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CN117917336A - 用于包括多个电驱动部件的自推进式作业机械的冷却剂回路 - Google Patents

用于包括多个电驱动部件的自推进式作业机械的冷却剂回路 Download PDF

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CN117917336A
CN117917336A CN202311236599.4A CN202311236599A CN117917336A CN 117917336 A CN117917336 A CN 117917336A CN 202311236599 A CN202311236599 A CN 202311236599A CN 117917336 A CN117917336 A CN 117917336A
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lines
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A·克鲁格
J·F·本顿
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Manitowoc Crane Group France SAS
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Abstract

本发明涉及一种用于包括多个电驱动部件(8‑19)的自推进式作业机械的冷却剂回路，包括：冷却剂泵(2)，用于产生在冷却剂回路(1)中循环的冷却剂流；热交换器(3)，用于消散存储在冷却剂中的热能；以及彼此平行延伸的至少两个回路管线(4‑7)，所述回路管线配置为用于引导冷却剂经过分别分配给所述回路管线的驱动部件(8‑19)，以便吸收热能。本发明还涉及一种自推进式作业机械，特别是移动式起重机，包括多个电驱动部件(8‑19)和一个或多个冷却剂回路(1)。

Description

用于包括多个电驱动部件的自推进式作业机械的冷却剂回路
技术领域
本发明涉及一种冷却剂回路，借助该冷却剂回路，由自推进式驱动机械、尤其是移动式起重机的电驱动部件产生的热输出被排出，并且电驱动部件因此被冷却。本发明还涉及一种自推进式作业机械，特别是移动式起重机，其包括一个或多个这种冷却剂回路。
背景技术
在已知的包括移动式起重机的作业机械中，通常通过所谓的液压驱动器来操作单独的(起重机)功能，在所述液压驱动器中，例如机械(轴)输出被供应到其的一个或多个液压泵流体地连接到单独的(起重机)功能的液压缸或液压马达，以便最终驱动它们。在混合动力电动或全电动驱动设计中，这些液压驱动器至少部分地由电驱动补充或由电驱动代替。电驱动器通常包括电动机，该电动机包括用于输出和位置控制的相关逆变器。所需的电力由发电机提供，该发电机例如由作业机械的底盘中的内燃机驱动，或者通过输入外部电力来驱动。同样，机器可以设置有其自身的能量存储器以用于供电，其中所述供应选项的组合也是可以想到的。使各个驱动器减速释放能量，该能量又可以用于为能量存储器充电。如果能量存储器被完全充电，则该电力通常必须经由电阻器、所谓的制动斩波器被耗尽，由此热能被释放。能量存储器和/或蓄电池、电动机和相关的逆变器以及它们的功率电子器件和控制器对保持允许的运行温度提出了高要求。如果运行温度超过或低于所谓的运行温度极限，则降低相关部件的输出以保护系统。为了避免这种不利于机器运行的功率降低，这种电驱动组件通常通过复杂的机构来冷却。液体冷却系统，即使用液体冷却介质(在大多数情况下，水-乙二醇混合物)的冷却系统广泛用于该目的。为了简单起见，下面将移动式起重机作为自推进式作业机械的具体实施方式。以下描述的设计当然可以应用于任何类型的自推进机械，因此不限于移动式起重机。
在起重机中通常存在的各个起重机功能的驱动部件包括液压泵，该液压泵驱动液压马达或分配给它们的液压缸，以便例如致动变幅机构、提升机构、伸缩机构和回转机构。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却系统，其有效地解决了全电或混合电驱动设计中的不同电驱动部件的冷却能力要求。本发明已经认识到，在移动式起重机运行期间，通常不是所有驱动器同时以高负载系数运行，并具有相关的冷却能力要求。因此，智能冷却系统设计提供了显著的潜在节约。
该目的通过独立权利要求1和协同权利要求9的主题来实现。
根据本发明，提出了一种用于包括多个电驱动部件的自推进式作业机械的冷却剂回路，其中，所述冷却剂回路包括：
