WO2020187906A1 - Verfahren zum betreiben eines antriebsstrangs für eine arbeitsmaschine, antriebsstrang für eine arbeitsmaschine und arbeitsmaschine - Google Patents

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gear
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Rico Glöckner
Migen BEBETI
Jan DÖRING
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a drive train for a work machine according to the preamble of claim 1, a drive train for a work machine according to the preamble of claim 9 and a corresponding work machine.
  • electrically driven machines such as wheel loaders, skid steer loaders, telescopic loaders, dumpers or excavators are known.
  • These electrically powered work machines are either purely electrically driven, i.e. they only have an electric battery or an electric accumulator for their energy supply, or they are diesel-electric driven, which means that the required energy from a diesel-powered generator, usually in connection with an electric buffer storage, such as B. an appropriately sized capacitor is provided.
  • the mechanical power required for the travel drive and the work drive is provided by one or more electric motors.
  • hybrid-electric machines are known in which the required mechanical power is primarily provided by an internal combustion engine, usually a diesel engine. An additionally provided electric motor typically takes on a so-called boost function.
  • a speed synchronization between the speed of the drive unit and the speed of the gear step to be engaged takes place during a shift process.
  • the speed of the drive unit is correspondingly reduced; in a downshift, it is increased accordingly.
  • the speed is synchronized via friction work between the coupling elements.
  • DE 20 2014 000 738 LJ 1 describes a purely electrically driven wheel loader, which has a first electric motor for a Fahran and a second electric motor for a work drive.
  • DE 10 2010 063 503 A1 a multi-stage transmission in planetary construction as a work machine is also known.
  • the multi-stage transmission includes a housing in which four planetary sets and several shafts are accommodated, as well as shifting elements which are formed by at least one brake and clutches and by means of their targeted actuation eight different gear ratios between an input and an output shaft can be represented.
  • the transmission of DE 10 2010 063 503 A1 enables power shiftability.
  • the known electrically driven work machines are disadvantageous in that a speed synchronization of the gear steps involved is more difficult in a shifting process under load compared to an identical process in a combustion-driven work machine.
  • the reason for this lies on the one hand in the comparatively greater moment of inertia of an electric motor compared to an internal combustion engine, but above all in the significantly larger speed spectrum of the electric motor, which means that comparatively higher differential speeds can exist and must be synchronized accordingly. With repeated switching, especially at short intervals, this can also lead to a high thermal load on the electric motor.
  • the invention relates to a method for operating a drive train for a work machine, wherein a work drive of the work machine is driven by a first gear arrangement by a first electric motor, wherein a travel drive of the work machine is driven by a second gear arrangement of a second electric motor, with a switching operation of the second gear arrangement, a speed synchronization of the second electric motor takes place and wherein a temperature of the second electric motor is detected.
  • the method according to the invention is characterized in that the speed synchronization takes place by energizing the second electric motor and that when a limit temperature is exceeded, at least one measure for thermal relief of the second electric motor is carried out.
  • the method according to the invention therefore provides for the operation of a drive train for a work machine by means of two electric motors, namely by means of the first electric motor and the second electric motor.
  • the first electric motor is dedicated to the drive and the second electric motor to the drive.
  • a speed synchronization of the elements involved in the shifting process, including the second electric motor must take place.
  • the speed synchronization is usually carried out by friction work in a clutch involved in the shifting process, which, however, leads to wear of the clutch and therefore requires a correspondingly resilient clutch design.
  • the speed synchronization takes place during a switching process of the second Ge gear arrangement therefore via the second electric motor itself, namely via a corresponding energization of the second electric motor.
  • the energization leads to the generation of a corresponding torque and thus either to an increase in the speed of the second electric motor or to a reduction in the speed of the second electric motor.
  • the clutch can therefore be designed to be more compact and less powerful, which leads to cost and weight savings.
  • current is not only understood to mean the external supply of current to an electric motor in order to allow it to generate torque, but also the transfer of the electric motor to generator mode so that the speed reduction required for speed synchronization is achieved the electromagnetic braking force which the rotor of the second electric motor experiences from the generator operation results.
  • This also results in the electric motor being supplied with current, although in this case the current is not supplied externally but is generated inside the electric motor. In both cases, however, the coil windings of the electric motor are subjected to a current, that is to say energized.
  • a supply of current to the second electric motor is understood to mean both external current supply and the setting in generator mode.
  • the second electric motor When shifting from a lower gear to a higher gear, the second electric motor, which is assigned to the drive, has to reduce its speed very quickly in order to produce the necessary speed synchronization. Conversely, when shifting from a higher gear to a lower gear, the second electric motor must increase its speed very quickly in order to achieve speed synchronization.
  • the temperature of the second electric motor is preferably detected via a sensor designed for this purpose, for example one that works according to the Seebeck effect Sensor or an infrared sensor.
  • the temperature of the second electric motor can, however, also be recorded computationally on the basis of a temperature model of the second electric motor.
  • the first gear arrangement that is to say the working gear, is also designed to be switchable.
  • the method according to the invention is advantageously also carried out for the first electric motor.
  • first or second electric motor can be coupled to one another via a summing gear or can be connected to the first or second gear arrangement in a drive-releasable manner via individual drive connections.
  • At least the second gear arrangement has a plurality of forward gears and at least one gear step designed as a reverse gear.
  • the number of forward gears corresponds to the number of reverse gears.
  • the first gear arrangement can also have more than just one gear stage designed as a forward gear.
  • one or more gear steps of the first transmission arrangement designed as reverse gear are also conceivable. However, due to the ability of electric motors to change their direction of rotation, it is not always necessary to provide reverse gears.
  • the at least one measure is to apply a shift hysteresis to a shift point of the second transmission arrangement.
  • a shift point represents an operating point at which a shift process - usually into a next higher or next lower - takes place automatically.
  • the shift point can be characterized, for example, by an engine load, by an engine speed, by the speeds of the transmission elements that are assigned to the gear stage that is set, by a speed of the work machine, by a recognized push or pull operation of the work machine or else through a recognized slope of the ground.
  • this one switching point is split into two different, direction-dependent switching points, one of the two switching points being used exclusively for a downshift and the other of the two switching points being used only for an upshift.
  • the directional dependency is designed in such a way that an operating point that triggers the switching process is only reached later.
  • a speed-dependent predetermined switching point which is usually 10 km / h, can be subjected to a switching hysteresis so that it is split into a switching point at 8 km / h and a switching point at 12 km / h.
  • the shift point at 8 km / h is only used for a downshift and the shift point at 12 km / h is only used for an upshift so that the triggering of the shift is delayed, i.e. an operating point that triggers the shift is only reached later.
  • the number of switching operations can be reduced, especially with frequent changes in speed around the original switching point. Together with the number of switching processes, the frequency of the speed synchronizations and thus the thermal load on the second electric motor is also reduced.
  • a shift hysteresis is applied not only to one shift point of the second gear arrangement, but rather several shift points or all shift points.
  • Such a switching hysteresis can preferably also be applied to one or more switching points of the first transmission arrangement.
  • the at least one measure is to support the speed synchronization by means of a clutch.
  • This means that the speed synchronization is not carried out exclusively by energizing the second electric motor, but also by a friction process of the respective clutch of the second Gear arrangement is supported. This also reduces the thermal load on the second electric motor accordingly.
