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    • 专利摘要:
    Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine, insbesondere ein Flurförderzeug, ein Flurförderzeug mit DOLLAR A einem Verbrennungsmotor. DOLLAR A einem Verzweigungsgetriebe, dessen erste Welle mit dem Verbrennungsmotor, dessen zweite Welle mit einem Umschaltgetriebe gekoppelt ist, dessen Ausgang über ein Sammelgetriebe auf die angetriebenen Räder des Flurförderzeugs wirkt, DOLLAR A einem elektrischen Getriebe, von dem eine erste Elektromaschine drehmomentenmäßig mit dem Verzweigungsgetriebe zusammenwirkt und eine zweite Elektromaschine über mindestens ein Sammelgetriebe mit den angetriebenen Rädern gekoppelt ist, wobei das Verzweigungsgetriebe zwischen der ersten Elektromaschine und mindestens der ersten und zweiten Welle ein konstantes Momentenverhältnis herstellt und wobei eine elektrische Schaltungsanordnung die elektrischen Maschinen elektrisch koppelt und mit einem elektrischen Speicher verbunden ist, DOLLAR A zwei mechanisch-hydraulischen Wandlern, von denen einer mit der ersten oder zweiten Welle des Verzweigungsgetriebes und der zweite mit dem elektrischen Getriebe gekoppelt ist, und DOLLAR A steuerbaren Mitteln zum Verzehr hydraulischer Energie, die jedem mechanisch-hydraulischen Wandler zugeordnet sind.
    公开号:DE102004028620A1
    申请号:DE102004028620
    申请日:2004-06-12
    公开日:2006-11-16
    发明作者:Ralf Dipl.-Ing. Baginski；Rainer Prof. Dr.-Ing. Bruns；Nis-Georg Dipl.-Ing. Nissen；Stefan Dipl.-Ing. Steiger
    申请人:Jungheinrich AG；
    IPC主号:B60C11-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für eine mobile Arbeitsmaschine,insbesondere ein Flurförderzeug,mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
    [0002] Verbrennungsmotorischangetriebene Flurförderzeugeerfordern ein Getriebe, um das gewünschte Drehmoment mit der gewünschtenDrehzahl zur Verfügungzu stellen. Es ist erwünscht,daß dasFlurförderzeugvorwärtsund rückwärts mitgleich großerMaximalgeschwindigkeit gefahren werden kann.
    [0003] Esist bei Kraftfahrzeugen bekannt, eine Kupplung und einen hydrokinetischenWandler in Kombination mit ein- oder mehrstufigen Getrieben zu verwenden.Für Flurförderzeuge istjedoch ein derartiges System nur eingeschränkt geeignet, weil es bei langsamenFahrgeschwindigkeiten einen kleinen Wirkungsgrad aufweist. Außerdem istfür dieunabhängigeBedienung der Hubfunktion des Flurförderzeugs eine Kupplungsfunktionerforderlich.
    [0004] DieNachteile eines hydrodynamischen Getriebesystems finden sich beieinem hydrostatischen Antriebsstrang nicht. Er verfügt über einenstufenlosen Wandlungsbereich und ermöglicht einen einfachen Reversierbetrieb.Dem relativ hohen Wirkungsgrad bei langsamer Fahrt steht jedochder schlechte Wirkungsgrad bei höherenFahrgeschwindigkeiten gegenüber.Bedingt durch die mehrfache hydraulisch-mechanische Wandlung dergesamten Antriebsleistung wird der Wirkungsgrad eines mechanischenSchaltgetriebes nicht erreicht. Nachteilig ist ferner der relativhohe Bauaufwand, bedingt durch die hohen Hydraulikdrücke biszu 400 bar und die Fehleranfälligkeitdes Systems, insbesondere im Hinblick auf Leckagen.
