Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine.

Durch EP 3 569 775 B 1 ist eine hydraulische Anordnung mit einer Verstellpumpe bekannt, die von einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs antreibbar ist, wobei an oder in einer Arbeitsleitung der hydraulischen Anordnung ein Retarderventil angeordnet ist, über das von der Verstellpumpe gefördertes Druckmittel zu einer Retarderdrossel führbar ist, wobei die hydraulische Anordnung in einem Retarderbetrieb eine hydraulische Bremsfunktion aufweist, wobei die Retarderdrossel einen festen Querschnitt aufweist, und wobei ein Pumpendruck oder Pumpenvolumenstrom im Retarderbetrieb steuerbar oder regelbar ist. Mit dem Pumpenvolumenstrom und dem Druckabfall an der fixen Retarderdrossel ergibt sich eine steuerbare oder regelbare Verlustleistung und damit ein steuerbares oder regelbares Zusatzbremsmoment für die hydraulische Anordnung im Retarderbetrieb.

Durch EP 2 399 861 B1 ist ein hydrostatisches Antriebssystem einer mobilen Arbeitsmaschine bekannt, insbesondere eines Flurförderfahrzeuges, mit einer Arbeitshydraulik und einer hydraulischen Pumpe zur Versorgung der Arbeitshydraulik, wobei die Pumpe von einer Antriebsmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor, angetrieben ist und als im Fördervolumen verstellbare Verstellpumpe ausgebildet ist. Dabei ist einer von der Pumpe zu der Arbeitshydraulik geführten Förderleitung eine Druckwaage zugeordnet, die als Eingangsdruckwaage der Arbeitshydraulik ausgebildet ist und in einer von der Förderleitung zum Behälter abzweigenden Rücklaufleitung angeordnet ist und als in Zwischenstellung drosselndes Steuerventil mit einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung ausgebildet ist, wobei die Druckwaage von dem in der Förderleitung anstehenden Förderdruck der Pumpe in Richtung der Durchflussstellung und von einer Feder sowie dem höchsten Eastdruck der angesteuerten Verbraucher der Arbeitshydraulik in Richtung der Sperrstellung beaufschlagt ist, wobei in der Rücklaufleitung eine Wärmetauschereinrichtung zur Kühlung des Druckmittels des Antriebssystems angeordnet ist, wobei durch eine Veränderung des Fördervolumens der Verstellpumpe der über die Wärmetauschereinrichtung strömende Druckmittelvolumenstrom an den Kühlleistungsbedarf des Antriebssystems anpassbar ist. Durch die Verwendung einer Verstellpumpe kann die Veränderung und somit die Anpassung des Fördervolumens der Verstellpumpe unabhängig von der Drehzahl der die Pumpe antreibenden Antriebsmaschine vorgenommen werden. Durch entsprechende Erhöhung oder Verringerung des Fördervolumens der Verstellpumpe kann hierbei ein hoher Druckmittelstrom in der Rücklaufleitung zur Durchströmung der Wärmetauschereinrichtung im Falle einer hohen benötigten Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden bzw. im Falle einer geringen benötigten Kühlleistung verringert werden.

