DE102022127899A1 - Electric drive device for the electric drive of a truck-mounted concrete pump, truck-mounted concrete pump and system for driving a truck-mounted concrete pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung (200), für den elektrischen Antrieb einer Autobetonpumpe (100), wobei die Autobetonpumpe ein Betonpumpsystem (110) zur Förderung von Beton aufweist, wobei das Betonpumpsystem (110) der Autobetonpumpe (100) von einem, mindestens eine Hydraulikpumpe (211a-d) umfassenden Hydraulikpumpenantriebsystem (210) antreibbar ist. Die elektrische Antriebsvorrichtung weist mindestens einen Elektromotor (201) und mindestens zwei Netzanschlussschnittstellen (202) auf, über welche der mindestens eine Elektromotor (201) mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei der mindestens eine Elektromotor (201) dazu eingerichtet ist, das Hydraulikpumpenantriebssystem (210) anzutreiben. Es ist Ziel der Erfindung, dass die elektrische Antriebsvorrichtung galvanisch entkoppelt über die mindestens zwei Netzanschlüsse (202) mit einer Leistung von insgesamt mindestens 60 kW sicher versorgt werden kann und auf besonders einfache Art und Weise einfach mit der Autobetonpumpe verbunden oder in diese integriert werden kann. Hierzu schlägt die Erfindung vor, dass den Netzanschlussschnittstellen (202) jeweils mindestens ein Netzanschlussmodul (203) zugeordnet ist, wobei die Netzanschlussmodule (203) jeweils mindestens ein primärgetaktetes Schaltnetzteil (220) aufweisen und einen DC-Zwischenkreis (204) speisen, über welchen der mindestens eine Elektromotor (201) angeschlossen ist. Zudem betrifft die Erfindung eine mit dieser elektrischen Antriebsvorrichtung (200) antreibbare Autobetonpumpe (100) und ein System zum elektrischen Antrieb einer Autobetonpumpe (100).The invention relates to an electric drive device (200) for the electric drive of a truck-mounted concrete pump (100), wherein the truck-mounted concrete pump has a concrete pumping system (110) for conveying concrete, wherein the concrete pumping system (110) of the truck-mounted concrete pump (100) consists of one, at least one Hydraulic pump (211a-d) comprising hydraulic pump drive system (210) can be driven. The electric drive device has at least one electric motor (201) and at least two mains connection interfaces (202), via which the at least one electric motor (201) is supplied with electrical energy, the at least one electric motor (201) being set up to drive the hydraulic pump drive system (210 ). It is the aim of the invention that the electric drive device can be safely supplied with a total power of at least 60 kW in a galvanically decoupled manner via the at least two mains connections (202) and can be easily connected to the truck-mounted concrete pump or integrated into it in a particularly simple manner . For this purpose, the invention proposes that at least one network connection module (203) is assigned to the network connection interfaces (202), the network connection modules (203) each having at least one primary-clocked switching power supply (220) and feeding a DC intermediate circuit (204), via which the at least one electric motor (201) is connected. The invention also relates to a truck-mounted concrete pump (100) that can be driven with this electric drive device (200) and to a system for electrically driving a truck-mounted concrete pump (100).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für den elektrischen Antrieb einer Autobetonpumpe, wobei die Autobetonpumpe ein Betonpumpsystem zur Förderung von Beton aufweist, wobei das Betonpumpsystem der Autobetonpumpe von einem, mindestens eine Hydraulikpumpe umfassenden Hydraulikpumpenantriebsystem antreibbar ist. Die elektrische Antriebsvorrichtung weist mindestens einen Elektromotor und mindestens zwei Netzanschlussschnittstellen auf, über welche der mindestens eine Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei der mindestens eine Elektromotor dazu eingerichtet ist, das Hydraulikpumpenantriebssystem anzutreiben.The invention relates to an electric drive device for the electric drive of a truck-mounted concrete pump, wherein the truck-mounted concrete pump has a concrete pumping system for conveying concrete, wherein the concrete pumping system of the truck-mounted concrete pump can be driven by a hydraulic pump drive system comprising at least one hydraulic pump. The electric drive device has at least one electric motor and at least two power connection interfaces, via which the at least one electric motor is supplied with electrical energy, the at least one electric motor being set up to drive the hydraulic pump drive system.
