DE102012006189A1

DE102012006189A1 - Antriebsvorrichtung in einer selbstfahrenden Baumaschine sowie Verfahren zum Einstellen eines Drehzahlverhältnisses bei einer derartigen Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012006189A1
Application number: DE102012006189A
Authority: DE
Inventors: Rafael Schomaker; Manfred Hammes; Marco Reuter
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-02
Also published as: WO2013143652A1; US10000897B2; US20150091363A1; WO2013143652A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bei einer selbstfahrenden Baumaschine mit einer erster Antriebseinheit, welche eine erste Drehzahl (n1) bereitstellt. Über ein Planetengetriebe wird die erste Drehzahl (n1) in eine andere Drehzahl (n3) überführt, mit welcher eine Arbeitseinrichtung der Baumaschine, insbesondere eine Fräsrotor zum Bearbeiten von Bodenoberflächen betreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung in einer selbstfahrenden Baumaschine, insbesondere einer Baumaschine zum Bearbeiten von Bodenoberflächen, mit einer ersten Antriebseinheit und einer Arbeitseinrichtung, wobei ein erster Antriebsstrang zwischen der ersten Antriebseinheit und der Arbeitseinrichtung mit einer anderen Drehzahl arbeitet. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Durchführung einer Drehzahländerung der im ersten Antriebsstrang liegenden Arbeitseinrichtung.
Beispiele für selbstfahrende Baumaschinen sind insbesondere Walzen, Müllverdichter, Straßenfräsmaschinen, Recycler, Bodenstabilisierer sowie stationäre und mobile Brecheranlagen. Sie weisen als Hauptantrieb einen Verbrennungsmotor auf, über welchen der Fahrantrieb sowie Antriebe für Arbeitseinrichtungen angetrieben werden. Arbeitseinrichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen insbesondere Arbeitseinrichtungen sein, die eine große Masse und damit eine große Massenträgheit aufweisen und nur langsam von der Leerlaufdrehzahl auf die Betriebsdrehzahl gebracht werden können. Beispiele hierfür sind Fahrantriebe der selbstfahrenden Baumaschinen sowie die Fräsrotoren bei den zuletzt genannten Baumaschinen. Baumaschinen mit Fräsrotoren wechseln beim Abfräsen eines Fahrbahnbelags typischerweise zwischen Arbeitsbetrieb bei langsamer Fahrtgeschwindigkeit und Rangier- und Transportbetrieb mit größerer Geschwindigkeit. Im Arbeitsbetrieb ist der Fräsrotor in eine Arbeitsposition abgesenkt, und er wird mit einer Betriebsdrehzahl betrieben.
In der Regel werden der Hauptantrieb und die Antriebe für Arbeitseinrichtungen, die auch als Nebenantrieb bezeichnet werden, mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben. Es ist daher regelmäßig erforderlich, dass bei der Zuschaltung von Arbeitseinrichtungen ein definierter Ablauf eingehalten werden muss, bei welchem zuerst eine bestimmte Drehzahl des Hauptantriebs eingestellt werden muss, bevor die Zuschaltung erfolgen und der Kraftfluss wieder hergestellt werden kann. Beim Ankoppelvorgang wird bei bekannten Baumaschinen die Getriebeanordnung im Schlupfbetrieb gefahren, bis die erste Antriebseinheit und der Fräsrotor mit einer synchronen Drehzahl drehen. Abhängig von der Drehzahldifferenz und der Massenträgheit des Antriebsstranges verlängert sich der Schlupfbetrieb und der Verschleiß erhöht sich somit, was die Lebensdauer der Komponenten verkürzt. Da als Hauptantriebseinheit vorwiegend ein Verbrennungsmotor mit stark drehzahlabhängiger Leistungsabgabe verwendet wird, wird er durch den Wechsel zwischen der Leerlauf- und der Betriebsdrehzahl nicht im optimalen Bereich betrieben, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt.
Ein Ankoppeln des Fräsrotors bei ausgeschalteter Antriebseinheit oder bei Betriebsdrehzahl ist nicht möglich. Es ist dazu vielmehr erforderlich, die Antriebseinheit auf eine reduzierte Drehzahl, in der Regel Leerlaufdrehzahl, zu bringen, damit der Zuschaltvorgang erfolgen kann. Anschließend muss die Betriebsdrehzahl wieder eingestellt werden. Um den zeitaufwändigen Zuschaltvorgang beim Übergang vom Rangierbetrieb in den Arbeitsbetrieb zu vermeiden, wird der Fräsrotor im Rangierbetrieb häufig mit derselben Drehzahl wie im Arbeitsbetrieb weiterlaufen lassen. Da beim Rückwärtsfahren die Drehrichtung der Räder oder Laufketten der Baumaschine und des Fräsrotors Übereinstimmen, besteht die Gefahr, dass die Baumaschine bei einer unbeabsichtigten Berührung des Fräsrotors mit dem Untergrund unkontrolliert beschleunigt wird. Dies birgt ein erhebliches Gefahrenpotential und kann darüber hinaus zu Beschädigungen des Fräsrotors führen.
