ANTRIEBSVORRICHTUNG FÜR EINEN MOBILKRAN

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran, die eine Brennkraftmaschine zum Abgeben einer Leistung, eine elektrische Maschine zum Abgeben einer Leistung in ihrem Motormodus und/oder zum Erzeugen einer Leistung in ihrem Generatormodus, und ein Verteilergetriebe zum wahlweisen Verteilen einer an das Verteilergetriebe abgegebenen Leistung an einen Antriebsmechanismus zum Fortbewegen des Mobilkrans und eine Pumpenanordnung zum Ausüben eines Kranbetriebs umfasst, wobei die Brennkraftmaschine mit einer Eingangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt, die Eingangswelle mit dem Antriebsmechanismus zusammenwirkt, die elektrische Maschine mit einer Zwischenwelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt, und die Pumpenanordnung mit einer Ausgangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt. Die Antriebsvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine erste Kupplung, die zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle angeordnet ist, um bei Bedarf die Eingangswelle und die Zwischenwelle miteinander zu koppeln oder voneinander zu lösen, und eine zweite Kupplung, die zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle angeordnet ist, um bei Bedarf die Zwischenwelle und die Ausgangswelle miteinander zu koppeln oder voneinander zu lösen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran.

[0002] Ein Mobilkran zeichnet sich gegenüber anderen Krantypen dadurch aus, dass er über einen eigenen Antrieb zum Verfahren des Krans verfügt und daher besonders flexibel in Bezug auf seinen Einsatzort ist. Ein typischer Mobilkran besteht aus einem Trägerfahrzeug und einem darauf montierten Kran. Das Trägerfahrzeug ist in der Regel entweder eine Art LKW-Chassis oder ein speziell konstruiertes Fahrzeugchassis, das über einen Drehkranz mit dem darauf montierten drehbaren Kran verbunden ist.

[0003] Mit fortschreitender Elektrifizierung der Antriebe ist es auch bei Mobilkranen nun möglich, insbesondere den Kranbetrieb mithilfe eines Elektromotors durchzuführen. So wird beispielsweise das Betätigen der für den Kranbetrieb erforderlichen Hydraulikpumpen mithilfe eines Elektromotors durchgeführt, wobei aber nach dem Stand der Technik beim Verfahren des Mobilkrans weiterhin auf einem Verbrennungsmotor zurückgegriffen wird.

[0004] Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte hybride Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran vorzusehen, welche mit möglichst wenig Komponenten auskommt und dabei gleichzeitig eine Vielzahl von wünschenswerten Funktionen aufweist.

[0005] Dies gelingt mit der Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran, welche in dem unabhängigen Anspruch 1 festgehalten ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebsvorrichtung finden sich dabei in den abhängigen Ansprüchen. Ferner umfasst die Erfindung auch ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebsvorrichtung, die besondere Vorteile in Bezug auf einen Fahrantrieb des Mobilkrans bzw. in Bezug auf die Verringerung von Emissionen mit sich bringt.

[0006] Nach der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran vorgesehen, die eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Dieselmotor, zum Abgeben einer Leistung, eine elektrische Maschine zum Abgeben einer Leistung in ihrem Motormodus und/oder zum Erzeugen einer Leistung in ihrem Generatormodus, und ein Verteilergetriebe zum wahlweisen Verteilen einer an das Verteilergetriebe abgegebenen Leistung an einen Antriebsmechanismus zum Fortbewegen des Mobilkrans und an eine Pumpenanordnung zum Ausüben eines Kranbetriebs aufweist, wobei die Brennkraftmaschine mit einer Eingangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt, die Eingangswelle mit dem Antriebsmechanismus zusammenwirkt, die elektrische Maschine mit einer Zwischenwelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt, und die Pumpenanordnung mit einer Ausgangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt. Die Antriebsvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine erste Kupplung, die zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle angeordnet ist, um bei Bedarf die Eingangswelle und die Zwischenwelle miteinander zu koppeln oder voneinander zu lösen, und eine zweite Kupplung, die zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle angeordnet ist, um bei Bedarf die Zwischenwelle und die Ausgangswelle miteinander zu koppeln oder voneinander zu lösen.

[0007] Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist, dass das Verteilergetriebe eine Ausgangswelle aufweist, die bei entsprechenden Stellungen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung sowohl von der Brennkraftmaschine wie auch von der elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Ist es beispielsweise gewünscht, einen Kranbetrieb rein elektrisch auszuführen, kann beispielsweise die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen werden, sodass die elektrische Maschine die Zwischenwelle antreibt und über die geschlossene zweite Kupplung auch die Ausgangswelle des Verteilergetriebes betätigt, sodass der Kranbetrieb (über das Betätigen der Pumpen) möglich ist.

[0008] Das Verteilergetriebe ist demnach so ausgebildet, dass sowohl die Brennkraftmaschine wie auch die elektrische Maschine dem Verteilergetriebe Leistung bereitstellen können. Diese Leistung kann das Verteilergetriebe an den Antriebsmechanismus und an die Pumpenanordnung weitergeben. Ist die erste Kupplung (K1) offen, dann kann also gleichzeitig die elektrische Maschine über das Verteilergetriebe die Pumpenanordnung und die Brennkraftmaschine über das Verteilergetriebe den Antriebsmechanismus zum Fortbewegen des Mobilkrans versorgen.

