DE102006022203A1

DE102006022203A1 - Fahrantrieb einer Arbeitsmaschine mit austauschbarem Getriebemodul

Info

Publication number: DE102006022203A1
Application number: DE102006022203A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Götz; Bernward Dr. Welschof
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-15
Also published as: US7775927B2; US20070270263A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrantrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, der einen Verbrennungsmotor (1), eine nachgeschaltete Getriebe-Baueinheit mit einstellbarer Ausgangsdrehzahl und eine Antriebsachse (2) mit Differentialgetriebe (2a) aufweist, das mit der Getriebe-Baueinheit in mechanischer Antriebsverbindung steht. Um den Einsatzbereich des Fahrantriebs zu erweitern, ist die Getriebe-Baueinheit als austauschbares Getriebemodul (3) des Fahrantriebs ausgebildet, welches aus einer Mehrzahl von jeweils mit einer einheitlichen Eingangs- und einer einheitlichen Ausgangsschnittstelle versehenen Getriebemodulen (3) unterschiedlicher Getriebebauarten auswählbar ist. Von den Getriebemodulen (3) ist ein erstes Getriebemodul (3) als hydrostatisches Kompaktgetriebe ausgebildet, das eine im hydraulischen Fördervolumen verstellbare Hydropumpe (5) und einen damit in hydraulischer Wirkverbindung stehenden Hydromotor (6) aufweist. Ein zweites Getriebemodul (3) ist als elektrisches Kompaktgetriebe ausgeführt, das einen Generator (7) und einen damit in elektrischer Wirkverbindung stehenden Elektromotor (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrantrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, der einen Verbrennungsmotor, eine nachgeschaltete Getriebe-Baueinheit mit einstellbarer Ausgangsdrehzahl und eine Antriebsachse mit Differentialgetriebe aufweist, das mit der Getriebe-Baueinheit in mechanischer Antriebsverbindung steht.
Aus der DE 100 25 089 A1 ist ein gattungsgemäßer Fahrantrieb bekannt. Bei diesem Fahrantrieb des Standes der Technik ist ein stufenloses elektrisches Getriebe vorgesehen, das einen Generator und einen daran angeschlossenen Elektromotor aufweist. Generator und Elektromotor sind miteinander verblockt oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und bilden daher daher eine Getriebe-Baueinheit, die bei derartigen stufenlosen Getrieben auch als Kompaktgetriebe bezeichnet wird. Im Gegensatz dazu spricht man bei einem stufenlosen Getriebe mit voneinander getrennten Hauptkomponenten von der „aufgelösten Getriebebauweise".
Generell bestimmt die Art des Fahrantriebs ganz wesentlich den Aufbau und das Fahr- und Arbeitsverhalten von Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeugen (z. B. Gabelstapler). Flurförderzeuge mit einem Fahrantrieb, der einen Elektro-Wandler enthält, können zwar ein ähnliches Fahrverhalten aufweisen wie Flurförderzeuge, die mit einem Hydrostaten im Fahrantrieb versehen sind, sie unterscheiden sich jedoch in der Bauweise, insbesondere hinsichtlich der Anordnung des Verbrennungsmotors, der Ausführung der Antriebsachse usw.. So kommen bei den letztgenannten Flurtörderzeugen häufig hydrostatische Radmotoren als abtriebsseitige Komponenten des Hydrostaten zum Einsatz, die in aufgelöster Getriebebauweise an eine vom Verbrennungsmotor angeschlossene Pumpe des Hydrostaten angeschlossen sind.
Flurförderzeuge mit hydrodynamischem Wandler und Lastschaltgetriebe im Fahrantrieb weichen sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus als auch hinsichtlich ihres Fahr- und Arbeitsverhaltens von den genannten Bauweisen ab. Gegenüber derartigen Flurförderzeugen weisen Flurförderzeuge mit einem stufenlosen Getriebe (z. B. Elektro-Wandler oder Hydrostat) im Fahrantrieb häufig Vorteile in der Bedienung auf.