Zur Reduktion des Ausstoßes von unerwünschten Abgasen und klimaschädlichem Kohlendioxid ist es wünschenswert, Autobetonpumpen, deren Autobetonpumpen-Hydraulikpumpenantriebssystem in der Regel von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, auf der Baustelle elektrisch anzutreiben. Der Verbrennungsmotor dient in der Regel auch dem Antrieb eines Tragfahrzeugs, auf welchem die Autobetonpumpe angeordnet ist. In der Patentanmeldung
Im Normalfall ist das Hydraulikpumpenantriebssystem für den Antrieb mit einem Verbrennungsmotor mit einer Leistung von circa 200 kW oder mehr ausgelegt. Der Verbrennungsmotor für den Fahrantrieb einer Autobetonpumpe kann heute üblicherweise diese Leistung für den Antrieb der Betonpumpe zur Verfügung stellen. Die an einer einzelnen Netzanschlussschnittstelle zur Verfügung stehende Leistung für den elektrischen Antrieb der Autobetonpumpe ist allerdings in der Regel auf maximal 75 kW (125 A) begrenzt. Dies hängt einerseits mit den begrenzten Kapazitäten der Ortsnetzstationen im Stromversorgungsnetz und andererseits mit begrenzten Kapazitäten der einzelnen von der Ortsnetzstation abgehenden Stichleitungen zur Versorgung der angeschlossenen Verbraucher zusammen. In der
Bei mobilen Anlagen, welche zusätzlich mit einem Energiespeicher (Akku) betrieben werden, welcher durch eine Netzeinspeisung geladen und/oder durch welchen das System leistungsmäßig unterstützt wird, kommt es zudem durch die Kapazitäten des Energiespeichers zum elektrischen Erdungspotenzial beim Anschluss der Stromversorgungsleitungen der Maschine zu Ableitungsströmen, welche die netzseitigen Schutzeinrichtungen, Fehlerstromschutzschalter usw. zum Auslösen bringen können.In mobile systems that are also operated with an energy storage device (battery) which is charged by a power supply and/or through which the system is supported in terms of performance, leakage currents also occur due to the capacity of the energy storage device to the electrical ground potential when connecting the machine's power supply lines , which can trigger the network-side protective devices, residual current circuit breakers, etc.
Auch um diese Ableitungsströme zu verhindern, ist es erforderlich, eine galvanische Entkopplung zwischen dem Netzanschluss (bzw. den Netzanschlüssen) und dem Energiespeicher vorzusehen. Die galvanische Trennung erfolgt gemäß dem Stand der Technik üblicherweise mit einem Trenntransformator.In order to prevent these leakage currents, it is also necessary to provide galvanic decoupling between the mains connection (or mains connections) and the energy storage device. According to the prior art, galvanic isolation is usually carried out using an isolation transformer.
In der Patentanmeldung
Für den elektrischen Antrieb einer Autobetonpumpe sind, wie oben beschrieben, sehr hohe elektrische Anschlussleistungen von mindestens 60 kW erforderlich, ideal ist sogar eine höhere Anschlussleistung von 200 kW. Heutige Baustellenstromanschlüsse sind mit CEE-Steckdosen mit maximal 63 bzw. 125 A verfügbar, was einer elektrischen Leistung von ca. 37,5 kW (63A) bzw. 75 kW (125A) entspricht.As described above, the electric drive of a truck-mounted concrete pump requires a very high electrical connection power of at least 60 kW; even a higher connection power of 200 kW is ideal. Today's construction site power connections are available with CEE sockets with a maximum of 63 or 125 A, which corresponds to an electrical output of approx. 37.5 kW (63A) or 75 kW (125A).