[0009] Das Design der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für den Mobilkran ist dabei in Bezug auf den Antrieb der Ausgangswelle redundant ausgelegt, da bei einem Ausfall der elektrischen Maschine zum Antreiben der Ausgangswelle (die den Kranbetrieb mithilfe der Hydraulikpumpen bedient) auch alternativ noch die Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Durch das Schließen der ersten Kupplung und das Schließen der zweiten Kupplung entsteht ein Kraftschluss zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Verteilergetriebes, sodass die Ausgangswelle auch mithilfe der Brennkraftmaschine angetrieben werden kann. Demnach ist der Kranbetrieb auch dann weiterhin noch möglich, wenn die elektrische Maschine defekt ist, sodass es nicht zu einem Stillstand des Krans kommt, sondern der Kranbetrieb fortgeführt werden kann.

[0010] Weiter vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Systematik der Antriebsvorrichtung ist, dass bei einem Antreiben der Ausgangswelle des Verteilergetriebes mit Hilfe der Brennkraftmaschine die elektrische Maschine auch im Generatormodus betreibbar ist, sodass Nebenverbraucher mit Strom versorgt werden können.

[0011] Eine separate Lichtmaschine, wie sie ansonsten bei den Umsetzungen aus dem Stand der Technik üblich ist, kann demnach entfallen.

[0012] Nach der vorliegenden Erfindung kann also vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine dazu dient, die Eingangswelle des Verteilergetriebes anzutreiben. Die Brennkraftmaschine ist so an die Eingangswelle koppelbar, dass sie die Eingangswelle des Verteilergetriebes antreibt.

[0013] Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine dazu dient, die Zwischenwelle des Verteilergetriebes anzutreiben oder von dieser angetrieben zu werden. Die elektrische Maschine ist so an die Zwischenwelle koppelbar, dass sie die Zwischenwelle des Verteilergetriebes antreibt.

[0014] Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation dient die Ausgangswelle des Verteilergetriebes zum Antreiben von Kranpumpen, insbesondere Hydraulikpumpen, um ein Hydraulikfluid zu fördern, welches zum Durchführen einer Kranfunktion verwendet wird.

[0015] Nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Findung kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung ferner einen Energiespeicher umfasst, der mit der elektrischen Maschine verbunden ist, um von der elektrischen Maschine im Generatormodus Energie zu speichern oder der elektrischen Maschine im Motormodus Energie zuzuführen. Der Energiespeicher dient also zum Aufnehmen von durch die elektrische Maschine erzeugter Leistung oder zum Speisen der elektrischen Maschine, falls diese in einem Motormodus betrieben wird.

[0016] Darüber hinaus kann die in den Energiespeicher gespeicherte Leistung auch dazu verwendet werden, Nebenverbraucher mit Energie zu versorgen.

[0017] Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass der Energiespeicher mittels eines Ladeanschlusses durch eine externe Energiequelle geladen werden kann. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine im Motormodus kann die über den Ladeanschluss zugeführte Energie auch dazu verwendet werden, die elektrische Maschine in dem Motormodus zu betreiben, sodass es in einem solchen Zustand nicht mehr oder nur zu einem verlangsamten Laden des Energiespeichers kommt.

[0018] Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung ferner mindestens einen Nebenverbraucher umfasst, insbesondere ein Heizelement zum Temperieren einer Kabine und/oder Fahrerhauses des Mobilkrans und/oder ein Kompressor einer Klimaanlage zum Temperieren einer Kabine des Mobilkrans, und/oder eine Wärmepumpe zum Temperieren eines Energiespeichers und/oder ein Heizelement zum Temperieren eines Energiespeichers, wobei vorzugsweise der mindestens eine Nebenverbraucher zur Energieversorgung mit der elektrischen Maschine in einem Zwischenkreis verbunden ist.

[0019] Dabei kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Nebenverbraucher mit der elektrischen Maschine derart verbunden ist, dass diese in einem Generatormodus den mindestens einen Nebenverbraucher mit Energie versorgt. So kann der mindestens eine Nebenverbraucher, vorzugsweise zusammen mit dem Energiespeicher, in einem Zwischenkreis, insbesondere einem DC-Zwischenkreis angeordnet sein, in welchem die von der elektrischen Maschine generierte Energie eingespeist wird. Eine Energieversorgung mit Energie aus dem Energiespeicher ist ebenfalls möglich.

[0020] Der Vorteil aus der erfindungsgemäßen Umsetzung ist hierbei, dass die elektrische Maschine bei einem elektrischen Kranbetrieb zum Antrieb der Hydraulikpumpen verwendet wird und bei einem Betrieb mittels der Brennkraftmaschine sowohl beim Kranbetrieb wie auch bei einem Verfahren des Mobilkrans dazu verwendet werden kann, um die mindestens einen Nebenverbraucher mit Energie zu versorgen. Es wird also nur eine elektrische Maschine benötigt, sodass die üblicherweise an die Brennkraftmaschine angekoppelte 24V Lichtmaschine entfallen kann. Im elektrischen Kranbetrieb wirkt die elektrische Maschine als Motor zum Antrieb der Krankomponenten, wohingegen bei einem Antrieb mittels der Brennkraftmaschine für den Fahr- und/oder Kranbetrieb die elektrische Maschine als Generator genutzt wird.

