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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Bodenbearbeitungsmaschine, wie z.B. einen Bodenverdichter.
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Aus der
EP 2 662 496 A1 ist eine als Bodenverdichter ausgebildete Bodenbearbeitungsmaschine bekannt, welche durch ein Hybrid-Antriebssystem angetrieben wird. Dieses Hybrid-Antriebssystem umfasst eine Brennkraftmaschine und einen durch diesen anzutreibenden Generator. Die im Betrieb der Brennkraftmaschine vom Generator bereitgestellte elektrische Energie kann über eine Ansteueranordnung wahlweise zu einer Energiespeicheranordnung oder/und zu den in der Bodenbearbeitungsmaschine vorgesehenen Energieverbrauchern, wie z.B. den Fahrantriebsmotoren bzw. den Motoren zum Bewegen einer Unwuchtmasse, geleitet werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für eine Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere Bodenverdichter, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bodenbearbeitungsmaschine vorzusehen, mit welchen ein effizienter Betrieb der verschiedenen Systembereiche, insbesondere der Brennkraftmaschine, gewährleistet werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Antriebssystem für eine Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere Bodenverdichter, umfassend eine Brennkraftmaschine, eine durch die Brennkraftmaschine in einem Generatorbetrieb antreibbare Generatoranordnung, eine im Generatorbetrieb durch die Generatoranordnung aufladbare Energiespeicheranordnung eine Mehrzahl von ausschließlich durch die Energiespeicheranordnung mit Energie zu versorgenden Energieverbrauchern, sowie eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine zum Antreiben der Generatoranordnung im Generatorbetrieb auf Grundlage eines Leistungsbedarfs der Energieverbraucher.
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Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist vorgesehen, dass die Energieverbraucher ausschließlich durch die Energiespeicheranordnung gespeist werden. Eine direkte Einleitung der von der Brennkraftmaschine oder der Generatoranordnung bereitgestellten Energie in die Energieverbraucher ist bei dem erfindungsgemäßen System nicht vorgesehen. Dies stellt sicher, dass dann, wenn im Bereich der Energieverbraucher Variationen in der Leistungsanforderung auftreten, zum Abfangen von Leistungsspitzen nicht spontan eine Anpassung des Betriebs der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Da grundsätzlich jedoch die Brennkraftmaschine angepasst an den Leistungsbedarf der Energieverbraucher betrieben wird, um über die Generatoranordnung die Energiespeicheranordnung zu laden bzw. in einem vorbestimmten Ladezustand zu halten, ist gleichwohl gewährleistet, dass auch beim Auftreten von Spitzen im Leistungsbedarf diese durch die aus der Energiespeicheranordnung heraus bereitgestellte Energie- bzw. Leistungsversorgung der Energieverbraucher abgefangen werden können.
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Da bei einer Bodenbearbeitungsmaschine im Allgemeinen bekannt ist, welchen Leistungsbedarf die für einen Bodenbearbeitungsbetrieb zu aktivierenden Energieverbraucher haben, kann gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Ansteuereinheit dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine auf Grundlage eines erwarteten Leistungsbedarfs der für einen vorgesehenen Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten oder zu aktivierenden Energieverbraucher anzusteuern. Hier wird also in einer den durchzuführenden Betrieb antizipierenden Art und Weise der Leistungsbedarf auf der Grundlage der Kenntnis des bei den jeweils zu aktivierenden Energieverbrauchern entstehenden Einzelleistungsbedarfs bestimmt und beruhend darauf die Brennkraftmaschine angesteuert, um zu gewährleisten, dass die Energiespeicheranordnung dazu in der Lage ist, den Energiebedarf auch zu decken.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Ansteuereinheit dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine auf Grundlage des in einem Bodenbearbeitungsbetrieb ermittelten Leistungsbedarfs der für den Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten Energieverbraucher anzusteuern. Hier kann also unter Berücksichtigung des tatsächlich durchgeführten Bodenbearbeitungsbetriebs und der dabei auftretenden Leistungsanforderung gewährleistet werden, dass in der Energiespeicheranordnung ausreichend Energie gespeichert ist bzw. gespeichert wird, um den Bodenbearbeitungsbetrieb durchführen zu können.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ansteueranordnung dazu ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine zum Betrieb mit einer dem Leistungsbedarf zugeordneten Antriebsdrehzahl anzusteuern. Mit dem Einstellen einer derartigen Antriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine wird gewährleistet, dass auch die Generatoranordnung mit einer entsprechenden Drehzahl im Generatorbetrieb betrieben wird und dementsprechend auch dazu in der Lage ist, die Energiespeicheranordnung zu laden.