  • the at least one measure can also be a speed synchronization arrangement exclusively through the corresponding clutch of the second transmission.
  • the second electric motor is therefore not used for speed synchronization at all.
  • the thermal relief of the second electric motor is correspondingly large.
  • the first electric motor is also thermally relieved in that the speed synchronization is supported or completely taken over by a clutch of the first transmission arrangement.
  • the at least one measure is an intensification of cooling of the second electric motor.
  • a feed pump of a cooling circuit which cools the second electric motor, can be operated with higher power or additional cooling devices, for example radiators, can be activated for cooling a cooling fluid.
  • the clutch can in turn contribute more to the thermal relief of the second electric motor by making a greater contribution to the necessary speed synchronization through additional friction work.
  • the first electric motor is also relieved by intensifying its cooling or cooling a clutch of the first gear arrangement.
  • the at least one measure involves establishing a drive connection between the drive and the drive is, so that the drive is additionally or exclusively driven by the first electric motor.
  • the first electric motor actually assigned to the work drive and provided for the work drive can also drive the travel drive via a drive short circuit between the work drive and the travel drive. This in turn advantageously makes it possible to reduce the current supply and thus the thermal load on the second electric motor to the same extent as the first electric motor contributes to the drive.
  • the travel drive is driven by the first electric motor, taking into account a temperature of the first electric motor.
  • the first electric motor drives the traction drive and the work drive at the same time. This has the advantage that the working drive is also continuously driven and available. Only the power requirement required by the travel drive is then additionally provided by the first electric motor.
  • the travel drive is therefore only driven by the first electric motor, or only to the extent that the power required by the drive can continue to be supplied to the drive.
  • This has the advantage that it is ensured in any case that the work drive always receives the power required and requested by an operator of the work machine, so that a sudden and, in particular for the operator, unexpected drop in performance of the work machine power drive can be avoided.
  • the full compliance with the performance requirement of the work drive by the first electric motor is particularly important in situations in which the drive and the work drive have comparatively high performance requirements, which, however, can no longer be provided by the first electric motor in total.
  • the drive connection can also be used to drive the work drive additionally or exclusively by the second electric motor.
  • the at least one measure is a limitation of a permissible operating range of the second electric motor.
  • the permissible operating range is restricted, in particular to a comparatively low power range.
  • the performance range can e.g. can be specified by limiting the operating voltages or operating currents to a specific maximum power limit. As a result, the energization with comparatively high currents can be avoided, whereby the thermal load on the second electric motor is reduced and this can cool down.
  • the permissible operating range can be limited not only by limiting operating voltages or operating currents, but additionally or alternatively by limiting an engine speed to a certain limit speed.
  • the limitation to a specific operating range or the predefinable limit power or limit speed can advantageously be selected as a function of the respective detected temperature of the second electric motor. For example, only slightly exceeding the limit temperature can initially result in only a slight limitation of the permissible operating range, for example to a maximum of 75% of the maximum power of the second electric motor. However, a significant excess can result in immediate and very strong limitation of the operating range, for example to a maximum of 50% of the maximum output. It is preferably provided that a permissible operating range of the first electric motor can also be limited for thermal relief of the first electric motor.
  • the at least one measure is an upshift prevention in the second transmission arrangement. I.e. so that a selected gear of the second Ge gear arrangement for thermal relief of the second electric motor can not be increased further.
  • the upshift prevention is preferably designed as a blocking of the corresponding shifting process, which is possible, for example, particularly easily and effectively in an automatized gearbox using appropriately designed control software. Since the gear can no longer be upshifted by an upshift, the maximum travel speed of the machine is limited. Since the power requirement in lower gear steps is also generally lower than in higher gear steps, this can reduce thermal stress on the second electric motor.
  • the upshift prevention avoids a corresponding shifting process and, as a result, a necessary speed synchronization, which also contributes to the thermal relief of the second electric motor.
  • an upshift prevention is also provided in the first gear arrangement for thermal relief of the first electric motor.
  • a downshifting of the engaged gear of the second gear arrangement can, however, still be permitted. Although this initially requires speed synchronization, it then leads to a comparatively lower power requirement of the second electric motor and thus to a thermal relief of the second electric motor.
  • the invention further relates to a drive train for a work machine, the drive train as well as a work drive with a first gear arrangement with a first electric motor and a traction drive with a second gear arrangement and with a second electric motor, the working drive being drivable by the first electric motor via the first gear arrangement and the traction drive being drivable by the second electric motor via the second gear arrangement.
  • the drive train according to the invention is characterized in that a drive connection can be established between the working drive and the travel drive via a connecting coupling.
  • the drive train according to the invention thus advantageously comprises the necessary devices and means in order to be able to carry out the method according to the invention. This in turn leads to the advantages already described in connection with the method according to the invention.
  • the drive train furthermore comprises separate power electronics or a single common power electronics unit for controlling or regulating the speed or the torque or the power to be provided by the first electric motor and the second electric motor.
  • the drive train comprises an electronic control device which controls or regulates the first electric motor and the second electric motor via each of their own power electronics or via the common power electronics.
  • the control unit can also control the first gear unit or the second gear unit.
  • the control unit for its part advantageously comprises a microprocessor and an electronic memory, on which the method according to the invention is particularly preferably stored in the form of a software algorithm that can be executed by the microprocessor.
  • the drive train also comprises at least one cooling device for cooling the first electric motor, the second electric motor, the first gear unit or the second gear unit.
  • the second transmission arrangement can be power shifted over a plurality of gear stages.
  • the first gear arrangement is preferably designed comparatively simply as a reduction stage. If the first gear arrangement has several shiftable gear stages, these are preferably power shiftable.
  • the first electric motor and the second electric motor are arranged in a common housing.
  • This enables a space-saving and weight-saving arrangement of the first electric motor and the second electric motor within the drive train in a work machine.
  • the common housing saves weight and costs compared to two individual housings.
  • the first and the second electric motor can for example be arranged axially one behind the other in a common housing, the motor output shafts e.g. can point out of the housing in opposite axial directions.
  • an arrangement axially next to one another in a correspondingly designed housing is also possible and preferred, so that both motor output shafts can, for example, point in the same axial direction.
  • the drive train is designed to carry out the method according to the invention.
  • the first electric motor or the second electric motor are also designed to recuperate kinetic energy when the drive train is braking. Because of the drive connection that can be established between the travel drive and the work drive via the connection coupling according to the invention, kinetic energy can namely advantageously be recuperated from both the second and the first electric motor.
  • the drive train furthermore advantageously comprises an electrical energy store to which the electrical energy generated by the recuperation operation can be fed. In recuperation mode, the first electric motor or the second electric motor work as generators and convert the kinetic energy of the machine into electrical energy. This electrical energy can be withdrawn from the electrical energy store later if necessary in order to power the first electric motor or the two th electric motor.
  • the electrical energy store can be charged with external electrical energy via a charging cable or another suitable charging device, for example an induction charging device.
  • a charging cable or another suitable charging device for example an induction charging device.
  • the use of the first electric motor or the second electric motor for recuperation also reduces the wear and tear of a mechanical friction brake.
  • the invention further relates to a work machine comprising a drive train according to the invention. This results in the advantages already described in connection with the drive train according to the invention also for the work machine according to the invention.