[0021] Konventionelle Heizungen nutzen die Abwärme der Brennkraftmaschine oder greifen auf eine brennstoffbetriebene Standheizung zurück. Nach der Erfindung kann aber vorgesehen sein, dass eine Heizeinheit bzw. ein Kompressor eines Kühlkreislaufs mit Energie aus dem Zwischenkreis bzw. der elektrischen Maschine oder des Energiespeichers betrieben wird, sodass eine Klimatisierung auch unabhängig von einem Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. einem Verbrauch eines Brennstoffs durchführbar ist.

[0022] Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zwischenkreis über eine Anschlussmöglichkeit an eine externe Energieversorgung verfügt. Die Anschlussmöglichkeit an die externe Energieversorgung ermöglicht nicht nur das Laden des Energiespeichers, sondern darüber hinaus auch das kontinuierliche Betreiben der elektrischen Maschine in einem Motormodus für den Kranbetrieb. So kann es bei der Verwendung eines Mobilkrans wünschenswert sein, diesen nach dem Verbringen des Krans an seinem Arbeitsort ohne die Verwendung der Brennkraftmaschine zu betreiben, damit davon ausgehende Abgas- und Schallemissionen nicht auftreten. Zu diesem Zweck kann dann eine externe Energieversorgung angeschlossen werden, sodass die für den Kranbetrieb notwendige Energie hierüber bezogen wird.

[0023] Nach einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zwischenkreis über mindestens einen Schütz und/oder einen Inverter mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Dadurch kann die elektrische Maschine vom Inverter und dem Zwischenkreis getrennt werden, was beispielsweise bei Ausfall des Inverters im Fahrbetrieb vorteilhaft ist.

[0024] Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Bordnetz, insbesondere ein 12 V oder 24 V-Bordnetz, über einen DC-DC-Wandler an den Zwischenkreis angeschlossen ist.

[0025] Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Zwischenkreis ein Spannungsniveau aufweist, welches mehr als 48 V, vorzugsweise mindestens 200 V, bevorzugterweise mindestens 500 V und ganz besonders bevorzugt mindestens 700 V besitzt.

[0026] Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung ferner ein Schaltgetriebe zum Schalten verschiedener Gänge umfasst, welches zwischen der Eingangswelle des Verteilergetriebes und einer Motorausgangswelle des Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der Ausgang des Schaltgetriebes mit der Eingangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt oder diese ist.

[0027] Zum Fortbewegen des Mobilkrans ist es von Vorteil, wenn die Brennkraftmaschine über ein Schaltgetriebe unterschiedliche Übersetzungen an die Eingangswelle des Verteilergetriebes liefern kann. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ermöglicht dabei, dass während einem Schalten der verschiedenen Gänge des Schaltgetriebes die dabei auftretende Zugkraftunterbrechung reduziert wird, in dem die erste Kupplung geschlossen wird. Dadurch kann die an der Zwischenwelle ansetzende elektrische Maschine vorübergehend im Motormodus arbeiten, sodass kein kompletter Zugkraftverlust während eines Gangwechsels auftritt. Ein Fahren ohne oder mit geringerer Zugkraftunterbrechung ist für den Fahrer des Mobilkrans angenehmer und bewirkt ein verbessertes Fahrgefühl.

[0028] Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine ein Hochvolt-Elektromotor ist. Vorzugsweise besitzt ein Hochvolt-Elektromotor eine Ausgangsspannung von mindestens 400 V.

[0029] Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei geschlossener erster Kupplung und geöffneter zweiter Kupplung das Verteilergetriebe dazu ausgelegt ist, eine Leistung der Brennkraftmaschine an den Antriebsmechanismus (bspw. Radachse) zu liefern, die zu einer Fortbewegung des Mobilkrans nutzbar ist. Zum Weitergeben der an die Eingangswelle eingegebenen Leistung durch die Brennkraftmaschine an den Antriebsmechanismus, beispielsweise eine Antriebsachse, die mit Rädern oder dergleichen verbunden ist, kann auch eine dritte Kupplung vorgesehen sein, welche einen Kraftschluss zwischen der Eingangswelle und dem Antriebsmechanismus, insbesondere einer Antriebsachse wahlweise erstellt oder freigibt. Diese dritte Kupplung kann dabei ebenso in dem Verteilergetriebe angeordnet sein.

[0030] Ferner kann nach einer vorteilhaften Modifikation vorgesehen sein, dass bei geschlossener erster Kupplung und geöffneter zweiter Kupplung das Verteilergetriebe dazu ausgelegt ist, eine kraftschlüssige Verbindung mit der elektrischen Maschine herzustellen, so dass die elektrische Maschine in einem Generatormodus Energie generieren oder in einem Motormodus die Leistung der Brennkraftmaschine unterstützen kann. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine in ihrem Motormodus allein für den Fahrbetrieb des Mobilkrans verantwortlich ist, also ohne die Unterstützung der Brennkraftmaschine für die Fortbewegung des Mobilkrans sorgt.