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Eine eine ständige Variation der Drehzahl der Brennkraftmaschine vermeidende Ansteuerung derselben kann vorsehen, dass jedem Leistungsbedarfsbereich einer Mehrzahl von Leistungsbedarfsbereichen eine Antriebsdrehzahl zugeordnet ist, wobei die Ansteuereinheit dazu ausgebildet ist, dann, wenn der Leistungsbedarf in einem der Leistungsbedarfsbereiche liegt, die Brennkraftmaschine zum Betrieb mit der diesem Leistungsbedarfsbereich zugeordneten Antriebsdrehzahl anzusteuern.
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Die Energiespeicheranordnung kann wenigstens eine Batterieeinheit umfassen, welche im Wesentlichen dafür vorgesehen sein kann, die für einen jeweiligen Bearbeitungsbetrieb zu erwartende Grundlast abzudecken. Ferner kann die Energiespeicheranordnung wenigstens eine Kondensatoreinheit aufweisen, deren primäre Aufgabe darin besteht, bei kurzfristig auftretenden Spitzenlasten die erforderliche Energie bereitzustellen.
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Um die in der Energiespeicheranordnung gespeicherte Energie in Form von elektrischer Energie zu den Energieverbrauchern abgeben zu können, wird vorgeschlagen, dass eine Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung zum Speisen wenigstens eines Teils der, vorzugsweise aller Energieverbraucher aus der Energiespeicheranordnung vorgesehen ist. Insbesondere dann, wenn der Leistungsbedarf während des durchgeführten Bodenbearbeitungsbetriebs bestimmt werden soll, ist es dabei vorteilhaft, diesen an der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung zu ermitteln.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem vorgesehenen Energieverbraucher können umfassen:
- – wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Fahrantriebsmotoren,
oder/und
- – wenigstens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Unwuchtmassenantriebsmotoren,
oder/und
- – wenigstens einen Lenkantriebsmotor,
oder/und
- – wenigstens einen Kühlergebläseantriebsmotor,
oder/und
- – wenigstens einen Zusatzaggregatantriebsmotor.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Bodenbearbeitungsmaschine, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Maßnahmen:
- a) Bestimmen eines Leistungsbedarfs von ausschließlich durch eine Energiespeicheranordnung zu speisenden Energieverbrauchern,
- b) Betreiben einer Brennkraftmaschine zum Aufladen der Energiespeicheranordnung in Abhängigkeit von dem bei der Maßnahme a) bestimmten Leistungsbedarf.
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Bei diesem Verfahren kann in einer den in einem durchzuführenden Bodenbearbeitungsbetrieb zu erwartenden Leistungsanforderung antizipierenden Art und Weise vorgesehen sein, dass der Leistungsbedarf als zu erwartender Leistungsbedarf der für einen Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten oder zu aktivierenden Energieverbraucher bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Leistungsbedarf als Ist-Leistungsbedarf der bei einem Bodenbearbeitungsbetrieb aktivierten Energieverbraucher bestimmt wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigt:
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1 einen selbstfahrenden Bodenverdichter 10 als Beispiel einer Bodenbearbeitungsmaschine;
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2 eine Prinzipdarstellung eines Antriebssystems des Bodenverdichters 10;
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3 ein Diagramm, welches den Betrieb des Antriebssystems der 2 für einen Bodenbearbeitungsbetrieb veranschaulicht;
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4 ein Diagramm, welches den Betrieb des Antriebssystems der 2 für zwei verschiedene Arten von Bodenbearbeitungsbetrieben mit unterschiedlichem Leistungsbedarf veranschaulicht.
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Der in 1 als Beispiel einer Bodenbearbeitungsmaschine dargestellte Bodenverdichter 10 umfasst einen Vorderwagen 12 und einen Hinterwagen 14. Am Vorderwagen 12 ist eine allgemein mit 16 bezeichnete Verdichterwalze vorgesehen, während am Hinterwagen 14 die den Bodenverdichter 10 auf einem zu bearbeitenden Untergrund 18 voran bewegenden Antriebsräder 20 vorgesehen sind. Am Hinterwagen 14 ist neben einer Fahrerkabine 22 ein nachfolgend detaillierter beschriebenes Antriebssystem 24 vorgesehen. Durch dieses Antriebssystem 24 werden die verschiedenen mit Energie zu speisenden Systembereiche des Bodenverdichters 12 versorgt.
