(19)
(11)EP 2 711 469 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
26.03.2014  Patentblatt  2014/13

(21)Anmeldenummer: 12185878.1

(22)Anmeldetag:  25.09.2012
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
E02F 9/20(2006.01)
E02F 9/22(2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME

(71)Anmelder: Wacker Neuson AG
8604 Volketswil (CH)

(72)Erfinder:
  • Die Erfindernennung liegt noch nicht vor
     ()

(74)Vertreter: Rentsch Partner AG 
Rechtsanwälte und Patentanwälte Fraumünsterstrasse 9 Postfach 2441
8022 Zürich
8022 Zürich (CH)

  


(54)Baumaschine mit Hybridantrieb


(57) Die Erfindung betrifft eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor (1) und einen Elektromotor (2) umfasst. Eine erste Hydraulikpumpe (6.1) ist vorgesehen, welche vom Verbrennungsmotor (1) antreibbar ist. Eine zweite Hydraulikpumpe (6.2) ist vorgesehen ist, welche vom Elektromotor (2) antreibbar ist. Ferner ist ein Hydraulikleitungssystem (7) angeordnet, an welchem die erste Hydraulikpumpe (6.1), die zweite Hydraulikpumpe (6.2) und eine oder mehrere hydraulische Arbeitsmaschinen (8) der Baumaschine angeschlossen sind.




Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET



[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst.

STAND DER TECHNIK



[0002] Im Stand der Technik sind Baumaschinen wie insbesondere Bagger, Radlader, Teleskoplader, Kompaktlader, Dumper, etc. eingerichtet, unterschiedlichste Aufgaben im Hochbau, Tiefbau, Strassenbau, Gartenbau, Landschaftsbau sowie in Kommunen, Recyclingbetrieben, Industriebetrieben, der Landwirtschaft etc. zu erfüllen. In einer Ausführungsvariante umfasst eine Baumaschine einen hydraulischen Antrieb, welcher eingerichtet ist hydraulische Arbeitsmaschinen wie insbesondere einen Ausleger/ Löffel, einen Hammer, Räder, Raupen, ein Drehwerk, etc. der Baumaschine anzutreiben. Der hydraulische Antrieb umfasst im bekannten Stand der Technik einen Verbrennungsmotor wie beispielsweise einen Dieselmotor, welcher eine Hydraulikpumpe antreibt, um eine Hydraulikflüssigkeit bei erforderlichem Druck und erforderlicher Förderleistung einer Arbeitshydraulik, einer Fahrhydraulik, einer Drehhydraulik zur Verfügung zu stellen. Über eine Hydrauliksteuerung, welche insbesondere Hydraulikventile umfasst, werden die entsprechenden Funktionen der Baumaschine gesteuert, also z.B. das Vor- oder Rückfahren, das Bewegen eines Greifers, das Drehen eines Drehwerks, etc.

[0003] Für den Betrieb der Baumaschine in geschlossenen Räumen, in Umgebungen mit besonderen Lärm- oder Abgasvorschriften, etc. ist es bekannt, die Hydraulikpumpe der Baumaschine statt mit einem Verbrennungsmotor mit einem Elektroantrieb anzutreiben. Um die Baumaschine rasch an unterschiedliche Betriebsbedingungen anpassen zu können, sind im Stand der Technik Baumaschinen bekannt, welche sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor aufweisen. Dabei ist zwischen dem Verbrennungsmotor, dem Elektromotor und der Hydraulikpumpe eine umschaltbare Kupplung vorgesehen, mit welcher zwischen einer Kraftübertragung vom Verbrennungsmotor auf die Hydraulikpumpe oder einer Kraftübertragung vom Elektromotor auf die Hydraulikpumpe umgeschaltet werden kann. Eine solche umschaltbare Kupplung weist beispielsweise einen Riemen, Zahnräder, etc. sowie einen Umschalthebel auf.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG



[0004] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, vorzuschlagen, welche zumindest gewisse Nachteile des Standes der Technik vermeidet oder reduziert. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, vorzuschlagen, welcher eine einfache Umschaltung zwischen dem Betrieb mit dem Verbrennungsmotor und dem Betrieb mit dem Elektromotor ermöglicht. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, vorzuschlagen, welcher bei bestehenden Baumaschinen einfach nachgerüstet werden kann.

[0005] Gemäss der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele durch die Elemente der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen ausserdem aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung hervor.

[0006] Eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Hydraulikpumpe vorgesehen ist, welche vom Verbrennungsmotor antreibbar ist, eine zweite Hydraulikpumpe vorgesehen ist, welche vom Elektromotor antreibbar ist, und ein Hydraulikleitungssystem angeordnet ist, an welchem die erste Hydraulikpumpe und eine oder mehrere hydraulische Arbeitsmaschinen der Baumaschine angeschlossen sind. Durch das Antreiben der ersten Hydraulikpumpe mit dem Verbrennungsmotor oder durch das Antreiben der zweiten Hydraulikpumpe mit dem Elektromotor wird im Hydraulikleitungssystem die Hydraulikflüssigkeit zum hydraulischen Verbraucher gefördert und dieser angetrieben. Zum Umschalten zwischen dem Betrieb mit dem Verbrennungsmotor und dem Betrieb mit dem Elektromotor ist kein Umschalten wie z.B. einer mechanischen Kupplung erforderlich.