[0031] Nach einer Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei geschlossener zweiter Kupplung das Verteilergetriebe dazu ausgelegt ist, den Antriebsmechanismus von der Eingangswelle mittels einer dritten Kupplung abzukoppeln, um zu ermöglichen, dass ein Kranbetrieb nur bei stehendem Mobilkran ausgeführt wird.

[0032] Die Erfindung betrifft ferner einen Mobilkran mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte, vorzugsweise wobei der Mobilkran ein großer Mobilkran mit einem Lastmoment von mindestens 400kNm ist.

[0033] Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung nach einem der diskutierten Aspekte oder eines Mobilkrans nach dem vorhergehenden Aspekt.

[0034] Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass während eines Schaltvorgangs im Schaltgetriebe ein Motorbetrieb der elektrischen Maschine durchgeführt wird, um eine durch den Schaltvorgang hervorgerufene Zugkraftunterbrechung zu verringern.

[0035] Es wird also während eines Gangwechsels des Schaltgetriebes zum Ändern der Übersetzung der Brennkraftmaschine mit der die Brennkraftmaschine die Eingangswelle des Verteilergetriebes antreibt eine Kraft zum Antreiben des Fahrantriebs von der elektrischen Maschine geliefert, damit die während eines Gangwechsels auftretende Zugkraftunterbrechung abgemildert oder sogar vollständig eliminiert wird.

[0036] Ferner kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass in einer Leerlaufphase eines Kranbetriebs die Brennkraftmaschine dennoch durch einen Generatormodus der elektrischen Maschine belastet wird, um die Abgastemperatur auf einem vorbestimmten Niveau zu halten, vorzugsweise um eine Abgasnachbehandlung mit hoher Effizienz durchzuführen und/oder nach einem vollständigen Laden oder bei Erreichen eines gewünschten Ladezustandes Laden des Energiespeichers die Brennkraftmaschine abzuschalten und den Kranbetrieb über den Energiespeicher fortzuführen, um die beim Betrieb der Brennkraftmaschine entstehenden Schall- oder Abgasemissionen zu beenden. Die Brennkraftmaschine läuft erst wieder nach Unterschreiten eines vorbestimmten Ladeniveaus des Energiespeichers an.

[0037] Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1:

eine Seitenansicht eines Mobilkrans,

Fig. 2:

eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran nach dem Stand der Technik,

Fig. 3:

eine Antriebsvorrichtung für einen Kran nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4:

eine schematische Darstellung der Verbindung der elektrischen Maschine 22 in der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.

[0038] Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Mobilkrans.

[0039] Der Mobilkran 1 weist einen Unterwagen 2 und einen Oberwagen 3 auf. Der Unterwagen 2 hat ein Fahrerhaus 4 und der Oberwagen 3 hat eine Kabine 5. Der Unterwagen 2 weist Fahrachsen 6 mit Rädern 7 auf. Der Kran 1 verfügt über einen Ausleger (auch Kranarm genannt), der ausfahrbar ist und drehbar gegenüber dem Unterwagen angelenkt ist.

[0040] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.

[0041] Ein im Unterwagen 2 angeordneter Verbrennungsmotor 8, insbesondere ein Dieselmotor, treibt über das Lastschaltgetriebe 9 die Fahrachsen 6 und somit die Räder 7 an. Der Verbrennungsmotor 8 wird über den Starter 10 gestartet. Der Starter 10 erhält seine Energie von der Fahrzeugbatterie 11 mit typischerweise 12 V oder 24 V Spannung (Verbindung nicht dargestellt) über das Bordnetz 12. Die Lichtmaschine 13 ist vom Verbrennungsmotor 8 angetrieben, speist das Bordnetz 12 und lädt die Fahrzeugbatterie 11. Diese Konfiguration stellt ein bekanntes System in einem Fahrzeug dar.

[0042] Das Bordnetz 12 versorgt alle Krankomponenten in Bezug auf Ihre Steuerungssysteme mit Energie. Dies bedeutet, dass die Leistung, die die meisten Komponenten benötigen, nicht von der Fahrzeugbatterie 11 bereitgestellt werden muss, sondern die dafür benötigte Energie vom Verbrennungsmotor 8 stammt. Die Fahrzeugbatterie stellt lediglich die Energie zur Verfügung, die für die elektronische Steuerung der Komponenten benötigt wird.

[0043] Zwischen dem Lastschaltgetriebe 9 und dem Verteilergetriebe 14 ist eine Kupplung (nicht gezeigt) vorgesehen, die bewirkt, dass im Fahrbetrieb eine Energieübertragung in das Verteilergetriebe 14 ausgeschlossen ist, damit es nicht zu einer Bewegung des Kranauslegers während eines Fahrens des Mobilkrans kommen kann.