Je nach Konzept des Fahrantriebs sind somit unterschiedliche Typen von Flurtörderzeugen zu entwickeln und herzustellen, was einen erheblichen Aufwand nach sich zieht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Fahrantrieb der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der einen erweiterten Einsatzbereich aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Getriebe-Baueinheit als austauschbares Getriebemodul des Fahrantriebs ausgebildet ist, welches aus einer Mehrzahl von jeweils mit einer einheitliche Eingangs- und einer einheitlichen Ausgangsschnittstelle versehenen Getriebemodulen unterschiedlicher Getriebebauarten auswählbar ist, von denen ein erstes Getriebemodul als hydrostatisches Kompaktgetriebe ausgebildet ist, das eine im hydraulischen Fördervolumen verstellbare Hydropumpe und einen damit in hydraulischer Wirkverbindung stehenden Hydromotor aufweist, und von denen ein zweites Getriebemodul als elektrisches Kompaktgetriebe ausgeführt ist, das einen Generator und einen damit in elektrischer Wirkverbindung stehenden Elektromotor aufweist.
Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, den Fahrantrieb so auszubilden, dass dessen für das Fahr- und Arbeitsverhalten und den Fahrzeugaufbau der Arbeitsmaschine wesentliche Baugruppe, nämlich die Getriebe-Baueinheit, austauschbar ist, wobei je nach Anwendungsfall ein bestimmter Getriebetyp zum Einsatz kommt. Dadurch kann die Arbeitsmaschine (vorzugsweise Flurförderzeug) für sich genommen im Wesentlichen unverändert bleiben. Trotz verschiedener Antriebsarten ist es daher z. B. bei einer als Gegegengwichts-Gabelstapler ausgebildeten Arbeitsmaschine lediglich erforderlich, einen einzigen Fahrzeugtyp zu entwickeln und herzustellen. Unabhängig davon, ob ein hydrostatischer oder ein elektrischer Kompaktantrieb in den Fahrantrieb eingebaut wird, können gleiche Funktionen des Gabelstaplers erzielt werden. Für die Bedienperson ist das Antriebskonzept nicht zu erkennen.
Die räumliche Konzentration von technologisch hochwertigen Komponenten in einem Getriebemodul ergibt gegenüber einer im Fahrzeug verteilten Anordnung solcher Komponenten eine verbesserte Servicefreundlichkeit.
Sofern gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das hydrostatische Kompaktgetriebe einen als Langsamläufer ausgebildeten Hydromotor aufweist, benötigt die nachgeschaltete Antriebsachse kein Untersetzungsgetriebe.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Hydromotor des hydrostatischen Kompaktgetriebes an die Hydropumpe koaxial anschließend angeordnet. Es ergibt sich somit eine schlanke und platzsparende Inline-Bauweise.
Eine andere, ebenfalls vorteilhafte Bauweise kann dadurch erzielt werden, dass der Hydromotormotor des hydrostatischen Kompaktgetriebes parallel zur Hydropumpe angeordnet ist.
Hierbei ist es besonders günstig, wenn eine Antriebswelle der Hydropumpe des hydrostatischen Kompaktgetriebes mit einer hydraulischen Hilfspumpe einer Arbeits- und/oder Lenkhydraulik gekoppelt ist.
Zur Anpassung an das naturgemäß höhere Drehzahlniveau eines Elektromotors kann das elektrische Kompaktgetriebe ein dem Elektromotor nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe enthalten. Gleichwohl ist es auch möglich, die Untersetzungsanpassung an anderer, dafür geeigneter Stelle vorzunehmen, beispielsweise direkt am Eingang des Differentialgetriebes.
Analog zur oben beschrieben Inline-Anordnung von Hydropumpe und Hydromotor des hydrostatischen Kompaktgetriebes kann der Elektromotor des elektrischen Kompaktgetriebes an den Generator koaxial anschließend angeordnet sein.
