EP2621697A1

EP2621697A1 - Hybridantrieb für fahrmischertrommel

Info

Publication number: EP2621697A1
Application number: EP11764549.9A
Authority: EP
Inventors: Bert Kroschel; Joachim Hergt; Jan Jakubovic; Peter Krissak
Original assignee: Sauer Danfoss GmbH and Co OHG
Current assignee: Shanghai Electric Hydraulics and Pneumatics Co Ltd
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2013-08-07
Also published as: US20130276577A1; WO2012042063A1; CN103140335A; DE102010047314B4; DE102010047314A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8), bei der wahlweise ein aus einer Verstellpumpe (4) und einem hydraulischen Motor (5) bestehender Hydroantrieb oder ein Elektromotor (6) zum Antrieb der Mischertrommel (8) einsetzbar sind. Der Elektromotor (6) mit geringerer Leistung dient zum Antrieb der Mischertrommel (8) mit niedriger Drehzahl während der Transportfahrt des gemischten Betons zur Baustelle, während der Hydroantrieb beim Beladen, Mischen und Entladen die Mischertrommel mit höherer Drehzahl antreibt.

Description

HYBRIDANTRIEB FÜR FAHRMISCHERTROMMEL

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kraftfahrzeuge mit Ausrüstungen für das Mischen und den Transport von Beton zu Baustellen sind seit Langem bekannt. Sie weisen eine auf einem Kraftfahrzeugunterbau angeordnete drehbare Mischertrommel mit großem Volumen auf, deren Drehung üblicherweise von einem Hydromotor über ein Getriebe bewirkt wird. Der Hydromotor wird von einer hydraulischen Verstellpumpe gespeist, die ihrerseits mit der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird. Während des Transports des Betons zur Baustelle wird die Mischertrommel in der Regel nur mit etwa 0,5 bis 5 Umdrehungen pro Minute gedreht, während sie beim Mischen und Entladen mit wesentlich höheren Drehzahlen betrieben wird, bis zu 15 U/min. Derartige Betonmisch- und -transportfahrzeuge sind beispielsweise aus DE 10 2008 017 350 A1 oder DE 39 550 A1 bekannt.

Bei solchen Betonmisch- und -transportfahrzeugen, kurz auch Mischerfahrzeug oder Fahrmi- scher genannt, ergibt sich das Problem, dass bei Stillstand der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs, in den meisten Fälle ein Dieselmotor, zwangsläufig auch die Drehung der Mischertrommel zum Stehen kommt. Dies ist bei gefüllter Trommel nachteilig, weil dies zur Entmischung oder zu frühem Abbinden des Betons führen kann, und deshalb unerwünscht ist. Daher ist bei gefüllter Mischertrommel, insbesondere während des Transports des Betons zur Baustelle, die Mischertrommel fortwährend zu drehen. Damit ergibt sich das Problem, dass bei Stillstand des Fahrmischers, etwa in Verkehrsstaus oder bei längeren Wartezeiten bis zur Entladung die laufende Antriebsmaschine des Fahrmischers, in den meisten Fälle ein Dieselmotor, ungewollt Abgas- und Lärmemissionen verursacht, die insbesondere in abgeschlossenen Räumen gesundheitsschädlich, umweltschädlich und störend sind.

Dieses Problem und Lösungen hierfür sind aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt. So ist in der DE 10 2008 017 350 A1 ein eigener, von der Antriebsmaschine des Kraftfahr- zeugs, einem Dieselmotor, unabhängiger Antrieb für die Hydropumpe vorgesehen, der ebenfalls als Verbrennungsmotor ausgebildet ist.

Zur Lösung des selben Problems beschreibt die JP 2003-301802 A eine Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel, bei der zusätzlich zu dem unmittelbaren Antrieb des Hydromotors über eine mit der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs gekoppelte Hydropumpe, eine weitere Hydropumpe vorgesehen ist. Diese weitere Hydropumpe ist ebenfalls mit dem hydraulischen Motor der Mischertrommel über hydraulische Leitungen und Ventile verbindbar. Die weitere Hydropumpe wird jedoch von einem Elektromotor angetrieben, der von dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs, also von dessen üblicher Spannungsversorgung, gespeist werden kann. Bei Stillstand der Antriebsmaschine des Mischerfahrzeugs tritt im Bedarfsfall der Elektromotor in Aktion und erhält die Drehung der Trommel über den hydraulischen Antrieb aufrecht. Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass der separate Antriebsmotor für die Verstellpumpe so leistungsstark ausgelegt werden muss, dass er in der Lage ist die Mischertrommel auch bei der höchsten geforderten Drehzahl anzutreiben. Die gilt sowohl für einen Antrieb durch einen Verbrennungsmotor, als auch für einen Elektromotor. Ein solcher Antrieb, bei dem ein entsprechend dimensionierter Elektromotor unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Hydroan- triebs, zum Antrieb einer Mischertrommel eingesetzt ist, ist in der DE 20 2009 001 416 U1 beschrieben.