[0044] Im Kranbetrieb treibt der Verbrennungsmotor 8 die Komponenten für die Kranarbeit (und demzufolge auch die mindestens eine Hydraulikpumpe 15) an. Gemäß dem dargestellten Schema erfolgt der Kraftfluss über das Lastschaltgetriebe 9 und das Verteilgetriebe 14 über eine mechanische Verbindung zu der mindestens einen Hydraulikpumpe 15. Die Hydraulikleitungen zu den Kranaktuatoren sind nicht gezeigt. Die mindestens eine Hydraulikpumpe 15 bezieht die für ihre Steuerung notwendige elektrische Energie über das Bordnetz 12 und kann durch unterschiedliche Pumpenarten umgesetzt sein, z.B. durch eine Schwenkpumpe.

[0045] Ist nun ein emissionsfreier Betrieb gewünscht, kann der Mobilkran 1 auch eine externe Stromversorgung 16 als Primärenergiequelle nutzen. In der Regel ist diese externe Stromversorgung 16 mit dem Mobilkran 1 über eine Steckverbindung verbindbar. Über Schütze 17 stellt der Gleichrichter 18 dann einen DC-Zwischenkreis 19 bereit. An diesen DC-Zwischenkreis 19 sind alle Krankomponenten mit einem hohen Energiebedarf angeschlossen. Der DC-Zwischenkreis 19 ist beispielsweise im Unterwagen 2 und im Oberwagen 3 vorhanden. Er ist durch die Drehverbindung zwischen dem Unterwagen 2 und im Oberwagen 3 durchgeführt.

[0046] Die Kabine 5 ist über eine Hochvoltheizung 20 und einen Hochvolt-Klimakompressor 21 temperiert. Die elektrische Steuerung der Komponenten erfolgt im Stand der Technik über das Bordnetz 12. Der Hochvolt-Elektromotor 22 ist über einen Inverter 23 an den DC-Zwischenkreis 19 angeschlossen und mit Energie versorgt. Da im emissionsfreien Kranbetrieb das Lastschaltgetriebe 9 vom Verteilergetriebe 14 getrennt ist, geht keine Energie einen ungewünschten Pfad in das Lastschaltgetriebe, sodass alle Energie vom Hochvolt-Elektromotor 22 über mechanische Verbindungen und das Verteilergetriebe 14 in die Hydraulikpumpen 15 geht. Der Verbrennungsmotor 8 ist in diesem Arbeitszustand (emissionsfreier Betrieb) inaktiv und kann deswegen die Lichtmaschine 13 nicht antreiben, so dass diese nicht das Bordnetz 12 versorgen kann. Diese Aufgabe übernimmt der DC/DC-Steller 24, der die von der externen Stromversorgung zugeführte Energie entsprechend wandelt, so dass das Bordnetz mit der entsprechenden Spannung versorgt ist.

[0047] Ohne eine solche Versorgung des Bordnetzes über die externe Energiequelle wäre die relativ klein dimensionierte Fahrzeugbatterie 11 schnell entladen, da der Leistungsbedarf des Bordnetzes recht hoch ist und bei ca. 1 kW liegt.

[0048] Nachteilhaft hieran ist, dass mit einer solchen Konfiguration bei einem Kranbetrieb mittels der Brennkraftmaschine 8 kein DC-Zwischenkreis 19 möglich ist, der bspw. eine Hochvoltheizung oder einen HV- Klimakompressor mit Energie versorgt. Hierfür ist explizit ein Generator 25 erforderlich, der anders als die ohnehin vorhandene Lichtmaschine eine Spannung in einem Hochvoltbereich erzeugen muss. Ist es nun beim Kranbetrieb mittels Verbrennungsmotor 8 gewünscht, dass die Kabine 5 auch über die Hochvoltheizung 20 sowie den Hochvolt-Klimakompressor 21 temperiert wird, ist also ein zusätzlicher Hochvolt-Generator 25 am Verbrennungsmotor 8 vorzusehen (wie in Fig. 1 dargestellt), um diese Nebenverbraucher mit Energie zu versorgen. Dieser geht auch über die Schütze 17 auf den Gleichrichter 18 und ist leistungsfähig genug, um den (relativ geringen) Energiebedarf im DC-Zwischenkreis 19 zu decken. Der Hochvolt-Elektromotor 22 ist ja beim Kranbetrieb mittels Verbrennungsmotor abgekoppelt und außer Betrieb.

[0049] Fig. 3 zeigt eine Antriebsvorrichtung für einen Kran nach der vorliegenden Erfindung.

[0050] Im Unterschied zum Stand der Technik wird hierbei die elektrische Maschine 22 auf eine ganz spezifische Art und Weise in das Verteilergetriebe 14 der Antriebsvorrichtung des Mobilkrans 1 eingebunden. Man erkennt die Brennkraftmaschine 8, die durch einen Dieselmotor umgesetzt ist, und das daran angegliederte Schaltgetriebe 9. Die Ausgangswelle des Schaltgetriebes 9 wirkt dabei auf die Eingangswelle des Verteilergetriebes 14 über welches der Radantrieb 7 des Mobilkrans angetrieben werden kann. Die Eingangswelle ist dabei mit einer ersten Kupplung K1 mit einer Zwischenwelle koppelbar, an welcher die elektrische Maschine 22 angebunden ist. Die Zwischenwelle wiederum ist über eine zweite Kupplung K 2 an die Ausgangswelle des Verteilergetriebes 14 koppelbar. Über die Ausgangswelle wird die für einen Kranbetrieb notwendige mindestens eine Pumpe betrieben.