Des Weiteren sind klassisch konzipierte elektromotorische Antriebe bekannt, bei denen das anliegende Drehmoment zu 100% über den installierten Elektromotor für den Antrieb generiert oder während des Bremsvorganges, sofern keine eigenständige Betriebsbremse vorhanden ist, abgefangen respektive in einen Energiespeicher, vorzugsweise in Form einer Batterie, rückgespeist wird. Insbesondere der Vorgang des Bremsens kann dann zu Situationen führen, bei denen mehr Energie dem System rückgeführt wird als dieses in einem bestimmten Betriebszustand aufnehmen kann. Die vorhandene Überschussenergie kann zu einer Beschädigung bzw. thermischen Überlastung der vorhandenen Antriebskomponenten führen, falls das Energieaufnahmevermögen eines Speichers, vorzugsweise in Form der Batterie, oder das Wärmeabgabevermögen eines Inverters oder Motors nicht ausreichend sein sollte. Heutige, auf dem Markt frei erhältliche Antriebssysteme können solche Vorkommnisse nur bedingt auffangen. Mittels sogenannten Brems-Choppern kann man die rückgespeiste elektrische Überschussenergie zwischen Elektromotor, Inverter und Speichermedium zwar limitieren und somit das Speichermedium schützen; jedoch nicht mit Sicherheit eine thermische Überlastung des Elektromotors dabei ausschließen. Im Falle einer solchen Überlastung wechselt ein Elektromotor üblicherweise dann in einen sogenannten De-Ratingmodus, innerhalb dessen nur noch ein Teil des Drehmoments aufgebracht oder aufgenommen werden kann. Dies hat zur Folge, dass ein Antriebssystem nur noch unzureichend abgebremst werden kann und aus Sicherheitsgründen unmittelbar in den Not-Stopp-Modus wechseln muss.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Lösung aufzuzeigen, die die beschriebenen Nachteile vermeiden hilft.

Eine dahingehende Aufgabe löst eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, ausgestattet mit einem elektrohydraulischem Antrieb und mit einem hydraulischen Hilfssystem ermöglicht es, dass ein Hilfsdrehmoment erzeugt werden kann, das im Bedarfsfall einem Hauptdrehmoment des elektro-hydraulischen Antriebs entgegenwirkt. Mittels des hydraulischen Hilfssystems, vorzugsweise in der Art eines hydromechanischen Gesamt-Aggregats ausgebildet, wird dem elektro-hyd- raulischen Antrieb bewusst ein definiertes Drehmoment aufgeprägt, welches einem unerwünschten, von außen implizierten Drehmoment, gebildet aus einer hydraulischen und/oder mechanischen Last entgegenwirkt, wodurch die mechanische und thermische Belastung des Antriebs sinkt und eine Überlastung von Komponenten sowie ein De-Rating des Elektromotors vermieden werden kann. Dergestalt ist ein Allzeit verfügbarer Antrieb geschaffen und nicht gewollte Unterbrechungen des Arbeitsprozesses, wie sie bei heutigen Lösungen auftreten können, sind ausgeschlossen.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Hilfsdrehmoment des Hilfssystems mittels Anpassung eines hydraulischen Druckes über einen, vorzugsweise ansteuerbaren, hydraulischen Widerstand erfolgt. Prägt sich beim Abbremsen der Arbeitsfunktion ein gewisses äußeres Drehmoment hydraulischer oder mechanischer Natur auf den Hauptantrieb in Form des elektro-hydraulischen Antriebs auf, kann man diesem mittels einer Einstellung des Widerstandes der Vorrichtung entgegenwirken. Mögliche Varianten der Anpassung sind dabei: fest eingestellt, diskret digital, proportional, gesteuert oder geregelt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist vorgesehen, dass mittels des Hilfsdrehmomentes eine Temperaturregelung des Elektromotors, vorzugweise unter Einbezug eines zugehörigen Inverters und/oder einer den Elektromotor versorgenden Batterie erfolgt. Dies erfolgt mittels Adaption des hydraulischen Druckes über einen festen oder verstellbaren Widerstand, der gegebenenfalls über eine elektronische Steuereinheit anzusteuern ist.