Es ist aber auch hier möglich, dass der Elektromotor des elektrischen Kompaktgetriebes parallel zum Generator angeordnet ist.
Im letztgenannten Fall kann eine Antriebswelle des Generators des elektrischen Kompaktgetriebes mit einer hydraulischen Hilfspumpe einer Arbeits- und/oder Lenkhydraulik gekoppelt sein.
Besonders günstig ist eine Weiterbildung der Erfindung, gemäß der das elektrische Kompaktgetriebe mit einer Betriebsspannung von mehr als 100 Volt betreibbar ist, insbesondere einer Betriebsspannung von mehr als 200 Volt, vorzugsweise 300 bis 500 Volt. Es lässt sich dadurch eine Leistungsdichte der elektrischen Komponenten des elektrischen Kompaktgetriebes erzielen, die der Leistungsdichte der hydraulischen Komponenten eines mit einem maximalen Betriebsdruck von ca. 400 bar arbeitenden hydrostatischen Kompaktgetriebes nicht nachsteht.
Die gekapselte Anordnung der elektrischen Komponenten innerhalb des elektrischen Kompaktgetriebes erweist sich dabei als vorteilhaft hinsichtlich kurzer Stromwege (geringe Verluste) und einfacher Abschirmung (gute Isolation und elektromagnetische Verträglichkeit).
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn das elektrische Kompaktgetriebe und/oder dessen Leistungsmodule flüssigkeitsgekühlt sind. Hierbei kann als Kühlflüssigkeit das Druckmittel einer Arbeits- und/oder Lenkhydraulik zum Einsatz kommen, so dass ein bereits vorhandener Flüssigkeitskreislauf zur Kühlung der elektrischen Komponenten mitgenutzt wird.
Sofern ein elektrischer Energiespeicher in elektrischer Verbindung mit dem elektrischen Kompaktgetriebe steht, kann im Bremsbetrieb und bei Bergabfahrt rückgewonnene Energie gespeichert werden. Darüber hinaus ist auch ein Betrieb mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor möglich.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine Prinzipaufbau eines erfindungsgemäßen Fahrantriebs und
2 einen Schnitt durch ein elektrisches Kompaktgetriebe des in 1 dargestellten Fahrantriebs.
Der erfindungsgemäße Fahrantrieb ist für eine Arbeitsmaschine, insbesondere ein Flurförderzeug (bevorzugt Gegengewichts-Gabelstapler) vorgesehen und verfügt über einen Verbrennungsmotor 1, eine Antriebsachse 2 und eine Getriebe-Baueinheit, die zwischen den Verbrennungsmotor 1 und die Antriebsachse geschaltet ist und deren Ausgangsdrehzahl einstellbar ist. Die Antriebsachse 2 ist als Differentialachse aus gebildet, weist also eingangsseitig ein Differentialgetriebe 2a auf, und treibt zwei Räder 4 an.
Die Getriebe-Baueinheit ist als austauschbares Getriebemodul 3 konzipiert. Hierbei kann unter mehreren, zur Verfügung stehenden Getriebemodulen 3 ein für einen bestimmten Einsatzfall geeignetes Getriebemodul zum Einbau in den Fahrantrieb ausgewählt werden, wobei alle Getriebemodule 3 eine einheitliche Eingangsschnittstelle zum Verbrennungsmotor 1 und eine einheitliche Ausgangsschnittstelle zur Antriebsachse 2 aufweisen und vorzugsweise die gleichen oder weitgehend gleichen Abmessungen haben, jedoch mit unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeiten.