冷却剂泵，所述冷却剂泵用于产生在所述冷却剂回路中循环的冷却剂流；
热交换器，所述热交换器用于消散存储在所述冷却剂中的热能；
至少两个回路管线，所述至少两个回路管线彼此平行地延伸并且被实施成引导所述冷却剂经过分别分配给所述回路管线的驱动部件，以便吸收热能。
换句话说，根据本发明的冷却剂回路的至少部分区域包括多个彼此平行延伸的管线，用于冷却分别分配给它们的驱动部件，其中这些管线可以经由共同的供给流供给并且可以再次进入共同的返回流。冷却剂泵也可以布置在供给流中，其中热交换器/冷却器可以布置在返回流中。
通过设置至少两个彼此平行布置的回路管线，根据本发明可以将各个驱动部件根据其冷却能力要求在所设置的管线之间进行划分。然后，可以根据其热输入在可用回路管线之间划分各个驱动部件，使得热输入在整个冷却剂回路中尽可能均匀。因此避免了局部的过度热输入。
在一种实施方式中，回路管线能够在其整个范围内引起冷却剂流的基本上相等的压力降，其中，特别地，至少一个回路管线包括节流元件，相关回路管线的压力降通过该节流元件被调节到至少一个其它回路管线的压力降。
换句话说，在每个回路管线中产生基本上相等的背压。这通过有针对性地选择布置在相应的回路管线中的驱动部件来实现。这意味着，在整个起重机运行中，被引导通过相应的回路管线的冷却剂的体积流量处于固定的比率，但是可以完美地很好地表现出彼此不同的大小。即使适当地组合和布置待设置用于相应起重机的驱动部件不能在各个回路管线中产生足够相似的背压和/或压力降，也可在各个回路管线中使用诸如节流杆、挡板或节流阀的节流元件以产生在整个回路管线中令人满意地相等的压力降和/或背压。
根据另一实施例，至少一个回路管线中的驱动部件可以根据它们各自的运行温度极限的水平从具有最低运行温度极限的冷却剂的流动方向开始布置。
换句话说，通过在至少一个回路管线中引导冷却剂流首先经过具有最低运行温度极限的驱动部件，即首先可能由于其运行温度太高而需要降低输出的那些驱动部件，进一步提高了效率。如果在一个回路管线中存在多于三个驱动部件，则它们可以因此被如下布置：通过回路管线引导的冷却剂首先到达具有最低运行温度极限的驱动部件，然后到达具有中等运行温度极限的驱动部件，最后到达具有最高运行温度极限的驱动部件。通过以这种方式布置驱动部件，可以有效地使用可用的冷却剂流，并且因此可以将包括冷却剂泵和管路系统的冷却剂回路的尺寸设计得更小。
回路管线中的驱动部件也可以根据它们的热耗散和/或它们与安全的相关性来布置。具体地，这可能意味着冷却剂首先经过与安全性最相关的部件，随后经过与安全性不太相关的部件。也可以首先通过具有最低热耗散的部件，然后通过具有较高热耗散的部件。还可以想到，基于以下标准中的至少两个来布置回路管线内的部件：运行温度极限、热耗散和安全相关性。
在冷却剂的流动方向上看，回路管线可以布置在冷却剂泵和热交换器之间。冷却剂泵可以例如布置在单独的回路管线的上游的供给流中，并且热交换器和/或冷却器可以例如布置在单独的回路管线的下游的返回流中。当然，也可以想到将热交换器布置在供给流中和/或将冷却剂泵布置在返回流中。
根据本发明的另一实施方式，冷却剂回路包括至少一个连接管线，该连接管线流体连接至少两个回路管线，并且包括至少一个阀，该阀用于打开和/或关闭连接管线和/或改变被引导通过连接管线的冷却剂的体积流量。这种连接管线使得冷却剂能够从一个回路管线传递到平行于其延伸的另一个回路管线，以便将冷却剂供给到驱动部件，该驱动部件的温度比经由它们的“自身”回路管线所可能的温度更低或更高。每当确定或根据应用期望待冷却的驱动部件的过低或过高的运行温度时，可以选择性地提供这种“交叉供应”。连接管线可以通过一个或多个阀打开和关闭，所述阀可以选择性地切换。也可以考虑，所有的或者仅仅一部分的冷却剂流从起作用的回路管线中引出。也可以考虑，在接收回路管线中通过供给流完全地或仅部分地关闭实际的冷却剂供给。
在一个实施方式中，连接管线将第一回路管线连接到第二回路管线，第一回路管线在冷却剂的流动方向上位于第一回路管线中的至少一个驱动部件的下游，第二回路管线在冷却剂的流动方向上位于第二回路管线中的至少一个驱动部件的上游。这种布置使得来自各个驱动部件的已经传递到第一回路管线中的冷却剂的废热能够用于加热第二回路管线中的一个或多个驱动部件。这在用于起重机运行的驱动部件必须首先达到运行温度以避免输出降低时尤其有用。这尤其是在蓄电池和/或蓄能器方面是可以想到的，其中，可以将已经设置用于起重机功能的任何可想到的驱动部件用作热源，但是同样可以设置加热装置，尤其是电动加热装置。
尽管可以想到，至少一个连接管线的功能是用于至少一个阀的手动致动，例如由起重人员致动，然而至少一个阀可以被实施为使得其可以被致动，特别是通过控制装置被致动，以便根据经由连接管线被供给冷却剂的驱动部件的冷却剂需求自动地引导冷却剂经由连接管线的体积流量。