Die Temperaturregelung für den Elektromotor nebst Inverter kann mittels Inverter- und Motorperformancedaten als Eingangsgröße (Temperatur, Drehzahl, Strom, Drehmoment,...) und/oder Maschinen-Performancedaten als Eingangsgröße (Geschwindigkeit, Richtung, aufwärts/abwärts, Last,...) und/oder

Ansteuersignalen, beispielsweise von einem Joystick, als Eingangsgröße erfolgen.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist vorgesehen, dass der elektro-hyd- raulische Antrieb eine hydraulische Druckversorgungseinrichtung, beispielsweise in Form einer Konstant - Hydropumpe aufweist, die über einen Antriebsstrang mit einer Abtriebsseite des Elektromotors gekoppelt ist und über einen weiteren Antriebsstrang mit der Antriebsseite des das Hilfsdrehmoment erzeugenden Hilfssystems. Dergestalt lässt sich eine Temperaturregelung für den Elektromotor nebst Inverter mittels Reduzieren des Drehmomentes an einer Hauptantriebswelle zwischen Elektromotor und hydraulischem Antrieb einer mechanisch-hydraulischen Komponente mittels diskreter Verschaltung oder proportionaler Verstellung erhalten. Alternativ kann auch eine getriebe-mechanische Komponente mit Übersetzung zum Einsatz kommen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Hilfssystem, das das Hilfsdrehmoment erzeugt eine weitere Druckversorgungseinrichtung aufweist, vorzugsweise in Form einer weiteren Konstant-Hydropumpe, die über den weiteren Antriebsstrang der einen Druckversorgungseinrichtung antreibbar einen Fördervolumenstrom erzeugt, der zumindest teilweise über einen hydraulischen Widerstand geführt ist. Dergestalt ist in besonders kostengünstiger Weise eine universell verwendbare Einrichtung zur Minimierung der thermischen Belastung eines elektro-hyd- raulischen Antriebs sowie eine verlässliche Absicherung eines Energiespeichers, vorzugsweise in Form einer Batterie, mittels Reduzierung des anfallenden Motordrehmoments geschaffen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche und des Weiteren ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Antriebsvorrichtung wie vorstehend angegeben.

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung nebst ihrer Verwendung anhand eines Ausführungsbeispieles nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die einzige Figur in der Art eines Schaltplans die wesentlichen mechanischen, hydraulischen und elektrischen Komponenten der Antriebseinrichtung.

Die in der Figur mit ihren wesentlichen Komponenten gezeigte Antriebsvorrichtung weist einen elektro-hydraulischen Antrieb 10 auf, der mit einem hydraulischen Hilfssystem 12 zusammenwirkt. Das Hilfssystem 12 ist in der Eage ein Hilfsdrehmoment zu erzeugen, das im Bedarfsfall einem Hauptdrehmoment des elektro-hydraulischen Antriebs 10 entgegen wirkt, was im Folgenden noch näher erläutert wird. Des Weiteren weist die Antriebsvorrichtung einen Elektromotor 14 als Teil des Antriebs 10 auf, der mit einem Inverter 16 zusammenwirkt, der wiederum über Pfade A1 , A2 an einen Energiespeicher in Form einer Batterie 18 angeschlossen ist. Des Weiteren ist der Inverter 16 über geeignete Pfade B1 , B2 an den Elektromotor 14 gekoppelt. Der Elektromotor 14 treibt in üblicher Weise über eine Abtriebswelle 20 eine Antriebswelle 22 zwecks Antrieb eines Haupantriebs 23 als Teil des elektro-hydraulischen Antriebs 10 an. Hierfür ist die Abtriebswelle 20 mit der Antriebswelle 22 über eine Kupplungsstelle 24 miteinander verbunden. Des Weiteren treibt der Hauptantrieb 23 eine weitere Abtriebswelle 26 an, die über eine weitere Kupplungsstelle 28 mit einer weiteren Antriebswelle 30, die dem Antrieb des Hilfssystems 12, respektive einem zugehörigen Hilfsantrieb 31 dient. Wie die Pfeildarstellung zeigt, drehen alle Wellen 20, 22, 26, 30 in derselben Richtung.

