarer Antriebsverbindung mit dem Druckversorgungsaggregat (26) stehende Elektromotor (24) über ein Riemen-, Ketten- oder Zahnradgetriebe (38, 40, 50) an die Abtriebswelle (48) des Dieselmotors (22) angeschlossen und als Durchtrieb zwischen dem Dieselmotor und dem Druckversor­ gungsaggregat vorgesehen ist,
• - und daß beide Motoren (22, 24) mit zueinander parallelen Wellen (34, 48) in einem Antriebsmodulgehäuse (10, 11) ange­ ordnet und mittels einer Kupplung (38) so miteinander verbun­ den sind, daß der Elektromotor (24) unabhängig vom Dieselmotor (22) betrieben werden kann.

2. Antriebsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zwischen den beiden Motorwellen (34, 48) im Hin­ blick auf die unterschiedlichen Drehzahlen von Diesel- und Elektromotor (24) zu diesem hin untersetzt ist, um so die nie­ drigere optimale Drehzahl des Elektromotors mit der höheren optimalen Drehzahl des Dieselmotors auszugleichen und so das Druckversorgungsaggregat bei beiden Antriebsarten mit gleicher Drehzahl anzutreiben.

3. Antriebsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß bei unterschiedlich starker Leistung von Elektromotor (24) und Dieselmotor (22) die vom Druckversorgungsaggregat (26) aufgenommene Leistung stets an den jeweiligen Antriebsmo­ tor angepaßt ist, so daß z. B. bei niedrigerer Leistung des Dieselmotors die Getriebeuntersetzung das Druckversorgungsag­ gregat beim Dieselbetrieb langsamer antreibt als beim Elektro­ betrieb.

4. Antriebsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (24) auf dem Vollastbetrieb der Pumpe(n) des Druckversorgungsaggregates (26) hin ausgelegt ist und der Die­ selmotor (22) eine reduzierte Leistung aufweist, die minde­ stens für den Fahrbetrieb des Arbeitsgerätes ausreicht.

5. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das auf der Welle (34) des Elektro­ motors (24) angeordnete Getrieberad (36) eine Kupplung (38) aufweist, die das Getrieberad mit der Welle des Elektromotors kuppelt oder entkuppelt.

6. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Kupplung (38) eine Freilaufkupp­ lung vorgesehen ist, mit der bei eingeschaltetem, schneller drehendem Elektromotor (24) das zum Dieselmotor (22) führende, den Freilauf enthaltende Getriebe stillsteht, so daß stets derjenige Motor die Antriebslast übernimmt, der an der Elek­ tromotorwelle (34) am schnellsten dreht.

7. Antriebsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufkupplung durch eine von außen gesteuerte, z. B. handgeschaltete Kupplung ersetzt ist (Fig. 3).

8. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß beide Motoren in einzelnen Gehäuse­ einheiten befestigt sind, die übereinander angeordnet zu einem gemeinsamen Antriebsmodulgehäuse vereinigt sind.

9. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Motoren (22, 24) so zueinander angeordnet sind, daß die Schwungradseite des Dieselmotors mit dem Verbindungsgetriebe, insbesondere mit der Riemenscheibe (50) eines Riemengetriebes, oberhalb der dem Pumpenaggregat gegenüberliegenden Seite des Elektromotors (24) und der Lüfter (56) mit dem Kühler (54) des Diesels oberhalb des Pumpenaggre­ gates (26) liegen.

10. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Antriebsmodulgehäuse in seiner Breite und Höhe ungefähr an die Maße des Fahrerstandes bzw. der Fahrerkabine des Arbeitsgerätes angepaßt ist.

11. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem den Elektromo­ tor (24) und den Dieselmotor (22) übereinander tragenden Grundrahmen (10) sowie einer oberen Aufsatzhaube (25) mit seitlichen und stirnseitigen Wartungsklappen (64, 68 bzw. 66, 70) besteht.

12. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen schallisolierten Aufsatz (11) mit einer seitlichen und einer stirnseitigen War­ tungsklappe aufweist.