Bei Wartungs- und Montagearbeiten am Fräsrotor einer Fräsmaschine, beispielsweise beim Ersetzen von Fräsmeißeln, ist es erforderlich, den Fräsrotor langsam und schrittweise mit kleinem Winkelversatz oder kontinuierlich zu bewegen, damit eine Bedienperson beliebigen Zugriff auf den gesamten Zylindermantel erhält, auch wenn der Fräsrotor in der Fräsmaschine eingebaut ist. Die erste Antriebseinheit, wenn sie der Hauptantrieb ist, ist dafür nicht geeignet. Eine Verwendung des Hauptantriebs ist beim Stand der Technik aus Sicherheitsgründen hierfür auch nicht zulässig. Er muss daher immer abgeschaltet sein. Daher werden diese Arbeiten mit einer zweiten Antriebseinheit als Nebenantrieb durchgeführt. Bekannte Zuschaltungen dieses Nebenantriebs bei gleichzeitigem Abschalten des Hauptantriebs haben sich als relativ aufwändig erwiesen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen einer Drehzahländerung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchen die Einstellung der Drehzahl der Arbeitseinrichtung auf einfache Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig dadurch gelost, dass ein zweiter Antriebsstrang mit einer zweiten Antriebseinheit zwischen der zweiten Antriebseinheit und der Arbeitseinrichtung vorhanden ist, und dass die beiden Antriebsstränge über ein Summiergetriebe zusammengeführt sind.
Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelost, dass eine von einer zweiten Antriebseinheit erzeugte dritte Drehzahl auf die erste Drehzahl aufsummiert wird, und dass die Arbeitseinrichtung mit der dritten Drehzahl betrieben wird.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein kupplungsloses Anfahren, Beschleunigen und Abbremsen sowie Betreiben der Arbeitseinrichtung mit der dafür optimalen Drehzahl ermöglicht wird, ohne das die erste Antriebseinheit von ihrer optimalen Betriebsdrehzahl heruntergefahren werden muss. Die für das Anfahren der Arbeitseinrichtung erforderliche Drehzahlanpassung kann allein durch die Wahl der Drehzahl der zweiten Antriebseinheit vorgenommen werden. Somit kann die erste Antriebseinheit immer mit einer optimalen Betriebsdrehzahl betrieben werden, so dass sich der Energieverbrauch reduzieren lässt. Bevorzugt ist die erste Antriebseinheit ein Verbrennungsmotor, bei welchem anhand von Betriebskennfeldern ermittelt werden kann, bei welcher Drehzahl der Verbrennungsmotor betrieben werden muss, um eine bestimmte Leistung bei möglichst geringem Kraftstoffverbrauch abzugeben. Das Summiergetriebe ermöglicht auf einfache Weise die stufenlose Einstellung des gewünschten Drehzahlverhältnisses zwischen der ersten Antriebseinheit und der Arbeitseinrichtung.
Gleichzeitig kann die dritte Drehzahl an den jeweiligen Anwendungsbereich der Arbeitseinrichtung angepasst werden, so dass die Arbeitseinrichtung wunschgemäß betrieben werden kann. Im Falle der oben erwähnten Baumaschinen kann beispielsweise der Fahrantrieb und/oder der Fräsrotor mit einer höheren oder niedrigeren zweiten Drehzahl betrieben werden. Weiterhin kann bei Fräsmaschinen die Fräsleistung bei reduzierter Fahrgeschwindigkeit erhöht und die Meiselgeschwindigkeit zur Optimierung der Oberflächengüte des zu bearbeitenden Untergrunds mittels der Wahl der dritten Drehzahl eingestellt werden, z. B. beim sog. Feinfräsen. Im Rangier- und Reversierbetrieb kann die dritte Drehzahl unter Beibehaltung der Betriebskennzahl der ersten Antriebseinheit reduziert oder sogar auf null gestellt werden. Zeitraubende Ankoppelvorgange und Drehzahldurchlaufe der ersten Antriebseinheit entfallen, so dass ein Arbeitsauftrag schneller und kostengünstiger abgewickelt werden kann, als mit bekannten Baumaschinen.