[0007] Es ist ferner möglich, beispielweise falls eine hohe Spitzenleistung erforderlich ist, gleichzeitig den Verbrennungsmotor und den Elektromotor zu betreiben, wobei wahlweise der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor mit reduzierter Leistung oder mit deren Nennleistung betrieben werden können.

[0008] In einer Ausführungsvariante weist das Hydraulikleitungssystem eines oder mehrere hydraulische Rückschlagventile auf, welche eingerichtet sind, beim Antreiben der ersten Hydraulikpumpe durch den Verbrennungsmotor eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem und der zweiten Hydraulikpumpe zu unterbrechen und/oder beim Antreiben der zweiten Hydraulikpumpe durch den Elektromotor eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem und der ersten Hydraulikpumpe zu unterbrechen. Falls nur der Verbrennungsmotor betrieben wird, wirken der zweite Hydraulikantrieb und der Elektromotor nicht als hydraulische Verbraucher. Falls nur der Elektromotor betrieben wird, wirken der erste Hybridantrieb und der Verbrennungsmotor nicht als hydraulische Verbraucher.

[0009] In einer Ausführungsvariante umfasst die Baumaschine einen Schalter, welcher eingerichtet ist, zwischen Verbrennungsbetriebsfunktionen beim Betrieb des Verbrennungsmotors und Elektrobetriebsfunktionen beim Betrieb des Elektromotors umzuschalten. Der Schalter ist beispielsweise als elektrischer Schalter ausgeführt und konfiguriert insbesondere Funktionen eines Zündschlosses der Baumaschine, so dass mit dem Drehen des Zündschlüssels entweder der Verbrennungsmotor und die dazugehörigen Verbrennungsbetriebsfunktionen oder der Elektromotor und die dazugehörigen Elektromotorfunktionen gestartet werden.

[0010] In einer Ausführungsvariante umfassen sowohl die Verbrennungsbetriebsfunktionen als auch die Elektrobetriebsfunktionen eine oder mehrere der folgenden Funktionen: Betrieb einer Bordelektrik der Baumaschine, Betrieb eines Stundenzählers der Baumaschine, und Betrieb einer Beleuchtung der Baumaschine. Die Bordelektrik umfasst beispielsweise die elektrischen Einrichtungen, um Armaturen der Führerkabine der Baumaschine zu betreiben. Der Stundenzähler ist beispielsweise eingerichtet, um Betriebsstunden der Baumaschine zu erfassen, beispielsweise aufgeschlüsselt nach Betriebsstunden mit dem Verbrennungsmotor und Betriebsstunden mit dem Elektromotor. Die Beleuchtung der Baumaschine kann eine Innenbeleuchtung betreffen und/oder Scheinwerfer, um ein Arbeitsgebiet, welches mit der Baumaschine bearbeitet werden soll, zu beleuchten.

[0011] In einer Ausführungsvariante weist die Verbrennungsbetriebsfunktionen eine oder mehrere der folgenden Funktionen auf: Einschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor, Einschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors, Einschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor, Abschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor und Abschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl. Die Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor können beispielsweise eine Zündung, eine Heizung, eine Kühlung, etc. betreffen, wie sie z.B. bei Diesel- oder Benzinmotoren üblich sind. Das Einschalten eines Abstellmagnets kann insbesondere bei einem Dieselmotor erforderlich sein. Das Einschalten einer Kraftstoffpumpe kann insbesondere für Diesel- oder Benzinmotoren erforderlich sein. Das Abschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor kann die Stromversorgung eines Erregerfelds betreffen. Das Abschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl kann beispielsweise deshalb erfolgen, weil der Verbrennungsmotor eine solche Lüftung zur Verfügung stellt und der Elektromotor dazu eine separate Lüftung erfordert.

[0012] In einer Ausführungsvariante umfassen die Elektrobetriebsfunktionen eine oder mehrere der folgenden Funktionen: Einschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor, Einschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl, Abschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor, Abschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors, und Abschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor. Durch das Umschalten zwischen Elektrobetriebsfunktionen und Verbrennungsbetriebsfunktionen werden die für den jeweiligen Motor erforderlichen Funktionen optimal eingestellt.

[0013] In einer Ausführungsvariante umfassen einer oder mehrere der hydraulischen Antriebe eine oder mehrere der folgenden Funktionen: Bewegen eines Auslegers/Löffels der Baumaschine, Betreiben eines Hammers der Baumaschine, Antreiben eines Fahrwerks der Baumaschine, Einstellen einer Teleskopfunktion eines Fahrwerks der Baumaschine, Betätigen eines Planierschilds der Baumaschine, Drehen eines Drehwerks für einen drehbaren Oberwagen der Baumaschine und Einstellen einer Neigung eines neigbaren Oberwagens der Baumaschine. Die erfindungsgemässe Baumaschine weist somit die für den Anwendungszweck üblichen Funktionen auf.