Ein speziell bei einem Antrieb der Verstellpumpe eines Hydroantriebs der Mischertrommel durch die Antriebsmaschine des Mischerfahrzeugs auftretendes Problem liegt auch darin, dass die an einen Nebenabtrieb der Antriebsmaschine angeschlossene Verstellpumpe allen Drehzahländerungen der Antriebsmaschine ausgesetzt ist. Durch die automatisierten Schaltgetriebe und deren abrupte Beschleunigungen und Verzögerungen kann eine gleichmäßige Beaufschlagung des hydraulischen Antriebs nicht garantiert werden. Auch werden die Nebenabtriebe der Antriebsmaschine ungleichmäßig belastet, wodurch die Schaltvorgänge gestört werden können. Beim Betrieb des hydraulischen Antriebs im Teillastbereich mit ca. 5 kW ist zudem der Wirkungsgrad sehr niedrig.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel bereitzustellen, welche gegenüber dem Stand der Technik eine weitere Ver- besserung der Effizienz des Antriebssystems der Mischertrommel und des Fahrmischers aufweist, wobei unnötige Abgas- und Lärmemissionen vermieden werden sollen. Dabei soll die Antriebsmaschine, insbesondere die Verbrennungsmaschine des Fahrmischers, abgestellt wer- den können, während die Drehung der Mischtrommel aufrechterhalten wird. Das Antriebssystem soll weiter mit einem geringen Aufwand kostengünstig realisierbar und in seiner Ausführung robust und zuverlässig sein. Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 , dadurch dass zwischen der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs und der Verstellpumpe eine erste Kupplung angeordnet ist, dass zwischen dem hydraulischen Motor und dem Fahrmischergetriebe eine zweite Kupplung angeordnet ist, und dass der Elektromotor (6) derart mit dem Fahrmischergetriebe (7) verbunden oder verbindbar ist, dass die Mischertrommel (8) allein durch den Elektromotor (6) antreibbar ist.

Nach der Erfindung ist zusätzlich zu dem Antrieb der Mischertrommel über einen hydraulischen Antriebsstrang mit Verstellpumpe und Hydromotor ein Elektromotor vorgesehen. Dieser Elektromotor mit relativ geringer Leistung gegenüber dem Hydroantrieb ist nach einer Lösung der Aufgabe mit dem Fahrmischergetriebe fest verbunden. Dies bedeutet, dass er mit der Antriebswelle des Fahrmischergetriebes dauerhaft gekoppelt ist, etwa durch ein Paar von ständig im Eingriff stehenden Zahnrädern.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Elektromotor mit dem Fahrmischer- getriebe wahlweise verbindbar, was gemäß Anspruch 2 durch eine dritte Kupplung erreicht werden kann, die zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und der Antriebswelle des Fahrmischergetriebes angeordnet ist.

In beiden konstruktiven Varianten ist vorgesehen, dass der Elektromotor erst dann als alternati- ver Antrieb der Mischertrommel zum Einsatz kommt, wenn der hydraulische Antriebsstrang durch Öffnen einer ersten und/oder einer zweiten Kupplung außer Betrieb gesetzt ist. Die erste Kupplung liegt zwischen der Antriebsmaschine des Mischerfahrzeugs und der Antriebswelle der hydraulischen Verstellpumpe. Bei Öffnen dieser Kupplung erfährt diese Pumpe somit keinen Antrieb mehr. Die zweite Kupplung ist zwischen der Abtriebswelle des hydraulischen Motors, kurz Hydromotor genannt, und der Antriebswelle des Fahrmischergetriebes angeordnet. Sie dient vor allem dazu, zu verhindern, dass bei einem Antrieb der Mischertrommel durch den Elektromotor eine Antriebsleistung auf den Hydromotor übertragen wird. Dies würde zu dessen Betrieb als Pumpe führen, was schon wegen der hierdurch bewirkten zusätzlichen Belastung des Elektromotors unerwünscht ist.

Der Elektromotor nach der Erfindung ist bevorzugt so ausgelegt, dass seine abgegebene Leistung ausreicht, die Mischertrommel im niedrigen, für den Transport des fertig gemischten Be- tons geeigneten Drehzahlbereich anzutreiben. Dieser Drehzahlbereich liegt zwischen 0,5 und 5 U/min, was eine Antriebsleistung von etwa 5 kW erfordert. Dies liegt wesentlich unterhalb der Leistung von etwa 100 kW, die für das Drehen der Mischertrommel mit bis zu 15 U/min bei Beladen, Mischen und Entladen notwendig sind.