Für derartige Leistungen ausgelegte Netztrenntransformatoren bauen extrem groß und sind sehr schwer. Bei einer jeweiligen Anschlussleistung von 75 kW wären zwei Trenntransformatoren mit jeweils mehreren hundert Kilogramm Gewicht erforderlich. Für die mobilen Anwendungen der gattungsbildenden elektrischen Antriebsvorrichtung ist deshalb die galvanische Entkopplung mittels Netztrenntransformatoren durch den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum und die Beschränkung der möglichen Zuladung technisch nicht realisierbar.Mains isolation transformers designed for such performance are extremely large and very heavy. With a respective connected load of 75 kW, two isolation transformers, each weighing several hundred kilograms, would be required. For mobile applications of the generic electric drive device, galvanic decoupling using mains isolating transformers is therefore not technically feasible due to the small available installation space and the limitation of the possible payload.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die elektrische Antriebsvorrichtung für den Betrieb einer Autobetonpumpe dahingehend weiterzubilden, dass diese galvanisch entkoppelt über die mindestens zwei Netzanschlüsse aus unterschiedlichen Stromkreisen mit einer Leistung von insgesamt mindestens 60 kW sicher versorgt werden kann und auf besonders einfache Art und Weise mit der Autobetonpumpe verbunden oder in diese integriert werden kann.It is therefore the object of the invention to further develop the electric drive device for the operation of a truck-mounted concrete pump in such a way that it can be safely supplied with a total power of at least 60 kW in a galvanically decoupled manner via the at least two mains connections from different circuits and in a particularly simple manner the car concrete pump can be connected or integrated into it.
Hierzu schlägt die Erfindung ausgehend von einer elektrischen Antriebsvorrichtung eingangs genannter Art vor, dass den Netzanschlussschnittstellen jeweils mindestens ein Netzanschlussmodul zugeordnet ist, wobei die Netzanschlussmodule jeweils mindestens ein primärgetaktetes Schaltnetzteil aufweisen und einen DC-Zwischenkreis speisen, über welchen der mindestens eine Elektromotor angeschlossen ist.For this purpose, the invention proposes, based on an electric drive device of the type mentioned at the beginning, that at least one network connection module is assigned to the network connection interfaces, the network connection modules each having at least one primary-clocked switching power supply and feeding a DC intermediate circuit, via which the at least one electric motor is connected.
Die galvanische Entkopplung der Netzanschlüsse wird mittels der Schaltnetzteile realisiert. Die Entkopplung im Leistungszweig des Schaltnetzteils erfolgt in einem Leistungsübertrager, in der Regel einem Transformator, in dem die auf hohe Frequenz getaktete Eingangsspannung übertragen wird. Die internen Steuerungskomponenten des Schaltnetzteils müssen ebenfalls durch eine Potentialtrennung galvanisch zum Ausgang entkoppelt werden. Hierzu ist in den Schaltnetzteilen vorzugsweise ein Optokoppler vorgesehen. Alternativ kann auch die Übertragung der Schaltsignale an die Schalter des Schaltnetzteils über Hilfstransformatoren erfolgen, um eine Potentialtrennung zu erreichen.The galvanic decoupling of the mains connections is achieved using switching power supplies. Decoupling in the power branch of the switching power supply takes place in a power transformer, usually a transformer, in which the input voltage clocked at high frequency is transmitted. The internal control components of the switching power supply must also be galvanically decoupled from the output by electrical isolation. For this purpose, an optocoupler is preferably provided in the switching power supplies. Alternatively, the switching signals can also be transmitted to the switches of the switched-mode power supply via auxiliary transformers in order to achieve electrical isolation.
Der Einsatz der Schaltnetzteile wird also genutzt, um die galvanische Trennung zur Netzeinspeisung umzusetzen sowie den DC-Zwischenkreis und somit den Elektromotor mit elektrischer Energie zu versorgen. Schaltnetzteile weisen gegenüber den im Stand der Technik verwendeten Netztrenntransformatoren aufgrund der hohen Frequenzen ein niedrigeres Gewicht auf und bauen insgesamt kleiner.The use of switching power supplies is used to implement the galvanic isolation from the grid feed and to supply the DC intermediate circuit and thus the electric motor with electrical energy. Compared to the mains isolation transformers used in the prior art, switched-mode power supplies have a lower weight due to the high frequencies and are smaller overall.
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung kann entweder in der Autobetonpumpe integriert sein oder als externe elektrische Antriebsvorrichtung ausgebildet sein.The electric drive device according to the invention can either be integrated in the truck-mounted concrete pump or can be designed as an external electric drive device.