Der Hauptantrieb 23 fördert angesteuert von der Antriebsleistung des Elektromotors 14 Fluid, wie beispielsweise Hydraulikmedium, in einem geschlossenen oder offenen hydraulischen Kreislauf 32, der in der Figur nur abschnittsweise wiedergegeben ist. Die Hauptförderrichtung des Hauptantriebs 23 ergibt sich aus der Pfeildarstellung D3 und D4 und die Föderrichtung innerhalb des Kreislaufs 32 ist wiederum mit einem Pfeil angedeutet. Insoweit ist der Hauptantrieb 23 in der Art einer Förderpumpeneinrichtung ausgebildet, und eingangsseitig einer East ausgesetzt, die in der Figur mit einem Pfeil 34 symbolisch wiedergegeben ist. Eine entsprechende East mit Pfeildarstellung 34 wird für die Ausgangsseite des Hilfsantriebs 31 als Teil des hydraulischen Hilfssystems 12 angenommen, der insoweit auf seiner Ausgangsseite E3 mit dieser East beaufschlagt ist.

Des Weiteren weist die Antriebsvorrichtung als Ganzes ein Steuergerät 36 auf, das fachsprachlich auch mit ECU (Electronic Control Unit) bezeichnet ist. Das Steuergerät 36 ist über Steuerleitungen G5 und G6 mit dem Inverter 16 verbunden sowie über weitere Steuerleitungen G7 und G8 mit der Speichereinrichtung in Form der Batterie 18. Des Weiteren ist eine Temperaturüberwachungseinrichtung 38 über eine Messdatenleitung G4 eingangsseitig an das Steuergerät 36 angeschlossen, das insoweit die aktuelle Betriebstemperatur des Elektromotors 14, die von der Temperaturüberwachungseinrichtung erfasst ist, an das Steuergerät 36 weiterleitet. Zur Ansteuerung des Elektromotors, ausgehend von dem Steuergerät 36 dient eine zusätzliche Steuerleitung G3. Der Hilfsantrieb 31 in Form einer Hydraulikpumpe wird über den Hauptantrieb 23 über die Wellen 26 und 30 sowie die Kupplungsstelle 28 angetrieben und ist mit seiner Eingangsseite E2 an eine Zulaufleitung c angeschlossen, die Fluid aus einem Vorratstank 40 entnimmt. Der Hilfsantrieb 31 in Form der Förderpumpe gibt dann Fluid mit vorgebbarem Volumen und mit vorgebbarem Druck an einen Versorgungskreis f ab, der Teil des hydraulischen Gesamt-Kreislaufes 32 sein kann. An einer vorgebbaren Abzweigstelle 42 im Versorgungskreis f, vorzugsweise unmittelbar nach der Ausgangsseite E3 des Hilfsantriebes 31 , ist in eine Bypassleitung d ein als Ganzes mit 44 bezeichneter hydraulischer Widerstand geschaltet, der gemäß der Darstellung nach der Figur von Seiten der Bypassleitung d zwischen den Anschlüssen F1 und F2 an der Eingangsseite bzw. an der Ausgangsseite des Widerstandes 44 von Fluid durchflossen wird. An der Ausgangsseite des Widerstandes 44 und mithin am Anschluss F2 ist eine Abgabeleitung e angeschlossen, über die Fluid beispielsweise an den Vorratstank 40 zurückgegeben werden kann (nicht dargestellt).

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der hydraulische Widerstand 44 aus einer elektrisch proportional betätigbaren Verstelldrossel 46 gebildet, wobei zur Ansteuerung der Verstelldrossel 46 ein Betätigungsmagnet 48 dient, der über eine Steuerleitung G1 von dem Steuergerät (ECU) 36 ansteuerbar ist. Anstelle der Verstelldrossel 46 kann, was nicht dargestellt ist, ein sonstiger Widerstand treten, beispielsweise in Form einer Düse, einer Festdrossel, einer mechanisch einstellbaren Drossel, eines Druckbegrenzungsventiles, einer elektrisch digital betätigbaren Festdrossel, eines elektrisch digital betätigbaren Druckbegrenzungsventils, eines elektrisch proportional betätigbaren Druckbegrenzungsventils etc.. Neben dem Einsatz von Ventilen jedweder Art besteht auch die Möglich- keit einen hydraulischen Widerstand 44 über eine hydraulische Speichereinrichtung, wie beispielsweise einen Hydrospeicher (nicht dargestellt) zu erzeugen.