[0014] In einer Ausführungsvariante sind der Elektromotor und/oder die zweiten Hydraulikpumpe an einem drehbaren Oberwagen der Baumaschine angeordnet. Beispielsweise umfasst eine bestehende Baumaschine einen Verbrennungsmotor, welcher in einem Gehäuse des Oberwagens der Baumaschine angeordnet ist. Auf dieses Gehäuse wird ein weiteres Gehäuse aufgesetzt, welches den Elektromotor enthält, sowie den Anschluss an eine Stromversorgung. Die erste Hydraulikpumpe, die zweite Hydraulikpumpe und das Hydraulikleitungssystem können im Gehäuse mit dem Verbrennungsmotor und/oder im Gehäuse für den Elektromotor angeordnet sein. Der Oberwagen der Baumaschine ist beispielsweise drehbar angeordnet und ein elektrisches Speisekabel kann beispielsweise über Masten zur Baumaschine geführt werden.

[0015] In einer Ausführungsvariante sind der Elektromotor und/oder die zweite Hydraulikpumpe an einem Fahrwerk der Baumaschine angeordnet. Insbesondere bei der Anordnung des Elektromotors am Fahrwerk kann ein elektrisches Speisekabel auf dem Boden zur Baumaschine geführt werden, wobei ein drehbarer Oberwagen beliebig verdreht werden kann, ohne dass es zu Problemen mit dem Verwickeln des elektrischen Speisekabels kommen kann.

[0016] Neben einer Baumaschine mit einem Hybridantrieb bezieht sich die Erfindung auf ein Umbau-Kit zum Umbau einer Baumaschine mit einem Verbrennungsmotor und einer ersten Hydraulikpumpe oder einem Elektromotor und einer zweiten Hydraulikpumpe in eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, umfassend: einen Elektromotor und eine zweite Hydraulikpumpe oder einen Verbrennungsmotor und eine erste Hydraulikpumpe, welche in der Baumaschine derart eingebaut werden können, dass die zweite Hydraulikpumpe vom Elektromotor antreibbar ist oder dass die erste Hydraulikpumpe vom Verbrennungsmotor antreibbar ist, und Bauteile für ein Hydraulikleitungssystem welche derart in die Baumaschine eingebaut werden können, dass ein Hydraulikleitungssystem gebildet wird, an welchem die erste Hydraulikpumpe, die zweite Hydraulikpumpe und eine oder mehrere hydraulische Arbeitsmaschinen der Baumaschine angeschlossen sind.

[0017] In einer Ausführungsvariante umfasst das Umbau-Kit weiter eines oder mehrere hydraulische Rückschlagventile, welche derart in die Baumaschine eingebaut werden können, dass beim Antreiben der ersten Hydraulikpumpe durch den Verbrennungsmotor eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem und der zweiten Hydraulikpumpe unterbrochen wird und/oder beim Antreiben der zweiten Hydraulikpumpe durch den Elektromotor eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem und der ersten Hydraulikpumpe unterbrochen wird.

[0018] In einer Ausführungsvariante umfasst das Umbau-Kit weiter einen Schalter sowie Einrichtungen, um Verbrennungsbetriebsfunktionen beim Betrieb des Verbrennungsmotors und Elektrobetriebsfunktionen beim Betrieb des Elektromotors zur Verfügung zu stellen, welcher Schalter sowie welche Einrichtungen derart in die Baumaschine eingebaut werden können, dass mit dem Schalter zwischen Verbrennungsbetriebsfunktionen beim Betrieb des Verbrennungsmotors und Elektrobetriebsfunktionen beim Betrieb des Elektromotors umgeschaltet werden kann.

[0019] In einer Ausführungsvariante ist das Umbau-Kit dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, um Verbrennungsbetriebsfunktionen beim Betrieb des Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, eine oder mehrere der folgenden Funktionen zur Verfügung stellen: Betrieb einer Bordelektrik der Baumaschine, Betrieb eines Stundenzählers der Baumaschine, Betrieb einer Beleuchtung der Baumaschine, Einschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor, Einschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors, Einschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor, Abschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor und Abschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl.

