EP3034700B1 - Antriebssystem für eine bodenbearbeitungsmaschine - Google Patents

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EP3034700B1
EP3034700B1 EP15199706.1A EP15199706A EP3034700B1 EP 3034700 B1 EP3034700 B1 EP 3034700B1 EP 15199706 A EP15199706 A EP 15199706A EP 3034700 B1 EP3034700 B1 EP 3034700B1
Authority
EP
European Patent Office
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power requirement
energy
combustion engine
drive system
drive
Prior art date
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EP15199706.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3034700A1 (de
Inventor
Werner VÖLKEL
Andreas Baumann
Sebastian Villwock
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Hamm AG
Original Assignee
Hamm AG
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Publication date
Application filed by Hamm AG filed Critical Hamm AG
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Publication of EP3034700B1 publication Critical patent/EP3034700B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/026—Improving by compacting by rolling with rollers usable only for or specially adapted for soil compaction, e.g. sheepsfoot rollers

Definitions

  • the present invention relates to a drive system for a tillage machine, such as a tillage machine. a soil compactor.
  • This hybrid drive system includes an internal combustion engine and a generator to be driven by this.
  • the electrical energy provided by the generator during operation of the internal combustion engine can be routed via a drive arrangement either to an energy storage arrangement and / or to the energy consumers provided in the soil cultivation machine, such as the traction drive motors or the motors for moving an imbalance mass.
  • a drive system for a soil cultivation machine comprising an internal combustion engine, a generator arrangement which can be driven by the internal combustion engine in generator operation, an energy storage arrangement which can be charged by the generator arrangement in generator operation, a plurality exclusively by the energy storage arrangement Energy consumers to be supplied with energy, as well as a drive unit for controlling the internal combustion engine for driving the generator assembly in generator mode based on a power requirement of the energy consumer.
  • the energy consumers are fed exclusively by the energy storage device.
  • a direct introduction of the energy provided by the internal combustion engine or the generator arrangement into the energy consumers is not provided in the system according to the invention. This ensures that, when variations in the power demand occur in the area of the energy consumers, an adaptation of the operation of the internal combustion engine is not spontaneously required for catching power peaks. Since, in principle, however, the internal combustion engine is operated in accordance with the power requirement of the energy consumer in order to charge the energy storage arrangement via the generator arrangement or to maintain it in a predetermined state of charge, it is nevertheless ensured that even when peaks occur in the power requirement, these are out of the energy storage arrangement provided energy or power supply of energy consumers can be intercepted.
  • the drive unit is designed to power the internal combustion engine on the basis of an anticipated power requirement Tillage operation activated or to be activated energy consumer to control.
  • the power requirement is determined on the basis of the knowledge of the individual power requirement arising from the respective energy consumers to be activated, and the internal combustion engine is driven based thereon to ensure that the energy storage arrangement is capable of Energy needs also to cover.
  • the drive unit is designed to control the internal combustion engine on the basis of the determined in a tillage operation power requirements of the activated for the tillage operation energy consumers. So here, taking into account the actual tillage operation and the occurring Power requirement can be ensured that in the energy storage device sufficient energy is stored or is stored to perform the tillage operation can.
  • the drive arrangement is designed to control the internal combustion engine for operation with a drive speed assigned to the power requirement. With the setting of such a drive speed of the internal combustion engine is ensured that the generator assembly is operated at a corresponding speed in the generator mode and, accordingly, is also able to load the energy storage device.
  • a drive that avoids a constant variation of the speed of the internal combustion engine may provide that a drive speed is assigned to each power requirement range of a plurality of power requirement ranges, wherein the drive unit is designed to, when the power requirement lies in one of the power requirement ranges, operate the internal combustion engine with the engine to control the drive speed assigned to this power requirement range.
  • the energy storage arrangement may comprise at least one battery unit, which may essentially be provided to cover the expected base load for a respective processing operation. Furthermore, the energy storage arrangement may have at least one capacitor unit, the primary task of which is to provide the energy required for short-term peak loads.