Die Aufgabe wird ferner für Wartungs- und Montagearbeiten durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens gelost, bei welchem der erste Antriebsstrang unterbrochen und der zweite Antriebsstrang am Fräsrotor zugeschaltet wird. Erfindungsgemäß kann mit einem Summiergetriebe besonders einfach eine Zuschaltung des Nebenantriebs erfolgen, der von der zweiten Antriebseinheit gebildet wird. Ein besonderer Vorteil wird erzielt, wenn der Nebenantrieb sowohl für Wartungs- und Montagearbeiten verwendet wird, als auch zur Drehzahlanpassung im Fahrantrieb und beim Zuschalten von Arbeitseinrichtungen. Dann können alle diese Funktionen mit nur einer einzigen zweiten Antriebseinheit erfüllt werden.
Eine vorteilhafte Fortbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe umfasst, wobei die zweite Antriebseinheit in das Planetengetriebe eingreift. Mit Planetengetrieben lassen sich große Über- oder Untersetzungsverhältnisse bei kompakter Bauform erzielen. Da die zweite Antriebseinheit in das Planetengetriebe eingreift, bleibt die kompakte Bauform erhalten.
Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass das Planetengetriebe ein Sonnenrad, einen Planetenträger mit einer Anzahl von Planetenrädern und ein Hohlrad umfasst, wobei das Hohlrad auf einer Antriebswelle drehbar gelagert und der Planetenträger mit einer Ausgangswelle drehfest verbunden sind, und die zweite Antriebseinheit in das Hohlrad eingreift. Hierzu kann das Hohlrad neben der Innenverzahnung auch eine Außenverzahnung aufweisen, in welche eine Abtriebswelle der zweiten Antriebseinheit mit einer korrespondierenden Verzahnung eingreift. Dadurch, dass das Hohlrad auf der Antriebswelle der Getriebeanordnung drehbar gelagert ist, kann es sich schlupffrei in Abhängigkeit der ersten Drehzahl der ersten Antriebseinheit und der zweiten Drehzahl der zweiten Antriebseinheit drehen. Ein Drehmomentwandler ist in diesem Fall nicht notwendig, so dass der konstruktive Aufwand der Getriebeanordnung gering gehalten und die von der ersten Antriebseinheit abgegebene Leistung besser genutzt werden.
Wenn die erste Antriebseinheit als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, kann der Motor immer mit der optimalen Drehzahl betrieben werden, um eine bestimmte Leistung bei möglichst geringem Kraftstoffverbrauch abzugeben. Wird die erste Antriebseinheit mit einer weitgehend konstanten ersten Drehzahl im Bereich der optimalen Leistungsabgabe betrieben, so kann die dritte Drehzahl und damit die Drehzahl der Arbeitseinrichtung allein durch Steuern oder Regeln der zweiten Antriebseinheit voll variabel und stufenlos gewählt und somit das Drehzahlverhältnis flexibel eingestellt werden. Im Rangierbetrieb kann die Arbeitseinrichtung mit einer geringen dritten Drehzahl betrieben werden. Da der Kraftfluss zwischen der ersten Antriebseinheit und der Arbeitseinrichtung nicht unterbrochen wird, ist ein Schlupfbetrieb zum Ankoppeln der Arbeitseinrichtung nicht mehr notwendig, so dass der Verschleiß der Komponenten der Vorrichtung reduziert und die Lebensdauer im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen erhöht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Planetengetriebe ein Sonnenrad, einen Planetenträger mit einer Anzahl von Planetenrädern und ein Hohlrad umfasst, wobei der Planetenträger auf einer Antriebswelle drehbar gelagert und das Hohlrad mit einer Ausgangswelle drehfest verbunden ist, und die zweite Antriebseinheit in den Planetenträger eingreift. Hierzu kann der Planetenträger neben der Innenverzahnung eine Außenverzahnung aufweisen, in welche eine Abtriebswelle der zweiten Antriebseinheit mit einer korrespondierenden Verzahnung eingreift. Dadurch, dass der Planetenträger auf der Antriebswelle der Getriebeanordnung drehbar gelagert ist, kann er sich schlupffrei in Abhängigkeit von der ersten Drehzahl der ersten Antriebseinheit und der zweiten Drehzahl der zweiten Antriebseinheit drehen. Ein Drehmomentwandler ist auch in diesem Fall nicht notwendig. Wird die erste Antriebseinheit mit einer weitgehend konstanten ersten Drehzahl im Bereich der optimalen Leistungsabgabe betrieben, so kann die dritte Drehzahl und damit die Drehzahl der Arbeitseinrichtung allein durch Steuern oder Regeln der zweiten Antriebseinheit voll variabel und stufenlos gewählt werden.
