DE102006011167A1

DE102006011167A1 - Hydrostatisch-elektrischer Antrieb

Info

Publication number: DE102006011167A1
Application number: DE102006011167A
Authority: DE
Inventors: Martin Bergmann; Bernward Dr. Welschof
Original assignee: Linde Material Handling GmbH; Linde Material Handling GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-13
Also published as: US20070251736A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrostatisch-elektrischen Antrieb mit einem Verbrennungsmotor (1), einer davon angetriebenen Pumpe (2), die zusammen mit mindestens einem Hydromotor (6 bzw. 7) in einem hydraulischen Kreislauf angeordnet ist, einem elektrischen Energiespeicher (10) und einem Elektromotor (9), der an den Energiespeicher (10) angeschlossen und in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Kreislauf bringbar ist. Um den Aufbau des hydrostatisch-elektrischen Kreislaufs zu vereinfachen, steht erfindungsgemäß die Pumpe (2) in einer zum Verbrennungsmotor (1) parallelen Antriebsverbindung mit dem Elektromotor (9).

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatisch-elektrischen Antrieb mit einem Verbrennungsmotor, einer davon angetriebenen Pumpe, die zusammen mit mindestens einem Hydromotor in einem hydraulischen Kreislauf angeordnet ist, einem elektrischen Energiespeicher und einem Elektromotor, der an den Energiespeicher angeschlossen und in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Kreislauf bringbar ist.

Ein gattungsgemäßer Antrieb ist in der DE 35 01 608 A1 beschrieben. Bei diesem als Fahrantrieb ausgebildeten Antrieb verfügt der hydraulische Kreislauf über einen Hauptantriebsstrang und einen Nebenantriebsstrang. Der Hauptantriebsstrang besteht aus der vom Verbrennungsmotor angetriebenen Pumpe und dem damit über Druckleitungen verbundenen Hydromotor. An die Druckleitungen des Hauptantriebsstrangs sind Druckleitungen eines parallel geschalteten Nebenantriebsstrangs angeschlossen, der eine zweite Pumpe enthält, die durch den Elektromotor antreibbar ist. Der Elektromotor wird aus einer Batterie mit Energie versorgt, die durch einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Generator geladen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Antriebs der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, dessen Aufbau vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pumpe in einer zum Verbrennungsmotor parallelen Antriebsverbindung mit dem Elektromotor steht.

Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, den Elektromotor nicht über eine separate Pumpe in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Kreislauf zu bringen, sonderen die im hydraulischen Kreislauf bereits vorhandene Pumpe zu nutzen, d.h., diese Pumpe sowohl durch den Verbrennungsmotor als auch im Parallelbetrieb durch den Elektromotor anzutreiben.

Dadurch kann ein kleinerer Verbrennungsmotor eingesetzt werden, der im optimalen Wirkungsgradbereich arbeitet und einen geringen Kraftstoffverbrauch aufweist. Die bei den hydrostatischen Antrieben bekannten Eigenschaften, wie unterbrechungsfreie Zugkraft, gute Steuerbarkeit usw., bleiben erhalten und können im Sinne eines geringen Energieverbrauchs unter allen Lastbedingungen des erfindungsgemäßen hydrostatisch-elektrischen Antriebs genutzt werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung der Erfindung, wonach der Elektromotor als Generator betreibbar und die erzeugte elektrische Energie in den Energiespeicher einspeisbar ist. Es kann somit Energie von der Verbraucherseite her in den Energiespeicher rückgespeist werden, beispielweise bei Verzögerungsvorgängen oder beim Absenken von Lasten, je nachdem, zu welchem Zweck der erfindungsgemäße hydrostatisch-elektrische Antrieb eingesetzt wird. Als Energiespeicher können z. B. für sich allein oder in Kombination miteinander Batterien, Kondensatoren und/oder elektrische Schwungradspeicher Verwendung finden.

Der Verbrennungsmotor, die Pumpe und der Elektromotor sind mit Vorteil koaxial zueinander angeordnet, so dass sich eine platzsparende Bauweise ergibt.

Hierbei kann die Pumpe zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnet sein. Zur parallelen Energieeinspeisung in die Pumpe sind dann beide Enden einer sich durch die Pumpe hindurch erstreckenden Antriebswelle mit dem Verbrennungsmotor bzw. dem Elektromotor drehmomentübertragend verbunden.

Sofern der Elektromotor und die Pumpe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, kann die durchströmende Hydraulikflüssigkeit zur Kühlung des Elektromotors genutzt werden. Dadurch ist es möglich, den Elektromotor mit hohen elektrischen Stromdichten zu betreiben und den Bauraum zu verringern.