  • a DC / AC converter arrangement is provided for feeding at least a portion of, preferably all energy consumers from the energy storage device.
  • the power requirement is to be determined during the tillage operation carried out, it is advantageous to determine this at the DC / AC converter arrangement.
  • the power requirement is determined as the expected power requirement of the energy consumer activated or to be activated for a tillage operation.
  • the power requirement is determined as the actual power requirement of the energy consumer activated in a soil cultivation operation.
  • the in Fig. 1 Ground compactor 10 shown as an example of a soil working machine, comprises a front carriage 12 and a rear carriage 14.
  • the front carriage 12 is provided with a compressor roller, generally designated 16, while rear wheels 14 are provided with drive wheels 20 moving the soil compactor 10 on a substrate 18 to be processed.
  • a drive system 24 described in more detail below is provided on the rear carriage 14. By this drive system 24, the various energy-supplied system areas of the soil compactor 12 are supplied.
  • a soil tillage implement designed as a soil compactor could also have a compacting roller at the rear carriage 14, in which case at least one of the two compactor rollers is also driven to advance the soil compactor 10 on the substrate 18.
  • at least one compressor roller could be provided on its outer circumference with roller tools, for example pad feet or chisels, in order to be machined Do not or not only compact underground, but also, for example, break up a rocky underground.
  • This in Fig. 2 Drive system 24 shown in principle includes an internal combustion engine 26 as a drive unit.
  • This internal combustion engine 26 is drivingly coupled to a generator assembly 28.
  • the generator assembly 28 may, in the generator mode, driven by the internal combustion engine 26, provide electrical energy and feed it into an energy storage device 30.
  • the energy storage arrangement 30 comprises one or more battery units 32 for covering a base load and one or more capacitor units 34 for covering peak loads.
  • the electrical energy stored in the energy storage arrangement 30 can, if requested, be supplied via a DC / AC converter arrangement 36 to different, generally designated M energy consumers are directed.
  • a first group 38 of the energy consumer M include the drive motor to be activated for the advancement of the soil compactor 10.
  • a second group 40 of energy consumers M may comprise the imbalance mass driving motors provided for driving imbalance masses, for example for obtaining a vibratory movement of the compactor roller 16 and / or an oscillating motion of the compactor roller 16.
  • a third group 42 of energy consumers M may comprise different drive motors, for example for a steering, for a radiator fan or other units or additional units provided on the ground compressor 10.
  • all energy consumers M are designed such that they can be energized or activated by being supplied with electrical energy.
  • one of the energy consumers M is for example a pump drive motor, by means of which a hydraulic motor for conveying a hydraulic medium can be driven.
  • the Fig. 2 illustrates that all energy consumers M of the drive system 24 exclusively from the energy storage device 30, so here an electrical energy storage device, are powered with energy.
  • a direct interaction the energy consumer with the generator assembly 28 and / or the internal combustion engine 26 for powering with energy does not exist.
  • the drive system 24 further includes a drive unit 44. This is in driving interaction or in information exchange connection with the internal combustion engine 26, the energy storage device 30, so for example the at least one battery unit 32 and / or the at least one capacitor unit 34, as well as with the DC / AC converter assembly 36.
  • the drive unit 44 is provided and designed to control the internal combustion engine 26 such that in the soil working operation of the soil compactor 10 sufficient energy is provided or stored in the energy storage arrangement 30
  • the Fig. 4 shows for two different tillage operations B 1 and B 2 plotted over time respectively the power requirement P required for this tillage operations B 1 and B 2 or to be activated energy consumers M. This significantly different power requirements may result, for example, that the tillage operation B 1 more Drive motors are required for driving imbalances, as in the tillage operation B 2 .
  • a plurality of power demand areas P B1 , P B2 is defined.
  • Each power requirement range P B1 , P B2 is assigned a drive speed n 1 , n 2 of the internal combustion engine 26. If the actual or the expected power requirement or average power requirement of the energy consumer M, for example, in the power demand range P B1 , so is driven by the drive unit 44, the internal combustion engine 26 so that it rotates at the speed n 1 and drives the generator assembly 28 with a corresponding speed.