  • the work machine is designed as a wheel loader, dumper, excavator, telescopic loader or tractor.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a further possible embodiment of a drive train according to the invention for a work machine in the form of a gear train
  • FIG. 3 shows, by way of example, a profile of an energization of the second electric motor and an associated profile of a temperature of the second electric motor over time.
  • FIG. 1 shows an example of a possible embodiment of a drive train 1 according to the invention for a work machine, not shown in FIG. 1, in the form of a gear scheme.
  • the drive train 1 in FIG. 1 comprises a first electric motor 2 and a second electric motor 3, which are arranged in a common housing 11. Both the first electric motor 2 and the second electric motor 3 are each assigned a temperature sensor 2 ‘, 3‘ in order to continuously detect a temperature of the first or second electric motor 2, 3.
  • the drive train 1 of FIG. 1 comprises a first gear arrangement 4 and a second gear arrangement 5, the first electric motor 2 and the first gear arrangement 4 being assigned to a working drive 6 of the drive train 1.
  • the second electric motor 3 and the second gear arrangement 5, however, are assigned to a travel drive 7 of the drive train 1.
  • the second gear arrangement 5 also includes, for example, three further power shift clutches 9, 9 'and 9 ′′ as well as three shafts 5', 5 ′′ and 5 ′′ ′′ in order to use three different spur gear stages 10, 10 ′, 10 ′′ to switch three shiftable gear stages of the second gear arrangement 5 to be provided.
  • a previously closed clutch 9, 9 'or 9 ′′ is opened and a previously opened clutch 9, 9 or 9 ′′ is closed at the same time. So that a clutch 9, 9 'or 9 can close, the speed of the elements of the gear to be switched must first be synchronized.
  • the speed synchronization is carried out, for example, by a corresponding energization of the second electric motor 3, which, however, also leads to a strong heat development in the second electric motor 3 due to the necessary rapid speed change and the associated high currents.
  • a drive connection can be established via a connecting coupling 8 between the first gear arrangement 4 and the second gear arrangement 5, the drive connection being produced, for example, from the first electric motor 2 to the shaft 5 'of the second gear arrangement 5 is.
  • the first electric motor 2 can drive the traction drive 7 when the connecting coupling 8 is closed. This happens, for example, whenever the second electric motor 3 is thermally relieved got to. Since the travel drive 7 is additionally driven by the first electric motor 2, the second electric motor 3 can be operated at a lower operating point, as a result of which the supply of current to the second electric motor 3 is reduced and thus a thermal load on the second electric motor 3 is also reduced.
  • Fig. 2 shows an example of another possible embodiment of a erfindungsge MAESSEN drive train 1 for a work machine not shown in Fig. 2 in the form of a gear scheme.
  • the drive train 1 of FIG. 2 differs from the drive train 1 only in the drive connection that can be established from the first electric motor 2 to the travel drive 7: This runs, for example, from the first electric motor 2 to the shaft 5 of the second gear arrangement 5.
  • the speed synchronization takes place by briefly energizing the second electric motor 3 with the current. This also causes the temperature to rise abruptly to the value Ti. Thereafter, the machine continues its journey evenly up to time t 2 , with another gear shifting in the second transmission arrangement 5 taking place at time t 2 .
  • the speed synchronization required again and the high current supply l 2 of the second electric motor 3 required for this leads to a further increase in temperature, this time to the value T 2 .
  • the temperature T is just below the limit temperature T limit - at time t 3 another switching process takes place, which in turn leads to a brief increase in the current supply to the current l 3 and to an increase in the temperature to the value T 3 .
  • the temperature T 3 of the second electric motor now also exceeds the limit temperature T limit - this means that when the limit temperature T G renz is exceeded, a number of measures for thermal relief of the second electric motor 3 is carried out.
  • a shift hysteresis is initially applied to all shift points of the second transmission arrangement 5 in order to avoid further shifting processes or at least to delay them.
  • cooling of the second electric motor 3 is intensi fourth.
  • a drive connection is established between the working drive 6 and the travel drive 7, so that the travel drive 7 is additionally driven by the first electric motor 2.
  • the current flow can be reduced to the value l 4 .
  • the temperature of the second electric motor 3 is then reduced quickly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) für eine Arbeitsmaschine, wobei ein Arbeitsantrieb (6) der Arbeitsmaschine über eine erste Getriebeanordnung (4) von einem ersten Elektromotor (2) angetrieben wird, wobei ein Fahrantrieb (7) der Arbeitsmaschine über eine zweite Getriebeanordnung (5) von einem zweiten Elektromotor (3) angetrieben wird, wobei bei einem Schaltvorgang der zweiten Getriebeanordnung (5) eine Drehzahlsynchronisation des zweiten Elektromotors (3) erfolgt und wobei eine Temperatur des zweiten Elektromotors (3) erfasst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Drehzahlsynchronisation durch eine Bestromung des zweiten Elektromotors (3) erfolgt und dass bei Überscheiten einer Grenztemperatur mindestens eine Maßnahme zur thermischen Entlastung des zweiten Elektromotors (3) durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Antriebsstrang (1) und eine Arbeitsmaschine.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranqs für eine Arbeitsmaschine,
Antriebsstranq für eine Arbeitsmaschine und Arbeitsmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , einen Antriebs strangs für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.
Im Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Rad lader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper oder auch Bagger, bekannt. Diese elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind entweder rein elektrisch angetrie ben, d.h. sie verfügen für ihre Energieversorgung ausschließlich über eine elektrische Batterie bzw. einen elektrischen Akkumulator, oder aber sie sind diesel-elektrisch angetrieben, was bedeutet, dass die benötigte Energie von einem dieselgetriebenen Generator, üblicherweise in Verbindung mit einem elektrischen Pufferspeicher, wie z.B. einem entsprechend dimensionierten Kondensator, bereitgestellt wird. In allen Fällen wird die für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb benötigte mechanische Leistung von einem oder mehreren Elektromotoren erbracht. Weiterhin sind auch hybrid-elektrische Arbeitsmaschinen bekannt, bei denen die benötigte mechanische Leistung in erster Linie von einem Verbrennungsmotor, üblicherweise einem Diesel motor, erbracht wird. Ein zusätzlich vorgesehener Elektromotor übernimmt hier typi scherweise eine sog. Boost-Funktion.
Ebenfalls bekannt sind lastschaltbare Getriebe für Arbeitsmaschinen, bei denen wäh rend eines Schaltvorgangs eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Drehzahl des Antriebsaggregats und der Drehzahl der einzulegenden Gangstufe erfolgt. Bei einem Hochschaltvorgang wird die Drehzahl des Antriebsaggregats entsprechend reduziert, bei einem Herunterschaltvorgang entsprechend erhöht. Die Synchronisie rung der Drehzahl erfolgt dabei über Reibarbeit zwischen den Kupplungselementen.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 20 2014 000 738 LJ 1 einen rein elektrisch angetriebener Radlader, der einen ersten Elektromotor für einen Fahran trieb und einen zweiten Elektromotor für einen Arbeitsantrieb aufweist. Aus der DE 10 2010 063 503 A1 ist ferner ein Mehrstufengetriebe in Planetenbau weise einer Arbeitsmaschine bekannt. Das Mehrstufengetriebe umfasst ein Gehäuse, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen aufgenommen sind, sowie Schaltelemente, welche durch zumindest eine Bremse und Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung acht verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle darstellbar sind. Das Getriebe der DE 10 2010 063 503 A1 ermöglicht eine Lastschaltbarkeit.