Nach der Erfindung kommt der Elektromotor bspw. dann zum Einsatz, wenn fertig gemischter Beton zur Baustelle transportiert wird. Der energieintensive Antrieb der Mischertrommel mit hoher Drehzahl beim Beladen und Mischen des Betons ist dann bereits beendet und der hydraulische Antriebsstrang zur Drehung der Mischertrommel ist durch Öffnen der ersten und/oder zweiten Kupplungen nach Vorgabe durch die Steuereinheit außer Bet eb gesetzt. Die Spannungsversorgung des Elektromotors wird von der Steuereinheit aktiviert. Der Elektromotor treibt, gegebenenfalls nach Schließen der dritten Kupplung, über das Fahrmischergetriebe die Mischertrommel an. Nach Erreichen der Baustelle kann der Elektromotor so lange in Betrieb bleiben bis der Entladevorgang gefordert ist. So können Wartezeiten überbrückt werden, in welchen auch die Antriebsmaschine des Mischerfahrzeugs zum Stillstand gebracht werden kann. Dies vermeidet unnötigen Verbrauch fossiler Brennstoffe und senkt daher die Abgasbelastung der Umwelt. Erst wenn das Entladen erfolgen soll, ist der Antrieb der Mischertrommel mit hoher Drehzahl wieder erforderlich, wofür die Antriebsmaschine in Gang zu setzen und der hydraulische Antrieb durch Schließen der ersten und/oder der zweiten Kupplung zu aktivieren ist.

Bei der elektronischen Betriebsweise ist der Antrieb der Mischertrommel während des Transports völlig isoliert von dem Verhalten der Antriebsmaschine und von deren Schwankungen in der Drehzahl. Drehzahlsprünge der Antriebsmaschine werden nicht an die Mischertrommel weiter gegeben. Es kommt zu keinen unkontrollierten Beschleunigungen oder Verzögerungen im hydraulischen Antriebsstrang für die Mischtrommel, da dieser von der Antriebsmaschine abgekoppelt ist. Lastabhängige Schwingungen und Verschleiß durch Druckspitzen im Hydrauliksystem werden vermieden. Der Gleichlauf des Mischerantriebs und der globale Wirkungsgrad des Systems sind besser als bei einem rein hydraulischen Antrieb der Mischertrommel nach dem Stand der Technik. Zudem wird der hydraulische Antrieb weniger belastet, da er während der Fahrt zur Baustelle nicht benutzt und dadurch von plötzlichen Beschleunigungen und Druckspitzen verschont wird. Der erfindungsgemäße Elektromotor wird bevorzugt über einen Frequenzumrichter, der Teil der elektrischen Steuereinrichtung der Antriebseinheit ist, aus dem Bordnetz des Mischerfahrzeugs gespeist und in seiner Drehzahl geregelt. Die Regelung umfasst in vorteilhafter Weise einen Drehzahlsensor, der bevorzugt am Fahrmischergetriebe angeordnet ist. Die bevorzugte Speisung des Elektromotors aus dem Bordnetz bedeutet, dass die für den Betrieb des Elektromotors erforderliche Leistung der Bordbatterie des Mischerfahrzeugs entnommen wird. Diese wie- deraufladbare Batterie, also ein Akkumulator, wird beispielsweise von der Lichtmaschine der Antriebsmaschine des Mischerfahrzeugs gespeist. Natürlich könnte für die Spannungsversorgung des Elektromotors ein eigener Akkumulator vorgesehen sein, der unabhängig von der Starterbatterie der Antriebsmaschine des Mischerfahrzeugs ist. Diese Antriebsmaschine ist üblicherweise ein Verbrennungsmotor, bevorzugt ein Dieselmotor.

Der Elektromotor zum Antreiben der Mischertrommel kann mit dem Mischertrommelgetriebe derart verbunden sein, dass bei hydraulischem Antrieb der Mischertrommel also bei erhöhter Drehzahl, insbesondere beim Beladen, Mischen und Entladen, von dem hydraulischen Antrieb mitangetrieben wird und somit als Generator funktioniert, um elektrische Energie in den Energiespeicher zu liefern.

Der Elektromotor kann in einer weiteren Ausführungsform auch so in den Antriebsstrang eingebunden sein, dass der Elektromotor bei hydraulischem Antrieb der Mischertrommel den Hydro- moter unterstützt, womit die Drehzahl der Antriebsmaschine des Fahrmischers gesenkt werden kann und somit, im Falle eines Verbrennungsmotors Ressourcen, und Umwelt geschont wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben.