  • Fig. 3 illustrates, in this state, the internal combustion engine 26 operates at a substantially constant speed. Accordingly, the generator assembly 28 operates at a substantially constant charging power and thus injects electrical energy into the energy storage device 30. Since this is charged with a power requirement P, which essentially also the charging power of the generator assembly 28, it is thus ensured that the state of charge of the energy storage device 30 is maintained.
  • the determination of the power requirement P can be made, for example, on the basis of the energy consumer M to be activated for a tillage operation to be carried out. These are activated or activated by an operator.
  • This activation of energy consumers M can be detected or detected in the drive unit 44, so that it can drive the internal combustion engine 26 to operate with the associated drive speed in accordance with the power consumption anticipating a soil working operation.
  • the actually occurring power requirement P B1 , P B2 is detected, for example, at the DC / AC converter arrangement 36 and, based on this actual power requirement, the drive unit 44 drives the internal combustion engine 26 for operation with an assigned drive rotational speed controls. A superimposition of these two modes is possible.
  • a tillage operation anticipating an expected power demand can first be determined and used as a basis for the control of the internal combustion engine 26. Subsequently, during the tillage operation, the power demand can then be monitored. If this changes, for example, into a different power requirement range, then a corresponding activation command can be generated in order to control the internal combustion engine 26 for operation with a drive speed assigned to this new power requirement range.
  • the internal combustion engine 26 can be operated essentially at constant speed, which leads to an efficient, energy-saving operation of the same.
  • An adaptation of the rotational speed is only necessary if a strong variation in the power requirement occurs, which, however, is not to be expected in particular in soil compaction processes. For example, a relatively large variation in power demand could occur when a tillage operation is to be performed on an uphill ground, for example, to asphalt an uphill road and to compact the asphalt is. If the soil compactor moves uphill, a significantly greater power requirement will arise, especially in the case of the drive motors thereof, than when the soil compactor moves downhill. This can give rise to a variation of the drive speed of the internal combustion engine during operation.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Bodenbearbeitungsmaschine, wie z.B. einen Bodenverdichter.
  • Aus der EP 2 662 496 A1 ist eine als Bodenverdichter ausgebildete Bodenbearbeitungsmaschine bekannt, welche durch ein Hybrid-Antriebssystem angetrieben wird. Dieses Hybrid-Antriebssystem umfasst eine Brennkraftmaschine und einen durch diesen anzutreibenden Generator. Die im Betrieb der Brennkraftmaschine vom Generator bereitgestellte elektrische Energie kann über eine Ansteueranordnung wahlweise zu einer Energiespeicheranordnung oder/und zu den in der Bodenbearbeitungsmaschine vorgesehenen Energieverbrauchern, wie z.B. den Fahrantriebsmotoren bzw. den Motoren zum Bewegen einer Unwuchtmasse, geleitet werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für eine Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere Bodenverdichter, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bodenbearbeitungsmaschine vorzusehen, mit welchen ein effizienter Betrieb der verschiedenen Systembereiche, insbesondere der Brennkraftmaschine, gewährleistet werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Antriebssystem für eine Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere Bodenverdichter, umfassend eine Brennkraftmaschine, eine durch die Brennkraftmaschine in einem Generatorbetrieb antreibbare Generatoranordnung, eine im Generatorbetrieb durch die Generatoranordnung aufladbare Energiespeicheranordnung eine Mehrzahl von ausschließlich durch die Energiespeicheranordnung mit Energie zu versorgenden Energieverbrauchern, sowie eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine zum Antreiben der Generatoranordnung im Generatorbetrieb auf Grundlage eines Leistungsbedarfs der Energieverbraucher.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist vorgesehen, dass die Energieverbraucher ausschließlich durch die Energiespeicheranordnung gespeist werden. Eine direkte Einleitung der von der Brennkraftmaschine oder der Generatoranordnung bereitgestellten Energie in die Energieverbraucher ist bei dem erfindungsgemäßen System nicht vorgesehen. Dies stellt sicher, dass dann, wenn im Bereich der Energieverbraucher Variationen in der Leistungsanforderung auftreten, zum Abfangen von Leistungsspitzen nicht spontan eine Anpassung des Betriebs der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Da grundsätzlich jedoch die Brennkraftmaschine angepasst an den Leistungsbedarf der Energieverbraucher betrieben wird, um über die Generatoranordnung die Energiespeicheranordnung zu laden bzw. in einem vorbestimmten Ladezustand zu halten, ist gleichwohl gewährleistet, dass auch beim Auftreten von Spitzen im Leistungsbedarf diese durch die aus der Energiespeicheranordnung heraus bereitgestellte Energie- bzw. Leistungsversorgung der Energieverbraucher abgefangen werden können.