Aus der DE 10 2007 046 735 A1 ist ein Verfahren zur Verhinderung einer Überlas tung einer Anfahrkupplung während eines Anfahrvorgangs in einem höheren Gang eines automatisierten Schaltgetriebes bekannt. Bei einer tatsächlichen oder mögli chen Überhitzung der Anfahrkupplung wird eine Notrückschaltung durchgeführt.
Die bekannten elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass eine Drehzahlsynchronisierung der beteiligten Gangstufen bei einem Schaltvorgang unter Last gegenüber einem identischen Vorgang bei einer verbrennergetriebenen Arbeitsmaschine erschwert ist. Die Ursache hierfür liegt ei nerseits im vergleichsweise größeren Trägheitsmoment eines Elektromotors gegen über einem Verbrennungsmotor, vor allem aber im deutlich größeren Drehzahlspekt rums des Elektromotors, wodurch auch vergleichsweise höhere Differenzdrehzahlen vorliegen können und entsprechend synchronisiert werde müssen. Dies kann bei wiederholtem Schalten insbesondere in kurzem zeitlichen Abstand auch zu einer ho hen thermischen Belastung des Elektromotors führen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Betreiben eines An triebsstrangs für eine Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen An sprüchen hervor. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Ar beitsmaschine, wobei ein Arbeitsantrieb der Arbeitsmaschine über eine erste Getrie beanordnung von einem ersten Elektromotor angetrieben wird, wobei ein Fahrantrieb der Arbeitsmaschine über eine zweite Getriebeanordnung von einem zweiten Elekt romotor angetrieben wird, wobei bei einem Schaltvorgang der zweiten Getriebean ordnung eine Drehzahlsynchronisation des zweiten Elektromotors erfolgt und wobei eine Temperatur des zweiten Elektromotors erfasst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Drehzahlsynchronisation durch eine Bestromung des zweiten Elektromotors erfolgt und dass bei Überscheiten einer Grenztemperatur mindestens eine Maßnahme zur thermischen Entlastung des zwei ten Elektromotors durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also das Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine mittels zweier Elektromotoren vor, nämlich mittels des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors. Der erste Elektromotor ist dabei dedi- ziert dem Arbeitsantrieb zugeordnet und der zweite Elektromotor dem Fahrantrieb. Bei einem Schaltvorgang in der zweiten Getriebeanordnung, also dem Fahrgetriebe, muss jeweils eine Drehzahlsynchronisation der am Schaltvorgang beteiligten Ele mente einschließlich des zweiten Elektromotors erfolgen. Im Stand der Technik er folgt die Drehzahlsynchronisation üblicherweise durch Reibarbeit in einer am Schalt vorgang beteiligten Kupplung, was jedoch zum Verschleiß der Kupplung führt und daher eine entsprechend belastbare Kupplungsauslegung voraussetzt. Erfindungs gemäß erfolgt die Drehzahlsynchronisation bei einem Schaltvorgang der zweiten Ge triebeanordnung daher über den zweiten Elektromotor selbst, nämlich über eine ent sprechende Bestromung des zweiten Elektromotors. Die Bestromung führt dazu je nach Stromflussrichtung zur Erzeugung eines entsprechenden Drehmoments und damit entweder zu einer Erhöhung der Drehzahl des zweiten Elektromotors oder aber zu einer Reduzierung der Drehzahl des zweiten Elektromotors. Somit muss die Drehzahldifferenz nicht durch Reibarbeit in der am jeweiligen Schaltvorgang beteilig ten Kupplung abgebaut werden Entsprechend kann die Kupplung kompakter und leistungsschwächer ausgelegt werden, was zu Kosten- und Gewichtsersparnissen führt. Abhängig von der zur Drehzahlsynchronisation notwendigen Drehzahländerung des zweiten Elektromotors kann jedoch eine Bestromung mit vergleichsweise hohen Strömen notwendig werden, um das zur schnellen Drehmomentänderung notwendi ge Drehmoment zu erzeugen. Hohe Ströme allerdings führen zu einer entsprechen den, in der Regel unerwünschten Erhitzung des zweiten Elektromotors, weshalb des sen Temperatur vorteilhafterweise kontinuierlich oder zumindest regelmäßig in be stimmten Zeitintervallen erfasst wird. Wenn dann festgestellt wird, dass eine vorher festgelegte Grenztemperatur überschritten wurde, wird erfindungsgemäß mindes tens eine Maßnahme zur thermischen Entlastung des zweiten Elektromotors durch geführt, so dass der zweite Elektromotor abkühlen kann oder zumindest nicht weiter erhitzt wird. Dies verhindert eine Beschädigung des zweiten Elektromotors und ver längert dessen Lebensdauer.
Unter einer Bestromung im Sinne der Erfindung wird dabei nicht nur die externe Zu führung von Strom an einen Elektromotor verstanden, um diesen ein Drehmoment erzeugen zu lassen, sondern darüber hinaus auch das Versetzen des Elektromotors in einen Generatorbetrieb, so dass die zur Drehzahlsynchronisierung erforderliche Drehzahlreduzierung aus der elektromagnetischen Bremskraft resultiert, welch der Rotor des zweiten Elektromotors durch den Generatorbetrieb erfährt. Auch hierdurch entsteht nämlich eine Bestromung des Elektromotors, wobei der Strom in diesem Fall jedoch nicht extern zugeführt wird sondern innerhalb des Elektromotors erzeugt wird. In beiden Fällen aber erfahren die Spulenwindungen des Elektromotors eine Beauf schlagung mit Strom, also eine Bestromung. Unter einer Bestromung des zweiten Elektromotors wird entsprechend sowohl eine externe Bestromung als auch das ver setzen in den Generatorbetrieb verstanden.
Bei einem Schaltvorgang aus einer niedrigeren Gangstufe in eine höhere Gangstufe muss der zweite Elektromotor, welcher dem Fahrantrieb zugeordnet ist, sehr schnell seine Drehzahl reduzieren, um die notwendige Drehzahlsynchronisierung herzustel len. Umgekehrt muss der zweite Elektromotor bei einem Schaltvorgang aus einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe seine Drehzahl zum Erreichen der Drehzahlsynchronisation sehr schnell erhöhen.
Die Temperatur des zweiten Elektromotors wird bevorzugt über einen hierzu ausge bildeten Sensor erfasst, beispielsweise einen nach dem Seebeck-Effekt arbeitenden Sensor oder einen Infrarotsensor. Alternativ bevorzugt kann die Temperatur des zweiten Elektromotors aber auch rechnerisch anhand eines T emperaturmodells des zweiten Elektromotors erfasst werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass auch die erste Getriebeanordnung, also das Ar beitsgetriebe, schaltbar ausgeführt ist. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft auch für den ersten Elektromotor ausgeführt.
Denkbar und bevorzugt ist weiterhin auch nicht nur das Bereitstellen eines einzelnen ersten bzw. zweiten Elektromotors, sondern darüber hinaus mehrerer erster bzw. zweiter Elektromotoren, die z.B. über ein Summiergetriebe miteinander gekoppelt sein können oder über jeweils einzelne Triebanbindungen trieblich lösbar mit der ers ten bzw. zweiten Getriebeanordnung verbunden sein können.