Insbesondere wenn die elektrische Antriebsvorrichtung als externe Antriebsvorrichtung ausgebildet ist und ein Elektromotor zum Antrieb eines separaten externen Hydraulikpumpenantriebssystems verwendet wird, um das Betonpumpsystem der Autobetonpumpe anzutreiben, kann eine Autobetonpumpe konventioneller Bauart, welche standardgemäß über den Verbrennungsmotor des Tragfahrzeugs angetrieben wird, sehr einfach auf einer Baustelle elektrisch angetrieben werden. An der Autobetonpumpe sind nur sehr geringe Änderungen notwendig, um den elektrischen Betrieb zu ermöglichen. Das von einem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpenantriebssystem kann auf den Antrieb durch den Elektromotor, der in der Regel eine geringere Leistung als der Verbrennungsmotor aufweist, ausgelegt werden, um Leistungsverluste zu minimieren und die elektrische Antriebsvorrichtung für den elektrischen Antrieb der Autobetonpumpe zu optimieren.In particular, if the electric drive device is designed as an external drive device and an electric motor is used to drive a separate external hydraulic pump drive system to drive the concrete pumping system of the truck-mounted concrete pump, a truck-mounted concrete pump of conventional design, which is standardly driven via the internal combustion engine of the carrying vehicle, can be used very easily on a construction site be electrically driven. Only very minor changes are necessary to the truck-mounted concrete pump to enable electrical operation. The hydraulic pump drive system driven by an electric motor can be designed to be driven by the electric motor, which usually has a lower power than the internal combustion engine, in order to minimize power losses and optimize the electric drive device for the electric drive of the truck-mounted concrete pump.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eines der Netzanschlussmodule zwei oder mehr parallel geschaltete primärgetaktete Schaltnetzteile aufweist. Aufgrund des hohen Leistungsbedarfs des Elektromotors für den Antrieb ist es vorteilhaft, für jeden Netzanschluss mehrere galvanisch entkoppelnde Schaltnetzteile parallel zu schalten. Damit können insgesamt Schaltnetzteile mit niedrigerer Leistung eingesetzt werden. Solche Schaltnetzteile werden als Massenprodukte beispielsweise in dem Bereich der Elektromobilität eingesetzt und sind dementsprechend kostengünstig und standardisiert.A preferred development of the invention provides that at least one of the power connection modules has two or more primary-clocked switching power supplies connected in parallel. Due to the high power requirement of the electric motor for the drive, it is advantageous to connect several galvanically decoupling switching power supplies in parallel for each mains connection. This means that switching power supplies with lower performance can be used overall. Such switching power supplies are used as mass-produced products, for example in the field of electromobility, and are therefore cost-effective and standardized.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein elektrischer Akkumulator vorgesehen ist, welcher mit dem Zwischenkreis verbunden ist. Der Akkumulator kann dann, wenn überschüssige Leistung bereitgestellt wird oder der Elektromotor nicht im Einsatz ist, aufgeladen werden. Der Akkumulator kann bei Volllastbetrieb des Elektromotors temporär unterstützen und die gespeicherte Energie zur Verfügung stellen. Somit wird durch die Verwendung eines Akkumulators die Lastkurve insgesamt geglättet. Der Einsatz der Schaltnetzteile bringt hierbei den weiteren Vorteil mit sich, dass über den DC-Zwischenkreis sowohl der Elektromotor angetrieben als auch der Akkumulator geladen werden kann.A particularly preferred development of the invention provides that an electrical accumulator is provided, which is connected to the intermediate circuit. The accumulator can then be charged when excess power is provided or the electric motor is not in use. The accumulator can temporarily support the electric motor when operating at full load and make the stored energy available. The use of an accumulator thus smoothes the overall load curve. The use of switching power supplies has the further advantage that both the electric motor can be driven and the accumulator can be charged via the DC intermediate circuit.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform werden die Hydraulikpumpen des Hydraulikpumpenantriebssystems mittels genau einem Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor treibt hierbei über einen Hydraulikpumpenstrang alle Hydraulikpumpen an. Diese Art des Antriebs wird in der Regel auch beim Einsatz eines Verbrennungsmotors verwendet. Die nicht im Einsatz befindlichen Pumpen laufen dann im Leerlauf.In an expedient embodiment, the hydraulic pumps of the hydraulic pump drive system are driven by exactly one electric motor. The electric motor drives all hydraulic pumps via a hydraulic pump train. This type of drive is usually also used when using an internal combustion engine. The pumps that are not in use then run idle.
