Antriebsstranq für eine Arbeitsmaschine und Arbeitsmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , einen Antriebs strangs für eine Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.

Im Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen, wie etwa Rad lader, Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper oder auch Bagger, bekannt. Derartige elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen sind entweder reinelektrisch angetrieben, d.h. sie verfügen für ihre Energieversorgung ausschließlich über eine elektrische Bat terie bzw. einen elektrischen Akkumulator. Oder aber sie sind diesel-elektrisch ange trieben, was bedeutet, dass die benötigte Energie von einem dieselgetriebenen Ge nerator, üblicherweise in Verbindung mit einem elektrischen Pufferspeicher, wie z.B. einem entsprechend dimensionierten Kondensator, bereitgestellt wird. In allen Fällen wird die für den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb benötigte mechanische Leistung von einem oder mehreren Elektromotoren erbracht. Weiterhin sind auch hybrid-elekt rische Arbeitsmaschinen bekannt, bei denen die benötigte mechanische Leistung in erster Linie von einem Verbrennungsmotor, üblicherweise einem Dieselmotor, er bracht wird. Ein zusätzlich vorgesehener Elektromotor übernimmt hier typischerweise eine sog. Boost-Funktion.

Ebenfalls bekannt sind lastschaltbare Getriebe für Arbeitsmaschinen, bei denen wäh rend eines Schaltvorgangs eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Drehzahl ei nes Antriebsaggregats und der Drehzahl der einzulegenden Gangstufe erfolgt. Bei einem Hochschaltvorgang wird die Drehzahl des Antriebsaggregats entsprechend re duziert, bei einem Herunterschaltvorgang entsprechend erhöht.

In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 202014000738 U1 einen rein elektro motorisch angetriebener Radlader, der einen ersten Elektromotor für einen Fahran trieb und einen zweiten Elektromotor für einen Arbeitsantrieb aufweist. Aus der EP 0 962 597 A2 ist eine batteriebetriebene Arbeitsmaschine bekannt, wel che für den Fahrantrieb zwei Elektromotoren aufweist und einen weiteren Elektromo tor für den Arbeitsantrieb aufweist. Die zwei Elektromotoren für den Fahrantrieb sind in die Vorderachse integriert, wobei jeder Elektromotor ein Rad antreibt.

Aus der DE 10 2010 063 503 A1 ist ferner ein Mehrstufengetriebe einer Arbeitsma schine in Planetenbauweise bekannt. Das Mehrstufengetriebe umfasst ein Gehäuse, in welchem vier Planetensätze und mehrere Wellen aufgenommen sind, sowie Schaltelemente, welche durch zumindest eine Bremse und Kupplungen gebildet sind und mittels deren gezielter Betätigung acht verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle darstellbar sind. Das Getriebe der DE 10 2010 063 503 A1 ermöglicht eine Lastschaltbarkeit.

Die bekannten elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass eine Drehzahlsynchronisierung der beteiligten Gangstufen bei einem Schaltvorgang unter Last, insbesondere bei einer Zugrückschaltung, ge genüber einem identischen Schaltvorgang bei einer verbrennergetriebenen Arbeits maschine erschwert ist. Die Ursache hierfür liegt einerseits im vergleichsweise grö ßeren Trägheitsmoment eines Elektromotors gegenüber einem Verbrennungsmotor, vor allem aber im deutlich größeren Drehzahlspektrums des Elektromotors, wodurch auch vergleichsweise höhere Differenzdrehzahlen vorliegen können. Dies macht übli cherweise eine entsprechend größere und leistungsstärkere Dimensionierung der Kupplungen in elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen notwendig. Eine solche vergleichsweise größere und leistungsstärkere Auslegung der Kupplung bedingt je doch einen erhöhten Bauraumbedarf, ein erhöhtes Gewicht sowie erhöhte Fierstel lungskosten. Weiterhin weisen vergleichsweise größere Kupplungen auch vergleichs weise größere Schleppmomente und Reibungsverluste auf.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Betreiben eines An triebsstrangs für eine Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen An sprüchen hervor.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Ar beitsmaschine, wobei ein erster Elektromotor über eine erste Getriebeanordnung ei nen Arbeitsantrieb der Arbeitsmaschine antreibt, wobei ein zweiter Elektromotor über eine zweite Getriebeanordnung einen Fahrantrieb der Arbeitsmaschine antreibt und wobei während eines Schaltvorgangs der zweiten Getriebeanordnung aus einer hö heren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe eine Drehzahlerhöhung des zweiten Elektromotors erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass während des Schaltvorgangs über eine erste Kupplung eine Triebverbindung zwischen dem ersten Elektromotor und dem Fahrantrieb hergestellt wird, so dass der Fahrantrieb während des Schaltvorgangs vom ersten Elektromotor angetrieben wird.