  • Da bei einer Bodenbearbeitungsmaschine im Allgemeinen bekannt ist, welchen Leistungsbedarf die für einen Bodenbearbeitungsbetrieb zu aktivierenden Energieverbraucher haben, kann gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Ansteuereinheit dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine auf Grundlage eines erwarteten Leistungsbedarfs der für einen vorgesehenen Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten oder zu aktivierenden Energieverbraucher anzusteuern. Hier wird also in einer den durchzuführenden Betrieb antizipierenden Art und Weise der Leistungsbedarf auf der Grundlage der Kenntnis des bei den jeweils zu aktivierenden Energieverbrauchern entstehenden Einzelleistungsbedarfs bestimmt und beruhend darauf die Brennkraftmaschine angesteuert, um zu gewährleisten, dass die Energiespeicheranordnung dazu in der Lage ist, den Energiebedarf auch zu decken.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Ansteuereinheit dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine auf Grundlage des in einem Bodenbearbeitungsbetrieb ermittelten Leistungsbedarfs der für den Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten Energieverbraucher anzusteuern. Hier kann also unter Berücksichtigung des tatsächlich durchgeführten Bodenbearbeitungsbetriebs und der dabei auftretenden Leistungsanforderung gewährleistet werden, dass in der Energiespeicheranordnung ausreichend Energie gespeichert ist bzw. gespeichert wird, um den Bodenbearbeitungsbetrieb durchführen zu können.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ansteueranordnung dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine zum Betrieb mit einer dem Leistungsbedarf zugeordneten Antriebsdrehzahl anzusteuern. Mit dem Einstellen einer derartigen Antriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine wird gewährleistet, dass auch die Generatoranordnung mit einer entsprechenden Drehzahl im Generatorbetrieb betrieben wird und dementsprechend auch dazu in der Lage ist, die Energiespeicheranordnung zu laden.
  • Eine eine ständige Variation der Drehzahl der Brennkraftmaschine vermeidende Ansteuerung derselben kann vorsehen, dass jedem Leistungsbedarfsbereich einer Mehrzahl von Leistungsbedarfsbereichen eine Antriebsdrehzahl zugeordnet ist, wobei die Ansteuereinheit dazu ausgebildet ist, dann, wenn der Leistungsbedarf in einem der Leistungsbedarfsbereiche liegt, die Brennkraftmaschine zum Betrieb mit der diesem Leistungsbedarfsbereich zugeordneten Antriebsdrehzahl anzusteuern.
  • Die Energiespeicheranordnung kann wenigstens eine Batterieeinheit umfassen, welche im Wesentlichen dafür vorgesehen sein kann, die für einen jeweiligen Bearbeitungsbetrieb zu erwartende Grundlast abzudecken. Ferner kann die Energiespeicheranordnung wenigstens eine Kondensatoreinheit aufweisen, deren primäre Aufgabe darin besteht, bei kurzfristig auftretenden Spitzenlasten die erforderliche Energie bereitzustellen.