    [0005] Schließlich istauch im Flurförderzeugbekannt, die Kraftübertragungmit Hilfe eines elektrischen Getriebes vorzunehmen. Bei einem elektrischenGetriebe wird die gesamte vom Verbrennungsmotor erzeugte Energiemit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt. Dieelektrische Energie wird mit Hilfe eines Elektromotors wieder in mechanischeEnergie umgewandelt. Innerhalb vorgegebener Grenzen ermöglichenAntriebssteuerungen fürElektromaschinen beliebige Übersetzungen zwischenGenerator und Elektromotor. Daher hat ein derartiges System denVorteil der besonders guten Regelbarkeit. Nachteilig sind jedochdie niedrigen Wirkungsgrade, bedingt durch die hohen Verluste in denSteuerungen und elektrischen Maschinen.
    [0006] Diederzeitigen Antriebslösungenbei verbrennungsmotorisch betriebenen Flurförderzeugen sind in der Regelmit erheblichen Energieverlusten in bestimmten Betriebssituationenverbunden. Außerdemsind sie nicht in der Lage, beim Bremsen oder Lastabsenken Energiein einen Speicher zurückzuführen. Esist auch kein emissionsfreier Betrieb möglich, was den Einsatz derartigerFlurförderzeugein geschlossenen Räumennahezu ausschließt.Ein weiterer Nachteil der bisherigen Antriebssysteme liegt darin,daß dieKomponenten auf Spitzenlasten ausgelegt werden müssen, während die mittlere Belastungder Komponenten deutlich darunter liegt. Somit wird ein hoher Bauaufwandbetrieben, der im Mittel nicht benötigt wird.
    [0007] Aus DE 138 15 780 ist ein stufenloswirkendes hydrostatisch-mechanisches Lastschaltgetriebe für Flurförderzeugebekannt geworden, das ein stufenloses hydrostatisches Anfahren oderReversieren mit reduziertem Bauaufwand erreichen soll. Das bekannteGetriebe hat mehrere Schaltkupplungen sowie Zahnräder-Nachschaltstufen.Das Antriebssystem kann nicht emissionsfrei betrieben werden, und diekinetische Energie beim Bremsen und beim Lastabsenken kann nichtzurückgewonnenwerden. Das rein hydrostatische Anfahren führt bis zum Umschalten in denleistungsverzweigenden Betrieb zu einem schlechten Getriebewirkungsgrad.Außerdem istkeine Rückwärtsfahrtmit maximaler Geschwindigkeit möglich.
    [0008] Aus DE 197 47 459 ist ein hydrostatisch-mechanischerFahrantrieb fürFlurförderzeugebekannt geworden, der die Vorteile eines hydrostatischen Antriebsund eines mechanischen Antriebs in Kombination ausnutzen soll, indemder Gesamtwirkungsgrad des Getriebes über den mechanischen Zweigerhöht wird.Ein solches Antriebssystem kann so ausgelegt werden, daß eine Vorzugsfahrrichtungmit gutem Getriebewirkungsgrad vom Stillstand bis Maximalgeschwindigkeitgefahren werden kann. In der anderen Fahrrichtung ist der Wirkungsgradim Bereich der Maximalgeschwindigkeit klein. Das Antriebssystem kannnicht emissionsfrei betrieben werden und es ist auch nicht möglich, Brems-und Lastsenkenergie zurückzugewinnen.
    [0009] Aus DE 198 03 160 ist ein Verzweigungsgetriebeund ein Verfahren zum Betrieb bekannt geworden, welches das Wirkungsgradverhaltenverbessern und die Lebensdauer des Antriebssystems erhöhen soll.Dazu soll bei Überschreitungeiner Wellengrenzdrehzahl eine abhängig vom Fahrbetriebszustand desKraftfahrzeugs steuerbare Rotationsbremse eine Welle vorübergehendoder dauerhaft stillsetzen. Das Antriebssystem, das nicht für Flurförderzeugegedacht ist; kann nicht emissionsfrei betriebenwerden und es ist auch keine Rückgewinnungder Brems- und Lastenergie möglich.Außerdemist eine Rückwärtsfahrtmit maximaler Geschwindigkeit ebenfalls nicht erreichbar.