Vorzugsweise ist die zweite Antriebseinheit als ein Hydraulikmotor ausgebildet. Beim Einsatz in Baumaschinen ist eine Hydraulikversorgung üblicherweise vorhanden, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen werden müssen, um den Hydraulikmotor zu betreiben.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Hydraulikmotor mittels einer Hydraulikpumpe betreibbar, die von der ersten Antriebseinheit angetrieben wird, vorzugsweise über ein Verteilergetriebe. In dieser Ausgestaltung wird der Hydraulikmotor indirekt über die erste Antriebseinheit angetrieben, so dass kein gesondertes Antriebsaggregat für den Hydraulikmotor notwendig ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zweite Antriebseinheit direkt von der ersten Antriebseinheit angetrieben wird. Auch hierdurch lässt sich der konstruktive Aufwand zur Bereitstellung der zweiten Antriebseinheit reduzieren, da auch in dieser Ausführungsform keine zusätzlichen Antriebsaggregate für die zweite Antriebseinheit benötigt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dadurch weitergebildet, dass die zweite Antriebseinheit als ein Elektromotor ausgebildet ist. Elektromotoren zeichnen sich durch eine kompakte Bauweise aus und weisen eine weitgehend drehzahlunabhängige Leistungsabgabe auf. Darüber hinaus lassen sie sich gut mit einer elektronischen Regeleinrichtung kontrollieren und in einen vorhandenen Steuer- oder Regekreis einer Baumaschine integrieren.
Vorzugsweise treibt die erste Antriebseinheit einen Generator an, mit dem der Elektromotor betreibbar ist. Somit wird keine separate Energieversorgung für den Elektromotor benötigt, so dass immer genügend Energie für die zweite Antriebseinheit zur Verfugung steht, solange die erste Antriebseinheit in Betrieb ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit mit einem Speichermedium zum Speichern von Energie zusammenwirkt. Das Speichermedium kann als Akkumulator zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildet sein, wenn die erste Antriebseinheit einen Generator antreibt. Alternativ oder zusätzlich kann das Speichermedium als Schwungrad ausgebildet sein, das die kinetische Energie bzw. die Rotationsenergie der ersten Antriebseinheit direkt speichert. Steht die zweite Antriebseinheit still, so kann die von der ersten Antriebseinheit abgegebene Energie mit dem Speichermedium gespeichert werden, mit dem die zweite Antriebseinheit im Bedarfsfall mit angetrieben werden kann. Die erste Antriebseinheit kann somit kleiner ausgelegt werden, was sich verbrauchsreduzierend auswirkt („Downsizing”).
Vorzugsweise umfasst die zweite Antriebseinheit ein CVT-Getriebe, welches von der ersten Antriebseinheit antreibbar ist. Auch hierdurch wird die zweite Antriebseinheit indirekt über die erste Antriebseinheit angetrieben, wobei das CVT-Getriebe den Vorteil einer stufenlosen Übersetzung bietet, so dass die zweite Drehzahl ebenfalls stufenlos auf mechanischem Weg eingestellt werden kann.
Vorzugsweise ist die Arbeitseinrichtung als Fräsrotor einer Baumaschine zum Bearbeiten von Bodenoberflächen ausgebildet. Fräsrotoren von Baumaschinen haben üblicherweise eine hohe Masse und damit eine hohe Massenträgheit, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Baumaschinen besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann. Die Verbrauchsreduzierung als auch die stufenlose Verstellbarkeit der zweiten Drehzahl, mit welcher der Fräsrotor betrieben wird, führen dazu, dass Straßenbeläge kostengünstiger, schneller und sicherer als mit bislang bekannten Baumaschinen abgefräst werden können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls mittels einer Baumaschine zum Bearbeiten von Bodenoberflächen mit einer Vorrichtung nach einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele gelost. Die sich hieraus ergebenden Vorteile und technischen Effekte entsprechen denjenigen, die vorstehend bereits für die erfindungsgemäße Vorrichtung dargelegt worden sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine selbstfahrende Baumaschine zur Bodenbearbeitung;
2 eine detailliertere Darstellung der in der Baumaschine nach 1 verbauten erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
3 bis 15 jeweils ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine als Straßenfräse ausgebildete Baumaschine 1 zum Bearbeiten einer Verkehrsfläche 2, mit einem Maschinenrahmen 3 und Rädern 4. Sie ist mit einer Arbeitseinrichtung 5 ausgerüstet, welche im dargestellten Beispiel als Fräsrotor 6 ausgebildet ist. In der Darstellung von 1 befindet sich der Fräsrotor 6 in abgesenkter Arbeitsstellung. Die Fahrtrichtung während des Fräsbetriebs ist mit Pfeil P₁ bezeichnet. Die Drehrichtung des Fräsrotors 6, die durch den Pfeil P₂ angedeutet ist, ist hierbei entgegengesetzt zur Drehrichtung der Räder 4, die mit dem Pfeil P₃ gekennzeichnet ist.