Bei einem Schaltvorgang aus einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe muss der erste Elektromotor, welcher dem Fahrantrieb zugeordnet ist, sehr schnell seine Drehzahl erhöhen muss, um die für den Schaltvorgang notwendige Drehzahl synchronisierung zwischen den am Schaltvorgang beteiligten Kupplungselementen herzustellen. Diese Drehzahlsynchronisierung erfolgt gemäß dem Stand der Technik über entsprechende Reibungsarbeit zwischen den am Schaltvorgang beteiligten Kupplungselementen, wobei insbesondere bei Elektromotoren vergleichsweise hohe Drehzahldifferenzen auftreten, was nachteilig durch besonders leistungsfähige und damit schwere und teure Kupplungen ausgeglichen werden muss. Hinzu kommt die zur Drehzahlbeschleunigung des zweiten Elektromotors aufzubringende Arbeit, wel che wegen des vergleichsweise großen Massenträgheitsmoments sowie der ver gleichsweise hohen Drehzahldifferenz entsprechend groß ist.

Hier setzt das erfindungsgemäße Verfahren an: Indem es vorteilhaft ermöglicht wird, den Fahrantrieb während des Schaltvorgangs der zweiten Getriebeanordnung vom ersten Elektromotor, welcher eigentlich dem Arbeitsantrieb zugeordnet ist, antreiben zu lassen, kann der zweite Elektromotor trieblich vom Fahrantrieb getrennt werden, so dass seine gesamte bereitstellbare Leistung weitestgehend dazu verwendet wer den kann, seine eigene Drehzahl möglichst schnell zu erhöhen. Währenddessen kann die notwendige Zugkraft vom ersten Elektromotor aufgebracht werden, so dass während des Schaltvorgangs keine Zugkraftunterbrechung auftritt.

Unter einem Schaltvorgang aus einer höheren Gangstufe in eine niedrigeren Gang stufe wird im Sinne der Erfindung ein Schaltvorgang aus einer Gangstufe, die eine vergleichsweise höhere Ausgangsdrehzahl und ein vergleichsweise geringeres Aus gangsdrehmoment aufweist, in eine Gangstufe, die eine vergleichsweise geringere Ausgangsdrehzahl und ein vergleichsweise höheres Ausgangsdrehmoment aufweist, verstanden.

Die zur Drehzahlsynchronisierung notwendige Drehzahlerhöhung des zweiten Elekt romotors kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass der zweite Elektromotor während des Schaltvorgangs kurzfristig vom Fahrantrieb getrennt wird und während der Trennung vom Fahrantrieb seine Drehzahl entsprechend erhöht. Während der Trennung des zweiten Elektromotors wird der Fahrantrieb bevorzugt vom ersten Elektromotor angetrieben.

Denkbar und bevorzugt ist auch nicht nur das Bereitstellen eines einzelnen ersten bzw. zweiten Elektromotors, sondern auch mehrerer erster bzw. zweiter Elektromoto ren, die z.B. über ein Summiergetriebe miteinander gekoppelt sein können oder über jeweils einzelne Triebanbindungen trieblich lösbar mit der ersten bzw. zweiten Getrie beanordnung verbunden sein können.