Abschließend sei noch erwähnt, dass sogenannte Maschinen-Perfor- mancedaten wie Geschwindigkeit, Richtung aufwärts/abwärts, Last,... etc. mittels einer geeigneten Erfassungseinrichtung 50 an das Steuergerät 36 weitergegeben werden.

Mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist eine universell verwendbare Einrichtung zur Minimierung der thermischen Belastung des elektromotorischen Antriebs in Form des Elektromotors 14 geschaffen und ferner ist gleichzeitig eine Absicherung des Speichers, hier in Form der elektrischen Batterie 18, erreicht und zwar in dem das anfallende Motordrehmoment am Haupantrieb 23 mittels des Hilfsantriebes 12 mit seinem zugehörigen Hilfsantrieb 31 und dem hydraulischen Widerstand 44 reduziert wird. Dergestalt ist eine Einrichtung zur Anpassung des Temperaturhaushalts eines elektro-motorischen Antriebs 10 für die vorzugsweise Verwendung bei elektrisch angetriebenen mobilen oder quasi-mobilen Arbeitsmaschinen geschaffen. Das genannte hydraulische Hilfssystem 12 ist wie bereits erläutert über ein Verbindungs- oder Kupplungselement 28 mit dem Hauptantrieb 23 gekoppelt. Mittels des fest eingestellten oder verstellbaren hydraulischen Widerstandes 44 kann ein gewisses Druckgefälle an der Ausgangsseite E3 des Hilfsantriebes 31 innerhalb eines hydraulischen Kreises, hier in Form des Versorgungskreises f, generiert werden. Dieses Druckgefälle wiederum erzeugt über eine mechanisch-hydraulische Komponente in Form des Hilfssystems 12 ein gewisses Hilfsdrehmoment in der weiteren Antriebswelle 30, die als sogenannte Hilfsantriebswelle der Einrichtung dient. Über die weitere Kupplungsstelle 28 als Verbindungselement wird dann das zur Unterstützung des Hauptantriebs 23 benötigte Hilfsdrehmoment auf die Hauptantriebswelle, sprich auf die weitere Abtriebswelle 26 übertragen. Die weitere Hauptantriebswelle respektive die Antriebswelle 22 ist hierbei mechanisch mit der Motorabtriebswelle 20 über die Verbindungsstelle 24 gekoppelt. Verändert sich der Widerstand über die hydraulische Widerstandseinrichtung 44 auf der Ausgangsseite E3 des Hilfsantriebes 31 ändert sich das Hilfsdrehmoment T an der weiteren Antriebswelle 30 zur Unterstützung des Elektromotors 14. Dabei gilt, dass das Drehmoment T an der Abtriebswelle 20 des Elektromotors 14 gleich dem Drehmoment an der weiteren Abtriebswelle 26 ist abzüglich dem Drehmoment an der weiteren Antriebswelle 30. Demgemäß gilt auch der Zusammenhang, dass das Drehmoment an der weiteren Abtriebswelle 26 gleich dem Drehmoment an der Antriebswelle 22 für den Hauptantrieb 32 ist.