Fig. 1 zeigt exemplarisch die Hauptkomponenten einer ersten Ausführungsform einer Antriebseinheit nach der Erfindung in schematisierter Darstellung.

Fig. 2 zeigt exemplarisch die Hauptkomponenten einer zweiten Ausführungsform einer

Antriebseinheit nach der Erfindung in schematisierter Darstellung.

Fig. 3 zeigt exemplarisch die Hauptkomponenten einer dritten Ausführungsform einer Antriebseinheit nach der Erfindung in schematisierter Darstellung.

Dargestellt in Figur 1 ist eine Antriebsmaschine 1 , die den Hauptantrieb des nicht gezeigten Betonmisch- und- transportfahrzeugs bildet. Dieses Kraftfahrzeug wird im Folgenden kurz Fahrmischer oder Mischerfahrzeug genannt. Als Antriebsmaschine 1 dient üblicherweise eine Verbrennungsmaschine in Form eines Dieselmotors. Natürlich können als Antriebsmaschine 1 für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs auch ein Hydromotor oder ein Hybridantrieb dienen, die jedoch üblicherweise auch von einem Verbrennungsmotor als Hauptaggregat angetrieben werden. Die Abtriebswelle 1 1 der Antriebsmaschine 1 ist über eine Transmission 12 mit einem elektrischen Generator 10 gekoppelt, der einen Akkumulator 17 als Spannungsversorgung 2 des Bordnetzes des Fahrmischers speist und im geladenen Zustand hält. Die Abtriebswelle 1 1 ist über eine bevorzugt elektrisch, elektromechanisch oder mechanisch ansteuer- und betätigbare Kupplung 4a mit der Antriebswelle a einer hydraulischen Verstellpumpe 4 verbindbar. Die Förderleistung der Verstellpumpe 4 ist in bekannter Weise über eine Verstelleinheit 4b einstellbar. Die Verstellpumpe 4 ist über hydraulische Leitungen 13 für das Druckfluid mit dem hydraulischen Motor 5 verbunden. Dessen Drehzahl und Drehrichtung ist nach Maßgabe der an der Verstelleinheit 4b der Verstellpumpe 4 anliegenden Steuersignale vorgebbar. Der in Fig. 1 dargestellte Konstantmotor kann in einer anderen Ausführungsform auch als Versteilmotor mit fachüblichem Verstellmechanismus ausgeführt sein, was für den Fachmann selbstredend ist.

Die Abtriebswelle 14 des hydraulischen Motors 5 ist mittels der bevorzugt elektrisch, elektrome- chanisch oder mechanisch ansteuer- und betätigbaren weiteren Kupplung 5a mit der Antriebswelle 14a des Fahrmischergetriebes 7 kraft- und/oder formschlüssig koppelbar. Die Ausgangsseite des Fahrmischergetriebes 7 ist mit der Mischertrommel 8 verbunden und versetzt diese in Drehung, wenn an seiner Antriebswelle 14a ein hinreichendes Drehmoment anliegt. Das Fahrmischergetriebe 7 ist herkömmlich als Untersetzungsgetriebe ausgebildet, wofür sich wegen der Robustheit und des erzielbaren hohen Untersetzungsverhältnisses Planetengetriebe verschiedener Bauart durchgesetzt haben. Die An- und Abtriebswellen sind üblicherweise elastisch gelagert und gestatten ein Verschwenken der Antriebswelle 14a in einem begrenzten Winkelbereich relativ zur Mischertrommel 8.

Ein auf das Fahrmischergetriebe 7 einwirkendes, antreibendes Drehmoment kann erfindungsgemäß alternativ von einem Elektromotor 6 bewirkt werden, der über eine Steuerungseinheit 3, die eine Steuerungselektronik 3a und ein Leistungsteil 3b aufweist, gesteuert wird. Der Elektromotor 6 ist hierfür nach dem Anführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über eine dritte Kupplung 6a mit der Eingangseite des Fahrmischergetriebes 7 verbindbar, wobei auch die Kupplung 6a bevorzugt elektrisch oder elektromechanisch ansteuer- und betätigbar ausgebildet ist. Die Steuersignale hierfür werden, wie auch sämtliche übrigen Steuersignale für das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel, von der Steuerungseinheit 3 erzeugt und über nur beispielhaft und schematisch dargestellte Leitungen 15 an die einzelnen zu steuernden Baugruppen übertragen. Es ver- steht sich, dass die Ansteuerung der Steuerungseinheit 3 weitestgehend automatisch erfolgt, wofür nicht gezeigte Sensoren oder sonstige Eingabemittel vorhanden sind. Manuelle Eingriffe durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs oder durch andere Bedienpersonen sind jedoch auch möglich, wofür im Fahrergehäuse und in vorteilhafter Weise auch an einer Außenseite des Mischerfahrzeugs Schalt- und Bedieneinrichtungen vorgesehen sind. So kann eine Bedienperson nach Wunsch die Betriebsart„Antrieb der Mischertrommel über hydraulischen Motor" oder„Antrieb der Mischertrommel über Elektromotor" wählen und die jeweils gewünschte Drehzahl vor- geben. Es versteht sich, dass in die Steuerung der Antriebseinheit auch von der Antriebsmaschine über einen Bus oder ähnliche Einrichtungen gelieferte Daten einfließen können.