  • Um die in der Energiespeicheranordnung gespeicherte Energie in Form von elektrischer Energie zu den Energieverbrauchern abgeben zu können, wird vorgeschlagen, dass eine Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung zum Speisen wenigstens eines Teils der, vorzugsweise aller Energieverbraucher aus der Energiespeicheranordnung vorgesehen ist. Insbesondere dann, wenn der Leistungsbedarf während des durchgeführten Bodenbearbeitungsbetriebs bestimmt werden soll, ist es dabei vorteilhaft, diesen an der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung zu ermitteln.
  • Die bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem vorgesehenen Energieverbraucher können umfassen:
    • wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Fahrantriebsmotoren, oder/und
    • wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Unwuchtmassenantriebsmotoren,
      oder/und
    • wenigstens einen Lenkantriebsmotor,
      oder/und
    • wenigstens einen Kühlergebläseantriebsmotor,
      oder/und
    • wenigstens einen Zusatzaggregatantriebsmotor.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Maßnahmen:
    1. a) Bestimmen eines Leistungsbedarfs von ausschließlich durch eine Energiespeicheranordnung zu speisenden Energieverbrauchern,
    2. b) Betreiben einer Brennkraftmaschine zum Aufladen der Energiespeicheranordnung in Abhängigkeit von dem bei der Maßnahme a) bestimmten Leistungsbedarf.
  • Bei diesem Verfahren kann in einer den in einem durchzuführenden Bodenbearbeitungsbetrieb zu erwartenden Leistungsanforderung antizipierenden Art und Weise vorgesehen sein, dass der Leistungsbedarf als zu erwartender Leistungsbedarf der für einen Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten oder zu aktivierenden Energieverbraucher bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Leistungsbedarf als Ist-Leistungsbedarf der bei einem Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten Energieverbraucher bestimmt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen selbstfahrenden Bodenverdichter 10 als Beispiel einer Bodenbearbeitungsmaschine;
    Fig. 2
    eine Prinzipdarstellung eines Antriebssystems des Bodenverdichters 10;
    Fig. 3
    ein Diagramm, welches den Betrieb des Antriebssystems der Fig. 2 für einen Bodenbearbeitungsbetrieb veranschaulicht;
    Fig. 4
    ein Diagramm, welches den Betrieb des Antriebssystems der Fig. 2 für zwei verschiedene Arten von Bodenbearbeitungsbetrieben mit unterschiedlichem Leistungsbedarf veranschaulicht.
  • Der in Fig. 1 als Beispiel einer Bodenbearbeitungsmaschine dargestellte Bodenverdichter 10 umfasst einen Vorderwagen 12 und einen Hinterwagen 14. Am Vorderwagen 12 ist eine allgemein mit 16 bezeichnete Verdichterwalze vorgesehen, während am Hinterwagen 14 die den Bodenverdichter 10 auf einem zu bearbeitenden Untergrund 18 voran bewegenden Antriebsräder 20 vorgesehen sind. Am Hinterwagen 14 ist neben einer Fahrerkabine 22 ein nachfolgend detaillierter beschriebenes Antriebssystem 24 vorgesehen. Durch dieses Antriebssystem 24 werden die verschiedenen mit Energie zu speisenden Systembereiche des Bodenverdichters 12 versorgt.
  • Es sei hier darauf hingewiesen, dass der in Fig. 1 gezeigte Bodenverdichter 10 nur beispielhaft steht für eine Vielzahl verschiedenst gestalteter Bodenbearbeitungsmaschine. Beispielsweise könnte eine als Bodenverdichter ausgeführte Bodenbearbeitungsmaschine auch am Hinterwagen 14 eine Verdichterwalze aufweisen, wobei dann zumindest eine der beiden Verdichterwalzen auch zum Voranbewegen des Bodenverdichters 10 auf dem Untergrund 18 angetrieben wird. Ferner könnte zumindest eine Verdichterwalze an ihrem Außenumfang mit Walzenwerkzeugen, beispielsweise Stampffüßen oder Meißeln, versehen sein, um den zu bearbeitenden Untergrund nicht oder nicht nur zu verdichten, sondern beispielsweise einen steinigen Untergrund auch aufzubrechen.