[0051] Fig. 4 zeigt dabei, welche Komponenten an die elektrische Maschine 22 nach der Erfindung angebunden sind.

[0052] Die elektrische Maschine 22 ist dabei über einen Schütz 28 und einen Inverter 23 an einen Gleichstrom-Zwischenkreis 19 angebunden, an dem mehrere Nebenverbraucher angeschlossen sind und ihre Energie beziehen.

[0053] Man erkennt einen Energiespeicher 26, der bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 22 im Generatormodus dazu ausgelegt ist, die von der elektrischen Maschine 22 erzeugte Energie zu speichern. Alternativ dazu dient die in dem Energiespeicher 26 aufgenommene Energie zum Antreiben der elektrischen Maschine 22 in einem Motormodus.

[0054] Daneben erkennt man, dass ein Hochvolt-Heizer 20 sowie ein Klimakompressor 21 zum Temperieren einer Kabine des Mobilkrans vorgesehen sind und ebenfalls von dem Zwischenkreis 19 ihre Energie beziehen.

[0055] Auch das Bordnetz 12, welches typischerweise mit 12 V oder 24 V arbeitet, ist über einen DC-DC-Steller 24 an den Zwischenkreis 19 angebunden. Eine Wärmepumpe 101 sowie ein weiteres Heizelement 102 können ebenfalls vorgesehen sein, und zum Temperieren des Energiespeichers 26 dienen. Dem Fachmann ist bekannt, dass großvolumige Energiespeicher empfindlich in Bezug auf ihre Temperatur sind, sodass es für eine verbesserte Leistungsfähigkeit und eine möglichst lange Lebensdauer von Vorteil ist, diese in einem für sie günstigen Temperaturbereich zu halten. Insbesondere trifft dies während eines Ladens des Energiespeichers zu, da nur in einem entsprechenden Temperaturfenster die Energiespeicherung mit hoher Geschwindigkeit und schonend für die Batterie 26 erfolgen kann.

[0056] Daneben erkennt man noch eine externe Stromversorgung 16, die über mindestens ein Akku-Ladegerät den Energiespeicher 26 laden kann. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass die von der externen Stromversorgung 16 stammende Energie direkt zum Antreiben der elektrischen Maschine 22 genutzt wird. Für das Steuern der Energieflüsse in dem Zwischenkreis 19 kann optionaler Weise eine Verteilerbox 29 vorgesehen sein, die Sicherungen und entsprechende Verbindungen beinhaltet. In einer solchen optionalen Verteilerbox 29 kann auch mindestens ein Schütz vorgesehen sein, um eine Verbindung zu dem Akku-Ladegeräten herstellen zu können. Ein jedes Gerät kann sich in den DC-Zwischenkreis 19 einbringen und Leistung aus dem DC-Zwischenkreis 19 beziehen. Die optional vorsehbare Verteilerbox 29 greift hier nicht ein.

[0057] Wie aus der Zusammenschau der Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich ist, kann durch das Schließen der Kupplung K1 die elektrische Maschine 22 mit dem Antriebsstrang des Verbrennungsmotors 8 verbunden werden. Bei einem Verfahren des Mobilkrans 1 kann die elektrische Maschine 22 die Brennkraftmaschine 8 im Fahrbetrieb unterstützen oder gar vollständig für einen Vortrieb des Mobilkrans sorgen.

[0058] Darüber hinaus kann in einem Fahrbetrieb vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine 22 im Fahrbetrieb mittels der Brennkraftmaschine über die erste Kupplung K 1 zugeschaltet ist und als Generator wirkt. So können etwaige Nebenverbraucher (zum Beispiel für eine Akkuklimatisierung 101, 102, eine Hochvolt-Heizung 20, einen Hochvolt-Klimakompressor 21) versorgt werden und/oder der Energiespeicher in Form einer Hochvolt-Batterie 26 geladen werden. Dies erfolgt über den DC-Zwischenkreis 19, wobei in einem solchen Zustand die Kupplung K 2 selbstverständlich geöffnet ist.

[0059] Auch ist in einem Fahrbetrieb mittels Brennkraftmaschine eine Rekuperation durch die elektrische Maschine 22 möglich, sodass es zu einem Laden des Energiespeichers 26 durch den Generatormodus der elektrischen Maschine 22 kommt.

[0060] In einem Kranbetrieb ist die Kupplung K 2 stets geschlossen, da nur so entsprechende Energie auf die mindestens eine Kranpumpe 15 gebracht wird. Durch das Betätigen der ersten Kupplung K 1 kann der Kran entweder mittels der Brennkraftmaschine 8 (Kupplung K 1 geschlossen) oder elektrisch (Kupplung K 1 geöffnet) betrieben werden.