Bevorzugt weist zumindest die zweite Getriebeanordnung eine Vielzahl von als Vor wärtsgänge und mindestens eine als Rückwärtsgang ausgebildete Gangstufe auf. Besonders bevorzugt entspricht die Zahl der Vorwärtsgänge der Zahl der Rückwärts gänge. Auch die erste Getriebeanordnung kann mehr als nur eine als Vorwärtsgang ausgebildete Gangstufe aufweisen. Darüber hinaus sind auch eine oder mehrere als Rückwärtsgang ausgebildete Gangstufen der ersten Getriebeanordnung denkbar. Aufgrund der Fähigkeit von Elektromotoren, ihre Drehrichtung zu ändern, ist das Be reitstellen von Rückwärtsgängen allerdings nicht immer erforderlich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schaltvorgang unter Last ausgeführt wird. Der Begriff „unter Last“ bezeichnet da bei im Sinne der Erfindung einen Zustand des Antriebsstrangs, bei dem ein Drehmo ment vom zweiten Elektromotor, bzw. während des Schaltvorgangs auch vom ersten Elektromotor, an den Fahrantrieb übertragen wird, so dass die Arbeitsmaschine bei spielsweise eine Beschleunigung erfährt oder eine Hangaufwärtsfahrt bei konstanter Geschwindigkeit durchführt. Ein Schaltvorgang unter Last ist somit ein Schaltvorgang ohne Unterbrechung der Zugkraft. Gerade während des Schaltvorgangs würde ohne Zurückgreifen auf das erfindungsgemäße Verfahren eine Unterbrechung in der Über tragung des Drehmoments erfolgen, sofern nicht gemäß dem Stand der Technik auf eine nachteilig große, teure und schwere Kupplung zurückgegriffen wird. Insofern zeigen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch und vor allem bei einem Schaltvorgang unter Last, da dieser ohne Unterbrechung der Zugkraft und bei Vorhandensein einer vergleichsweise kleinen, kostengünstigen und leistungsschwa chen Kupplung ermöglicht wird. In der Wirkung erzielt ein Antriebsstrang, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird, somit die gleiche zugkraftunter brechungsfreie Lastschaltbarkeit wie ein Antriebsstrang, der mit einer vergleichs weise großen, schweren und teuren Kupplung versehen ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass der erste Elektromotor den Fahrantrieb und den Arbeitsantrieb während des Schaltvorgangs gleichzeitig antreibt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch der Arbeitsantrieb durch den Schaltvorgang nicht unterbrochen wird und kontinuier lich zur Verfügung steht. Es wird lediglich über die erste Kupplung eine Triebverbin dung zwischen dem ersten Elektromotor und der zweiten Getriebeanordnung herge stellt, so dass während des Schaltvorgangs ein vom Fahrantrieb benötigter Leis tungsbedarf zusätzlich zum Leistungsbedarf des Arbeitsantriebs vom ersten Elektro motor bereitgestellt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass eine bereitstellbare Leistung des ersten Elektromotors dazu herangezogen wird, Kupplungshälften einer der niedrigeren Gangstufe zugeordneten Kupplung zu synchronisieren. Dabei wird diejenige Kupplungshälfte synchronisiert, nämlich beschleunigt, welche der Antriebsseite des Antriebsstrangs zugeordnet ist. Die Be schleunigung der Kupplungshälfte erfordert einen nicht vernachlässigbaren Energie aufwand, welcher vom zweiten Elektromotor, der ja seine eigene Drehzahl beschleu nigen muss, oftmals nicht mehr bereitgestellt werden kann.

Mit der Kupplungshälfte verbunden ist auch eine Reihe von weiteren Zahnrädern bzw. Wellen, welche die Triebverbindung vom ersten Elektromotor zur Kupplungs hälfte herstellen. Diese Reihe von weiteren Zahnrädern bzw. Wellen ist bevorzugt weitestgehend identisch mit denjenigen Zahnrädern und Wellen, über welche nach dem Schaltvorgang die Triebverbindung vom zweiten Elektromotor zur Kupplungs hälfte. Somit werden vorteilhaft auch diese Zahnräder und Wellen bereits vom ersten Elektromotor auf die benötigte Drehzahl gebracht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass eine bereitstellbare Leistung des zweiten Elektromotors dazu herangezo gen wird, um eine Drehzahl des zweiten Elektromotors zu erhöhen. Indem die Be schleunigung der Kupplungshälfte durch den ersten Elektromotor erfolgt, kann die gesamte vom zweiten Elektromotor bereitstellbare Leistung zu dessen eigener Dreh zahlanpassung aufgewandt werden, was in Folge zu einem insgesamt schnelleren Schaltvorgang führt, da alle beteiligten Elemente schneller die nötigen Drehzahlen erreichen.