Bevorzugt weist zumindest die zweite Getriebeanordnung eine Vielzahl von als Vor wärtsgänge und mindestens eine als Rückwärtsgang ausgebildete Gangstufe auf. Besonders bevorzugt entspricht die Zahl der Vorwärtsgänge der Zahl der Rückwärts gänge. Auch die erste Getriebeanordnung kann mehr als nur eine als Vorwärtsgang ausgebildete Gang stufe aufweisen. Darüber hinaus sind auch eine oder mehrere als Rückwärtsgang ausgebildete Gangstufen der ersten Getriebeanordnung denkbar. Aufgrund der Fähigkeit von Elektromotoren, ihre Drehrichtung zu ändern, ist das Be reitstellen von Rückwärtsgängen allerdings nicht immer erforderlich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einer Ausbildung der zweiten Getriebeanordnung als automatisiertes Schaltge triebe die mindestens eine Maßnahme eine Beaufschlagung eines Schaltpunkts der zweiten Getriebeanordnung mit einer Schalthysterese ist. Ein Schaltpunkt stellt in einem automatisierten Schaltgetriebe einen Betriebspunkt dar, bei welchem automa tisiert ein Schaltvorgang - üblicherweise in eine nächsthöhere oder nächstniedrigere - Gangstufe erfolgt. Der Schaltpunkt kann z.B. geprägt sein durch eine Motorlast, durch eine Motordrehzahl, durch Drehzahlen der Getriebeelemente, welche der ein gelegten Gangstufe zugeordnet sind, durch eine Geschwindigkeit der Arbeitsmaschi ne, durch einen erkannten Schub- oder Zugbetrieb der Arbeitsmaschine oder auch durch eine erkannte Steigung des Untergrunds. Durch Beaufschlagung eines Schalt punkts mit einer Hysterese spaltet sich dieser eine Schaltpunkt derart in zwei unter schiedliche, richtungsabhängige Schaltpunkte auf, wobei einer der zwei Schaltpunkte ausschließlich bei einem Herunterschaltvorgang herangezogen wird und der andere der zwei Schaltpunkte ausschließlich bei einem Hochschaltvorgang herangezogen wird. Die Richtungsabhängigkeit ist dabei derart ausgebildet, dass ein den Schalt vorgang auslösender Betriebspunkt erst später erreicht wird. Beispielweise kann ein geschwindigkeitsabhängig vorgegebener Schaltpunkt, der gewöhnlich bei 10 km/h liegt, mit einer Schalthysterese beaufschlagt werden, so dass er sich aufspaltet in einen Schaltpunkt bei 8 km/h und einen Schaltpunkt bei 12 km/h. Damit das Auslö sen des Schaltvorgangs verzögert wird, also ein den Schaltvorgang auslösender Be triebspunkt erst später erreicht wird, wird der Schaltpunkt bei 8 km/h ausschließlich für einen Herunterschaltvorgang verwendet und der Schaltpunkt bei 12 km/h wird ausschließlich für einen Hochschaltvorgang verwendet. Somit wird bei einer Verlang samung der Arbeitsmaschine erst später heruntergeschaltet und bei einer Beschleu nigung der Arbeitsmaschine erst später hochgeschaltet. Dadurch lässt sich insbe sondere bei häufigen Geschwindigkeitsänderungen um den ursprünglichen Schalt punkt herum die Anzahl der Schaltvorgänge reduzieren. Gemeinsam mit der Anzahl der Schaltvorgänge reduziert sich auch die Häufigkeit der durchgeführten Drehzahl synchronisationen und damit die thermische Belastung des zweiten Elektromotors.
Besonders bevorzugt wird nicht nur ein Schaltpunkts der zweiten Getriebeanordnung mit einer Schalthysterese beaufschlagt, sondern mehrere Schaltpunkt oder alle Schaltpunkte.
Bevorzugt können auch ein oder mehrere Schaltpunkte der ersten Getriebeanord nung mit einer derartigen Schalthysterese beaufschlagt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass die mindestens eine Maßnahme eine Unterstützung der Drehzahlsynchro nisation durch eine Kupplung ist. Das bedeutet also, dass die Drehzahlsynchronisati on nicht ausschließlich durch eine Bestromung des zweiten Elektromotors erfolgt, sondern zusätzlich durch einen Reibevorgang der jeweiligen Kupplung der zweiten Getriebeanordnung unterstützt wird. Dadurch reduziert sich entsprechend auch die thermische Belastung des zweiten Elektromotors.
Besonders bevorzugt kann die mindestens eine Maßnahme auch eine Drehzahlsyn chronisation ausschließlich durch die entsprechende Kupplung der zweiten Getrie beanordnung sein. In diesem Fall wird der zweite Elektromotor also überhaupt nicht zur Drehzahlsynchronisation herangezogen. Dementsprechend groß die thermische Entlastung des zweiten Elektromotors.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass auch der erste Elektromotor thermisch entlastet wird, indem die Drehzahlsynchronisation durch eine Kupplung der ersten Getriebe anordnung unterstützt wird oder vollständig übernommen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass die mindestens eine Maßnahme eine Intensivierung einer Kühlung des zweiten Elektromotors ist. Beispielsweise kann eine Förderpumpe eines Kühlkreis laufs, welcher den zweiten Elektromotor kühlt, mit höherer Leistung betrieben werden oder es können zusätzliche Kühlvorrichtungen, beispielsweise Radiatoren, zur Küh lung eines Kühlfluids aktiviert werden.