    [0010] Aus DE 199 55 311 , DE 199 55 312 und DE 199 55 313 sind verbrennungsmotorischeAntriebssysteme fürFlurförderzeugebekannt geworden, bei denen eine Verbrennungskraftmaschine und mindestenseine Elektromaschine die Antriebsenergie erzeugen. Die bekanntenAntriebssysteme besitzen mindestens ein Sammelgetriebe zum Zusammenführen derEnergie des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine. Damit solldie Fahrleistung insgesamt verbessert, eine stufenlose gute Regelbarkeit ermöglicht undeine Erhöhungdes Gesamtwirkungsgrades bewirkt werden. Die bekannten Antriebssystemebenötigenmechanische Fahrbetriebsbremsen, um die geforderte Mindestabbremsung auchbei Maximalgeschwindigkeit und ohne überdimesionierte Elektromaschinenzu erreichen. Die Verbrennungsmotoren bei den bekannten Antriebssystemensind starr mit dem nachgeordneten Getriebesystem verbunden, so daß der Verbrennungsmotorim emissionsfreien elektrischen Betrieb verlustbehaftet mitgeschlepptwird.
    [0011] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbrennungsmotorisches,zweisträngigesAntriebssystem fürFlurförderzeugezu schaffen, das emissionsfrei betrieben werden kann, eine Wiedergewinnungvon Brems- und Lastsenkenergie ermöglicht und insbesondere aufmechanische Fahrbetriebsbremsen verzichten kann.
    [0012] DieseAufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
    [0013] Beidem erfindungsgemäßen Antriebssystemist der Verbrennungsmotor mit einem Verzweigungsgetriebe gekoppelt,dessen eine Ausgangswelle mit einem Umschaltgetriebe gekoppelt ist,das seinerseits mit einem Sammelgetriebe gekoppelt ist für das Aufbringendes Drehmoments auf mindestens eines der angetriebenen Räder desFlurförderzeugs. Derzweite Antriebsstrang wird von mindestens zwei Elektromaschinengebildet, von denen eine mit dem Verzweigungsgetriebe so gekoppeltist, daß zwischender Elektromaschine und mindestens einer der ersten oder zweitenWelle des Verzweigungsgetriebes ein konstantes Momentenverhältnis hergestellt wird.Erste und zweite Elektromaschine sind über eine elektrische Schaltungsanordnunggekoppelt, welche ihrerseits mit einem elektrischen Speicher verbundenist, z. B. einer Batterie. Durch Ansteuerung der Schaltungsanordnungkann das Übersetzungsverhältnis zwischenden Elektromaschinen in Grenzen beliebig eingestellt werden. Erfindungsgemäß sind zweimecha nisch-hydraulische Wandler, z. B. Hydraulikpumpen, vorgesehen,von denen einer mit der ersten oder zweiten Welle des Verzweigungsgetriebesund der zweite mit dem elektrischen Getriebe gekoppelt ist. Diemechanisch-hydraulischen Wandler können zur Versorgung von Hydraulikfunktionendes Flurförderzeugsherangezogen werden. Ihnen ist auch jeweils ein steuerbares Mittelzugeordnet zum Verzehr von nicht benötigter hydraulischer Energie,z. B. in Form einer Drossel.
    [0014] Beidem erfindungsgemäßen Antriebssystemfür Flurförderzeugeist ein zweisträngigesSystem vorgesehen, bei dem der eine Strang mechanisch zwischen Verbrennungsmotorund Abtriebswelle angeordnet ist, während in dem anderen Strang einelektrisches Verstellgetriebe angeordnet ist. Dem elektrischen Verstellgetriebezugeführtemechanische Energie überdas Verzweigungsgetriebe wird mit Hilfe des Generatorbetriebes derersten elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt. Dieelektrische Energie wird mit Hilfe der zweiten elektrischen Maschinein Form eines elektromotorischen Betriebs in mechanische Energieumgewandelt. Bekannte Antriebssteuerungen für Elektromaschinen sind inder Lage, innerhalb der durch die elektrischen Maschinen vorgegebenenGrenzen beliebige Übersetzungenzwischen Generator und Elektromotor einzustellen.