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Es sei hier darauf hingewiesen, dass der in 1 gezeigte Bodenverdichter 10 nur beispielhaft steht für eine Vielzahl verschiedenst gestalteter Bodenbearbeitungsmaschine. Beispielsweise könnte eine als Bodenverdichter ausgeführte Bodenbearbeitungsmaschine auch am Hinterwagen 14 eine Verdichterwalze aufweisen, wobei dann zumindest eine der beiden Verdichterwalzen auch zum Voranbewegen des Bodenverdichters 10 auf dem Untergrund 18 angetrieben wird. Ferner könnte zumindest eine Verdichterwalze an ihrem Außenumfang mit Walzenwerkzeugen, beispielsweise Stampffüßen oder Meißeln, versehen sein, um den zu bearbeitenden Untergrund nicht oder nicht nur zu verdichten, sondern beispielsweise einen steinigen Untergrund auch aufzubrechen.
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Das in 2 prinzipartig dargestellte Antriebssystem 24 umfasst eine Brennkraftmaschine 26 als Antriebsaggregat. Diese Brennkraftmaschine 26 ist antriebsmäßig gekoppelt mit einer Generatoranordnung 28. Die Generatoranordnung 28 kann im Generatorbetrieb, angetrieben durch die Brennkraftmaschine 26, elektrische Energie bereitstellen und diese in eine Energiespeicheranordnung 30 einspeisen. Die Energiespeicheranordnung 30 umfasst im dargestellten Beispiel zur Abdeckung einer Grundlast eine oder mehrere Batterieeinheiten 32 sowie zur Abdeckung von Spitzenlasten eine oder mehrere Kondensatoreinheiten 34. Die in der Energiespeicheranordnung 30 gespeicherte elektrische Energie kann bei entsprechender Anforderung über eine Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung 36 zu verschiedenen, allgemein mit M bezeichneten Energieverbrauchern geleitet werden. Dabei kann beispielsweise eine erste Gruppe 38 der Energieverbraucher M die für die Voranbewegung des Bodenverdichters 10 zu aktivierenden Fahrantriebsmotoren umfassen. Eine zweite Gruppe 40 von Energieverbrauchern M kann die zum Antreiben von Unwuchtmassen beispielsweise zur Erlangung einer Vibrationsbewegung der Verdichterwalze 16 oder/und einer Oszillationsbewegung der Verdichterwalze 16 vorgesehenen Unwuchtmassenantriebsmotoren umfassen. Eine dritte Gruppe 42 von Energieverbrauchern M kann verschiedene Antriebsmotoren beispielsweise für eine Lenkung, für ein Kühlergebläse oder sonstige am Bodenverdichter 10 vorgesehene Aggregate bzw. Zusatzaggregate umfassen.
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Bei dem erfindungsgemäß aufgebauten Antriebssystem sind alle Energieverbraucher M so konzipiert, dass sie durch Speisung mit elektrischer Energie erregt bzw. aktiviert werden können. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass einer der Energieverbraucher M beispielsweise ein Pumpenantriebsmotor ist, durch welchen ein Hydraulikmotor zum Fördern eines Hydraulikmediums angetrieben werden kann.
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Die 2 veranschaulicht, dass alle Energieverbraucher M des Antriebssystems 24 ausschließlich aus der Energiespeicheranordnung 30, hier also einer elektrischen Energiespeicheranordnung, mit Energie gespeist werden. Eine direkte Wechselwirkung der Energieverbraucher mit der Generatoranordnung 28 oder/und der Brennkraftmaschine 26 zur Speisung mit Energie besteht nicht. Das Antriebssystem 24 umfasst ferner eine Ansteuereinheit 44. Diese steht in Ansteuerwechselwirkung bzw. in Informationsaustauschverbindung mit der Brennkraftmaschine 26, der Energiespeicheranordnung 30, also beispielsweise der wenigstens einen Batterieeinheit 32 oder/und der wenigstens einen Kondensatoreinheit 34, sowie mit der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung 36. Die Ansteuereinheit 44 ist dazu vorgesehen und ausgebildet, die Brennkraftmaschine 26 derart anzusteuern, dass im Bodenbearbeitungsbetrieb des Bodenverdichters 10 ausreichend Energie bereitgestellt bzw. in der Energiespeicheranordnung 30 gespeichert wird
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Dies wird nachfolgend mit Bezug auf die 3 und 4 erläutert.
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Die 4 zeigt für zwei verschiedene Bodenbearbeitungsbetriebe B1 und B2 über der Zeit aufgetragen jeweils den Leistungsbedarf P der für diese Bodenbearbeitungsbetriebe B1 und B2 benötigten bzw. zu aktivierenden Energieverbraucher M. Dieser deutlich unterschiedliche Leistungsbedarf kann beispielsweise daraus resultieren, dass beim Bodenbearbeitungsbetrieb B1 mehr Antriebsmotoren zum Antreiben von Unwuchten erforderlich sind, als bei dem Bodenbearbeitungsbetrieb B2.