在另一实施方式中，控制装置可以包括至少一个传感器，该传感器检测驱动部件的温度，并且当驱动部件下降到低于或超过为驱动部件预先限定的温度阈值时，该控制装置可以选择性地使至少一个阀打开或关闭。
如果由此确定对于待加热的驱动部件的操作是必要的或者甚至仅仅是有利的，则连接管线可以借助于(优选电子的)控制装置打开，以便使用来自一个驱动部件的废热来加热另一个驱动部件。一旦达到必要的运行温度，控制装置可以使连接管线再次关闭。如果驱动部件具有附加的冷却需求，这同样适用，该冷却需求可以通过连接管线来满足。
本发明的另一方面涉及一种自推进式作业机械，尤其是移动式起重机，其包括多个电驱动部件和根据上述实施方式之一的冷却剂回路。
在另一实施方式中，自推进式作业机械(特别是移动式起重机)可包括多个这种冷却剂回路，这些冷却剂回路可彼此相同、相似或不同地实施。对于包括底盘和可旋转地布置在底盘上的上部结构的作业机械和/或起重机，首先可以想到的是，提供一个冷却剂回路，该冷却剂回路例如延伸穿过上部结构和底盘之间的旋转接头。相反地，可以想到底盘和上部结构分别设置有它们自己的相互独立的冷却剂回路。
下面基于优选实施方式并参考附图更详细地解释本发明。本发明可以包括这里单独地和以任何适当组合描述的任何特征。
附图说明
图1示出了用于起重机底盘的冷却剂回路；
图2示出了用于起重机上部结构的冷却剂回路。
具体实施方式
图1示出了用于起重机底盘的冷却剂回路1，除了包括冷却剂泵2的供给流和包括热交换器3的返回流之外，该冷却剂回路1还包括在供给流和返回流之间彼此平行延伸的四个回路管线4至7。由泵2输送的冷却剂被供给所有的回路管线4至7，以便冷却(换言之，排出其废热)布置在相应的回路管线4至7中的电驱动部件8至13。通过共同的返回流，加热的冷却剂被供给到热交换器3，在该热交换器中，存储的热能再次从冷却剂中移除。在热交换器3和泵2之间沿冷却剂流动方向设置的膨胀箱25用于补偿冷却剂的热诱导体积变化。
在图1所示的实施例中，所有的回路管线4至7都表现出大致相等的压力降和/或产生大致相等的背压。这意味着被引导通过相应的回路管线4至7的冷却剂的体积流量具有固定的尺寸比，而没有单个回路管线4至7供给过度或供给不足。因为包括用于供电的中间回路的逆变器12和发电机10的逆变器13的回路线路7具有最大的压力降，所以其它的回路线路4至6(其中所配属的驱动部件8至11引起较小的压力降)设有节流阀20，使得所有的回路线路4至7具有近似相等的压力降和/或产生近似相等的背压。
在各个回路管线4至7中，驱动部件8至13被布置成使得冷却剂流首先经过具有最低运行温度极限的驱动部件，并且然后仅经过具有较高运行温度极限的后续驱动部件。
图1所示的冷却剂回路1还包括电动控制装置23，其被连接用于信号传输到两个阀22和温度传感器24，并且根据由传感器24传输的温度值使阀22打开和/或关闭。这在所示的实施例中具体意味着，如果传感器24检测到蓄能器和/或蓄电池9的温度太低，则控制装置23使连接管线21打开，使得由制动斩波器8排放到冷却剂的废热经由连接管线21供给到蓄电池9，以便使其达到其运行温度。当阀22处于这种状态时，在回路管线4和返回流之间没有直接连接，并且在回路管线5和供给流之间没有直接连接。因此，所有被引导经过制动斩波器8的冷却剂也被引导经过蓄电池9。
制动斩波器8将例如由通过制动驱动器的再生产生的、由于蓄电池9被充分充电而不能用于给蓄电池9充电的过剩能量通过电阻转换为热能，其中，所述热能被通过的冷却剂吸收。
由于不期望来自发电机10和外部电源11的逆变器的高热输出必须同时被耗散，所以这些部件可以被布置在相同的管线6中。
图2示出了起重机上部结构的冷却剂回路1，其基本部件与图1所示的冷却剂回路1相同。但是，为起重机上部结构设置的冷却剂回路1仅包括两个平行的回路管线5和6，每个回路管线分别向三个驱动部件14至16和17至19供给冷却剂。在管线5中，这些是(以增加允许的运行温度极限的顺序)：提升机构的电动机14；第一空冷回转机构马达的逆变器15；以及用于液压泵17的变换器16。在管线6中，这些是：用于液压泵的水冷电动机，其例如向变幅机构和伸缩机构供应液压液体；用于第二空冷回转机构马达的另一逆变器18；以及用于水冷提升机构马达14的逆变器19。由于可以假定在下面的移动式起重机中，提升机构将不会与变幅机构或伸缩机构一起永久地运行(使得它们的驱动部件将同时产生高水平的废热)，它们的相应驱动部件14、16、17和19经由相同的回路管线5和6被供给冷却剂。为了避免局部“热尖峰”，提升机构和液压泵的单独部件14、16、17和19“交叉地”分布在回路管线5和6之间。