Gemäß 2 weist die Baumaschine 1 eine Antriebsvorrichtung 26 für den Fräsrotor 6 auf. Sie umfasst eine erste Antriebseinheit 7, die über eine Abtriebswelle 8 einen Riemenantrieb 9 mit einer ersten Drehzahl n₁ antreibt. Die erste Antriebseinheit 7 ist hier der leistungsstarke Hauptantrieb der Baumaschine 1, der als Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Zwischen der ersten Antriebseinheit 7 und dem Riemenantrieb 9 sind an der Abtriebswelle 8 nacheinander eine Entkopplungseinheit 12, ein Verteilergetriebe 14, eine Elastikkupplung 15 und eine schaltbare Kupplung 16 angeordnet. Mittels des Verteilergetriebes 14 können zusätzlich zum Fräsrotor 6 mehrere andere Arbeitseinrichtungen (nicht dargestellt) oder Verbraucher der Baumaschine 1 angetrieben werden, die hier als hydraulische Verstellpumpen 13 ausgebildet sind.
Der Riemenantrieb 9 treibt eine erste Antriebswelle 10 für ein Getriebe 11 des Fräsrotors 6, welches innerhalb des Fräsrotors 6 angeordnet ist. Im dargestellten Beispiel haben die Abtriebswelle 8 und die erste Antriebswelle 10 die gleiche erste Drehzahl n₁. Das Getriebe 11 ist als Dreiwellengetriebe mit einer zweiten Antriebswelle 18 ausgebildet, die von einer zweiten Antriebseinheit 19 im Fräsrotor 6 mit einer zweiten Drehzahl n₂ angetrieben wird. Die zweite Antriebseinheit 19 ist als Nebenantrieb mit einer kleineren Leistung als die erste Antriebseinheit 7 ausgebildet. Das Getriebe 11 treibt den Fräsrotor über eine Ausgangswelle 24 mit einer dritten Drehzahl n₃ an.
Jeweils ausgehend von der ersten und zweiten Antriebseinheit 7, 19 werden zwei Antriebsstränge zur Ausgangswelle 24 gebildet. Das Getriebe 11 ist ein Summiergetriebe, mit welchem die beiden Antriebsstränge auf der Ausgangswelle 24 gebündelt und von dort zum Fräsrotor 6 geführt werden. Über das Summiergetriebe kann die dritte Drehzahl n₃ durch Verändern der ersten und/oder der zweiten Drehzahl n₂ verändert werden. Insbesondere kann die dritte Drehzahl n₃ durch Verändern der zweiten Drehzahl n₂ unabhängig von der ersten Drehzahl n₁ verändert werden.
In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₁ dargestellt, wobei die vorstehend beschriebenen Bauteile zwischen der ersten Antriebseinheit 7 und dem Riemenantrieb 9 zur Vereinfachung nicht wiedergegeben sind. Der Riemenantrieb 9 ist durch ein Zahnradsymbol veranschaulicht und das Verteilergetriebe ist als Zahnrad 14 dargestellt. Das Getriebe 11 weist ein Planetengetriebe 25 mit einem Sonnenrad 21, Planetenrädern 22 und einem ersten Hohlrad 20 auf.
Die zweite Antriebseinheit 19 ist über die zweite Antriebswelle 18 mit einem Zahnrad 17 verbunden, welches in das Planetengetriebe 25 eingreift. Die zweite Antriebseinheit 19 ist in diesem ersten Beispiel als steuerbarer Hydraulikmotor ausgeführt.
Die erste Antriebseinheit 7 treibt über das Verteilergetriebe 14 und den Riemenantrieb 9 die Antriebswelle 10 mit der ersten Drehzahl n₁ an, auf welcher das Sonnenrad 21 sitzt. Es ist in Eingriff mit den Planetenrädern 22, die drehbar auf einem Planetenträger 23 gelagert sind. Der Planetenträger 23 ist drehfest mit der Ausgangswelle 24 verbunden, welche den Fräsrotor 5 (vgl. 1 und 2) mit der dritten Drehzahl n₃ antreibt. Auf der Antriebswelle 10 ist das erste Hohlrad 20 drehbar gelagert, welches eine Innenverzahnung 28 und eine Außenverzahnung 29 aufweist. Über die Innenverzahnung 28 steht das erste Hohlrad 20 mit den Planetenrädern 22 im Eingriff, während die zweite Antriebseinheit 19 mit dem Zahnrad 26 in die Außenverzahnung 29 des ersten Hohlrades 26 mit der zweiten Drehzahl n₂ eingreift.
Der erste Antriebsstrang umfasst die erste Antriebseinheit 7, das Verteilergetriebe 14, den Riemenantrieb 9, das Sonnenrad 21, die Planetenräder 22 und den Planetenträger 23. Zum zweiten Antriebsstrang gehören die zweite Antriebseinheit 19, das Zahnrad 17, das erste Hohlrad 27, die Planetenräder 22 und der Planetenträger 23.
