NL2010570C2 - Hybride krachtafnemer, voertuig voorzien daarvan en werkwijze daarvoor. - Google Patents

Description

Hybride krachtafnemer, voertuig voorzien daarvan en werkwijze daarvoor

De onderhavige uitvinding betreft een hybride krachtafnemer, zoals een PTO ("power take-off"). Dergelijke krachtafnemers worden veelal toegepast bij voertuigen zoals vrachtauto's en tractoren, waarbij een werktuig moet worden aangedreven. Een dergelijk werktuig heeft bijvoorbeeld betrekking op een grijper, kraan, betonmixer, koelinstallatie en dergelijke.

Uit de praktijk bekende krachtafnemers omvatten een koppeling waarmee de krachtafnemer is gekoppeld met een versnellingsbak, reductiebak of verbrandingsmotor van het voertuig. Hiermee wordt een afzonderlijk schakelbare uitgang voorzien waarmee een werktuig, zoals een hijskraan, grijper, betonmixer etc. aandrijfbaar is met de verbrandingsmotor van de vrachtauto. Dit betekent dat de verbrandingsmotor actief dient te blijven wanneer een vrachtauto bijvoorbeeld voorzien van een grijper of betonmixer bij een bouwlocatie goederen laadt of lost. Dit resulteert in brandstofverbruik, CO2- en fijnstofproductie, en geluidsemissie.

Uit de praktijk is het verder bekend om het werktuig, zoals de grijper en de betonmixer, aan te drijven vanuit een accu met behulp van een elektrische aandrijving. Hiermee is het mogelijk de productie van fijnstof en CO2 op locatie te reduceren. In de praktijk blijkt dat een dergelijke elektrische aandrijving veelal niet op correcte wijze wordt gebruikt zodat het (theoretische) effect hiervan op zijn minst niet volledig in de praktijk wordt gerealiseerd.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een krachtafnemer voor een voertuig te verschaffen waarmee bovengenoemde problemen worden opgeheven of ten minste worden gereduceerd.

Daartoe verschaft de onderhavige uitvinding een hybride krachtafnemer voor een voertuig, zoals een vrachtauto, waarbij de afnemer volgens de vinding omvat: - een koppeling voor het koppelen van de afnemer met een versnellingsbak of reductiebak van het voertuig zodanig dat een afzonderlijk schakelbare uitgang hieraan wordt voorzien voor een werktuig bekrachtigbaar door een eerste krachtbron gevormd door een motor van het voertuig; - een tweede krachtbron geschikt voor het aanvullend of separaat aandrijven van de uitgang, waarbij de krachtbron een energiebron en een motor omvat; en - een werkzaam met een besturing van zowel de eerste als tweede krachtbron verbonden regelaar voor het aansturen van de eerste en tweede krachtbron.

Een krachtafnemer wordt in de praktijk veelal aangeduid als PTO ("power take-off"). De aanduiding hybride krachtafnemer wordt in het kader van de onderhavige vinding uitgelegd als een krachtafnemer die door ten minste twee krachtbronnen kan worden bekrachtigd. Deze krachtbronnen hebben bijvoorbeeld betrekking op een verbrandingsmotor die wordt gevoed vanuit de brandstoftank, een elektromotor die wordt gevoed vanuit een accu en/of eventuele andere aandrij vingen.

Een werktuig betreft onder meer een hijskraan, grijper, hefmechanisme, betonmixer, koelinstallatie en andere werktuigen die toegepast kunnen worden op een voertuig zoals een vrachtauto en/of tractor of in een stationaire inrichting kunnen worden aangedreven met behulp van de hybride krachtafnemer volgens de vinding.

Door volgens de vinding een hydride krachtafnemer te voorzien, kan het werktuig, of eventueel meerdere werktuigen, worden aangedreven vanuit de eerste krachtbron die wordt gevormd door een motor van het voertuig en/of vanuit een tweede krachtbron. In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm is de tweede krachtbron een elektromotor die werkzaam is verbonden met een separate accu. Deze tweede krachtbron is bij voorkeur geïntegreerd met de krachtafnemer zodanig dat hiermee een modulair systeem wordt verkregen.