Claims (10)

1.一种冷却剂回路，用于包括多个电驱动部件(8-19)的自推进式作业机械，所述冷却剂回路包括：
冷却剂泵(2)，所述冷却剂泵(2)用于产生在所述冷却剂回路(1)中循环的冷却剂流；
热交换器(3)，所述热交换器(3)用于消散存储在冷却剂中的热能；以及
至少两个回路管线(4-7)，所述至少两个回路管线(4-7)彼此平行延伸，并配置为用于引导所述冷却剂经过分别分配给所述回路管线的所述驱动部件(8-19)，以便吸收热能。
2.根据权利要求1所述的冷却剂回路，其中，所述回路管线(4-7)在其整个范围内引起所述冷却剂流的基本相等的压力降，其中，特别地，至少一个所述回路管线(4-7)包括节流元件(20)，相关回路管线(4-7)的压力降通过所述节流元件被调节到至少一个其它回路管线(4-7)的压力降。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的冷却剂回路，其中，至少一个所述回路管线(4-7)中的所述驱动部件(8-19)根据其各自的以下水平来布置：
运行温度极限，
热耗散，和/或
与安全的相关性，并且从具有以下特征的冷却剂的流动方向上开始：
最低运行温度极限，
最低热耗散，和/或
与安全的最大相关性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却剂回路，其中，所述回路管线(4-7)在所述冷却剂的流动方向上布置在所述冷却剂泵(2)与所述热交换器(3)之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却剂回路，还包括至少一个连接管线(21)，所述至少一个连接管线流体地连接至少两个所述回路管线(4-7)，并且包括至少一个阀(22)，所述阀用于打开和/或关闭所述连接管线(21)和/或改变被引导通过所述连接管线(21)的所述冷却剂的体积流量。
6.根据权利要求5所述的冷却剂回路，其中，所述连接管线(21)将第一回路管线(4-7)连接到第二回路管线(4-7)，所述第一回路管线(4-7)在所述冷却剂的流动方向上位于所述第一回路管线(4-7)中的至少一个驱动部件(8-19)的下游，所述第二回路管线(4-7)在所述冷却剂的流动方向上位于所述第二回路管线(4-7)中的至少一个驱动部件(8-19)的上游。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的冷却剂回路，其中，所述至少一个阀(22)配置为使得其能够被激活，特别是借助于控制装置(23)被激活，以便根据经由所述连接管线(21)被供应冷却剂的驱动部件(8-19)的冷却剂需求来引导冷却剂经由所述连接管线(21)的体积流量。
8.根据权利要求7所述的冷却剂回路，其中，所述控制装置(23)包括至少一个传感器(24)，所述至少一个传感器检测驱动部件(8-19)的温度，并且当所述驱动部件下降到低于或超过针对所述驱动部件(8-19)预先限定的温度阈值时选择性地使所述至少一个阀(22)打开或关闭。
9.一种自推进式作业机械，特别是移动式起重机，包括多个电驱动部件(8-19)和根据权利要求1至8中任一项所述的冷却剂回路(1)。
10.根据权利要求9所述的自推进式作业机械，包括多个冷却剂回路(1)，所述多个冷却剂回路彼此独立地根据权利要求1至8中的任一项实施，其中，特别地，第一冷却剂回路(1)被分配给包括多个驱动部件(8-19)的所述作业机械的底盘，并且第二冷却剂回路(1)被分配给包括多个驱动部件(8-19)的所述作业机械的上部结构。
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