Bevorzugt ist es auch vorgesehen, nicht nur die Kühlung des zweiten Elektromotors zu intensivieren sondern darüber hinaus zusätzlich oder alternativ die Kühlung einer am Schaltvorgang beteiligten Kupplung der zweiten Getriebeanordnung zu intensi vieren. Dadurch kann die Kupplung ihrerseits stärker zur thermischen Entlastung des zweiten Elektromotors beitragen, indem sie durch zusätzliche Reibarbeit stärker zur notwendigen Drehzahlsynchronisation beiträgt.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass auch der erste Elektromotor durch Intensivieren seiner Kühlung bzw. der Kühlung einer Kupplung der ersten Getriebeanordnung ent lastet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass die mindestens eine Maßnahme eine Herstellung einer T riebverbindung zwischen dem Arbeitsantrieb und dem Fahrantrieb ist, so dass der Fahrantrieb zu sätzlich oder ausschließlich vom ersten Elektromotor angetrieben wird. Das beutet also, dass der eigentlich dem Arbeitsantrieb zugeordnete und für den Arbeitsantrieb vorgesehene erste Elektromotor über einen trieblichen Kurzschluss zwischen dem Arbeitsantrieb und dem Fahrantrieb zusätzlich auch den Fahrantrieb antreiben kann. Dadurch wiederum wird es vorteilhaft ermöglicht, die Bestromung und damit die thermische Belastung des zweiten Elektromotors im gleichen Maße zu reduzieren, wie der erste Elektromotor zum Fahrantrieb beiträgt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass ein Antrieb des Fahrantriebs durch den ersten Elektromotor unter Berück sichtigung einer Temperatur des ersten Elektromotors erfolgt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die thermische Entlastung des zweiten Elektromotors nicht zu einer thermischen Überlastung des ersten Elektromotors führen kann. Stattdessen trägt der erste Elektromotor maximal soweit zum Fahrantrieb bei, wie es seine eigenen thermischen Reserven zulassen. Dadurch kann eine Beschädigung bzw. Überlastung des ersten Elektromotors vermieden werden.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass der erste Elektromotor den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb gleichzeitig antreibt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch der Arbeitsantrieb kontinuierlich angetrieben wird und zur Verfügung steht. Es wird dann lediglich der vom Fahrantrieb benötigte Leistungsbedarf vom ersten Elektromotor zusätzlich bereitgestellt.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Fahrantrieb ausschließlich dann vom ersten Elektromotor angetrieben wird, wenn dem Arbeitsantrieb eine von ihm benötigte Leistung weiterhin vom ersten Elektromotor bereitgestellt werden kann. Der Fahrantrieb wird also ausschließlich dann bzw. ausschließlich soweit vom ersten Elektromotor angetrieben, dass dem Arbeitsantrieb weiterhin die vom Arbeitsantrieb benötigte Leistung zugeführt werden kann. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass in jedem Fall sichergestellt ist, dass der Arbeitsantrieb jederzeit die benötigte und von einem Bediener der Arbeitsmaschine angeforderte Leistung erhält, so dass ein plötz licher und insbesondere für den Bediener unerwarteter Leistungseinbruch des Ar- beitsantriebs vermieden werden kann. Dem vollständigen Entsprechen der Leis tungsanforderung des Arbeitsantriebs durch den ersten Elektromotor kommt insbe sondere Bedeutung in Situationen zu, in denen gleichermaßen vom Fahrantrieb wie auch vom Arbeitsantrieb vergleichsweise hohe Leistungsanforderungen gestellt wer den, welche vom ersten Elektromotor in Summe jedoch nicht mehr bereitgestellt werden können.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass über die Triebverbindung auch der Arbeitsantrieb zusätzlich oder ausschließlich vom zweiten Elektromotor angetrieben werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass die mindestens eine Maßnahme eine Limitierung eines zulässigen Be triebsbereichs des zweiten Elektromotors ist. Das bedeutet also, dass der zulässige Betriebsbereich eingeschränkt wird, insbesondere auf einen vergleichsweise niedri gen Leistungsbereich. Der Leistungsbereich kann dabei z.B. durch die Limitierung von Betriebsspannungen bzw. Betriebsströmen auf jeweils eine bestimmte maximale Grenzleistung vorgegeben werden. Dadurch kann das Bestromen mit vergleichswei se hohen Strömen vermieden werden, wodurch die thermische Belastung des zwei ten Elektromotors reduziert wird und dieser abkühlen kann.
Insbesondere kann die Limitierung des zulässigen Betriebsbereichs nicht nur durch die Limitierung von Betriebsspannungen bzw. Betriebsströmen erfolgen, sondern zusätzlich oder alternativ durch eine Limitierung einer Motordrehzahl auf eine be stimmte Grenzdrehzahl.
Die Limitierung auf einen bestimmten Betriebsbereich bzw. die vorgebbare Grenz leistung bzw. Grenzdrehzahl kann dabei vorteilhaft abhängig von der jeweils erfass ten Temperatur des zweiten Elektromotors gewählt werden. Beispielsweise kann ein nur geringfügiges Überschreiten der Grenztemperatur zunächst eine nur geringfügige Limitierung des zulässigen Betriebsbereichs zur Folge haben, beispielsweise auf maximal 75 % der Maximalleistung des zweiten Elektromotors. Ein deutliches Über schreiten hingegen kann eine sofortige und sehr starke Limitierung des Betriebsbe reichs zur Folge haben, beispielsweise auf maximal 50 % der Maximalleistung. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass zur thermischen Entlastung des ersten Elektromo tors auch ein zulässiger Betriebsbereich des ersten Elektromotors limitiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass die mindestens eine Maßnahme eine Hochschaltverhinderung in der zwei ten Getriebeanordnung ist. D.h. also, dass eine gewählte Gangstufe der zweiten Ge triebeanordnung zur thermischen Entlastung des zweiten Elektromotors nicht weiter erhöht werden kann. Die Hochschaltverhinderung ist dabei vorzugsweise als Blockie rung des entsprechenden Schaltvorgangs ausgebildet, was bei einem automatisier ten Schaltgetriebe beispielsweise besonders einfach und wirksam über eine entspre chend ausgebildete Steuersoftware möglich ist. Indem die Gangstufe nicht mehr durch einen Hochschaltvorgang hochgeschaltet werden kann, ist die maximale Fahr geschwindigkeit der Arbeitsmaschine begrenzt. Da der Leistungsbedarf in niedrige ren Gangstufen zudem in der Regel geringer ist als in höheren Gangstufen, kann hierdurch eine thermische Belastung des zweiten Elektromotors reduziert werden. Zudem wird durch die Hochschaltverhinderung ein entsprechender Schaltvorgang und damit einhergehend auch eine notwendige Drehzahlsynchronisation vermieden, was ebenfalls zur thermischen Entlastung des zweiten Elektromotors beiträgt.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass zur thermischen Entlastung des ersten Elektromo tors ebenfalls eine Hochschaltverhinderung in der ersten Getriebeanordnung vorge sehen ist.
Eine Rückschaltbarkeit der eingelegten Gangstufe der zweiten Getriebeanordnung hingegen kann weiterhin zugelassen werden. Dies erfordert zwar zunächst eine Drehzahlsynchronisation, führt dann aber zu einem vergleichsweise geringeren leis tungsbedarf des zweiten Elektromotors und somit zu einer thermischen Entlastung des zweiten Elektromotors.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang einen Arbeitsantrieb mit einer ersten Getriebeanordnung sowie mit einem ersten Elektromotor und einen Fahrantrieb mit einer zweiten Getriebean ordnung sowie mit einem zweiten Elektromotor umfasst, wobei der Arbeitsantrieb über die erste Getriebeanordnung vom ersten Elektromotor antreibbar ist und wobei der Fahrantrieb über die zweite Getriebeanordnung vom zweiten Elektromotor an treibbar ist. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass über eine Verbindungskupplung zwischen dem Arbeitsantrieb und dem Fahrantrieb eine Triebverbindung herstellbar ist. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang umfasst somit vorteilhaft die notwendigen Vorrichtungen und Mittel, um das erfindungsgemä ße Verfahren ausführen zu können. Dies wiederum führt zu den bereits im Zusam menhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteilen.
Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang weiterhin zur Ansteuerung bzw. Regelung der Drehzahl bzw. des Drehmoments bzw. der bereitzustellenden Leistung des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors jeweils eine eigene Leistungselektronik oder eine einzelne gemeinsame Leistungselektronik.
Ebenso bevorzugt umfasst der Antriebsstrang ein elektronisches Steuergerät, wel ches den ersten Elektromotor und den zweiten Elektromotor über die jeweils eine eigene Leistungselektronik oder über die gemeinsame Leistungselektronik steuert bzw. regelt. Das Steuergerät kann darüber hinaus auch die erste Getriebeeinheit bzw. die zweite Getriebeeinheit steuern. Das Steuergerät umfasst seinerseits vorteil haft einen Mikroprozessor und einen elektronischen Speicher, auf welchem beson ders bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines vom Mikroprozessor ausführbaren Softwarealgorithmus abgelegt ist.