[0061] Ist die erste Kupplung K1 geschlossen, erfolgt der Kranbetrieb mithilfe der Brennkraftmaschine 8 und die elektrische Maschine 22 wirkt als Generator. Die dabei erzeugte Energie der elektrischen Maschine 22 wird verwendet, um die Nebenverbraucher zu versorgen bzw. den Energiespeicher 26 zu laden. Vorteil hierbei ist, dass keine Zusatzheizung und kein zusätzlicher mechanischer Klimakompressor notwendig sind, da der Betrieb der jeweiligen Komponenten mithilfe des DC-Zwischenkreis 19 und dem Generatormodus der elektrischen Maschine 22 möglich ist.

[0062] So erfolgt im Kranbetrieb unabhängig vom Betreiben mithilfe der Brennkraftmaschine oder der elektrischen Maschine 22 die Klimatisierung der Kabine 5 (mittels Hochvolt-Heizung 20 und Hochvolt-Klimakompressor 21) immer über Hochvolt-Komponenten. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass eine Klimatisierung auch dann möglich ist, wenn die Ausgangswelle 27 stillsteht und eine Verbrennung von Kraftstoff nicht erwünscht ist.

[0063] In einem elektrischen Kranbetrieb, bei dem also die Brennkraftmaschine 8 inaktiv ist, kommt die Energie für die Nebenverbraucher entweder aus dem Energiespeicher 26 oder von der externen Stromversorgung 16.

[0064] Vorteilhaft hierbei ist, dass der Hochvolt-Klimakompressor 21 sowie die Hochvolt-Heizung 20 auch bei Stillstand des gesamten Antriebsstrangs (Motor, Getriebe, Wellen) die Kabine 5 klimatisieren kann und darüber hinaus beim Betrieb einer Hochvolt-Heizung 20 im Vergleich zu einer brennstoffgetriebenen Standheizung keine Schadstoffemissionen entstehen.

[0065] Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung liegt darin, dass Leerlaufphasen im Kranbetrieb, in denen keine Kranaktuation erfolgt, dazu genutzt werden können, den Verbrennungsmotor 8 weiterhin zu belasten, um die Abgastemperatur oberhalb einer gewissen Temperaturschwelle zu halten. Dies verbessert eine Abgasnachbehandlung und führt insgesamt zu einem emissionsärmeren Betrieb. Ist der Energiespeicher 26 voll oder hat einen gewissen Ladezustand überschritten, kann der Verbrennungsmotor 8 abgeschaltet werden und der Kranbetrieb mithilfe der elektrischen Maschine 22 in Verbindung mit dem Energiespeicher fortgeführt werden. Auch wird durch das Stoppen der Brennkraftmaschine 8 eine von der Brennkraftmaschine ausgehende Schallemission gestoppt, sodass es zu weniger Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors 8 kommt.

[0066] Darüber hinaus kann die Antriebsvorrichtung vorteilhafterweise verwendet werden, um die beim Schalten entstehenden Zugkraftunterbrechungen eines Schaltgetriebes der Brennkraftmaschine abzumildern oder vollständig zu eliminieren. Für ein Schalten muss der Kraftfluss vom Verbrennungsmotor 8 zu den Rädern 7 kurzzeitig unterbrochen werden, wobei hier aber ein Aufbringen einer entsprechenden Kraft durch die elektrische Maschine 22 im Motormodus die Zugkraftunterbrechung abmildert.

[0067] Darüber hinaus ist von Vorteil, dass der Kran auch bei einem Fehlerfall im Hochvoltsystem die volle Funktionalität weiter behält, da bei einem Ausfall der elektrischen Maschine 22 weiterhin ein Betrieb mithilfe der Brennkraftmaschine und der entsprechenden mechanischen Wellen (bei Schließen der ersten Kupplung K1 und der zweiten Kupplung K2) möglich ist. Bei Verwendung eines Hochvolt-Generators am Dieselmotor und einem Elektromotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe ist dies nicht unbedingt der Fall, da der Verbrennungsmotor 8 dann keine mechanische Verbindung mehr zu der Hydraulikpumpe mehr besitzen muss.

Bezugszeichenliste:

[0068] 

Mobilkran 1

Unterwagen 2

Oberwagen 3

Fahrerhaus 4

Kabine 5

Fahrachsen 6

Rädern 7

Verbrennungsmotor 8

Lastschaltgetriebe 9

Starter 10

Fahrzeugbatterie 11

Bordnetz 12

Lichtmaschine 13

Verteilgetriebe 14

Hydraulikpumpen 15

externe Stromversorgung 16

Schütze 17

Gleichrichter 18

DC-Zwischenkreis 19

Hochvoltheizung 20

Hochvolt-Klimakompressor 21

Hochvolt-Elektromotor 22

Inverter 23

DC/DC-Steller 24

Hochvolt-Generator 25

Hochvolt-Batterie 26

Welle 27

AC-Schütz 28

Hochvolt-Verteilerbox 29

Kupplung K1

Kupplung K2

Lenkpumpe 100

Wärmepumpe 101

Hochvoltheizung 102

Ansprüche

1. Antriebsvorrichtung für einen Mobilkran, umfassend:

eine Brennkraftmaschine zum Abgeben einer Leistung,

eine elektrische Maschine zum Abgeben einer Leistung in ihrem Motormodus und/oder zum Erzeugen einer Leistung in ihrem Generatormodus, und