Im Betrieb treibt die erste Antriebseinheit 7 die Antriebswelle 10 mit der ersten Drehzahl n₁ an, mit der sich auch das Sonnenrad 21 dreht. Bei Stillstand der zweiten Antriebseinheit 19 steht auch das erste Hohlrad 26 still, so dass die Planetenräder 22 auf der Innenverzahnung 28 des ersten Hohlrades 26 abrollen und den Planetenträger 23 mit der dritten Drehzahl n₃ drehen, die im festen Verhältnis zur ersten Drehzahl n₁ entsprechend den Übersetzungsverhältnissen des Getriebes 11 steht.
Wird die zweite Antriebseinheit 19 mit einer zweiten Drehzahl n₂ ≠ 0 betrieben, so dreht sich das erste Hohlrad 27 um die Antriebswelle 10. Folglich walzen die Planetenräder 22 mit einer anderen Relativgeschwindigkeit auf dem ersten Hohlrad 26 im Vergleich zum stillstehenden ersten Hohlrad 26, was zu einer Veränderung der dritten Drehzahl n₃ der Ausgangswelle 24 führt. Je nach Drehrichtung und zweiter Drehzahl n₂ der zweiten Antriebseinheit 19 kann die dritte Drehzahl n₃ erhöht oder verringert werden. Die dritte Drehzahl n₃ kann auf diese Weise auch auf null reduziert werden. Ferner kann die Ausgangswelle 24 über die zweite Antriebseinheit 19 auch in ihrer Drehrichtung verändert werden.
Bei Stillstand der ersten Antriebseinheit 7 bestimmt die zweite Antriebseinheit 19 die dritte Drehzahl n₃.
Die zweite Drehzahl n₂ der zweiten Antriebseinheit 19 kann mit einer Steuereinrichtung nach festen Algorithmen gesteuert werden, wobei verschiedene Programme für das jeweilige Material des Fahrbahnbelags 12 oder für die zu erreichende Oberflächenbeschaffenheit bereitgestellt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Drehzahl n₂ der zweiten Antriebseinheit 19 auch abhängig von verschiedenen Anwendungszwecken geregelt werden. In diesem Fall wird die dritte Drehzahl n₃ durch einen nicht dargestellten Sensor erfasst und mit einem Sollwert verglichen. Gegebenenfalls wird die zweite Drehzahl n₂ der zweiten Antriebseinheit 19 verändert, um den Sollwert einzustellen. Auf diese Weise können eventuelle Schwankungen der ersten Drehzahl n₁ oder der dritten Drehzahl n₃ ausgeglichen werden.
Wenn die zweite Antriebseinheit zum Anfahren des Fräsrotors 6 und/oder zur Unterstutzung des Fräsbetriebs eingesetzt wird, beträgt das Leistungsverhältnis zwischen der ersten und der zweiten Antriebseinheit 7, 19 (P_A1/P_A2) typischerweise 10 oder mehr. So kann beispielsweise P_A1 500 bis 240 kW betragen. Die erste Drehzahl n₁ beträgt dabei beispielsweise 1800 min^–1, während die dritte Drehzahl n₃ 300 min^–1 beträgt.
Für Montage- und Wartungsarbeiten am Fräsrotor 6 wird die erste Antriebseinheit 7 abgeschaltet und der Fräsrotor 6 wird ausschließlich mit der zweiten Antriebseinheit 19 bewegt. Die zweite Antriebseinheit 7 muss zu diesem Zweck so ausgebildet sein, dass die dritte Drehzahl n₃ so klein gewählt werden kann, dass der Fräsrotor 6 ohne Gefährdung einer Bedienperson langsam bewegt und in kurzen Winkelabständen angehalten werden kann.
In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₂ dargestellt. Es weist ein Planetengetriebe 25' mit dem Sonnenrad 21, den Planetenrädern 22 und einem zweiten Hohlrad 31 auf. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist im zweiten Ausführungsbeispiel ein zweiter Planetenträger 30 drehbar auf der Antriebswelle 10 gelagert und das zweite Hohlrad 31 ist drehfest mit der Ausgangswelle 24 verbunden. Das zweite Hohlrad 31 weist eine Innenverzahnung 28 auf, die mit den Planetenrädern 22 in Eingriff steht. Die zweite Antriebseinheit 19 greift mit dem Zahnrad 17 in den zweiten Planetenträger 30 ein, der hierzu eine Außenverzahnung 29 aufweist.
Der erste Antriebsstrang umfasst in diesem Beispiel die erste Antriebseinheit 7, den Riemenantrieb 9, das Sonnenrad 21, die Planetenräder 22 und das zweie Hohlrad 31. Zum zweiten Antriebsstrang gehören die zweite Antriebseinheit 19, das Zahnrad 17, der zweite Planetenträger 30, die Planetenräder 22 und das zweite Hohlrad 21.