[0020] In einer Ausführungsvariante ist das Umbau-Kit dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, um Elektrobetriebsfunktionen beim Betrieb des Elektromotors zur Verfügung zu stellen, eine oder mehrere der folgenden Funktionen zur Verfügung stellen: Betrieb einer Bordelektrik der Baumaschine, Betrieb eines Stundenzählers der Baumaschine, Betrieb einer Beleuchtung der Baumaschine, Einschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor, Einschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl, Abschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor, Abschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors, und Abschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN



[0021] Anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, wird die Erfindung im Folgenden erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
schematisch einen Bagger, welcher eine Ausführungsform einer Baumaschine ist;
Fig. 2
schematisch einen aus dem Stand der Technik bekannten Hybridantrieb;
Fig. 3
schematisch einen erfindungsgemässen Hybridantrieb;
Fig. 4
schematisch einen erfindungsgemässen Hybridantrieb, mit zwei Rückschlagventilen;
Fig. 5
schematisch einen erfindungsgemässen Hybridantrieb, mit einem einzelnen Rückschlagventil; und
Fig. 6
schematisch einen erfindungsgemässen Hybridantrieb mit einem Schalter zum Umschalten zwischen Verbrennungsbetriebsfunktionen und Elektrobetriebsfunktionen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG



[0022] Figur 1 zeigt schematisch als eine Ausführungsform einer Baumaschine einen Bagger 100. Der Bagger 100 umfasst ein Fahrwerk 101, ein Planierschild 102, ein Drehwerk 103, einen Oberwagen 104 und einen Greifer 105. Das Fahrwerk 101 umfasst beispielsweise Raupen oder Pneus und ermöglicht das Fahren des Baggers 100. Das Planierschild 102 ermöglicht es, Planierarbeiten durchzuführen. Das Drehwerk 103 ist eingerichtet, damit der Oberwagen 104 des Baggers 100 gegenüber dem Fahrwerk 101 verdreht werden kann. Dadurch kann insbesondere der Greifer 105 in gewünschte Richtungen ausgerichtet werden. Der Greifer 105 umfasst eine Schaufel, welche angehoben, abgesenkt, geschüttelt, etc. werden kann, um beispielsweise Erdarbeiten durchzuführen. Anstelle der Schaufel ist in einer Ausführungsvariante am Greifer 105 ein Hammer angebracht, um beispielsweise Teile eines Mauerwerks zu bearbeiten, auszubrechen, etc.

[0023] Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, umfasst der Oberwagen 104 des Baggers 100 eine Führerkabine, welche insbesondere einen Sitz 107 für den Baggerführer sowie Steuerungsarmaturen wie z.B. Steuerknüppel 106 umfasst, um die verschiedenen Funktionen des Baggers zu steuern, also z.B. das Fahren, das Betätigen des Greifers, etc.

[0024] Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, umfasst der Oberwagen 104 des Baggers 100 einen Verbrennungsmotor 1 und einen Treibstofftank 11. Der Verbrennungsmotor 1 ist beispielsweise als Dieselmotor ausgeführt. In einer Ausführungsvariante wird durch den Verbrennungsmotor 1 eine oder mehrere Hydraulikpumpen angetrieben, um ein Hydrauliksystem zu betreiben, mit welchem die verschiedenen Funktionen des Baggers 100 betrieben werden, also z.B. das Fahren des Baggers 100, das Bewegen des Greifers 105, das Verdrehen des Oberwagens 104 gegenüber dem Fahrwerk 101, etc.

[0025] Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, umfasst der Bagger 100 in einer Ausführungsvariante einen Elektromotor 2, welcher über ein elektrisches Speisekabel 21 an ein Stromnetz angeschlossen ist. Mit dem Elektromotor 2 wird ebenfalls das Hydrauliksystem des Baggers 100 betrieben, um dessen Arbeitsfunktionen zu betreiben. Der Verbrennungsmotor 1 und der Elektromotor 2 bilden einen Hybridantrieb, wobei wahlweise der Verbrennungsmotor 1 oder der Elektromotor 2 für den Betrieb des Hydrauliksystems des Baggers 100 eingesetzt werden kann.

[0026] Figur 2 zeigt schematisch einen aus dem Stand der Technik bekannten Hybridantrieb für eine Baumaschine. Ein Verbrennungsmotor 1 ist über eine Verbrennungsmotorwelle 3.1 und ein Elektromotor 2 ist über eine Elektromotorwelle 3.2 mit einer umschaltbaren Kupplung 4 verbunden, welche über eine Kupplungswelle 5 mit einer Hydraulikpumpe 6 verbunden ist. Die umschaltbaren Kupplung 4 ist eingerichtet, zwischen einer Kraftübertragung von der Verbrennungsmotorwelle 3.1 auf die Kupplungswelle 5 und einer Kraftübertragung von der Elektromotorwelle 3.2 auf die Kupplungswelle 5 umzuschalten. Somit wird die Hydraulikpumpe 6 entweder vom Verbrennungsmotor 1 oder vom Elektromotor 2 angetrieben. Die Hydraulikpumpe 6 ist an Hydrauliksystem 7 angeschlossen, welches an eine hydraulische Arbeitsmaschine 8 angeschlossen ist. Die hydraulische Arbeitsmaschine 8 weist mechanische Einrichtungen 9 wie einen Hydraulikzylinder, einen Hydraulikmotor etc. auf, um einen Greifer, einen Hammer, Räder, Raupen, ein Drehwerk, etc. einer Baumaschine zu betätigen.