ein Verteilergetriebe zum wahlweisen Verteilen einer an das Verteilergetriebe abgegebenen Leistung an einen Antriebsmechanismus zum Fortbewegen des Mobilkrans und an eine Pumpenanordnung zum Ausüben eines Kranbetriebs, wobei

die Brennkraftmaschine mit einer Eingangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt,

die Eingangswelle mit dem Antriebsmechanismus zusammenwirkt,

die elektrische Maschine mit einer Zwischenwelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt, und

die Pumpenanordnung mit einer Ausgangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt,

gekennzeichnet durch

eine erste Kupplung, die zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle angeordnet ist, um bei Bedarf die Eingangswelle und die Zwischenwelle miteinander zu koppeln oder voneinander zu lösen, und

eine zweite Kupplung, die zwischen der Zwischenwelle und der Ausgangswelle angeordnet ist, um bei Bedarf die Zwischenwelle und die Ausgangswelle miteinander zu koppeln oder voneinander zu lösen.

2. Antriebsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 1, ferner umfassend einen Energiespeicher, der mit der elektrischen Maschine verbunden ist, um von der elektrischen Maschine in dem Generatormodus Energie zu speichern oder der elektrischen Maschine in dem Motormodus Energie zuzuführen.

3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens einen Nebenverbraucher, insbesondere ein Heizelement zum Temperieren einer Kabine und/oder Fahrerhauses des Mobilkrans und/oder ein Kompressor einer Klimaanlage zum Temperieren einer Kabine des Mobilkrans, und/oder eine Wärmepumpe zum Temperieren eines Energiespeichers und/oder ein Heizelement zum Temperieren eines Energiespeichers, wobei vorzugsweise der mindestens eine Nebenverbraucher zur Energieversorgung mit der elektrischen Maschine in einem Zwischenkreis verbunden ist.

4. Antriebsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 3, wobei der Zwischenkreis über eine Anschlussmöglichkeit an eine externe Energieversorgung verfügt.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, wobei der Zwischenkreis über mindestens einen Schütz und/oder einen Inverter mit der elektrischen Maschine verbunden ist.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, wobei ein Bordnetz, insbesondere ein 12 V oder 24 V- Bordnetz über einen DC-DC-Wandler an den Zwischenkreis angeschlossen ist.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Schaltgetriebe zum Schalten verschiedener Gänge, welches zwischen der Eingangswelle des Verteilergetriebes und einer Motorausgangswelle des Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der Ausgang des Schaltgetriebes mit der Eingangswelle des Verteilergetriebes zusammenwirkt oder diese ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine ein Hochvolt-Elektromotor ist.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei geschlossener erster Kupplung und geöffneter zweiter Kupplung das Verteilergetriebe dazu ausgelegt ist, eine Leistung der Brennkraftmaschine an den Antriebsmechanismus zu liefern, die zu einer Fortbewegen des Mobilkrans nutzbar ist.

10. Antriebsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 9, wobei bei geschlossener erster Kupplung und geöffneter zweiter Kupplung das Verteilergetriebe dazu ausgelegt ist, eine kraftschlüssige Verbindung mit der elektrischen Maschine herzustellen, so dass die elektrische Maschine in einem Generatormodus Energie generieren oder in einem Motormodus die Leistung der Brennkraftmaschine unterstützen kann.

11. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei geschlossener zweiter Kupplung das Verteilergetriebe dazu ausgelegt ist, den Antriebsmechanismus von der Eingangswelle mittels einer dritten Kupplung abzukoppeln, um sicherzustellen, dass ein Kranbetrieb nur bei stehendem Mobilkran möglich ist.

12. Mobilkran mit einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, vorzugsweise wobei der Mobilkran ein großer Mobilkran mit einem Lastmoment von mindestens 400kNm ist.

13. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 oder eines Mobilkrans nach dem vorhergehenden Anspruch 12.

14. Verfahren nach Anspruch 12, fortgebildet mit dem Merkmalen des Anspruchs 7, wobei bei einem Schaltvorgang im Schaltgetriebe ein Motorbetrieb der elektrischen Maschine durchgeführt wird, um eine durch den Schaltvorgang hervorgerufene Zugkraftunterbrechung zu verringern.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 wobei in einer Leerlaufphase eines Kranbetriebs die Brennkraftmaschine dennoch durch einen Generatormodus der elektrischen Maschine belastet wird, um die Abgastemperatur auf einem vorbestimmten Niveau zu halten, vorzugsweise um eine Abgasnachbehandlung mit hoher Effizienz durchzuführen und/oder nach einem vollständigen Laden oder bei Erreichen eines gewünschten Ladezustandes des Energiespeichers die Brennkraftmaschine abzuschalten und den Kranbetrieb über den Energiespeicher fortzuführen, um die beim Betrieb der Brennkraftmaschine entstehenden Schall- oder Abgassemissionen zu beenden.

Zeichnung