An Stelle der in Fig. 1 gezeigten Kupplung 6a zwischen dem Elektromotor 6 und dem Fahrmischergetriebe 7 kann nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung auch eine unmit- telbare Verbindung des Elektromotors 6 mit dem Fahrmischergetriebe 7 vorgesehen sein, bspw. mit der Antriebswelle 14a. Die Kopplung der Abtriebswelle 16 des Elektromotors 6 mit dem Antrieb der Mischertrommel erfolgt hierbei bevorzugt über ein Paar von Zahnrädern, die in ständigem Eingriff miteinander stehen und von denen eines auf der Abtriebswelle 16 des Elektromotors und ein anderes bspw. auf der Antriebswelle 14a des Fahrmischergetriebes 7 ange- ordnet ist. Die Abtriebswelle 16 kann aber auch mit anderen Baugruppen des Fahrmischergetriebes, etwa dem Planetenträger oder am Hohlrad angreifen, um die gewünschte Drehung der Mischertrommel zu gewährleisten oder als Generator zu agieren.

Bei Antrieb der Mischertrommel 8 über den hydraulischen Motor 5 bei geschlossenen Kupplun- gen 4a und 5a, wird der Elektromotor 6 bei dieser Ausführungsform als Generator betrieben. Die hierbei erzeugte elektrische Leistung kann in vorteilhafter Weise in das Bordnetz des Kraftfahrzeugs eingespeist werden und beispielsweise so die Ladung des Akkumulators der Spannungsversorgung 2 unterstützen. Selbstverständlich könnte der Elektromotor 6 bei dieser Bauform der Antriebseinheit auch frei mitlaufen ohne Energie abzugeben.

Die beschriebene konstruktive Variante kann auch dahingehend abgeändert sein, dass eines der erwähnten Zahnräder mit einem Freilauf versehen ist, so dass sich die Rotation der Antriebswelle 14a des Fahrmischergetriebes 7 nicht auf den Elektromotor 6 überträgt. Ein Freilauf ist dann von Vorteil, wenn der Antrieb der Mischertrommel 8 so ausgelegt ist, dass eine Dre- hung nur in einem Drehsinn vorgesehen ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Kupplung 6a zwischen dem Elektromotor 6 und dem Fahrmischergetriebe 7 kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Abtriebswelle 15 des Elektromotors 6 und die Antriebswelle 14a des Fahrmischergetriebes 7 je ein Zahnrad aufweisen, die beispiels- weise durch axiales oder radiales Verschieben aufeinander zu oder voneinander weg und damit in oder außer Eingriff miteinander gebracht werden können. Da das Fahrmischergetriebe 7 im Wesentlichen ortsfest auf dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, erfolgt die Aus- bzw. Einkupplung zwischen dem Elektromotor 6 und dem Fahrmischergetriebe 7 bspw. dadurch, dass der Elektromotor 6 verschoben wird. Diese Bewegung, wie auch die Betätigung der übrigen Kupplungen (4a, 5a, 6a), kann auf vielfältige Art bewirkt werden, etwa hydraulisch oder pneumatisch, jedoch ist eine elektrische, eine elektromechanische oder elektromagnetische Betätigung bevorzugt. Hierbei sind Elektromagnete wegen ihrer Robustheit in rauer Umgebung, wegen ihres geringen Verschleißes und der leichten Ansteuerbarkeit besonders geeignet. Jedoch können im Rahmen der Erfindung auch Stellmotoren oder druckluft- oder hydraulisch betriebene Stellzylinder für die Betätigung der Kupplungen eingesetzt werden. Auch eine manuelle Betätigung ist vom Gedanken der Erfindung umfasst.