[0027] In einer Ausführungsvariante weist das Hydraulikleitungssystem 7 mehrere hydraulische Leitungen, Ventile, Regler, Steuerungen, etc. auf, um mit mehreren daran angeschlossenen hydraulischen Arbeitsmaschinen die Arbeitsfunktionen einer Baumaschine zur Verfügung zu stellen, also einen Greifer zu schwenken, einen Hammer zu betätigen, Räder oder Raupen anzutreiben, ein Drehwerk zu drehen, etc.

[0028] Figur 3 zeigt schematisch einen erfindungsgemässen Hybridantrieb. Ein Verbrennungsmotor 1 ist über eine Verbrennungsmotorwelle 3.1 mit einer ersten Hydraulikpumpe 6.1 verbunden. Ein Elektromotor 2 ist über eine Elektromotorwelle 3.2 mit einer zweiten Hydraulikpumpe 6.2 verbunden. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 wird somit die erste Hydraulikpumpe 6.1 angetrieben, und beim Betrieb des Elektromotors 2 wird die zweite Hydraulikpumpe 6.2 angetrieben. Wie in Figur 2 schematisch dargestellt, sind die erste Hydraulikpumpe 6.1 und die zweite Hydraulikpumpe 6.2 an ein Hydraulikleitungssystem 7 angeschlossen, an welchem eine hydraulische Arbeitsmaschine 8 angeschlossen ist. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 wird somit die hydraulische Arbeitsmaschine 8 über das Hydraulikleitungssystem 7 mit hydraulischer Antriebskraft versorgt. Ebenso wird beim Betrieb des Elektromotors 2 die hydraulische Arbeitsmaschine 8 mit hydraulischer Arbeitskraft versorgt.

[0029] Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekanntem Hybridantrieb gemäss Figur 2, lässt sich beim erfindungsgemässen Hybridantrieb gemäss Figur 3 ohne Umschaltung einer Kupplung oder eines Getriebes vom Betrieb mit dem Verbrennungsmotor 1 auf den Betrieb mit dem Elektromotor 2 wechseln. Es ist ohne weiteres denkbar, beim erfindungsgemässen Hybridantrieb gemäss Figur 3 sowohl den Verbrennungsmotor 1 als auch den Elektromotor 2 gleichzeitig zu betreiben, um beispielsweise eine erhöhte Leistung zu erhalten. Es ist ferner denkbar, beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 den Elektromotor 2 als Generator zu betreiben und so in der Umgebung der Baumaschine eine lokale Stromversorgung zur Verfügung zu stellen.

[0030] Der erfindungsgemässe Hybridantrieb gemäss Figur 3 lässt sich modular aufbauen. Eine Baumaschine kann somit zunächst mit einem Verbrennungsmotor 1 oder einem Elektromotor 2 ausgerüstet werden, und zu einem späteren Zeitpunkt kann bei Bedarf die Baumaschine mit einem entsprechenden Modul nachgerüstet werden, um den Hybridantrieb zu vervollständigen. Eine mit einem Verbrennungsmotor 1 ausgerüstete Baumaschine kann so einfach mit einem Elektromotor 2 nachgerüstet werden und eine mit einem Elektromotor 2 ausgerüstete Baumaschine kann einfach mit einem Verbrennungsmotor 1 nachgerüstet werden.

[0031] Der erfindungsgemässe Hybridantrieb gemäss Figur 3 kann beispielsweise an einem Bagger 100 bedarfsgerecht angebracht werden. In einer Ausführungsvariante ist der Verbrennungsmotor 1 am Oberwagen 104 des Baggers 100 angebracht, während der Elektromotor 2 oberhalb des Verbrennungsmotors 1 ebenfalls am Oberwagen 104 des Baggers 100 angebracht ist. In einer Ausführungsvariante ist der Elektromotor 2 stattdessen am Fahrwerk 101 des Baggers 100 angebracht, wobei insbesondere der Oberwagen 104 des Baggers 100 frei gedreht werden kann und das elektrisches Speisekabel 21 sich nicht verwickeln kann.

[0032] In einer Ausführungsvariante umfasst die Baumaschine einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einen Lithium-lonen-Akkumulator, um den Elektromotor 2 zu betreiben. Die Baumaschine kann so vollkommen autonom verwendet werden. In einer Ausführungsvariante umfasst die Baumaschine ein Ladegerät, um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen, beispielsweise beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 oder beim Anschluss der Baumaschine an eine externe Stromversorgung.

[0033] In einer Ausführungsvariante ist der Elektromotor 3 für den Anschluss an eine dreiphasige 380V Stromversorgung eingerichtet. Die Baumaschine lässt sich dadurch insbesondere in Gebäuden problemlos betreiben, in welchen eine weit verbreitete 380V Stromversorgung schon vorhanden ist.