  • Das in Fig. 2 prinzipartig dargestellte Antriebssystem 24 umfasst eine Brennkraftmaschine 26 als Antriebsaggregat. Diese Brennkraftmaschine 26 ist antriebsmäßig gekoppelt mit einer Generatoranordnung 28. Die Generatoranordnung 28 kann im Generatorbetrieb, angetrieben durch die Brennkraftmaschine 26, elektrische Energie bereitstellen und diese in eine Energiespeicheranordnung 30 einspeisen. Die Energiespeicheranordnung 30 umfasst im dargestellten Beispiel zur Abdeckung einer Grundlast eine oder mehrere Batterieeinheiten 32 sowie zur Abdeckung von Spitzenlasten eine oder mehrere Kondensatoreinheiten 34. Die in der Energiespeicheranordnung 30 gespeicherte elektrische Energie kann bei entsprechender Anforderung über eine Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung 36 zu verschiedenen, allgemein mit M bezeichneten Energieverbrauchern geleitet werden. Dabei kann beispielsweise eine erste Gruppe 38 der Energieverbraucher M die für die Voranbewegung des Bodenverdichters 10 zu aktivierenden Fahrantriebsmotoren umfassen. Eine zweite Gruppe 40 von Energieverbrauchern M kann die zum Antreiben von Unwuchtmassen beispielsweise zur Erlangung einer Vibrationsbewegung der Verdichterwalze 16 oder/und einer Oszillationsbewegung der Verdichterwalze 16 vorgesehenen Unwuchtmassenantriebsmotoren umfassen. Eine dritte Gruppe 42 von Energieverbrauchern M kann verschiedene Antriebsmotoren beispielsweise für eine Lenkung, für ein Kühlergebläse oder sonstige am Bodenverdichter 10 vorgesehene Aggregate bzw. Zusatzaggregate umfassen.
  • Bei dem erfindungsgemäß aufgebauten Antriebssystem sind alle Energieverbraucher M so konzipiert, dass sie durch Speisung mit elektrischer Energie erregt bzw. aktiviert werden können. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass einer der Energieverbraucher M beispielsweise ein Pumpenantriebsmotor ist, durch welchen ein Hydraulikmotor zum Fördern eines Hydraulikmediums angetrieben werden kann.
  • Die Fig. 2 veranschaulicht, dass alle Energieverbraucher M des Antriebssystems 24 ausschließlich aus der Energiespeicheranordnung 30, hier also einer elektrischen Energiespeicheranordnung, mit Energie gespeist werden. Eine direkte Wechselwirkung der Energieverbraucher mit der Generatoranordnung 28 oder/und der Brennkraftmaschine 26 zur Speisung mit Energie besteht nicht. Das Antriebssystem 24 umfasst ferner eine Ansteuereinheit 44. Diese steht in Ansteuerwechselwirkung bzw. in Informationsaustauschverbindung mit der Brennkraftmaschine 26, der Energiespeicheranordnung 30, also beispielsweise der wenigstens einen Batterieeinheit 32 oder/und der wenigstens einen Kondensatoreinheit 34, sowie mit der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung 36. Die Ansteuereinheit 44 ist dazu vorgesehen und ausgebildet, die Brennkraftmaschine 26 derart anzusteuern, dass im Bodenbearbeitungsbetrieb des Bodenverdichters 10 ausreichend Energie bereitgestellt bzw. in der Energiespeicheranordnung 30 gespeichert wird
  • Dies wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 erläutert.
  • Die Fig. 4 zeigt für zwei verschiedene Bodenbearbeitungsbetriebe B1 und B2 über der Zeit aufgetragen jeweils den Leistungsbedarf P der für diese Bodenbearbeitungsbetriebe B1 und B2 benötigten bzw. zu aktivierenden Energieverbraucher M. Dieser deutlich unterschiedliche Leistungsbedarf kann beispielsweise daraus resultieren, dass beim Bodenbearbeitungsbetrieb B1 mehr Antriebsmotoren zum Antreiben von Unwuchten erforderlich sind, als bei dem Bodenbearbeitungsbetrieb B2.