Een voordeel van een dergelijk modulair systeem is dat deze op relatief eenvoudige wijze kan worden ingebouwd in bijvoorbeeld bestaande vrachtauto's. Het modulaire systeem omvattende de hybride krachtafnemer en de tweede krachtbron kan hierbij werkzaam worden verbonden met de eerste krachtbron gevormd door de verbrandingsmotor van het voertuig. Hierbij wordt het samenstel met behulp van een koppeling werkzaam verbonden aan het voertuig, in het bijzonder met de verbrandingsmotor daarvan.

Door de hybride krachtafnemer volgens de vinding te voorzien van een regelaar die zowel met de eerste als de tweede krachtbron werkzaam is verbonden, en daarbij is ingericht voor het automatisch aansturen van zowel de eerste als tweede krachtbron, wordt bewerkstelligd dat een effectieve aansturing van de aandrijving van het werktuig wordt gerealiseerd. Door de automatische aansturing hiervan door de regelaar wordt bewerkstelligd dat, afhankelijk van de omstandigheden waarin het werktuig wordt gebruikt, de juiste krachtbron of combinatie van krachtbronnen wordt gebruikt.

Bijvoorbeeld, in geval van een betonmixer wordt door de regelaar bij het laden en lossen van het product de eerste krachtbron automatisch uitgeschakeld zonder tussenkomst van bijvoorbeeld de bestuurder van de vrachtauto en/of het werktuig. Tevens wordt automatisch de tweede krachtbron geactiveerd voor de aandrijving. Hiermee wordt bewerkstelligd dat op deze locatie geen fossiele brandstoffen worden verbruikt zodat er op deze locatie geen productie van fijnstof en CO2, en brandstofverbruik plaats vindt. Bijkomend wordt door het voorzien van de tweede krachtbron, gevormd door bij voorkeur een elektromotor en een separate accu bewerkstelligd dat ook de geluidsproductie significant wordt teruggebracht.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is de regelaar van de hybride krachtafnemer voorzien van activatiemiddelen voor het automatisch activeren van de regelaar en/of automatische controle van de toestand van het voertuig en het werktuig.

Door het voorzien van activatiemiddelen wordt bewerkstelligd dat de regelaar op automatische wijze, dat wil zeggen zonder tussenkomst van de bestuurder van het voertuig, wordt geactiveerd zodanig dat afhankelijk van de specifieke omstandigheden waarin het voertuig zich bevindt de gewenste aandrijving voor het werktuig wordt geselecteerd. Zo wordt in geval van de hiervoor reeds genoemde bouwlocatie voor een betonmixer de tweede krachtbron, die bij voorkeur is geïntegreerd in de hybride krachtafnemer, geactiveerd en wordt op automatische wijze zonder tussenkomst van de bestuurder de verbrandingsmotor van het voertuig uitgezet. Hiermee wordt bewerkstelligd dat onafhankelijk van bijvoorbeeld de oplettendheid van de bestuurder de meest geschikte krachtbron wordt gebruikt voor het werktuig. Hiermee worden de behaalbare voordelen door selectie van een specifieke aandrijving ook in de praktijk gerealiseerd. Aanvullend of als alternatief wordt door het voorzien van activatiemiddelen een automatische controle van de toestand van het voertuig en het werktuig gerealiseerd.

In een momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding zijn de activatiemiddelen werkzaam verbonden met een handrem van het voertuig. Een bestuurder van het voertuig zal bij het bereiken van bijvoorbeeld de bouwplaats, of een andere locatie waarin het werktuig geactiveerd dient te worden, de handrem van het voertuig aantrekken. Hiermee wordt automatisch overgeschakeld naar een toestand waarin brandstofverbruik wordt gereduceerd, geluidsemissie wordt gereduceerd en/of C02- en fijnstofproductie wordt verminderd. Door de activatiemiddelen van de hybride krachtafnemer volgens de vinding werkzaam te verbinden met bij voorkeur de handrem worden de activatiemiddelen automatisch actief om de tweede krachtbron te starten en bij voorkeur de eerste krachtbron, in dit geval gevormd door bijvoorbeeld de verbrandingsmotor van het voertuig, automatisch uit te zetten. Hierbij zijn volgens de vinding geen additionele handelingen van de bestuurder van het voertuig vereist, zodat te allen tijde de meest optimale aandrijving van het werktuig wordt gewaarborgd.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is de regelaar voorzien van schakelmiddelen voor het bij schakelen of opschakelen of afschakelen van de eerste en/of tweede krachtbron.