Der Elektromotor 6 nach der Erfindung ist bevorzugt mit dem Gehäuse des Fahrmischergetriebes 7 mechanisch verbunden, genau so wie der Hydromotor 5 und die zugehörige zweite Kupplung 5a sowie die dritte Kupplung 6a - wenn eine solche vorhanden ist. Dieses Gehäuse wird in vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass der Hydromotor 5 und der Elektromotor 6 an dieses Gehäuse angeflanscht werden können, was die Montage und die Wartung erleichtert. Die

Kupplungen 5a und 6a können nach Belieben mit dem zugehörigen Antrieb, Hydromotor 5 oder Elektromotor 6, oder mit dem Fahrmischergetriebe 7 integriert ausgebildet sein.

Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß Figur 1 ist wie folgt: Bei Be- laden, bei Mischbetrieb oder bei Entladen der fertigen Mischung auf der Baustelle hat der Antrieb der Mischertrommel 8 einen hohen Energiebedarf, der im Bereich von 100 kW liegen kann. Das Kraftfahrzeug, das die Mischertrommel 8 trägt, ist hierbei üblicherweise stationär, so dass im Wesentlichen die gesamte Leistung der Antriebsmaschine 1 zur Verfügung steht. Diese Leistung wird bei geschlossener erster Kupplung 4a auf die hydraulische Verstellpumpe 4 übertra- gen und bewirkt nach Maßgabe der an der Verstelleinheit 4a anliegenden Steuersignale einen Volumenstrom von Druckfluid in den hydraulischen Leitungen 13. Dieser treibt den hydraulischen Motor 5 an, der über die geschlossene Kupplung 5a auf das Fahrmischergetriebe 7 einwirkt und so die Mischertrommel 8 in Drehung versetzt. Das Fahrmischergetriebe setzt dabei die Drehzahl derart herunter, dass die Mischertrommel 8 etwa 15 bis 20 Umdrehungen pro Mi- nute ausführt. Diese relativ hohe Drehzahl ist für das Beladen, Mischen und die Abgabe des Fertigbetons erforderlich.

Da die Antriebsmaschine 1 des Kraftfahrzeugs üblicherweise ein Dieselmotor - der in dieser Betriebsweise unter relativ hoher Last in einem optimierten Zustand läuft - arbeitet die An- triebsmaschine 1 in einem bezüglich Treibstoffverbrauch und reduzierter Schadstoffentwicklung günstigen Bereich. Zugleich wird die Ladung des Akkumulators der Spannungsversorgung 2 des Bordnetzes aufrechterhalten oder erzeugt. Der nach der Erfindung vorgesehene Elektromotor 6 ist hierbei im Hochlastbetrieb vorzugsweise nicht in Betrieb und die in Fig. 1 gezeigte dritte Kupplung 6a ist geöffnet. Falls eine solche Kupplung nicht vorhanden ist, wie bei dem beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel, dreht der Läufer des Elektromotors zwar mit, sofern kein Freilauf zwischengeschaltet ist, aber der Elektromotor wirkt hierbei als Generator. Er gibt somit keine Antriebsleistung an die Mischertrommel ab, sondern lädt gegebenenfalls den Akkumulator der Spannungsversorgung 2.

Im Fahrbetrieb, also bei Transport des Betons, ist lediglich ein relativ langsames Drehen der Mischertrommel 8 erforderlich mit nur wenigen Umdrehungen pro Minute, wofür eine Antriebsleistung von einigen kW ausreicht. Nach der Erfindung wird diese Leistung nicht mehr von der Antriebsmaschine 2 des Kraftfahrzeugs abgezweigt, wie bisher nach dem Stand der Technik, sondern sie wird unmittelbar von dem erfindungsgemäßen Elektromotor 6 geliefert. Hierfür werden die erste und/oder die zweite Kupplung (4a und 5a) geöffnet, was durch entsprechende Ansteuerung der Kupplungen 4a und 5a durch die Steuerelektronik 3a der Steuereinheit 3 geschieht. Die Verstellpumpe 4 und der hydraulische Motor 5 erfahren bei geöffneter erster Kupplung 4a keinen Antrieb mehr und wirken auch nicht mehr auf die Mischertrommel 8 ein. Stattdessen wird der Elektromotor 6 in Betrieb genommen und bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird bspw. die dritte Kupplung 6a geschlossen. Das vom Elektromotor 6 erzeugte Dreh- moment wirkt bevorzugt auf eine eingangsseitige Antriebswelle 14a oder 16a des Fahrmischergetriebes 7 und versetzt dadurch die Mischertrommel 8 in Drehung.

Die Stromversorgung des Elektromotors 6 erfolgt über den Leistungsteil 3b der Steuerungseinheit 3 aus der Spannungsversorgung 2 des Bordnetzes. Diese Spannungsversorgung 2 wird im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs durch den von der Antriebsmaschine 1 angetriebenen Generator, d.h. die übliche Lichtmaschine, unterstützt, so dass sie die für den Betrieb des Elektromotors 6 erforderliche Leistung auch für längere Zeit erbringen kann.