Solange der zweite Elektromotor seine Drehzahl auf die für die einzulegende niedri gere Gangstufe notwendige Drehzahl beschleunigt, ist er bevorzugt vom Fahrantrieb wie auch vom Arbeitsantrieb entkoppelt. Ggf. kann jedoch eine geringe Anzahl von Zahnrädern oder Wellen, welche trieblich nicht vom zweiten Elektromotor trennbar sind, weiterhin mit dem zweiten Elektromotor verbunden sein und somit von diesem angetrieben bzw. beschleunigt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass der erste Elektromotor den Fahrantrieb nur insoweit antreibt, dass eine Leistungsdifferenz zwischen einer Leistungsanforderung des Fahrantriebs und einer vom zweiten Elektromotor während des Schaltvorgangs bereitstellbaren Leistung überbrückt wird. Dies bedeutet also, dass die vom ersten Elektromotor während des Schaltvorgangs bereitgestellte mechanische Leistung vorteilhaft exakt so weit erhöht wird, dass der Fahrantrieb durch den Schaltvorgang einerseits keine Leistungsein schränkung erfährt, aber andererseits auch keine unangeforderte Leistungssteige rung erfährt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Verhalten des Fahrantriebs durch den Schaltvorgang nicht beeinflusst wird. Eine z.B. von einem Bediener der Ar beitsmaschine für den Fahrantrieb angeforderte Leistung wird also auch während des Schaltvorgangs uneingeschränkt bereitgestellt, wozu die vom ersten Elektromo tor bereitgestellte Leistung in dem Maße erhöht wird, wie die vom zweiten Elektromo tor bereitgestellte Leistung aufgrund des Schaltvorgangs reduziert wird. Eine dem Fahrantrieb bereitgestellte Gesamtleistung bleibt jedoch erhalten.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass der erste Elektromotor den Fahrantrieb nur insoweit antreibt, dass einer Leistungsanforderung des Arbeitsantriebs während des Schaltvorgangs vollständig entsprochen werden kann. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass in jedem Falle sicher gestellt ist, dass der Arbeitsantrieb auch während des Schaltvorgangs die benötigte und von einem Bediener der Arbeitsmaschine angeforderte Leistung erhält, so dass ein plötzlicher und insbesondere für den Bediener unerwarteter Leistungseinbruch des Arbeitsantriebs vermieden werden kann. Ein für den Bediener unerwarteter Leis tungseinbruch des Arbeitsantriebs könnte ansonsten zum Auftreten einer Gefahrensi tuation führen, beispielsweise wenn eine vom Arbeitsantrieb betriebene Hebevorrich tung der Arbeitsmaschine die zum Halten einer angehobenen Last notwendige Leis tung nicht mehr erhält. Ein kurzzeitiger Leistungseinbruch im Fahrantrieb hingegen führt üblicherweise nicht zum Auftreten einer Gefahrensituation.

Dem vollständigen Entsprechen der Leistungsanforderung des Arbeitsantriebs durch den ersten Elektromotor kommt insbesondere Bedeutung in Situationen zu, in denen gleichermaßen vom Fahrantrieb wie auch vom Arbeitsantrieb vergleichsweise hohe Leistungsanforderungen gestellt werden, welche vom ersten Elektromotor in Summe jedoch nicht mehr bereitgestellt werden können. Wenn also die angeforderte Ge samtleistung die vom ersten Elektromotor maximal bereitstellbare Leistung über steigt, wird zunächst die Anforderung des Arbeitsantriebs vollständig erfüllt. Eine verbleibende, noch bereitstellbare Restleitung des ersten Elektromotors wird dann dem Fahrantrieb während des Schaltvorgangs zur Verfügung gestellt.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang für eine Arbeitsmaschine, um fassend einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor sowie eine erste Getriebeanordnung und eine zweite Getriebeanordnung wobei der erste Elektromo tor und die erste Getriebeanordnung einem Arbeitsantrieb der Arbeitsmaschine zuge ordnet sind und wobei der zweite Elektromotor und die zweite Getriebeanordnung ei nem Fahrantrieb der Arbeitsmaschine zugeordnet sind. Der erfindungsgemäße An triebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass über eine erste Kupplung zwischen dem ersten Elektromotor und dem Fahrantrieb eine Triebverbindung herstellbar ist. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang umfasst somit vorteilhaft alle notwendigen Vorrich tungen und Mittel, um das erfindungsgemäße Verfahren ausführen zu können. Dies wiederum führt zu den bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren beschriebenen Vorteilen.