Door het voorzien van schakelmiddelen van de regelaar van de hybride krachtafnemer wordt bewerkstelligd dat bij bijvoorbeeld een zware belasting van het werktuig een eerste krachtbron tijdelijk kan worden bij geschakeld.

Dit heeft als voordeel dat de tweede krachtbron niet overgedimensioneerd hoeft te worden. Dit resulteert derhalve in een kosteneffectieve realisatie van deze krachtbron en daarmee van de hybride krachtafnemer volgens de vinding.

Bij voorkeur is de regelaar voorzien van omschakelmiddelen voor het geleidelijk omschakelen van de eerste naar de tweede krachtbron en vice versa. Eveneens bij voorkeur worden de omschakelmiddelen ook ingezet bij het bij schakelen of opschakelen van een krachtbron. Hiermee wordt vermeden dat het werktuig schoksgewijs wordt aangedreven. Dit heeft als effect dat de veiligheid van het werken met het werktuig wordt vergroot en ook kan worden gewaarborgd.

Optioneel zijn de schakelmiddelen en/of omschakelmiddelen voorzien van een sensor of detector om te constateren dat een (te) zware belasting voor het werktuig wordt gehanteerd en additioneel vermogen nodig is. Hiermee kan tijdig worden gereageerd op een dergelijke grote belasting.

In een momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm kan de motor, bij voorkeur de elektromotor, van de tweede krachtbron tevens als generator worden ingezet. Hierbij wordt de elektromotor aangedreven door de eerste krachtbron, bij voorkeur de verbrandingsmotor van het voertuig, zodanig dat de energiebron, zoals een accu, kan worden opgeladen. Dit kan bijvoorbeeld worden toegepast tijdens het verplaatsen van het voertuig tussen locaties.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een samenstel van een hybride krachtafnemer en een tweede krachtbron voorzien van een elektromotor en een accu, waarbij het samenstel koppelmiddelen omvat voor het verbinden van het samenstel met een voertuig, als ook op een voertuig voorzien van een dergelijk samenstel of hybride krachtafnemer.

Een dergelijk samenstel en/of voertuig bieden gelijke effecten en voordelen als beschreven voor de hybride krachtafnemer. In het bijzonder heeft het samenstel volgens de vinding het voordeel dat deze ook toegepast kan worden op bestaande voertuigen zonder dat daarbij grote aanpassingen aan dit voertuig vereist zijn.

De onderhavige uitvinding heeft verder tevens betrekking op een werkwijze voor het aandrijven van een werktuig van een voertuig, de werkwijze omvattende de stappen: - het voorzien van een hybride krachtafnemer, samenstel en/of voertuig volgens één of meer van de voorgaande conclusies; - het met activatiemiddelen activeren van de regelaar van de afnemer; en - het geheel of gedeeltelijk met de tweede krachtbron aandrijven van het werktuig.

Een dergelijke werkwijze biedt gelijke effecten en voordelen als beschreven voor de hybride krachtafnemer, het samenstel en/of het voertuig.