Die in 5, 6, 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiele geben jeweils zusätzlich Beispiele für den Antrieb der zweiten Antriebseinheit 7 wieder. Im Übrigen stimmen der erste und der zweite Antriebsstrang mit den Antriebssträngen des ersten Beispiels gemäß 3 überein.
In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₃ dargestellt, bei welchem die als Hydraulikmotor ausgebildete zweite Antriebseinheit 19 über eine Hydraulikleitung 32 von einer der Hydraulikpumpen 13 versorgt wird. Sie wird über das Verteilergetriebe 14 mit einem Zahnrad 33 angetrieben. Die erste Antriebseinheit 7 treibt somit mittelbar auch die zweite Antriebseinheit 19 an.
Um die Hydraulikleitung 32 in den Fräsrotor zu führen, ist die Eingangswelle 10 als Hohlwelle ausgeführt.
Bei dem in 6 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₄ treibt die erste Antriebseinheit 7 eine Hydraulikpumpe 34 unmittelbar an, welche die als Hydraulikmotor ausgebildete zweite Antriebseinheit 19 über die Hydraulikleitung 32 versorgt.
In 7 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₅ dargestellt, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 dadurch unterscheidet, dass die zweite Antriebseinheit 19' als Elektromotor ausgeführt ist. Die Drehzahl- und Leistungsregelung erfolgt über eine Regeleinheit 35.
In 8 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₆ gezeigt, bei dem gegenüber dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß 7 zusätzlich ein Generator 36 vorhanden. Er dient zur Versorgung der als Elektromotor ausgebildeten zweite Antriebseinheit 19' und wird unmittelbar von der ersten Antriebseinheit 7 angetrieben. Der Elektromotor und der Generator 36 sind über eine elektrische Leitung 37 miteinander verbunden. Der Generator 36 kann als Schwungradgenerator ausgebildet sein. Das Schwungrad dient dann als Speicher für die von der ersten Antriebseinheit 7 abgegebene kinetische Energie.
Um die elektrische Leitung 37 in den Fräsrotor zu führen, ist die Eingangswelle 10 als Hohlwelle ausgeführt.
9 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₇, das sich vom sechsten Ausführungsbeispiel gemäß 8 dadurch unterscheidet, dass zwischen der als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebseinheit 19' und dem Generator 36 ein Akkumulator 38 als Speicher für die vom Generator 36 erzeugte elektrische Energie. Bei dieser Variante kann der Generator 36 ebenfalls als Schwungradgenerator ausgebildet sein.
Bei dem in 10 dargestellten achten Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₈ wird die als Elektromotor ausgebildete zweite Antriebseinheit 19' ausschließlich von einer separaten Energiequelle 42, insbesondere einem Akkumulator, versorgt. Im Übrigen entspricht die Antriebsvorrichtung 26 ₈ dem siebten Ausführungsbeispiel gemäß 9.
In 11 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 26 ₉ dargestellt, bei welcher die zweite Antriebseinheit 19'' als stufenloses Getriebe (CVT-Getriebe) ausgebildet ist. Das ausgangsseitige Kegelscheibenpaar 39 des CVT-Getriebes treibt die zweite Antriebswelle 18 des zweiten Antriebsstranges. Im Übrigen entsprechen der erste und der zweite Antriebsstrang dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3. Das eingangsseitige Kegelscheibenpaar 40 des CVT-Getriebes ist über das Verteilergetriebe 14 und ein Zahnrad 43 mit der Antriebswelle 8 der ersten Antriebseinheit 7 verbunden. Das Übersetzungsverhältnis des CVT-Getriebes erfolgt mittels einer hydraulischen Verstelleinheit 41, die von einer Steuer- oder Regeleinrichtung 42 gesteuert wird.
Das in 12 dargestellte zehnte Ausführungsbeispiel weist ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 21, zwei Planetenrädern 22 und einem zweiten Hohlrad 31 mit der Ausgangswelle 24 auf. Ein zweiter Planetenträger 30 wird vom als Zahnrad 14 dargestellten Verteilergetriebe angetrieben. Der zweite Planetenträger ist drehbar auf der zweiten Antriebswelle 18 gelagert, die von der zweiten Antriebseinheit 19 kommend das Sonnerad 21 antreibt.
Bei einem 11. Ausführungsbeispiel gemäß 13 ist ein Planetengetriebe 25 mit einem Sonnerad 21, einem ausgangsseitigen Planetenträger 23 mit zwei Planetenrädern 22 vorhanden. Die Welle des Planetenträgers 23 bildet die Ausgangswelle 24. Ein erstes Hohlrad 20 kämmt über seine Innenverzahnung 28 mit den beiden Planetenrädern 22. Das erste Hohlrad wird über seine Außenverzahnung 29 vom Zahnrad 14 angetrieben. Das erste Hohlrad 20 ist drehbar auf der zweiten Antriebswelle 18 gelagert, die von der zweiten Antriebseinheit 19 kommend das Sonnerad 21 antreibt.