Um eine möglichst optimale Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang zu gewährleisten, sind der erste Elektromo tor und der zweite Elektromotor bevorzugt hinsichtlich ihrer bereitstellbaren Leistung sowie ihrer Drehmoment/Drehkennzahl-Kennlinie aufeinander abgestimmt. Das be deutet, dass die vom ersten Elektromotor maximal bereitstellbare Leistung sich vor teilhaft in einem Bereich von 50 % bis 150 % der vom zweiten Elektromotor maximal bereitstellbaren Leistung bewegt, insbesondere in einem Bereich von 80 % bis 120 % Darüber hinaus bewegt sich die Drehmoment/Drehkennzahl-Kennlinie des ersten Elektromotors vorteilhaft in einem Bereich von 50 % bis 150 % Drehmo- ment/Drehkennzahl-Kennlinie des zweiten Elektromotors, insbesondere in einem Be reich von 80 % bis 120 %.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der erste Elektromotor eine bereitstell bare Leistung von weniger als 100 % der vom zweiten Elektromotor bereitstellbaren Leistung aufweist, dafür jedoch eine höhere Dynamik aufweist, also die Fähigkeit zur vergleichsweise schnelleren Drehzahlanpassung durch Drehzahlbeschleunigungen oder Drehzahlverringerungen. Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang weiterhin zur Ansteuerung bzw. Regelung der Drehzahl bzw. des Drehmoments bzw. der bereitzustellenden Leistung des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors jeweils eine eigene Leistungselektronik oder eine einzelne gemeinsame Leistungselektronik. Ebenso bevorzugt umfasst der Antriebsstrang ein elektronisches Steuergerät, welches den ersten Elektromotor und den zweiten Elektromotor über die jeweils eine eigene Leistungselektronik oder über die gemeinsame Leistungselektronik steuert bzw. regelt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dies ermöglicht eine platz- und gewichtsparende Anordnung des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors innerhalb des Antriebsstrangs in einer Arbeitsmaschine. Zudem werden durch das gemeinsame Gehäuse im Ver gleich zu zwei Einzelgehäusen Gewicht und Kosten eingespart. Der erste und der zweite Elektromotor können beispielsweise axial hintereinander in ein gemeinsames Gehäuse gebaut werden, wobei die Motorabtriebswellen z.B. in entgegengesetzte Axialrichtungen aus dem Gehäuse weisen können. Ebenso ist aber auch eine Anord nung axial nebeneinander in einem entsprechend ausgebildeten Gehäuse möglich und bevorzugt, so dass beide Motorabtriebswellen beispielsweise in die gleiche Axi alrichtung weisen können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass die zweite Getriebeanordnung über eine Vielzahl von Gangstufen last- schaltbar ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitstellbare Lastschaltbarkeit nicht nur auf en Schaltvorgang von einer ganz spezifischen niedrigeren Gangstufe in eine ganz spezifische höhere Gangstufe gewährleistet ist, sondern für eine Vielzahl von Gangstufen. Dadurch wird der erfin dungsgemäße Antriebsstrang flexibler. Dies bedingt ein hierfür entsprechend ange passtes Drehzahl-Drehmoment-Verhalten sowie ein entsprechend ausgebildete Leis tungsfähigkeit insbesondere des ersten Elektromotors. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die zweite Getriebeanordnung über sämtliche Gangstufen lastschaltbar ist. Dies führt zu einer nochmals erhöhten Flexibi lität des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die zweite Getriebeanordnung über drei zweite Kupplungen schaltbar ist, bzw. mittels des erfindungsgemäßen Verfah rens lastschaltbar ist. Dies hat sich in der praktischen Anwendung als guter Kompro miss zwischen Flexibilität durch eine Vielzahl von lastschaltbaren Gangstufen auf der einen Seite und dem benötigten Platzbedarf, dem Gewicht sowie den Herstellungs kosten des Antriebsstrangs auf der anderen Seite bewährt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass der Arbeitsantrieb mindestens eine Hydraulikpumpe umfasst, deren hyd raulische Leistung über einen Verschwenkwinkel einstellbar ist. Unabhängig davon ist die hydraulische Leistung natürlich auch über die Drehzahl der mindestens einen Hydraulikpumpe sowie über das Drehmoment an der mindestens einen Hydraulik pumpe einstellbar. Indem jedoch über den Verschwenkwinkel ein zusätzlicher Frei heitsgrad zum Einstellen der hydraulischen Leistung Zur Verfügung steht, eröffnet sich die Möglichkeit, die Drehzahl bzw. das Drehmoment des ersten Elektromotors während eines Schaltvorgangs weitgehend nach den Bedürfnissen des Fahrantriebs einzustellen, weil eine Beeinflussung der geänderten Drehzahl bzw. des geänderten Drehmoments des ersten Elektromotors auf die mindestens eine Hydraulikpumpe durch eine entsprechende Einstellung des Verschwenkwinkels ausgeglichen werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgese hen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der erste Elektromotor bzw. der zweite Elektromo tor weiterhin zum Rekuperieren von kinetischer Energie im Bremsbetrieb der Arbeits maschine ausgebildet sind. Durch die erfindungsgemäße über die erste Kupplung zwischen dem ersten Elektromotor und der zweiten Getriebeanordnung herstellbare Triebverbindung kann kinetische Energie nämlich vorteilhaft sowohl vom zweiten wie auch vom ersten Elektromotor rekuperiert werden. Dazu umfasst der Antriebsstrang weiterhin vorteilhafterweise einen elektrischen Energiespeicher, dem die durch den Rekuperationsbetrieb zugeführte elektrische Energie zugeführt werden kann. Im Re- kuperationsbetrieb arbeiten der erste Elektromotor bzw. der zweite Elektromotor als Generatoren und wandeln mechanische, nämlich kinetische, Energie in elektrische Energie um. Diese elektrische Energie kann dem elektrischen Energiespeicher spä ter im Bedarfsfälle wieder entnommen werden, um den ersten Elektromotor bzw. den zweiten Elektromotor zu versorgen. Zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der elektrische Energiespeicher über ein Ladekabel oder eine sonstige geeignete La devorrichtung, beispielsweise eine Induktionsladevorrichtung, mit externer elektri scher Energie ladbar ist. Die Verwendung des ersten Elektromotors bzw. des zweiten Elektromotors zum Rekuperieren reduziert außerdem den Verschleiß einer mechani schen Reibungsbremse.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Arbeitsmaschine, umfassend einen erfindungsge mäßen Antriebsstrang. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang beschriebenen Vorteile auch für die erfindungs gemäße Arbeitsmaschine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine als Radlader ausgebildet ist.