In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, kann beispielweise zum kurzfristigen Ab- schalten des hydraulischen Antriebs der Mischertrommel 8 der Hydraulikmotor 5, welcher in diesem Fall bevorzugt einen Konstantmotor darstellt, über eine Bypassleitung 13a überbrückt werden. Dazu wird das in der Bypassleitung 3a angeordnete Bypassventil 13b geöffnet, wodurch der von der Verstellpumpe 4 erzeugte Hydraulikölstrom am Hydromotor 5 vorbeigeleitet wird. Der Hydromotor 5 überträgt so kein Drehmoment über den Antriebsstrang 14/14a auf das Mischertrommelgetriebe 7. Dieses Kurzschließen des Hydromotors 5 ist gleichbedeutend mit einem Öffnen einer Kupplung, da der Antriebsstrang 14/14a unterbrochen wird. Folgerichtig kann die zweite Kupplung 5a im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entfallen, wenn man in Kauf nimmt, dass der Hydromotor 5 bei Antrieb der Mischertrommel 8 durch den Elektromotor 6 leer mitgedreht wird. Die hierbei vom Elektromotor 6 zusätzlich zu drehende Masse des Hydromotors 5 ist jedoch im Vergleich zur Masse der befüllten Mischertrommel 8 als vernachlässigbar gering einzuschätzen.

In Figur 2 ist ferner ein Getriebe 18 zwischen den Elektromotor 6 und der dritten Kupplung 6a geschaltet, welches fachüblich so steuerbar ist, dass es die Antriebsdrehzahl des Elektromotors 6 im optimalen Bereich halten kann, wobei gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit der Mischertrommel 8 einstellbar ist. Ebenso, und mit gleicher Wirkung, kann die Anordnung des Getriebes 18 auch auf der Antriebswelle 16a der Mischertrommel 8 erfolgen. In dem Getriebe 18 kann ferner, wie vorher bereits angedeutet, ein Freilauf für den Elektromotor 6 vorgesehen sein, damit ein Mitdrehen des Elektromotors 6 vermieden wird, falls die Mischertrommel 8 vom hydraulischen Antrieb in Drehung versetzt wird und keine dritte Kupplung 6a im elektromechanischen Antriebsstrang für die Mischertrommel vorgesehen ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in Figur 3 dargestellt ist, ist der elektro- mechanische Antrieb der Mischertrommel 8 über den Elektromotor 6 in Reihe, d.h. seriell zum hydraulischen Antrieb der Mischertrommel 8 angeordnet. Im Betriebsverhalten der beiden Antriebe ergibt sich hier kein Unterschied zu den parallelen Anordnungen gemäß den Figuren 1 und 2, jedoch kann eine serielle Anordnung platzsparender verbaut werden. Wie Figur 3 zeigt, ist die Abtriebswelle 16 des Elektromotors 6 durch den Hydromotor 5 hindurchgeführt und kann die Mischertrommel 8 allein und direkt antreiben. Bevorzugt ist die Antriebswelle 16a der Mischertrommel 8 bei ihrer Durchführung durch den Hydromotor 5 mit einem Freilauf versehen, sodass bei Antrieb der Mischertrommel 8 durch den Elektromotor 6 der Hydraulikmotor 5 nicht mitgedreht wird. In diesem Fall kommt das System der alternativen Antriebsmöglichkeiten für die Mischertrommel 8 eines Fahrmischers 1 nur mit einer einzigen Kupplung 4a für den Mischtrommelantrieb aus. Wird der hydraulische Antrieb über die Kupplung 4a abgestellt, so kann über den Freilauf im Hydromotor 5 die Mischertrommel 8 durch den Elektromotor 6 in Drehung versetzt bzw. gehalten werden.

Auch in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Hydromotor 5 über eine By- passleitung 13a kurzgeschlossen werden, wenn das in der Bypassleitung 13a angeordnete By- passventil 13b geöffnet wird, und so die Hydraulikfluidversorgung für den Hydromotor 5 unterbrochen wird. Die Bypassleitung 13a wirkt dabei zusammen mit dem Bypassventil 13b als hyd- raulische Kupplung, sodass die mechanische Kupplung 5a, so wie sie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, entfallen kann. Die Zu- und Abschaltung des hydraulischen Antriebs kann dabei über das Bypassventil 13b gesteuert werden, wobei der Elektromotor 6 ggf. über eine Kupplung 6a während des hydraulischen Antriebs der Mischertrommel 8 aus dem Antriebsstrang 14/14a genommen werden kann oder beispielsweise zur Stromerzeugung und Energierückgewinnung vom Hydraulikantrieb mitangetrieben werden kann. Im einfachsten Fall kann die Kupplung 6a zum Zu- und Abschalten des Elektromotors 6 im Antrieb der Mischer- trommel 8 auch entfallen, wodurch der vollständige Nebenantrieb des Fahrmischers zum Drehen der Mischertrommel 8 mit nur einer Kupplung 4a auskommt.