[0034] Figur 4 zeigt schematisch einen erfindungsgemässen Hybridantrieb, wobei im Hydraulikleitungssystem 7 ein erstes Rückschlagventil 71.1 und ein zweites Rückschlagventil 71.2 angeordnet sind, um beim Stillstand des Verbrennungsmotors 1 und beim Betrieb des Elektromotors 2 mit dem ersten Rückschlagventil 71.1 die hydraulische Verbindung zur ersten Hydraulikpumpe 6.1 zu unterbrechen sowie um beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und beim Stillstand des Elektromotors 2 mit dem zweiten Rückschlagventil 71.2 die hydraulische Verbindung zur zweiten Hydraulikpumpe 6.2 zu unterbrechen. Das erste Rückschlagventil 71.1 und das zweite Rückschlagventil 71.2 weisen insbesondere eine Kugel auf, welche im Ventil derart geführt ist, dass der Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit in die eine Richtung vollständig blockiert wird, währen der Durchfluss in die andere Richtung freigegeben ist. In Figur 4 ist beispielhaft der Fall schematisch dargestellt, bei welchem der Elektromotor 2 in Betrieb ist und somit die hydraulische Arbeitsmaschine durch die zweite Hydraulikpumpe 6.2, welche vom Elektromotor 2 angetrieben wird, mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird.

[0035] Figur 5 zeigt schematisch einen erfindungsgemässen Hybridantrieb, wobei im Hydraulikleitungssystem 7 ein einzelnes als T-Stück ausgeführtes Rückschlagventil 71 angeordnet ist. Das als T-Stück ausgeführte Rückschlagventil 71 ist mit der ersten Hydraulikpumpe 6.1, mit der zweiten Hydraulikpumpe 6.2 und dem hydraulischen Verbraucher 8 verbunden. Das als T-Stück ausgeführte Rückschlagventil 71 umfasst insbesondere eine Kugel, welche entweder den Durchgang von der ersten Hydraulikpumpe 6.1 zum hydraulischen Verbraucher 8 freigibt und den Durchgang zur zweiten Hydraulikpumpe 6.2 verschliesst, oder den Durchgang von der zweiten Hydraulikpumpe 6.2 zum hydraulischen Verbraucher 8 freigibt und den Durchgang zur ersten Hydraulikpumpe 6.1 verschliesst.

[0036] Die in Figur 4 und Figur 5 gezeigten erfindungsgemässen Hybridantriebe haben gegenüber dem im Stand der Technik bekannten Hybridantrieb gemäss Figur 2 den Vorteil, dass keine Umschaltung einer Kupplung erforderlich ist, um vom Betrieb des Hybridantriebs mit dem Verbrennungsmotor 1 auf den Betrieb des Hybridantriebs mit dem Elektromotor 1 umzuschalten. Durch die Rückschlagventile 71.1, 71.2, 71 erfolgt die Umschaltung vollkommen automatisch und der Benutzer muss keine Kupplung umschalten oder betätigen.

[0037] Statt eines einzelnen hydraulischen Verbrauchers 8 kann ein erfindungsgemässer Hybridantrieb gemäss Figur 3, Figur 4 oder Figur 5 eine Vielzahl hydraulische Verbraucher betreiben, wobei das Hydraulikleitungssystem 7 entsprechend ausgeführt ist und insbesondere mehrere Hydraulikventile, mehrere Hydraulikleitungen, Steuerungs- und Regeleinrichtungen, etc. aufweist.

[0038] In Figur 6 ist schematisch ein erfindungsgemässer Hybridantrieb dargestellt, welcher zusätzlich einen Schalter 72 aufweist. Der Schalter 72 ist beispielsweise als elektrischer Schalter ausgeführt und eingerichtet, um zwischen Verbrennungsbetriebsfunktionen 72.1 für den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und Elektrobetriebsfunktionen 72.2 für den Betrieb des Elektromotors 2 umzuschalten.

[0039] Die Verbrennungsbetriebsfunktionen 72.1 betreffen das Einschalten, das Konfigurieren und/oder das Abschalten von Einrichtungen, um die Baumaschine mit dem Verbrennungsmotor 1 zu betreiben. Die Elektrobetriebsfunktionen 72.2 betreffen das Einschalten, das Konfigurieren und/oder das Abschalten von Einrichtungen, um die Baumaschine mit dem Elektromotor zu betreiben.

[0040] Die Verbrennungsbetriebsfunktionen 72.1 umfassen beispielsweise das Konfigurieren eines Zündschloss, so dass durch die Betätigung des Zündschlosses der Verbrennungsmotor 1 gestartet wird. Dementsprechend umfassen die Elektrobetriebsfunktionen 72.2 das Konfigurieren des Zündschlosses, so dass durch die Betätigung des Zündschlosses der Elektromotor 2 gestartet wird.