In het bijzonder is gebleken dat door het op automatische wijze, dat wil zeggen zonder tussenkomst van een bestuurder of andere gebruiker, activeren van de regelaar deze regelaar de eerste krachtbron geheel of gedeeltelijk uitschakelt en op dezelfde automatische wijze de tweede krachtbron gebruikt voor het aandrijven van het werktuig. Hiermee wordt een optimale keuze voor de meest geschikte krachtbron bewerkstelligd. Hiermee wordt afhankelijk van de locatie waar het voertuig zich bevindt de lokale productie van CO2 en fijnstof tegengegaan, als ook de productie van geluid. Bij voorkeur wordt met behulp van omschakelmiddelen geleidelijk omgeschakeld van de eerste krachtbron naar de tweede krachtbron. Hiermee worden schokken in de aandrijving die worden doorgegeven aan het werktuig vermeden. Dergelijke omschakelmiddelen maken hierbij bijvoorbeeld gebruik van proportionele regeling. Hiermee wordt bijvoorbeeld een tweede aandrijving eerst gestart en pas nadat deze volledig is opgestart daadwerkelijk in bedrijf genomen voor het werktuig. Hiermee wordt een zogeheten "hick-up" vermeden en wordt de veiligheid van het hanteren van het werktuig vergroot.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van de voorkeursuitvoeringsvormen daarvan, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: - Figuur 1 een aanzicht van een voertuig voorzien van de hybride krachtafnemer volgens de vinding; - Figuur 2 een schematisch overzicht van het voertuig met de krachtafnemer uit figuur 1; en - Figuur 3 een schematisch overzicht van de werking van de krachtafnemer volgens de vinding.

Een vrachtauto 2 (figuur 1), in het bijzonder een betonmixer, is voorzien van een cabine 4 en een mixer 6 (figuur 1).

In de getoonde uitvoeringsvorm is vrachtauto 2 voorzien van hybride krachtafnemer systeem 8 (figuur 2). Systeem 8 beschikt over een krachtafnemer/PTO 10 die wordt aangedreven vanuit verbrandingsmotor 12 die van brandstof wordt voorzien vanuit brandstoftank 14 van vrachtauto 2. PTO 10 drijft werktuig 16 aan. In de getoonde uitvoeringsvorm betreft werktuig 16 een mixer 6. Het zal voor de vakman duidelijk zijn dat in plaats van een mixer 6 ook een grijper, hijskraan, koeling etc. als werktuig 16 kan worden toegepast.

PTO 10 kan eveneens worden aangedreven door een tweede motor 18, die in de getoonde uitvoeringsvorm wordt gevormd door een elektromotor die wordt gevoed vanuit separate accu 20. Accu 20 kan worden opgeladen vanuit een externe bron, zoals het elektriciteitsnet, of kan in combinatie of aanvullend vanuit eerste motor 12 via PTO 10 worden opgeladen door tweede motor 18 als generator te gebruiken en/of remenergie die wordt teruggewonnen en/of andere energiebronnen.

Regelaar 22 is werkzaam verbonden met eerste motor 12, PTO 10 en tweede motor 18. Regelaar 22 wordt in de getoonde uitvoeringsvorm geactiveerd door vanuit handrem 24 een activatiesignaal 26 te versturen. Het zal voor de vakman duidelijk zijn dat in plaats van activatiemiddelen in de vorm van handrem 24 ook andere activatie mogelijk is, bijvoorbeeld een automatische koppeling met verlichting, contactslot, aanwezigheid van bestuurder etc. Het is echter gebleken dat toepassing van handrem 24 voor de activatie van regelaar 22 een stabiele, robuuste en praktisch bruikbare werking waarborgt. Vanuit regelaar 22 worden na activatie stuursignalen 28 naar eerste motor 12 en stuursignalen 30 naar tweede motor 18 gestuurd. In de getoonde uitvoeringsvorm is het verder mogelijk terugkoppelsignalen 32 vanuit PTO 10 naar regelaar 22 te sturen, bijvoorbeeld als indicatie van de belasting die wordt uitgeoefend op werktuig 16. In de getoonde uitvoeringsvorm omvat regelaar 22 tevens de schakelmiddelen 34 en omschakelmiddelen 36 die in de getoonde momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm volledig zijn geïntegreerd in regelaar 22.

Samenstel 38 van regelaar 22, PTO 10, tweede motor 18 en accu 20 kan als module worden toegepast op voertuig 2, bijvoorbeeld ook op bestaande voertuigen 2.