Prägt sich nun beim Abbremsen der Arbeitsfunktion ein gewisses äußeres Drehmoment hydraulischer oder mechanischer Natur auf den Hauptantrieb 23 auf, kann man diesem mittels einer Einstellung des hydraulischen Widerstandes 44 der Antriebsvorrichtung entgegenwirken, was vorstehend bereits erläutert wurde. Demgemäß besteht die Möglichkeit einer Temperaturregelung für den Elektromotor 14 und dem Inverter 16 durch Anpassen des Hilfsdrehmomentes an der weiteren Antriebswelle 30 für den Hilfsantrieb 31 , mittels Adaption eines hydraulischen Druckes auf der Ausgangsseite E3 des Hilfsantriebes 31 über den genannten festen oder verstellbaren Widerstand 44, der vorzugsweise über die elektronische Steuereinheit in Form des Steuergerätes 36 angesteuert wird. Des Weiteren besteht die Möglichkeit einer Temperaturregelung für den Elektromotor 14 nebst zugehörigem Inverter 16 mittels Reduzieren des Drehmomentes in der jeweiligen Hauptantriebswelle 22, 26 einer mechanisch-hydraulischen Komponente in Form des Hauptantriebs 23 mittels diskreter Verschaltung oder proportionaler Ein- Stellung. Alternativ könnte auch durch eine getriebe-mechanische Komponente mittels Übersetzung eine Drehmomentreduzierung erfolgen, was nicht dargestellt ist.

Neben der Möglichkeit einer adaptiven Momentenverzögerung für den Elektromotor 14 kann man mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auch eine Ladekapazitätsregelung für den Speicher, vorzugsweise in Form der Batterie 18, vornehmen, anhand sogenannter Performance- daten des Speichermediums wie Ladezustand, Temperatur, Last.

Zusammengefasst ist mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung eine Art Retarderlösung geschaffen, die insbesondere für den Einsatz bei elektrischen Maschinen geeignet ist. Im Falle eines Versagens jeglicher Art auf der elektrischen Antriebsseite (E-Motor 14 zu heiß, Inverter 16 kollabiert, Leitungen A1 , A2, B1 , B2 etc. überlastet, Batterie 18 voll) können bei Maschinen ohne separate Betriebsbremse diese dennoch sicher auf eine definierte Maximalgeschwindigkeit heruntergebremst oder sogar bis zum Stillstand angehalten werden unter Einsatz des vorgestellten hydraulischen Hilfssystems 12.

Insbesondere Maschinen mit hydrostatischen Fahrantrieben im geschlossenen Kreis verzichten häufig auf eine separate Betriebsbremse und ein Bremsen erfolgt mehr oder weniger über die Verstellung der Förderpumpe, die die Maschine dann abregelt. Bei Einsatz einer Dieselmaschine ist dies meist kein Problem; bei einer E-Maschine hingegen schon. Hier kann es zu den bereits beschriebenen Problemen kommen, die mit dem klassischen Setup des hydraulischen Antriebsstrangs nicht abgedeckt werden können.

Bei einem konkreten Lösungsansatz wird der Hilfsantrieb 31 des Hilfssystems 12 auf dem mechanisch verbundenen Antriebsstrang zu dem Hauptantrieb 23 genutzt, um bei Bedarf oder bei einem Fehler ein definiertes Bremsmoment aufbauen zu können. Hierzu ist in den Arbeitsanschluss auf der Abgabeseite E3 des Hilfsantriebes 31 der hydraulische Widerstand 44 eingesetzt, vorzugsweise in Form eines proportionalen Druckbegrenzungsventils.

Durch Beaufschlagen mit einem definierten Strom auf der E-Motorseite folgt der Druck und somit das Bremsmoment dem Eingangssignal nach. Bevorzugt wird ein inverses Druckbegrenzungsventil als hydraulischer Widerstand 44 verwendet, um sicherzustellen, dass bei Stromausfall eine maximale Bremsleistung gewährleistet ist.

Über ein Performance-Management-System, das vorzugsweise im Steuergerät 36 implementiert ist, wird kontinuierlich der „Gesundheitszustand" des Haupantriebs 23 überwacht. Stellt man fest, dass Batterie 18, E-Motor 14,... eine gewisse Entlastung benötigen, wird entsprechend proportional die Retarderfunktion (7-50Nm) aufgeprägt und bremsend verzögert.

Aufgrund des modularen Aufbaus der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht die Möglichkeit, diese auch in bereits existierende Komponenten an der jeweiligen Arbeitsmaschine nachzurüsten.