[0041] Die Verbrennungsbetriebsfunktionen 72.1 und die Elektrobetriebsfunktionen 72.2 umfassen beispielsweise jeweils das Einschalten und/oder Konfigurieren einer Steuerungseinrichtung für die Steuerung der Funktionen der Baumaschine, das Einschalten und/oder Konfigurieren eines Betriebsstundenzählers, das Einschalten und/oder Konfigurieren einer Beleuchtung.

[0042] Die Verbrennungsbetriebsfunktionen 72.1 umfassen beispielsweise das Einschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor wie z.B. die Freischaltung eines Anlassers, das Einschalten eines Abstellmagnets (bei einem Dieselmotor), das Einschalten einer Kraftstoffpumpe und/oder das Abschalten eines Zusatzlüfters für die Kühlung der Hydraulikflüssigkeit.

[0043] Die Elektrobetriebsfunktionen 72.2 umfassen beispielsweise das Abschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor wie z.B. die Sperrung eines Anlassers, das Abschalten eines Abstellmagnets (bei einem Dieselmotor), das Abschalten einer Kraftstoffpumpe und/oder das Einschalten eines Zusatzlüfters für die Kühlung der Hydraulikflüssigkeit.

[0044] Mit dem in Figur 6 schematisch dargestellten Schalter 72 wird somit die Baumaschine rasch und zuverlässig für den Betrieb mit dem Verbrennungsmotor 1 oder den Betrieb mit dem Elektromotor 2 eingerichtet. Der Schalter 72 ist insbesondere in einem Bereich angeordnet, welcher vom Baumaschinenführer leicht zugänglich ist, also beispielsweise auf einem Armaturenbrett der Baumaschine.

[0045] Zur Bereitstellung der Verbrennungsbetriebsfunktionen 72.1 und/oder der Elektrobetriebsfunktionen 72.2 sind elektrische und/oder elektronische Komponenten wie z.B. Relais, Leistungsschalter, Steuerungslogik, etc. vorgesehen.
BEZUGSZEICHEN
1 Verbrennungsmotor 11 Treibstofftank
2 Elektromotor 21 elektrisches Speisekabel
3.1 Verbrennungsmotorwelle 3.2 Elektromotorwelle
4 Kupplung 5 Kupplungswelle
6 Hydraulikpumpe    
6.1 erste Hydraulikpumpe 6.2 zweite Hydraulikpumpe
7 Hydraulikleitungssystem    
71 Rückschlagventil    
71.1 erstes Rückschlagventil 71.2 zweites Rückschlagventil
72 Schalter    
72.1 Verbrennungsbetriebsfunktionen 72.2 Elektrobetriebsfunktionen
8 hydraulische Arbeitsmaschine    
9 mechanische Einrichtungen der hydraulischen Arbeitsmaschine    
100 Bagger 101 Fahrwerk
102 Planierschild 103 Drehwerk
104 Oberwagen 105 Greifer
106 Steuerknüppel 107 Sitz



Ansprüche

1. Baumaschine mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor (1) und einen Elektromotor (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass:

eine erste Hydraulikpumpe (6.1) vorgesehen ist, welche vom Verbrennungsmotor (1) antreibbar ist,

eine zweite Hydraulikpumpe (6.2) vorgesehen ist, welche vom Elektromotor (2) antreibbar ist, und

ein Hydraulikleitungssystem (7) angeordnet ist, an welchem die erste Hydraulikpumpe (6.1), die zweite Hydraulikpumpe (6.2) und eine oder mehrere hydraulische Arbeitsmaschinen (8) der Baumaschine angeschlossen sind.


 
2. Baumaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikleitungssystem (7) eines oder mehrere hydraulische Rückschlagventile (71, 71.1, 71.2) aufweist, welche eingerichtet sind, beim Antreiben der ersten Hydraulikpumpe (6.1) durch den Verbrennungsmotor (1) eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem (7) und der zweiten Hydraulikpumpe (6.1) zu unterbrechen und/oder beim Antreiben der zweiten Hydraulikpumpe (6.2) durch den Elektromotor eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem (7) und der ersten Hydraulikpumpe (6.1) zu unterbrechen.
 
3. Baumaschine nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend einen Schalter (72), welcher eingerichtet ist, zwischen Verbrennungsbetriebsfunktionen (72.1) beim Betrieb des Verbrennungsmotors (1) und Elektrobetriebsfunktionen (72.2) beim Betrieb des Elektromotors (2) umzuschalten.
 
4. Baumaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Verbrennungsbetriebsfunktionen (72.1) als auch die Elektrobetriebsfunktionen (72.2) eine oder mehrere der folgenden Funktionen umfassen: Betrieb einer Bordelektrik der Baumaschine, Betrieb eines Stundenzählers der Baumaschine, und Betrieb einer Beleuchtung der Baumaschine.
 
5. Baumaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsbetriebsfunktionen (72.1) eine oder mehrere der folgenden Funktionen umfassen: Einschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor (1), Einschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors (1), Einschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor (1), Abschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor (2) und Abschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl.
 
6. Baumaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrobetriebsfunktionen (72.2) eine oder mehrere der folgenden Funktionen umfassen: Einschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor (1), Einschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl, Abschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor (1), Abschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors (1), und Abschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor (1).
 
7. Baumaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der hydraulischen Antriebe (8) eine oder mehrere der folgenden Funktionen umfassen: Bewegen eines Greifers (105) der Baumaschine, Betreiben eines Hammers der Baumaschine, Antreiben eines Fahrwerks (101) der Baumaschine, Einstellen einer Teleskopfunktion eines Fahrwerks (101) der Baumaschine, Betätigen eines Planierschilds (102) der Baumaschine, Drehen eines Drehwerks (103) für einen drehbaren Oberwagen (104) der Baumaschine und Einstellen einer Neigung eines neigbaren Oberwagens (104) der Baumaschine.
 
8. Baumaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) und/oder die zweiten Hydraulikpumpe (6.2) an einem drehbaren Oberwagen (104) der Baumaschine angeordnet sind.
 
9. Baumaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) und/oder die zweite Hydraulikpumpe (6.2) an einem Fahrwerk (101) der Baumaschine angeordnet sind.
 
10. Umbau-Kit zum Umbau einer Baumaschine mit einem Verbrennungsmotor (1) und einer ersten Hydraulikpumpe (6.1) oder einem Elektromotor (2) und einer zweiten Hydraulikpumpe (6.2) in eine Baumaschine mit einem Hybridantrieb, umfassend:

einen Elektromotor (2) und eine zweite Hydraulikpumpe (6.2) oder einen Verbrennungsmotor (1) und eine erste Hydraulikpumpe (6.1), welche in der Baumaschine derart eingebaut werden können, dass die zweite Hydraulikpumpe (6.2) vom Elektromotor (2) antreibbar ist oder dass die erste Hydraulikpumpe (6.1) vom Verbrennungsmotor (1) antreibbar ist, und

Bauteile für ein Hydraulikleitungssystem (7) welche derart in die Baumaschine eingebaut werden können, dass ein Hydraulikleitungssystem (7) gebildet wird, an welchem die erste Hydraulikpumpe (6.1), die zweite Hydraulikpumpe (6.2) und

eine oder mehrere hydraulische Arbeitsmaschinen (8) der Baumaschine angeschlossen sind.


 
11. Umbau-Kit nach Anspruch 10, weiter umfassend eines oder mehrere hydraulische Rückschlagventile (71, 71.1, 71.2), welche derart in die Baumaschine eingebaut werden können, dass beim Antreiben der ersten Hydraulikpumpe (6.1) durch den Verbrennungsmotor (1) eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem (7) und der zweiten Hydraulikpumpe (6.1) unterbrochen wird und/oder beim Antreiben der zweiten Hydraulikpumpe (6.2) durch den Elektromotor eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikleitungssystem (7) und der ersten Hydraulikpumpe (6.1) unterbrochen wird.
 
12. Umbau-Kit nach Anspruch 10 oder 11, weiter umfassend einen Schalter (72) sowie Einrichtungen, um Verbrennungsbetriebsfunktionen (72.1) beim Betrieb des Verbrennungsmotors (1) und Elektrobetriebsfunktionen (72.2) beim Betrieb des Elektromotors (2) zur Verfügung zu stellen, welcher Schalter (72) sowie welche Einrichtungen derart in die Baumaschine eingebaut werden können, dass mit dem Schalter (72) zwischen Verbrennungsbetriebsfunktionen (72.1) beim Betrieb des Verbrennungsmotors (1) und Elektrobetriebsfunktionen (72.2) beim Betrieb des Elektromotors (2) umgeschaltet werden kann.
 
13. Umbau-Kit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, um Verbrennungsbetriebsfunktionen (72.1) beim Betrieb des Verbrennungsmotors (1) zur Verfügung zu stellen, eine oder mehrere der folgenden Funktionen zur Verfügung stellen: Betrieb einer Bordelektrik der Baumaschine, Betrieb eines Stundenzählers der Baumaschine, Betrieb einer Beleuchtung der Baumaschine, Einschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor (1), Einschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors (1), Einschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor (1), Abschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor (2) und Abschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl.
 
14. Umbau-Kit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen, um Elektrobetriebsfunktionen (72.2) beim Betrieb des Elektromotors (2) zur Verfügung zu stellen, eine oder mehrere der folgenden Funktionen zur Verfügung stellen: Betrieb einer Bordelektrik der Baumaschine, Betrieb eines Stundenzählers der Baumaschine, Betrieb einer Beleuchtung der Baumaschine, Einschalten von Standardfunktionen für den Elektromotor (1), Einschalten eines zusätzlichen Lüfters für das Hydrauliköl, Abschalten von Standardfunktionen für den Verbrennungsmotor (1), Abschalten eines Abstellmagnets des Verbrennungsmotors (1), und Abschalten einer Kraftstoffpumpe für den Verbrennungsmotor (1).
 




Zeichnung
















Recherchenbericht









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