Bij het gebruik van systeem 8 en/of samenstel 38 worden de diverse processtappen 40 (figuur 3) doorlopen. Hierbij wordt voertuig 2 in initiatiefase 42 gestart. In een eerste toestand 44 bevindt voertuig 2 zich in een verplaatsingstoestand zodat voertuig 2 kan worden verplaatst tussen de locaties. Afhankelijk van het type werktuig 16 kan tijdens rijden 44 het werktuig 16 worden aangedreven vanuit verbrandingsmotor 12 en/of elektromotor 18. Dit is bijvoorbeeld het geval indien werktuig 16 wordt gevormd door mixer 6 waarin zich beton bevindt. Tijdens het rijden kan laadtoestand 46 worden ingesteld waarmee accu 20 kan worden opgeladen vanuit verbrandingsmotor 12. Na het bereiken van de gewenste locatie, bijvoorbeeld voor het laden en lossen van voertuig 2, zal tijdens parkeerstap 48 het voertuig worden neergezet en zal handrem 24 worden aangetrokken. Vervolgens geraakt in de momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm voertuig 2 in een tweede werktuigtoestand 50, waarin goederen bijvoorbeeld geladen of gelost kunnen worden. Hierbij wordt werktuig 16 bij voorkeur geactiveerd vanuit regelaar 22 om aangedreven te worden door elektromotor 18. De omschakeling vindt hierbij in de getoonde uitvoeringsvorm op soepele wijze plaats door gebruik te maken van de omschakelmiddelen 36, waarbij desgewenst in de werktuigtoestand 50 verbrandingsmotor 12 eventueel bij geschakeld kan worden met behulp van schakelmiddelen 34. Na het afronden van de werkzaamheden op de locatie wordt werktuigtoestand 50 afgesloten in afsluitfase 52 waarbij in de getoonde uitvoeringsvorm door het ontkoppelen van handrem 24 voertuig 2 kan worden gestart en overgegaan wordt naar de eerste verplaatsingstoestand 44.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims (10)

1. Hybride krachtafnemer voor een voertuig, zoals een vrachtauto, de afnemer omvattende: - een koppeling voor het koppelen van de afnemer met een versnellingsbak of reductiebak van het voertuig zodanig dat een afzonderlijk schakelbare uitgang hieraan wordt voorzien voor een werktuig bekrachtigbaar door een eerste krachtbron gevormd door een motor van het voertuig; - een tweede krachtbron geschikt voor het aanvullend of separaat aandrijven van de uitgang, waarbij de krachtbron een energiebron en een motor omvat; en - een werkzaam met zowel de eerste als tweede krachtbron verbonden regelaar ingericht voor het automatisch aansturen van zowel de eerste als tweede krachtbron.

2. Hybride krachtafnemer volgens conclusie 1, waarbij de regelaar is voorzien van activatiemiddelen voor het automatisch activeren van de regelaar en/of automatische controle van de toestand van het voertuig en het werktuig.

3. Hybride krachtafnemer volgens conclusie 2, waarbij de activatiemiddelen werkzaam zijn verbonden met een handrem van het voertuig.

4. Hybride krachtafnemer volgens conclusie 1, 2 of 3, waarbij de regelaar is voorzien van schakelmiddelen voor het bij schakelen of opschakelen van de eerste en/of tweede krachtbron.

5. Hybride krachtafnemer volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de regel;aar is voorzien van omschakelmiddelen voor het geleidelijk omschakelen van de eerste krachtbron naar de tweede krachtbron.

6. Hybride krachtafnemer volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de motor als generator aangedreven door de eerste krachtbron kan functioneren voor het opladen van de energiebron van de tweede krachtbron.

7. Samenstel van hybride krachtafnemer en tweede krachtbron voorzien van de elektromotor en een accu, het samenstel omvattende koppelmiddelen voor het verbinden van het samenstel met een voertuig.

8. Voertuig voorzien van een hybride krachtafnemer of samenstel volgens één of meer van de voorgaande conclusies.

9. Werkwijze voor het aandrijven van een werktuig van een voertuig, omvattende: - het voorzien van een hybride krachtafnemer, samenstel en/of voertuig volgens één of meer van de voorgaande conclusies; - het automatisch met activatiemiddelen activeren van de regelaar van de afnemer; - het automatisch met de regelaar van de krachtafnemer geheel of gedeeltelijk uitschakelen van de eerste krachtbron; en - het geheel of gedeeltelijk met de tweede krachtbron aandrijven van het werktuig.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, verder omvattende het met omschakelmiddelen geleidelijk omschakelen van de eerste krachtbron naar de tweede krachtbron.