Das 12. Ausführungsbeispiel gemäß 14 weist ein Planetengetriebe mit einem Sonnerad 21, zwei Planetenrädern 22 und einem Planetenträger 30 auf. Die Welle des Sonnerades 21 bildet die Ausgangswelle 24. Auf der Ausgangswelle 24 ist ein erstes Hohlrad 20 drehbar gelagert, dessen Innenverzahnung 28 mit den Planetenrädern 22 kämmt. Über seine Außenverzahnung 29 wird es vom Zahnrad 14 angetrieben. Auf der zweiten Antriebswelle 18 sitzt drehfest ein Zahnrad 17, das mit dem zweiten Planetenträger in Eingriff ist.
Das in 15 dargestellte 13. Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem 12. Ausführungsbeispiel in 14 dadurch, dass das auf der zweiten Antriebswelle 18 sitzende Zahnrad 17 mit der Außenverzahnung 29 des ersten Hohlrades kämmt, und die erste Antriebseinheit 7 über das Zahnrad 14 den zweiten Planetenträger 30 antreibt.

Claims

Antriebsvorrichtung in einer selbstfahrenden Baumaschine mit einer ersten Antriebseinheit und einer Arbeitseinrichtung (20), wobei ein erster Antriebsstrang (A) zwischen der ersten Antriebseinheit und der Arbeitseinrichtung (20) gebildet ist, und wobei die erste Antriebseinheit (7) eine erste Drehzahl (n₁) liefert, und die Arbeitseinrichtung mit einer dritten Drehzahl (n₃) arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Antriebsstrang (B) mit einer zweiten Antriebseinheit (19) zwischen der zweiten Antriebseinheit (19) und der Arbeitseinrichtung (20) vorhanden ist, und dass die beiden Antriebsstränge (A, 13) über ein Summiergetriebe zusammengeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Summiergetriebe als Planetengetriebe (25) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (25) ein Sonnenrad (21), einen Planetenträger (23) mit einer Anzahl von Planetenrädern (22) und das Hohlrad (26) umfasst, wobei das Hohlrad (26) auf einer Antriebswelle (10) drehbar gelagert und der Planetenträger (23) mit einer Ausgangswelle (24) fest verbunden ist und die zweite Antriebseinheit (19) in das Hohlrad (26) eingreift.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (25) ein Sonnenrad (21), einen Planetenträger (23) mit einer Anzahl von Planetenrädern (22) und das Hohlrad (26) umfasst, wobei der Planetenträger (23) auf einer Antriebswelle (10) drehbar gelagert und das Hohlrad (26) mit einer Ausgangswelle (24) fest verbunden ist und die zweite Antriebseinheit (19) in den Planetenträger (23) eingreift.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinheit (19) unmittelbar von der ersten Antriebseinheit (7) angetrieben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (7) als Verbrennungsmotor und die zweite Antriebseinheit (19) als Hydraulikmotor ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor mittels einer Hydraulikpumpe (17) angetrieben wird, die vom Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (7) als Verbrennungsmotor und die zweite Antriebseinheit (19) als Elektromotor ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (7) einen Generator (36) antreibt, mit dem der Elektromotor betreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinheit (7) mit einem Speichermedium (38) zum Speichern von Energie zusammenwirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinheit (19) als ein CVT-Getriebe ausgebildet ist, welches von der ersten Antriebseinheit (7) antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitseinrichtung (5) als Fräsrotor einer Baumaschine (1) zum Bearbeiten von Bodenoberflächen (2) ausgebildet ist.
Baumaschine (10) zum Bearbeiten von Bodenoberflächen (2) mit einer Antriebsvorrichtung (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Verfahren zur Durchführung einer Drehzahländerung einer in einem ersten Antriebsstrang liegenden Arbeitseinrichtung einer selbstfahrenden Baumaschine, bei welchem eine erste Antriebseinheit eine erste Drehzahl (n₁) erzeugt, und dadurch gekennzeichnet, dass eine von einer zweiten Antriebseinheit erzeugte zweite Drehzahl (n₂) auf die erste Drehzahl (n₁) zur Bildung einer dritten Drehzahl (n₃) aufsummiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahl (n₁) konstant gehalten und die zweite Drehzahl (n₂) verändert wird.
Verwendung einer Vorrichtung und eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Unterbrechung des ersten Antriebsstranges und Zuschaltung des zweiten Antriebsstranges für Wartungs- und Montagearbeiten am Fräsrotor.