In Anlehnung an die Figuren 1 und 2 ist auch für die Ausführungsform, die in Figur 3 dargestellt ist, die Möglichkeit vorgesehen, den elektro-mechanischen Antrieb mittels einer Kupplung 6a von der Antriebswelle 16a der Mischertrommel 8 zu trennen. Eine im elektromechanischen Antrieb für die Mischertrommel 8 angeordnetes Getriebe 18 ist dabei von Erfindungsgedanken genauso umfasst, wie ein in den seriellen Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 vorgesehenes Getriebe 18.

Bezugszeichenliste

1 Antriebsmaschine

2 Spannungsversorgung

3 Steuereinheit

3a Steuerungselektronik

3b Leistungsteil

4 Hydraulische Verstellpumpe

4a erste Kupplung

4b Verstelleinheit

5 Hydraulischer Motor

5a zweite Kupplung

6 Elektromotor

6a dritte Kupplung

7 Fahrmischergetriebe

8 Mischertrommel

9 Drehzahlsensor

10 Generator

1 1 Abtriebswelle der Antriebsmaschine

1 1a Antriebswelle der Verstellpumpe

12 Transmission

13 hydraulische Leitungen

13a Bypassleitung

13b Bypassventil

14 Abtriebswelle des hydraulischen Motors

14a Antriebswelle des Fahrmischergetriebes

15 elektrische Leitungen

16 Abtriebswelle des Elektromotors

6a weitere Antriebswelle des Fahrmischergetnebes

17 Akkumulator

18 Getriebe

Claims

Patentansprüche

1 . Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8),

mit einem hydraulischen Antrieb, der eine von der Antriebsmaschine (1 ) des Kraftfahrzeugs angetriebene hydraulische Verstellpumpe (4) und einen von dieser gespeisten hydraulischen Motor (5) umfasst, der über ein Fahrmischergetriebe (7) mit der Mischertrommel (8) zu deren rotatorischen Antrieb gekoppelt ist,

mit einem elektrischen Energiespeicher (2), der mit einem elektrischen Bordnetz (1 ) des Kraftfahrzeugs verbunden ist, und

mit einem Elektromotor (6), der nach Vorgabe durch eine Steuereinheit (3) durch den Energiespeicher (2) aktivierbar ist

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen der Antriebsmaschine (1 ) des Kraftfahrzeugs und der Verstellpumpe (4) eine erste Kupplung (4a) angeordnet ist,

dass zwischen dem hydraulischen Motor (5) und dem Fahrmischergetriebe (7) eine zweite Kupplung (5a) angeordnet ist, und

dass der Elektromotor (6) mit dem Fahrmischergetriebe (7) derart verbindbar ist, dass die Mischertrommel (8) allein durch den Elektromotor (6) antreibbar ist.

2. Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektromotor (6) und dem Fahrmischergetriebe (7) eine dritte Kupplung (6a) angeordnet ist.

3. Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und - soweit vorhanden - die dritte Kupplung (4a, 5a, 6a) sowie der Elektromotor (6) und die Verstellpumpe (5) mit der Steuereinheit (6) verbunden und über diese betätigbar sind.

4. Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) gemäß Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) eine Steuerungselektronik (3a) sowie ein Leistungsteil (3b) zur Ansteuerung und Spannungsversorgung des Elektromotors (6) aufweist. Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (4a, 5a, 6a) elektrisch oder elektromagnetisch betätigbar sind.

Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete IVlischertrommel (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dass ein Drehzahlsensor (9) für die Erfassung der Drehzahl der Mischertrommel (8) vorhanden ist, der mit der Steuerungselektronik (3a) verbunden ist.

Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (9) am Fahrmischergetriebe (7) angeordnet ist.

Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs den elektrischen Energiespeicher (2) umfasst oder diesen bildet.

Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) und der Hydraulikmotor (5) zum Antreiben der Mischertrommel (8) seriell auf einem Antriebsstrang (14, 14a) angeordnet sind.

Antriebseinheit für eine auf einem Kraftfahrzeug angeordnete Mischertrommel (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor (5) mittels einer Bypassleitung (13a), in der ein Bypassventil (13b) angeordnet ist, so überbrückbar ist, dass der Hydraulikmotor (5) und die Bypassleitung (13a) zusammen die zweite Kupplung (5a) bilden.