    [0015] BeimBeschleunigen des Verbrennungsmotors wird im Verzweigungsgetriebedie Antriebsleistung des Verbrennungsmotors abhängig von den Drehzahlverhältnissender Wellen des Verzweigungsgetriebes auf die beiden Stränge aufgeteilt, wobeisich die Richtung des Leistungsflusses aus der Größe der Drehzahlender Wellen ergibt. In dem elektrischen Getriebe wird das Übersetzungsverhältnis stufenlosverstellt, und der dem elektrischen Getriebe zugeordnete Speicher(Batterie) kann dem Antriebssystem bei Bedarf Energie entnehmenoder diesem Energie zuführen.
    [0016] Ineinem Sammelgetriebe wird die Leistung der beiden Stränge aufsummiert,wobei sich die Richtung des Leistungsflusses aus der Größe der Momenteder Wellen ergibt. Um den Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystemsunabhängigvom Fahrbetriebszustand zu erhöhen,kann die Welle des Verbrennungsmotors drehzahlfest mit der Welledes Hauptstranges gekoppelt werden.
    [0017] Umzumindest vorübergehendemissionsfrei und mit guten Wirkungsgraden in geschlossenen Räumen fahrenzu können,ist es möglich,den Verbrennungsmotor gemäß einerAusgestaltung der Erfindung vom restlichen Antriebssystem mechanisch zuentkoppeln, insbesondere durch eine schaltbare Kupplung. Die für die Fahr-und Hubfunktion des Flurförderzeugsnotwendige Energie wird in diesem Betriebszustand aus dem dem elektrischenGetriebe zugeordneten Speicher entnommen.
    [0018] BeimAbbremsen wird ein Teil der kinetischen Energie des Flurförderzeugsdurch die elektrischen Maschinen aus dem Antriebssystem genommenund in den Speicher nutzbar eingespeichert. Die restliche Energiewird von dem geschleppten Verbrennungsmotor und den beiden mechanisch-hydraulischenWandlern aufgenommen. Sie kann z. B. von hydraulischen Nebenverbrauuchern(Hubfunktion, Neigefunktion usw.) genutzt werden. Besteht kein Leistungsbedarfbei Nebenverbrauchern, wird die hydraulische Leistung durch geeigneteMittel dissipiert, etwa durch steuerbare Drosseln. Die Vernichtung von Bremsenergiefür einAntriebssystem fürein Flurförderzeugist aus EP 1403130A2 bekannt.
    [0019] Zur Änderungder Drehrichtung der Räder beiverbrennungsmotorischem Betrieb kann mit Hilfe eines Umschaltgetriebesim Hauptzweig zwischen Vorwärts-und Rückwärtsfahrtumgeschaltet werden.
    [0020] Wieschon erwähnt,werden die hydraulischen Nebenverbraucher durch mindestens einen dermechanisch-hydraulischen Wandler versorgt. Die mechanisch-hydraulischenWandler könnenje nach Betriebszustand aus mechanischer Energie hydraulische Energieoder aus hydraulischer Energie mechanische Energie gewinnen. Diedem Antriebssystem beim Absenken einer Last zugeführte Energiekann überdie Elektromaschinen in den Speicher zurückgeführt werden.
    [0021] DieErfindung soll nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestelltenAusführungsbeispielen näher erläutert werden.
    [0022] 1 zeigtschematisch eine erste Ausführungsformeines Antriebssystems nach der Erfindung.
    [0023] 2 zeigtschematisch eine zweite Ausführungsformnach der Erfindung.