  • Wie in Fig. 4 weiter zu erkennen, ist eine Mehrzahl von Leistungsbedarfsbereichen PB1, PB2 definiert. Jedem Leistungsbedarfsbereich PB1, PB2 ist eine Antriebsdrehzahl n1, n2 der Brennkraftmaschine 26 zugeordnet. Liegt der tatsächliche oder der erwartete Leistungsbedarf bzw. mittlere Leistungsbedarf der Energieverbraucher M beispielsweise im Leistungsbedarfsbereich PB1, so wird durch die Ansteuereinheit 44 die Brennkraftmaschine 26 so angesteuert, dass sie mit der Drehzahl n1 dreht und mit einer entsprechenden Drehzahl die Generatoranordnung 28 antreibt. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, arbeitet in diesem Zustand die Brennkraftmaschine 26 mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl. Dementsprechend arbeitet die Generatoranordnung 28 mit im Wesentlichen konstanter Ladeleistung und speist somit elektrische Energie in die Energiespeicheranordnung 30 ein. Da diese mit einem Leistungsbedarf P belastet wird, welcher im Wesentlichen auch der Ladeleistung der Generatoranordnung 28 entspricht, ist somit gewährleistet, dass der Ladezustand der Energiespeicheranordnung 30 beibehalten bleibt.
  • Die Bestimmung des Leistungsbedarfs P kann beispielsweise auf der Grundlage der für einen durchzuführenden Bodenbearbeitungsbetrieb zu aktivierenden Energieverbraucher M erfolgen. Diese werden durch eine Bedienperson zugeschaltet bzw. aktiviert. Dieses Aktivieren von Energieverbrauchern M kann in der Ansteuereinheit 44 erkannt bzw. erfasst werden, so dass diese entsprechend dem einen Bodenbearbeitungsbetrieb antizipierenden Leistungsbedarf die Brennkraftmaschine 26 zum Betrieb mit der zugeordneten Antriebsdrehzahl ansteuern kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass während der Durchführung eines Bodenbearbeitungsbetriebs der tatsächlich auftretende Leistungsbedarf PB1, PB2 beispielsweise an der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung 36 erfasst wird und beruhend auf diesem Ist-Leistungsbedarf die Ansteuereinheit 44 die Brennkraftmaschine 26 zum Betrieb mit einer zugeordneten Antriebsdrehzahl ansteuert. Auch eine Überlagerung dieser beiden Betriebsarten ist möglich. So kann einen Bodenbearbeitungsbetrieb antizipierend zunächst ein erwarteter Leistungsbedarf bestimmt werden und als Grundlage für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 26 genutzt werden. Nachfolgend während des Bodenbearbeitungsbetriebs kann der Leistungsbedarf dann überwacht werden. Wechselt dieser beispielsweise in einen anderen Leistungsbedarfsbereich, so kann ein entsprechender Ansteuerbefehl generiert werden, um die Brennkraftmaschine 26 zum Betrieb mit einer diesem neuen Leistungsbedarfsbereich zugeordneten Antriebsdrehzahl anzusteuern.
  • Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen System bzw. bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, dass die Brennkraftmaschine 26 im Wesentlichen mit konstanter Drehzahl betrieben werden kann, was zu einem effizienten, energiesparenden Betrieb derselben führt. Eine Anpassung der Drehzahl ist nur erforderlich, wenn eine starke Variation im Leistungsbedarf auftritt, was jedoch insbesondere bei Bodenverdichtungsvorgängen grundsätzlich nicht zu erwarten ist. Eine vergleichsweise starke Variation im Leistungsbedarf könnte beispielsweise auftreten, wenn ein Bodenbearbeitungsvorgang an einem bergauf liegenden Untergrund durchzuführen ist, beispielsweise eine bergauf führende Straße zu asphaltieren und der Asphalt zu verdichten ist. Bewegt sich der Bodenverdichter bergauf, wird insbesondere bei den Antriebsmotoren derselben ein deutlich größerer Leistungsbedarf entstehen, als dann, wenn der Bodenverdichter sich bergab bewegt. Dies kann Anlass für eine Variation der Antriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine während des Betriebs sein.
  • Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem vorgesehen sein, dass im Bremsbetrieb bzw. allgemein im Energierückgewinnungsbetrieb zumindest einige der Energieverbraucher nicht als Motoren, sondern als Generatoren arbeiten und Energie in die Energiespeicheranordnung rückspeisen.

Claims (12)

  1. Antriebssystem für eine Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere Bodenverdichter, umfassend:
    - eine Brennkraftmaschine (26),
    - eine durch die Brennkraftmaschine (26) in einem Generatorbetrieb antreibbare Generatoranordnung (28),
    - eine im Generatorbetrieb durch die Generatoranordnung (28) aufladbare Energiespeicheranordnung (30),
    - eine Mehrzahl von ausschließlich durch die Energiespeicheranordnung (30) mit Energie zu versorgenden Energieverbrauchern (M),
    - eine Ansteuereinheit (44) zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (26) zum Antreiben der Generatoranordnung (28) im Generatorbetrieb auf Grundlage eines Leistungsbedarfs (P) der Energieverbraucher (M).
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (44) dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine (26) auf Grundlage eines erwarteten Leistungsbedarfs (P) der für einen vorgesehenen Bodenbearbeitungsbetrieb (B1,B2) aktivierten oder zu aktivierenden Energieverbraucher (M) anzusteuern.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (44) dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine (26) auf Grundlage des in einem Bodenbearbeitungsbetrieb (B1, B2) ermittelten Leistungsbedarfs (P1, P2) der für den Bodenbearbeitungsbetrieb (B1, B2) aktivierten Energieverbraucher (M) anzusteuern.
  4. Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (44) dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine (26) zum Betrieb mit einer dem Leistungsbedarf (P1, P2) zugeordneten Antriebsdrehzahl (n1, n2) anzusteuern.
  5. Antriebssystem nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass jedem Leistungsbedarfsbereich (PB1, PB2) einer Mehrzahl von Leistungsbedarfsbereichen (PB1, PB2) eine Antriebsdrehzahl (n1, n2) zugeordnet ist, wobei die Ansteuereinheit (44) dazu ausgebildet ist, dann, wenn der Leistungsbedarf (P) in einem der Leistungsbedarfsbereiche (PB1, PB2) liegt, die Brennkraftmaschine (26) zum Betrieb mit der diesem Leistungsbedarfsbereich (PB1, PB2) zugeordneten Antriebsdrehzahl (n1, n2) anzusteuern.
  6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicheranordnung (30) wenigstens eine Batterieeinheit (32) und wenigstens eine Kondensatoreinheit (34) umfasst.
  7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung (36) zum Speisen wenigstens eines Teils der, vorzugsweise aller Energieverbraucher (M) aus der Energiespeicheranordnung (30) vorgesehen ist.
  8. Antriebssystem nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbedarf an der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung (36) ermittelt wird.
  9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverbraucher (M) umfassen:
    - wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Fahrantriebsmotoren,
    oder/und
    - wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Unwuchtmassenantriebsmotoren,
    oder/und
    - wenigstens einen Lenkantriebsmotor,
    oder/und
    - wenigstens einen Kühlergebläseantriebsmotor,
    oder/und
    - wenigstens einen Zusatzaggregatantriebsmotor.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Maßnahmen:
    a) Bestimmen eines Leistungsbedarfs (P) von ausschließlich durch eine Energiespeicheranordnung (30) zu speisenden Energieverbrauchern (M),
    b) Betreiben einer Brennkraftmaschine (26) zum Aufladen der Energiespeicheranordnung (30) in Abhängigkeit von dem bei der Maßnahme a) bestimmten Leistungsbedarf (P).
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbedarf (P) als zu erwartender Leistungsbedarf der für einen Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten oder zu aktivierenden Energieverbraucher (M) bestimmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbedarf (P) als Ist-Leistungsbedarf (PB1, PB2) der bei einem Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten Energieverbraucher (M) bestimmt wird.
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