So ist ein erstes, je nach Einsatzfall zur Anwendung kommendes Getriebemodul 3 als hydrostatisches Kompaktgetriebe ausgebildet, das über eine mit dem Verbrennungsmotor 1 gekoppelte Hydropumpe 5 verfügt, deren hydraulisches Fördervolumen verstellbar ist und die hydraulisch (beispielsweise im geschlossenen Kreis) an einen Hydromotor 6 angeschlossen ist, dessen Schluckvolumen konstant oder verstellbar sein kann. Ein derartiges hydrostatisches Kompaktgetriebe, in das auch die zur Steuerung erforderlichen Ventile integreirt sein können, ist mit einem maximalen Betriebsdruck von mehr als 400 bar betreibbar, wodurch sich eine hohe Leistungsdichte erzielen lässt. Durch den Betrieb mit hydrostatischem Druckmittel ist eine Flüssigkeitskühlung inhärent vorhanden.
Ein an Stelle des ersten Getriebemoduls 3 in den Fahrantrieb einbaubares zweites Getriebemodul 3 ist als elektrisches Kompaktgetriebe ausgebildet und weist einen von dem Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Generator 7 auf, der einen Elektromotor 8 speist.
Zweckmäßigerweise sind auch die zur Regelung des Generators 7 und/oder des Elektromotors 8 erforderlichen Leistungsmodule in das Kompaktgetriebe integriert, z. B. angeflanscht. Das elektrische Kompaktgetriebe kann mit einer Betriebsspannung von mehr als 100 Volt betrieben werden, insbesondere mehr als 200 Volt. Bei einer Betriebsspannung vonn z. B. 400 Volt ist eine Leistungsdichte erzielbar, die annähernd der Leistungsdichte eines hydrostatischen Kompaktgetriebes entspricht. Um thermische Überlastungen zu vermeiden, ist das elektrische Kompaktgetriebe bevorzugt flüssigkeitsgekühlt.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Aufbau des erfindungsgemäßen Fahrantriebs ist im Falle des hydrostatischen Kompaktgetriebes der Hydromotor 6 parallel zur Hydropumpe 5 und im Falle des elektrischen Kompaktgetriebes der Elektromotor 8 parallel zum Generator 7 angeordnet. Dadurch ist an der Hydropumpe 5 bzw. am Generator 7 ein Durchtrieb möglich, so dass vom Verbrennungsmotor 1 über eine Antriebswelle 9 der Hydropumpe 3 bzw. des Generators 7 auch eine hydraulische Hilfspumpe 10 einer Arbeits- und/oder Lenkhydraulik der Arbeitsmaschine angetrieben werden kann.
Selbstverständlich ist auch eine sogenannte Inline-Anordnung der Hydropumpe 5 und des Hydromotors 6 bzw. des Generators 7 und des Elektromotors 8 möglich, bei der diese Komponenten koaxial hintereinander angeordnet sind. Die Durchtriebsmöglichkeit zur Hilfspumpe 10 entfällt dann. Die Hilfspumpe 10 wird daher in diesem Fall auf andere geeignete Weise angetrieben und ist beispielsweise parallel zu dem Getriebemodul 3 angeordnet.
Die oben erwähnte Flüssigkeitskühlung des elektrischen Kompaktgetriebes kann durch Druckmittel der Hilfspumpe 10 erfolgen, wobei der bereits vorhandene Druckmittelkreislauf der Arbeits- und/oder Lenkhydraulik mitgenutzt wird und somit der Aufwand gering ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Verbrennungsmotor 1 und die Hydropumpe 5 bzw. der Generator 7 koaxial zu einer Längsmittelachse L der Arbeitsmaschine angeordnet. Das Differentialgetriebe 2a der Antriebsachse 2 ist aufgrund der Bauweise mit parallelen Hauptkomponenten außermittig angeordnet und kann beispielsweise durch eine Zwischenwelle 11 mit dem Ausgang des Getriebemoduls 3 verbunden sein.