    [0024] In 1 istein Verbrennungsmotor 1 eines nicht weiter dargestelltenFlurförderzeugs über eine Welleund eine schaltbare Kupplung 2 mit einem Verzweigungsgetriebe 5 ver bunden,das z. B. ein Drei-Wellen-Umlaufgetriebe oder ein Planetengetriebeist. Das Verzweigungsgetriebe 5 teilt die Leistung desVerbrennungsmotors 1 abhängig von den Drehzahlverhältnissender Wellen des Verzweigungsgetriebes 5 auf zwei Stränge auf.Im mechanischen Hauptstrang ist ein Umschaltgetriebe 9 integriert,um zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrtumschalten zu können.In den Nebenzweig ist ein elektrisches Verstellgetriebe integriert,in Form einer ersten elektrischen Maschine 8, einer zweitenelektrischen Maschine 12 und einer zwischen den elektrischenMaschinen angeordneten elektrischen Schaltungsordnung 11.Mit Hilfe dieser Teile kann das Übersetzungsverhältnis imNebenstrang stufenlos verstellt werden. Eine Batterie 10 istmit der Schaltungsanordnung 11 verbunden und kann dem SystemEnergie entnehmen oder diesem zuführen.
    [0025] Haupt-und Nebenstrang sind mit einem Sammelgetriebe 13 gekoppeltzur Aufsummierung der Leistungen beider Stränge. Ein Differentialgetriebe 15 teiltdie Antriebsleistung aus dem Sammelgetriebe 13 auf zweiAntriebsräder 14, 16 auf.
    [0026] Über einStirnradgetriebe 4 zwischen Kupplung 2 und Verzweigungsgetriebe 5 istein erster mechanisch-hydraulischer Wandler 3, z. B. eineHydraulikpumpe, angekoppelt. Ein zweiter mechanisch-hydraulischerWandler 7 ist überein Stirnradgetriebe 6 mit einer Welle zwischen Verzweigungsgetriebe 5 underster Elektromaschine 8 gekoppelt.
    [0027] Istein emissionsfreier Betrieb mit gutem Wirkungsgrad gewünscht, wirdder Verbrennungsmotor 1 über die Kupplung 2 vomAntriebssystem und dem Umschaltgetriebe 9 entkoppelt. DerAntrieb erfolgt ausschließlich über denNebenstrang mit den Elektro maschinen 8, 12, wobeiihre Versorgung überdie Batterie 10 erfolgt. Die hydraulischen Funktionen des nichtgezeigten Flurförderzeugswerden von mindestens einem der Wandler 3, 7 versorgt,wobei die Energiezufuhr in diesem Betriebszustand ebenfalls aus demSpeicher 10 erfolgt.
    [0028] BeimBremsen des Fahrzeugs werden die mechanisch-hydraulischen Wandler 3, 7 angetrieben.Sie könnendaher Bremsenergie entweder dadurch aufnehmen, daß sie hydraulischeNebenfunktionen versorgen oder auch dadurch, daß hydraulische Energie z. B. über Drosselnvernichtet wird, wenn hydraulische Energie von den Verbrauchern nichtabgefordert wird. Dies ist durch hydraulisch-thermische Energiewandler 3a, 7a angedeutet, dieden Wandlern 3, 7 zugeordnet sind und angesteuertwerden können(was nicht gezeigt ist). Im übrigen erfolgt über dieAntriebsräderein Mitschleppen des Verbrennungsmotors 1, wenn diesernicht vom Antriebssystem entkoppelt ist und ein Antrieb der Elektromaschinen 12 und 8 imGeneratorbetrieb, wodurch Bremsenergie in den Speicher 10 zurückgeführt wird.Beim Lastsenken erzeugte hydraulische Energie wird über mindestenseinen der Wandler 3, 7 und durch die Elektromaschineebenfalls in elektrische Energie umgewandelt und der Batterie 10 zugeführt.