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Wie in 4 weiter zu erkennen, ist eine Mehrzahl von Leistungsbedarfsbereichen PB1, PB2 definiert. Jedem Leistungsbedarfsbereich PB1, PB2 ist eine Antriebsdrehzahl n1, n2 der Brennkraftmaschine 26 zugeordnet. Liegt der tatsächliche oder der erwartete Leistungsbedarf bzw. mittlere Leistungsbedarf der Energieverbraucher M beispielsweise im Leistungsbedarfsbereich PB1, so wird durch die Ansteuereinheit 44 die Brennkraftmaschine 26 so angesteuert, dass sie mit der Drehzahl n1 dreht und mit einer entsprechenden Drehzahl die Generatoranordnung 28 antreibt. Wie in 3 veranschaulicht, arbeitet in diesem Zustand die Brennkraftmaschine 26 mit im Wesentlichen konstanter Drehzahl. Dementsprechend arbeitet die Generatoranordnung 28 mit im Wesentlichen konstanter Ladeleistung und speist somit elektrische Energie in die Energiespeicheranordnung 30 ein. Da diese mit einem Leistungsbedarf P belastet wird, welcher im Wesentlichen auch der Ladeleistung der Generatoranordnung 28 entspricht, ist somit gewährleistet, dass der Ladezustand der Energiespeicheranordnung 30 beibehalten bleibt.
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Die Bestimmung des Leistungsbedarfs P kann beispielsweise auf der Grundlage der für einen durchzuführenden Bodenbearbeitungsbetrieb zu aktivierenden Energieverbraucher M erfolgen. Diese werden durch eine Bedienperson zugeschaltet bzw. aktiviert. Dieses Aktivieren von Energieverbrauchern M kann in der Ansteuereinheit 44 erkannt bzw. erfasst werden, so dass diese entsprechend dem einen Bodenbearbeitungsbetrieb antizipierenden Leistungsbedarf die Brennkraftmaschine 26 zum Betrieb mit der zugeordneten Antriebsdrehzahl ansteuern kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass während der Durchführung eines Bodenbearbeitungsbetriebs der tatsächlich auftretende Leistungsbedarf PB1, PB2 beispielsweise an der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandleranordnung 36 erfasst wird und beruhend auf diesem Ist-Leistungsbedarf die Ansteuereinheit 44 die Brennkraftmaschine 26 zum Betrieb mit einer zugeordneten Antriebsdrehzahl ansteuert. Auch eine Überlagerung dieser beiden Betriebsarten ist möglich. So kann einen Bodenbearbeitungsbetrieb antizipierend zunächst ein erwarteter Leistungsbedarf bestimmt werden und als Grundlage für die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 26 genutzt werden. Nachfolgend während des Bodenbearbeitungsbetriebs kann der Leistungsbedarf dann überwacht werden. Wechselt dieser beispielsweise in einen anderen Leistungsbedarfsbereich, so kann ein entsprechender Ansteuerbefehl generiert werden, um die Brennkraftmaschine 26 zum Betrieb mit einer diesem neuen Leistungsbedarfsbereich zugeordneten Antriebsdrehzahl anzusteuern.
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Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen System bzw. bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, dass die Brennkraftmaschine 26 im Wesentlichen mit konstanter Drehzahl betrieben werden kann, was zu einem effizienten, energiesparenden Betrieb derselben führt. Eine Anpassung der Drehzahl ist nur erforderlich, wenn eine starke Variation im Leistungsbedarf auftritt, was jedoch insbesondere bei Bodenverdichtungsvorgängen grundsätzlich nicht zu erwarten ist. Eine vergleichsweise starke Variation im Leistungsbedarf könnte beispielsweise auftreten, wenn ein Bodenbearbeitungsvorgang an einem bergauf liegenden Untergrund durchzuführen ist, beispielsweise eine bergauf führende Straße zu asphaltieren und der Asphalt zu verdichten ist. Bewegt sich der Bodenverdichter bergauf, wird insbesondere bei den Antriebsmotoren derselben ein deutlich größerer Leistungsbedarf entstehen, als dann, wenn der Bodenverdichter sich bergab bewegt. Dies kann Anlass für eine Variation der Antriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine während des Betriebs sein.
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Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem vorgesehen sein, dass im Bremsbetrieb bzw. allgemein im Energierückgewinnungsbetrieb zumindest einige der Energieverbraucher nicht als Motoren, sondern als Generatoren arbeiten und Energie in die Energiespeicheranordnung rückspeisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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