Alternativ bevorzugt kann die Arbeitsmaschine auch als Dumper, Bagger, Teleskop lader oder Traktor ausgebildet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausfüh rungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine, Fig. 2 beispielhaft eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Antriebsstrangs 1 für eine Arbeitsmaschine in Form eines Räder schemas in Form eines Blockschaltbilds und Fig. 3 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs für eine Arbeitsmaschine in Form eines Flussdiagramms.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figu- renübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer techni schen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Antriebsstrangs 1 für eine in Fig. 1 nicht dargestellte Arbeitsma schine in Form eines Blockschaltbilds. Der beispielhaft gezeigte Antriebstrang 1 um fasst einen ersten Elektromotor 2 und einen zweiten Elektromotor 3 sowie eine erste Getriebeanordnung 4 und eine zweite Getriebeanordnung 5, 5‘. Der erste Elektromo tor 2 und der zweite Elektromotor 3 sind beispielsgemäß in einem gemeinsamen Ge häuse 11 angeordnet. Die zweite Getriebeanordnung 5, 5‘ besteht beispielsgemäß aus einer trieblich vorgelagerten Übersetzungsstufe 5 und einer mehrstufigen, last- schaltbaren Getriebeanordnung 5‘. Der erste Elektromotor 2 und die erste Getriebe anordnung 4 sind einem Arbeitsantrieb 6 des Antriebsstrangs 1 zugeordnet, wobei der Arbeitsantrieb 6 beispielsgemäß auch eine ePTO-Schnittstelle 12 (electric Power Take Off - Schnittstelle) umfasst. Der zweite Elektromotor 3 und die zweite Getriebe anordnung 5 sind hingegen einem Fahrantrieb 7 des Antriebsstrangs 1 zugeordnet, wobei der Fahrantrieb 7 auch eine Abtriebswelle 13 umfasst. Über eine erste Kupp lung 8 ist zudem zwischen dem ersten Elektromotor 2 und dem Fahrantrieb 7 eine Triebverbindung herstellbar, wobei die Triebverbindung beispielsgemäß konkret vom ersten Elektromotor 2 zu einer Stelle zwischen der Übersetzungsstufe 5 und der last- schaltbaren Getriebeanordnung 5‘ verläuft. Durch diese Triebverbindung wird es vor teilhaft ermöglicht, den Fahrantrieb 7 während eines Schaltvorgangs der zweiten Ge triebeanordnung 5 vom ersten Elektromotor 2, welcher eigentlich dem Arbeitsantrieb 6 zugeordnet ist, antreiben zu lassen. Somit kann der zweite Elektromotor 3 trieblich vom Fahrantrieb 7 getrennt werden und eine Drehzahlsynchronisierung im Sinne ei ner Drehzahlerhöhung des zweiten Elektromotors 3 kann eingestellt bzw. eingeregelt werden, ohne dass ein Zugkraftverlust im Fahrantrieb 7 auftritt. Gleichzeitig kann der erste Elektromotor bereits eine Kupplungshälfte und mit der Kupplungshälfte verbun dene Zahnräder und Wellen zu synchronisieren bzw. zu beschleunigen. Dementspre chend ist es bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich, die Drehzahlsynchronisierung durch Reibarbeit zu erreichen, so dass entsprechende Kupplungen der zweiten Getriebeanordnung 5 vergleichsweise kleiner und kosten günstiger ausgelegt werden können als im Stand der Technik üblich.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Antriebsstrangs 1 für eine in Fig. 2 nicht dargestellte Arbeitsmaschine in Form eines Räderschemas. Beispielsgemäß umfasst der Antriebsstrangs 1 der Fig. 2 ei nen ersten Elektromotor 2 und einen zweiten Elektromotor 3, welche in einem ge meinsamen Gehäuse 9 angeordnet sind. Weiterhin umfasst der Antriebsstrang 1 der Fig. 2 eine erste Getriebeanordnung 4 und eine zweite Getriebeanordnung 5, wobei der erste Elektromotor 2 und die erste Getriebeanordnung 4 einem Arbeitsantrieb 6 des Antriebsstrangs 1 zugeordnet sind. Der zweite Elektromotor 3 und die zweite Ge triebeanordnung 5 sind hingegen einem Fahrantrieb 7 des Antriebsstrangs 1 zuge ordnet. Über eine erste Kupplung 8 ist zwischen dem ersten Elektromotor 2 und der zweiten Getriebeanordnung 5 eine Triebverbindung herstellbar, wobei die Triebver bindung beispielsgemäß vom ersten Elektromotor 2 zu einer Welle 14 der zweiten Getriebeanordnung 5 herstellbar ist. Somit kann der erste Elektromotor 2 bei ge schlossener erster Kupplung 8 den Fahrantrieb 7 antreiben. Die zweite Getriebean ordnung 5 umfasst beispielsgemäß weiterhin drei zweite Kupplungen 9, 9‘ und 9“, um mittels drei unterschiedlicher Stirnradstufen 10, 10‘, 10“ drei schaltbare Gangstu fen der zweiten Getriebeanordnung 5 bereitzustellen.

Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs 1 für eine Arbeits maschine in Form eines Flussdiagramms. Ein erster Elektromotor 2 des Antriebs strangs 1 treibt über eine erste Getriebeanordnung 4 einen Arbeitsantrieb 6 der Arbeitsmaschine an und ein zweiter Elektromotor 3 des Antriebsstrangs 1 treibt über eine zweite Getriebeanordnung 5 einen Fahrantrieb 7 der Arbeitsmaschine an. In Verfahrensschritt 20 wird durch einen Bediener der Arbeitsmaschine ein Schaltvor gang aus einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe der zweiten Getrie beanordnung 5 eingeleitet. Das Einleiten des Schaltvorgangs erfolgt durch Betäti gung eines entsprechenden Schaltelements der Arbeitsmaschine, beispielsgemäß durch einen Gangstufenwählhebel. In Verfahrensschritt 21 wird von einem Steuerge rät geprüft, ob der erste Elektromotor 2 welcher dem Arbeitsantrieb 6 der Arbeitsma schine 1 zugeordnet ist, neben dem Antrieb des Arbeitsantriebs 6 noch genügend Leistungsreserven aufweist, um den Schaltvorgang zu unterstützen. Beispielsgemäß ist dies der Fall, da der Arbeitsantrieb 6 gegenwärtig nicht angetrieben wird. Im fol genden Verfahrensschritt 22 wird daher eine Triebverbindung zwischen dem ersten Elektromotor 2 und dem Fahrantrieb 5 hergestellt, was durch Schließen einer ersten Kupplung 8 erfolgt. In Verfahrensschritt 23 ist die erste Kupplung 8 vollständig ge schlossen und sowohl der erste Elektromotor 2 als auch der zweite Elektromotor 3 übertragen Leistung an den Fahrantrieb 7, treiben also den Fahrantrieb 7 an. In Ver fahrensschritt 24 reduziert der zweite Elektromotor 3 seine an den Fahrantrieb 7 übertragene Leistung, wobei gleichzeitig der erste Elektromotor 2 seine an den Fahr antrieb 7 übertragene Leistung erhöht. Die Erhöhung der übertragenen Leistung durch den ersten Elektromotor 2 entspricht dabei genau der Reduzierung der über tragenen Leistung durch den zweiten Elektromotor 3, so dass eine Leistungsdifferenz zwischen einer Leistungsanforderung des Fahrantriebs 7 und einer vom zweiten Elektromotor 3 während des Schaltvorgangs bereitstellbaren Leistung überbrückt wird. Im darauf folgenden Verfahrensschritt 25 reduziert der zweite Elektromotor 3 seine an den Fahrantrieb 7 übertragene Leistung auf Null, indem eine entsprechende Kupplung geöffnet wird. Gleichzeit erhöht der erste Elektromotor 2 seine an den Fahrantrieb 7 übertragene Leistung weiter. Der Fahrantrieb 7 wird nun ausschließlich durch den ersten Elektromotor 2 angetrieben. In Schritt 26 beginnt der zweite Elekt romotor 3 nun eine Drehzahlsynchronisierung im Sinne einer Drehzahlerhöhung. Die Drehzahlerhöhung erfolgt beispielsgemäß dadurch, dass der zweite Elektromotor 3 maximal bestromt wird. Sobald die notwendige Drehzahlerhöhung abgeschlossen ist und eine Drehzahlsynchronisierung erreicht ist, schließt die ebenfalls am Schaltvor gang beteiligte Kupplung 9‘ der zweiten Getriebeanordnung 5. Damit ist wieder eine Triebverbindung zwischen dem zweiten Elektromotor 3 und dem Fahrantrieb 7 her gestellt. In Verfahrensschritt 27 reduziert der erste Elektromotor 2 seine an den Fahr antrieb 7 übertragene Leistung, während der zweite Elektromotor 3 seine an den Fahrantrieb 7 übertragene Leistung im gleichen Maße erhöht. Die Reduzierung der übertragenen Leistung durch den ersten Elektromotor 2 entspricht in diesem Fall ge nau der Erhöhung der übertragenen Leistung durch den zweiten Elektromotor 3. So mit erhält der Fahrantrieb 7 eine konstante Leistungszufuhr. In Verfahrensschritt 28 schließlich überträgt der erste Elektromotor 2 keine Leistung mehr an den Fahran trieb 7. Der Fahrantrieb 7 wird wieder ausschließlich vom zweiten Elektromotor 3 an getrieben. Die erste Kupplung 8 öffnet und unterbricht somit die Triebverbindung zwi schen dem ersten Elektromotor 2 und der zweiten Getriebeanordnung 5 bzw. dem Fahrantrieb 7. Der Schaltvorgang ist damit abgeschlossen. Da während des gesam ten Schaltvorgangs Leistung vom ersten Elektromotor 2 bzw. vom zweiten Elektro motor 3 an die zweite Getriebeanordnung 5 bzw. an den Fahrantrieb 7 übertragen wurde, wurde der Schaltvorgang unter Last ausgeführt. Der Antriebsstrang 1 ist also lastschaltfähig.

Bezuqszeichen

Antriebsstrang erster Elektromotor zweiter Elektromotor erste Getriebeanordnung zweite Getriebeanordnung Arbeitsantrieb Fahrantrieb erste Kupplung 9 9 zweite Kupplung 10‘, 10“ Stirnradstufe gemeinsames Gehäuse ePTO

Abtriebswelle

Welle

Einleiten des Schaltvorgangs

Prüfen der Leistungsreserven

Herstellen der Triebverbindung

Vollständiges Schließen der ersten Kupplung

Reduzieren der Leistung des zweiten Elektromotors, Erhöhen der Leistung des ersten Elektromotors weiteres Reduzieren der Leistung des zweiten Elektromotors, weiteres Erhöhen der Leistung des ersten Elektromotors

Drehzahlsynchronisierung des zweiten Elektromotors

Reduzieren der Leistung des ersten Elektromotors, Erhöhen der

Leistung des zweiten Elektromotors weiteres Reduzieren der Leistung des zweiten Elektromotors, weiteres Erhöhen der Leistung des ersten Elektromotors