Ebenso bevorzugt umfasst der Antriebsstrang auch mindestens eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des ersten Elektromotors, des zweiten Elektromotors, der ersten Getrie beeinheit bzw. der zweiten Getriebeeinheit.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die zweite Getriebeanordnung über eine Vielzahl von Gangstufen lastschaltbar ist. Die erste Getriebeanordnung ist bevorzugt vergleichsweise einfach als Unterset zungsstufe ausgebildet. Sofern die erste Getriebeanordnung mehrere schaltbare Gangstufen aufweist, so sind diese bevorzugt lastschaltbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dies ermöglicht eine platz- und gewichtsparende Anordnung des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors innerhalb des Antriebsstrangs in einer Arbeitsmaschine. Zudem werden durch das gemeinsame Gehäuse im Ver gleich zu zwei Einzelgehäusen Gewicht und Kosten eingespart. Der erste und der zweite Elektromotor können beispielsweise axial hintereinander in einem gemeinsa men Gehäuse angeordnet werden, wobei die Motorabtriebswellen z.B. in entgegen gesetzte Axialrichtungen aus dem Gehäuse weisen können. Ebenso ist aber auch eine Anordnung axial nebeneinander in einem entsprechend ausgebildeten Gehäuse möglich und bevorzugt, so dass beide Motorabtriebswellen beispielsweise in die glei che Axialrichtung weisen können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der erste Elektromotor bzw. der zweite Elektromo tor weiterhin zum Rekuperieren von kinetischer Energie im Bremsbetrieb des An triebsstrangs ausgebildet sind. Durch die erfindungsgemäß über die Verbindungs kupplung zwischen dem Fahrantrieb und dem Arbeitsantrieb herstellbare T riebver- bindung kann kinetische Energie nämlich vorteilhaft sowohl vom zweiten wie auch vom ersten Elektromotor rekuperiert werden. Dazu umfasst der Antriebsstrang wei terhin vorteilhafterweise einen elektrischen Energiespeicher, dem die durch den Re- kuperationsbetrieb erzeugte elektrische Energie zugeführt werden kann. Im Rekupe- rationsbetrieb arbeiten der erste Elektromotor bzw. der zweite Elektromotor als Ge neratoren und wandeln kinetische Energie der Arbeitsmaschine in elektrische Ener gie um. Diese elektrische Energie kann dem elektrischen Energiespeicher später im Bedarfsfälle wieder entnommen werden, um den ersten Elektromotor bzw. den zwei- ten Elektromotor zu versorgen. Zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher über ein Ladekabel oder eine sonstige geeignete Lade vorrichtung, beispielsweise eine Induktionsladevorrichtung, mit externer elektrischer Energie ladbar ist. Die Verwendung des ersten Elektromotors bzw. des zweiten Elektromotors zum Rekuperieren reduziert außerdem den Verschleiß einer mechani schen Reibungsbremse.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Arbeitsmaschine, umfassend einen erfindungs gemäßen Antriebsstrang. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang beschriebenen Vorteile auch für die erfin dungsgemäße Arbeitsmaschine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine als Radlader, Dumper, Bagger, Teleskoplader oder Traktor aus gebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausfüh rungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine in Form eines Räderschemas, Fig. 2 beispielhaft eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Antriebsstrangs für Arbeitsmaschine in Form eines Rädersche mas und
Fig. 3 beispielhaft einen Verlauf einer Bestromung des zweiten Elektromotors sowie einen damit einhergehenden Verlauf einer Temperatur des zwei ten Elektromotors über die Zeit.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figu- renübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer techni- sehen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1 für eine in Fig. 1 nicht dargestellte Arbeitsmaschine in Form eines Räderschemas. Beispielsgemäß umfasst der Antriebsstrangs 1 der Fig. 1 einen ers ten Elektromotor 2 und einen zweiten Elektromotor 3, welche in einem gemeinsamen Gehäuse 11 angeordnet sind. Sowohl dem ersten Elektromotor 2 als auch dem zwei ten Elektromotor 3 ist jeweils ein Temperatursensor 2‘, 3‘ zugeordnet, um kontinuier lich eine Temperatur des ersten bzw. zweiten Elektromotors 2, 3 zu erfassen. Wei terhin umfasst der Antriebsstrang 1 der Fig. 1 eine erste Getriebeanordnung 4 und eine zweite Getriebeanordnung 5, wobei der erste Elektromotor 2 und die erste Ge triebeanordnung 4 einem Arbeitsantrieb 6 des Antriebsstrangs 1 zugeordnet sind.
Der zweite Elektromotor 3 und die zweite Getriebeanordnung 5 sind hingegen einem Fahrantrieb 7 des Antriebsstrangs 1 zugeordnet. Die zweite Getriebeanordnung 5 umfasst beispielsgemäß weiterhin drei weitere, lastschaltbare Kupplungen 9, 9‘ und 9“ sowie drei Wellen 5‘, 5“ und 5‘“, um mittels drei unterschiedlicher Stirnradstufen 10, 10‘, 10“ drei schaltbare Gangstufen der zweiten Getriebeanordnung 5 bereitzu stellen. Bei einem Schaltvorgang der zweiten Getriebeanordnung 5 wird eine zuvor geschlossene Kupplung 9, 9‘ oder 9“ geöffnet und ein gleichzeitig eine zuvor geöff nete Kupplung 9, 9 oder 9“ geschlossen. Damit eine Kupplung 9, 9‘ oder 9 schlie ßen kann, muss zunächst eine Drehzahlsynchronisierung der Elemente der zu schal tenden Gangstufe erfolgen. Die Drehzahlsynchronisation erfolgt beispielsgemäß durch eine entsprechende Bestromung des zweiten Elektromotors 3, was jedoch aufgrund der notwendigen schnellen Drehzahländerung und der damit einhergehen den hohen Stromstärken auch zu einer starken Wärmeentwicklung im zweiten Elekt romotor 3 führt. Um nun den zweiten Elektromotor 3 thermisch zu entlasten, ist über eine Verbindungskupplung 8 zwischen der ersten Getriebeanordnung 4 und der zweiten Getriebeanordnung 5 eine Triebverbindung herstellbar, wobei die T rieb Ver bindung beispielsgemäß vom ersten Elektromotor 2 zur Welle 5‘ der zweiten Getrie beanordnung 5 herstellbar ist. Somit kann der erste Elektromotor 2 bei geschlosse ner Verbindungskupplung 8 den Fahrantrieb 7 antreiben. Dies geschieht beispiels gemäß immer dann, wenn der zweite Elektromotor 3 thermisch entlastet werden muss. Indem der Fahrantrieb 7 zusätzlich vom ersten Elektromotor 2 angetrieben wird, kann der zweite Elektromotor 3 bei einem niedrigeren Betriebspunkt betrieben werden, wodurch eine Bestromung des zweiten Elektromotors 3 reduziert wird und damit auch eine thermische Belastung des zweiten Elektromotors 3 reduziert wird.