Bei einer Verwendung des elektrischen Kompaktgetriebes als Getriebemodul 3 ist dieses bevorzugt an einen elektrischen Energiespeicher 12 angeschlossen, so dass Bewegungsenergie beim Bremsen oder bei Bergabfahrt zurückgewonnen und im Energiespeicher 12 gespeichert werden kann. Der elektrische Energiespeicher 12 kann als aufladbare Batterie ausgebildet sein. Selbstverständlich ist bei geladener Batterie auch ein Betrieb mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor 1 möglich.
Die Eingangsschnittstelle jedes Getriebemoduls 3 befindet sich jeweils zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebemodul 3. Die Ausgangsschnittstelle kann beispielsweise direkt am Ausgang des Hydromotors 6 bzw. des Elektromotors 8 angeordnet sein.
Es ist jedoch auch möglich, die Ausgangsschnittstelle im Bereich der Zwischenwelle 11 oder zwischen der Zwischenwelle 11 und dem Differentialgetriebe 2a, also an der Antriebsachse 2, vorzusehen. Im letztgenannten Fall stellt dann die Zwischenwelle 11 eine abtriebsseitige Komponente des Getriebemoduls 3 dar, die durchaus Adapterfunktion haben kann und Abstandsdifferenzen zwischen den verschiedenartigen Getriebemodulen 3 und dem Differentialgetriebe 2a auszugleichen vermag.

Claims

Fahrantrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, der einen Verbrennungsmotor, eine nachgeschaltete Getriebe-Baueinheit mit einstellbarer Ausgangsdrehzahl und eine Antriebsachse mit Differentialgetriebe aufweist, das mit der Getriebe-Baueinheit in mechanischer Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe-Baueinheit als austauschbares Getriebemodul (3) des Fahrantriebs ausgebildet ist, welches aus einer Mehrzahl von jeweils mit einer einheitlichen Eingangs- und einer einheitlichen Ausgangsschnittstelle versehenen Getriebemodulen (3) unterschiedlicher Getriebebauarten auswählbar ist, von denen ein erstes Getriebemodul (3) als hydrostatisches Kompaktgetriebe ausgebildet ist, das eine im hydraulischen Fördervolumen verstellbare Hydropumpe (5) und einen damit in hydraulischer Wirkverbindung stehenden Hydromotor (6) aufweist, und von denen ein zweites Getriebemodul (3) als elektrisches Kompaktgetriebe ausgeführt ist, das einen Generator (7) und einen damit in elektrischer Wirkverbindung stehenden Elektromotor (8) aufweist.
Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Kompaktgetriebe einen als Langsamläufer ausgebildeten Hydromotor (6) aufweist.
Flurförderzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (6) des hydrostatischen Kompaktgetriebes an die Hydropumpe (5) koaxial anschließend angeordnet ist.
Flurförderzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (6) des hydrostatischen Kompaktgetriebes parallel zur Hydropumpe (5) angeordnet ist.
Flurförderzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle der Hydropumpe (5) des hydrostatischen Kompaktgetriebes mit einer hydraulischen Hilfspumpe (10) einer Arbeits- und/oder Lenkhydraulik gekoppelt ist.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kompaktgetriebe ein dem Elektromotor (8) nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe enthält.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8) des elektrischen Kompaktgetriebes an den Generator koaxial (7) anschließend angeordnet ist.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8) des elektrischen Kompaktgetriebes parallel zum Generator (7) angeordnet ist.
Flurförderzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle (7a) des Generators (7) des elektrischen Kompaktgetriebes mit einer hydraulischen Hilfspumpe (10) einer Arbeits- und/oder Lenkhydraulik gekoppelt ist.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kompaktgetriebe mit einer Betriebsspannung von mehr als 100 Volt betreibbar ist, insbesondere einer Betriebsspannung von mehr als 200 Volt, vorzugsweise 300 bis 500 Volt.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kompaktgetriebe und/oder dessen Leistungsmodule flüssigkeitsgekühlt sind.
Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Energiespeicher (12) in elektrischer Verbindung mit dem elektrischen Kompaktgetriebe steht.