    [0029] DieAusführungsformnach 2 unterscheidet sich von der nach 1 dadurch,daß statt derElektromaschine 12 in 1 zwei Elektromaschinen 12a, 12b vorgesehensind, die überjeweils ein eigenes Sammelgetriebe 13a, 13b mitder Antriebswelle gekoppelt sind. Ein Flurförderzeug, bei dem die Drehzahlenbeider Elektromaschinen 12a, 12b geregelt werdenkann, kann so enge Kurven fahren, daß der Drehpunkt zwischen denAntriebsrädern 14, 16 liegt.Dies hat den Vorteil, daß durchdie erhöhteManövrierbarkeit eingeringerer Bedarf an Arbeitsraum besteht und so schmalere Gänge in einemLager vorgesehen werden können.Außerdemkann durch regelungstechnische Eingriffe in die Dynamik der Elektromaschinen 12a, 12b dieFahrdynamik des Flurförderzeugspositiv beeinflußtwerden. Dadurch werden Voraussetzungen geschaffen, um mit Hilfeeiner elektronischen Steuerung die Fahrstabilität und damit die Arbeitssicherheitdes Flurförderzeugszu erhöhen.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine, insbesondereein Flurförderzeug,mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Verzweigungsgetriebe(5), dessen erste Welle mit dem Verbrennungsmotor (1),dessen zweite Welle mit einem Umschaltgetriebe (9) gekoppeltist, dessen Ausgang überein Sammelgetriebe (13, 13a, 13b) aufdie angetriebenen Räder(14, 16) des Flurförderzeugs wirkt, einemelektrischen Getriebe, von dem eine erste Elektromaschine (8)ihr drehmomentenmäßig mit demVerzweigungsgetriebe (5) zusammenwirkt, und eine zweiteElektromaschine (12, 12a, 12b) über mindestensein Sammelgetriebe (13, 13a, 13b) mitden angetriebenen Rädern(14, 16) gekoppelt ist, wobei das Verzweigungsgetriebe(5) zwischen der ersten Elektromaschine (8) undmindestens der ersten und zweiten Welle ein konstantes Momentenverhältnis herstelltund wobei eine elektrische Schaltungsanordnung (11) dieelektrischen Maschinen (8 bzw. 12, 12a, 12b)elektrisch koppelt und mit einem elektrischen Speicher verbundenist, zwei mechanisch-hydraulische Wandlern (3, 7),von denen einer mit der ersten oder zweiten Welle des Verzweigungsgetriebes(5) und der zweite mit dem elektrischen Getriebe gekoppeltist, und steuerbaren Mitteln zum Verzehr hydraulischer Energie,die jedem mechanisch-hydraulischenWandler (3, 7) zugeordnet sind.
    [2] Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß denmechanisch-hydraulischen Wandlern(3, 7) steuerbare Drosseln zugeordnet sind.
    [3] Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß derVerbrennungsmotor (1) übereine schaltbare Kupplung (2) mit der Eingangswelle desVerzweigungsgetriebes (5) gekoppelt ist.
    [4] Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß dieelektrische Schaltungsanordnung (11) so ausgeführt ist,daß die elektrischeEnergie mindestens einer der Elektromaschinen (8, 12, 12a, 12b)im Generatorbetrieb in den Speicher (10) einspeisbar ist.
    [5] Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestenseiner der mechanisch-hydraulischen Wandler über Steuermittel mit Hydraulikverbraucherndes Flurförderzeugsverbindbar sind.
    [6] Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß daselektronische Getriebe drei Elektromaschinen (8, 12, 12a, 12b)aufweist, von denen zwei (12a, 12b) parallelgeschaltetsind und jeweils überein Sammelgetriebe (13a, 13b) auf ein Antriebsrad(14, 16) wirken.
    [7] Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, daß dasVerzweigungsgetriebe (5) ein Drei-Wellen-Umlaufgetriebe ist.
    [8] Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß einPlanetengetriebe vorgesehen ist.
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    2010-04-22| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
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