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Antriebsstrangs 1 für eine in Fig. 2 nicht dargestellte Arbeitsmaschine in Form eines Räderschemas. Der Antriebsstrang 1 der Fig. 2 unterscheidet sich vom An triebsstrang 1 lediglich durch die herstellbare Triebverbindung vom ersten Elektromo tor 2 zum Fahrantrieb 7: Diese verläuft beispielsgemäß vom ersten Elektromotor 2 zur Welle 5 der zweiten Getriebeanordnung 5.
Fig. 3 zeigt beispielhaft einen Verlauf 20 einer Bestromung (dargestellt auf der y- Achse) des zweiten Elektromotors 3 sowie einen damit einhergehenden Verlauf 21 einer Temperatur (ebenfalls dargestellt auf der y-Achse) des zweiten Elektromotors 3 über die Zeit t (dargestellt auf der x-Achse). Zum Zeitpunkt to wird der zweite Elekt romotor 3 mit dem Strom l0 betrieben und hat die Temperatur T0. Der Strom l0 führt zwar zu einer konstanten Erwärmung des zweiten Elektromotors 3, jedoch wird die entstehenden Wärme über ein Kühlsystem abgeführt, so dass ein dynamisches thermisches Gleichgewicht besteht. Zum Zeitpunkt findet ein Schaltvorgang in der zweiten Getriebeanordnung 5 statt, weshalb eine Drehzahlsynchronisation erforder lich wird. Die Drehzahlsynchronisation erfolgt durch eine kurzfristige Bestromung des zweiten Elektromotors 3 mit dem Strom . Dies bewirkt auch einen sprunghaften An stieg der Temperatur auf den Wert T-i. Danach setzt die Arbeitsmaschine ihre Fahrt bis zum Zeitpunkt t2 gleichmäßig fort, wobei zum Zeitpunkt t2 erneut ein Schaltvor gang in der zweiten Getriebeanordnung 5 stattfindet. Die wieder erforderliche Dreh zahlsynchronisation und die dafür notwendige, hohe Bestromung l2 des zweiten Elektromotors 3 führt zu einem weiteren Anstieg der Temperatur, diesmal auf den Wert T2. Die Temperatur T liegt nur knapp unterhalb der Grenztemperatur T Grenz- Zum Zeitpunkt t3 findet nochmals ein Schaltvorgang statt, was wiederum zu einem kurzfristigen Anstieg des Bestromung auf die Stromstärke l3 und zu einem Anstieg der Temperatur auf den Wert T3 führt. Dabei überschreitet die Temperatur T3 des zweiten Elektromotors nun auch die Grenztemperatur T Grenz- Dies führt dazu, dass beim Überschreiten der Grenztemperatur T Grenz eine Reihe von Maßnahme zur ther mischen Entlastung des zweiten Elektromotors 3 durchgeführt wird. Beispielsgemäß werden zunächst sämtliche Schaltpunkte der zweiten Getriebeanordnung 5 mit einer Schalthysterese beaufschlagt, um weitere Schaltvorgänge zu vermeiden oder zumin dest zu verzögern. Ebenso wird eine Kühlung des zweiten Elektromotors 3 intensi viert. Schließlich wird eine Triebverbindung zwischen dem Arbeitsantrieb 6 und dem Fahrantrieb 7 hergestellt, so dass der Fahrantrieb 7 zusätzlich vom ersten Elektromo tor 2 angetrieben wird. Als Folge der letztgenannten Maßnahme zur thermischen Ent lastung des zweiten Elektromotors 3 kann dessen Bestromung reduziert werden auf den Wert l4. Die Temperatur des zweiten Elektromotors 3 reduziert sich daraufhin schnell.
Bezuqszeichen
1 Antriebsstrang
2 erster Elektromotor
2 Temperatursensor des ersten Elektromotors
3 zweiter Elektromotor
3‘ T emperatursensor des zweiten Elektromotors
4 erste Getriebeanordnung
5 zweite Getriebeanordnung
6 Arbeitsantrieb
7 Fahrantrieb
8 Verbindungskupplung
9, 9‘, 9“ Kupplung
10, 10 10“ Stirnradstufe
1 1 gemeinsames Gehäuse
20 Bestromung des zweiten Elektromotors
21 Temperatur des zweiten Elektromotors to, ti, t2, h Zeitpunkt
io, l l , I2, I3 Strom
T0J1 T2 T3 Temperatur

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1 ) für eine Arbeitsmaschine, wo bei ein Arbeitsantrieb (6) der Arbeitsmaschine über eine erste Getriebeanordnung (4) von einem ersten Elektromotor (2) angetrieben wird, wobei ein Fahrantrieb (7) der Arbeitsmaschine über eine zweite Getriebeanordnung (5) von einem zweiten Elekt romotor (3) angetrieben wird, wobei bei einem Schaltvorgang der zweiten Getriebe anordnung (5) eine Drehzahlsynchronisation des zweiten Elektromotors (3) erfolgt und wobei eine Temperatur des zweiten Elektromotors (3( erfasst wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlsynchronisation durch eine Bestromung des zweiten Elektromotors (3) erfolgt und dass bei Überscheiten einer Grenztempe ratur mindestens eine Maßnahme zur thermischen Entlastung des zweiten Elektro motors (3) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausbildung der zweiten Getriebeanordnung (5) als automatisiertes Schaltgetriebe die mindestens eine Maßnahme eine Beauf schlagung eines Schaltpunkts der zweiten Getriebeanordnung (5) mit einer
Schalthysterese ist.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Maßnahme eine Unterstützung der Drehzahlsynchronisation durch eine Kupplung (9, 9‘, 9“) ist.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Maßnahme eine Intensivierung einer Kühlung des zweiten Elektromotors (3) ist.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Maßnahme eine Herstellung einer T riebverbindung zwischen dem Arbeitsantrieb (6) und dem Fahrantrieb (7) ist, so dass der Fahrantrieb (7) zusätzlich oder ausschließlich vom ersten Elektromotor (2) angetrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb des Fahrantriebs (7) durch den ersten Elektromotor (2) unter Berücksichtigung einer Temperatur des ersten Elektromotors
(2) erfolgt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Maßnahme eine Limitierung ei nes zulässigen Betriebsbereichs des zweiten Elektromotors (3) ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Maßnahme eine Hochschaltver hinderung in der zweiten Getriebeanordnung (5) ist.
9. Antriebsstrang (1 ) für eine Arbeitsmaschine, wobei der Antriebsstrang (1 ) einen Arbeitsantrieb (6) mit einer ersten Getriebeanordnung (4) sowie mit einem ersten Elektromotor (2) und einen Fahrantrieb (7) mit einer zweiten Getriebeanordnung (5) sowie mit einem zweiten Elektromotor (3) umfasst, wobei der Arbeitsantrieb (6) über die erste Getriebeanordnung (4) vom ersten Elektromotor (2) antreibbar ist und wobei der Fahrantrieb (7) über die zweite Getriebeanordnung (5) vom zweiten Elektromotor
(3) antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass über eine Verbindungskupplung (8) zwischen dem Arbeitsantrieb (6) und dem Fahrantrieb (7) eine Triebverbindung herstellbar ist.
10. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (2) und der zweite Elektromo tor (3) in einem gemeinsamen Gehäuse (11 ) angeordnet sind.
11. Antriebsstrang (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1 ) dazu ausgebildet ist, ein Ver fahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
12. Arbeitsmaschine, umfassend einen Antriebsstrang (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11.
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