Diese Vorteile ergeben sich gemäß einer anderen Ausgestaltung auch dann, wenn der Elektromotor und eine Zusatzpumpe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Zusatzpumpe kann z. B. für eine Arbeitshydraulik oder für eine hydraulische Lenkung vorhanden sein.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zwischen den Verbrennungsmotor und die Pumpe eine Kupplung oder ein Freilauf geschaltet ist. Dadurch kann der Verbrennungsmotor zeitweise abgeschaltet oder im Leerlauf betrieben werden, um den hydrostatisch-elektrischen Antrieb auch in Umgebungen betreiben zu können, in denen keine oder nur geringe Abgasemissionen zulässig sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Prinzipaufbau des erfindungsgemäßen hydrostatisch-elektrischen Antriebs,
2 eine erste Variante des Antriebs und
3 eine zweite Variante des Antriebs.
Der erfindungsgemäße hydrostatisch-elektrisch Antrieb ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Fahrantrieb ausgebildet und verfügt über einen Verbrennungsmotor 1, der mit einer Pumpe 2 (bevorzugt Verstellpumpe) gekoppelt ist, die über Druckleitungen 3, 4 mit zwei, in einer Antriebsachse 5 angeordneten Hydromotoren 6, 7 (hier: Konstantmotoren, auch Verstellmotoren sind möglich) hydraulisch verbunden ist. Hierbei sind die Pumpe 2 und die Hydromotoren 6, 7 in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnet. Es versteht sich, dass anstelle eines Fahrantriebs oder auch zusätzlich jede andere Art von hydrostatischem Verbraucher vorhanden sein kann.
Der Verbrennungsmotor 2 wird durch einen Tank 8 mit Kraftstoff versorgt und ist beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet. Selbstverständlich kann prinzipiell auch jede andere geeignete Art von thermischer Kraftmaschine Verwendung finden, z. B. eine Gasturbine.
Parallel zum Verbrennungsmotor 1 ist die Pumpe 2 durch einen Elektromotor 9 antreibbar, der aus einem elektrischen Energiespeicher 10 (z. B. Batterie und/oder Kondensator und/oder elektrischer Schwungradspeicher) versorgt wird. Der Verbrennungsmotor 1, die Pumpe 2 und der Elektromotor 9 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel ko axial zueinander angeordnet, wobei sich die Pumpe 2 zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Elektromotor 9 befindet. Zweckmäßigerweise verfügt die Pumpe 2 über eine durchgehende Antriebswelle, deren Enden mit dem Verbrennungsmotor 1 bzw. dem Elektromotor 9 gekopplet sind.
Da der Verbrennungsmotor 1 die Pumpe 2 nicht allein antreibt, sonden ein Parallelbetrieb zum Elektromotor 9 erfolgt, ist es möglich, den Verbrennungsmotor 1 kleiner auszuführen, was den Aufbau vereinfacht und den Kraftstoffverbrauch verringert, auch deshalb, weil ein kleinerer Verbrennungsmotor in der Regel einen günstigeren Wirkungsgrad hat.
Der Elektromotor 9 ist auch als Generator betreibbar. Hierbei wird beispielweise bei Bergabfahrt eines mit dem Fahrantrieb ausgerüsteten Fahrzeugs oder beim Bremsen Energie über den hydraulischen Kreislauf in die Pumpe 2 eingespeist, die damit als Hydromotor läuft und den Elektromotor 9 generatorisch antreibt. Die dabei vom Elektromotor 9 rückgewonnene Energie wird dem elektrischen Energiespeicher 10 zugeführt, der jedoch auch aus externen Energiequellen gespeist werden kann (gestrichelter Pfeil).
Um zeitweise einen emissionfreien oder emissionarmen Betrieb zu ermöglichen, kann zwischen die Pumpe 2 und den Verbrennungsmotor 1 eine Kupplung oder ein Freilauf geschaltet sein (nicht dargestellt).
Die in 2 dargestellte Variante des erfindungsgemäßen hydrostatisch-elektrischen Antriebs unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Variante dadurch, dass die Pumpe 2 und der Elektromotor 9 in einem gemeinsamen Gehäuse 11 angeordnet sind. Der Elektromotor 9 kann daher durch Hydraulikflüssigkeit gekühlt werden, was eine höhere Stromdichte und ein kleineres Bauvolumen erlaubt.
Bei der in 3 dargestellten Variante ist die Pumpe 2 mit einer Zusatzpumpe 12 gekoppelt, die wiederum mit dem Elektromotor 9 verbunden ist. Die Zusatzpumpe 12 und der Elektromotor 9 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 11 angeordnet, so dass auch hier der Elektromotor 9 durch Hydraulikflüssigkeit gekühlt wird.

Claims

Hydrostatisch-elektrischer Antrieb mit einem Verbrennungsmotor, einer davon angetriebenen Pumpe, die zusammen mit mindestens einem Hydromotor in einem hydraulischen Kreislauf angeordnet ist, einem elektrischen Energiespeicher und einem Elektromotor, der an den Energiespeicher angeschlossen und in Wirkverbindung mit dem hydraulischen Kreislauf bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) in einer zum Verbrennungsmotor (1) parallelen Antriebsverbindung mit dem Elektromotor (9) steht.
Hydrostatisch-elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) als Generator betreibbar und die erzeugte elektrische Energie in den Energiespeicher (10) einspeisbar ist.
Hydrostatisch-elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1), die Pumpe (2) und der Elektromotor (9) koaxial zueinander angeordnet sind.
Hydrostatisch-elektrischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Elektromotor (9) angeordnet ist.
Hydrostatisch-elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (9) und die Pumpe (2) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Hydrostatisch-elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (9) und eine Zusatzpumpe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Hydrostatisch-elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verbrennungsmotor (1) und die Pumpe (2) eine Kupplung oder ein Freilauf geschaltet ist.