Eine hierzu alternative zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, dass mindestens zwei Elektromotoren für den Antrieb der Hydraulikpumpen des Hydraulikpumpenantriebssystems vorgesehen sind, wobei die Elektromotoren separat ansteuerbar sind und jeweils über den Zwischenkreis angeschlossen sind. Durch den separaten Antrieb können Leerlaufzeiten vermieden und somit Energie gespart werden.An alternative, expedient embodiment provides that at least two electric motors are provided for driving the hydraulic pumps of the hydraulic pump drive system, the electric motors being separately controllable and each being connected via the intermediate circuit. The separate drive means that idle times can be avoided and energy can be saved.
Die Erfindung umfasst ferner eine Autobetonpumpe, die das hydraulisch angetriebene Betonpumpsystem zur Förderung von Beton und eine Hydraulikpumpenanordnung und einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Autobetonpumpen-Hydraulikpumpenantriebssystems und das Autobetonpumpen-Hydraulikpumpenantriebssystem zum Antrieb des Betonpumpsystems ausgebildet ist, wobei das Betonpumpsystem der Autobetonpumpe von der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung antreibbar ist.The invention further comprises a truck-mounted concrete pump, which has the hydraulically driven concrete pump system for conveying concrete and a hydraulic pump arrangement and an internal combustion engine, the internal combustion engine being used to drive a truck-mounted concrete pump. Hydraulic pump drive system and the truck-mounted concrete pump hydraulic pump drive system are designed to drive the concrete pump system, wherein the concrete pump system of the truck-mounted concrete pump can be driven by the electric drive device according to the invention.
Bevorzugterweise weist das Autobetonpumpen-Hydraulikpumpenantriebssystem der Autobetonpumpe eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen und das Betonpumpsystem der Autobetonpumpe eine Mehrzahl von hydraulischen Verbrauchern auf, wobei das Hydraulikpumpenantriebssystem der elektrischen Antriebsvorrichtung eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen aufweist und die hydraulischen Verbraucher der Autobetonpumpe mit einer Mehrzahl von Hydraulikversorgungsleitungen mit der Mehrzahl von Hydraulikpumpen der elektrischen Antriebsvorrichtung verbindbar sind. Mit den Hydraulikversorgungsleitungen lassen sich die hydraulischen Verbraucher der Autobetonpumpe einfach mit den Hydraulikpumpen des Hydraulikpumpenantriebssystems verbinden.Preferably, the truck-mounted concrete pump hydraulic pump drive system of the truck-mounted concrete pump has a plurality of hydraulic pumps and the concrete pump system of the truck-mounted concrete pump has a plurality of hydraulic consumers, wherein the hydraulic pump drive system of the electric drive device has a plurality of hydraulic pumps and the hydraulic consumers of the truck-mounted concrete pump with a plurality of hydraulic supply lines with the plurality of Hydraulic pumps of the electric drive device can be connected. With the hydraulic supply lines, the hydraulic consumers of the truck-mounted concrete pump can be easily connected to the hydraulic pumps of the hydraulic pump drive system.
Vorteilhafterweise kann die Autobetonpumpe ein Hydraulikpumpenantriebssystem mit mindestens einer Hydraulikpumpe zum Antrieb des Betonpumpsystems und zusätzlich die elektrische Antriebsvorrichtung für den Antrieb des Hydraulikpumpenantriebssystems der Autobetonpumpe umfassen. Somit sind alle Komponenten für den elektrischen, beziehungsweise den elektro-hydraulischen Antrieb der Autobetonpumpe 100 auf der Autobetonpumpe 100 angeordnet und die Autobetonpumpe 100 kann ohne das Aufstellen und Anschließen eines zusätzlichen Aggregates auf der Baustelle mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor in Betrieb genommen werden.Advantageously, the truck-mounted concrete pump can comprise a hydraulic pump drive system with at least one hydraulic pump for driving the concrete pumping system and additionally the electric drive device for driving the hydraulic pump drive system of the truck-mounted concrete pump. Thus, all components for the electrical or electro-hydraulic drive of the truck-mounted
Die Erfindung ist ferner gekennzeichnet durch ein System zum elektrischen Antrieb einer Autobetonpumpe, wobei die Autobetonpumpe ein hydraulisch angetriebenes Betonpumpsystem zur Förderung von Beton und ein Autobetonpumpen-Hydraulikpumpenantriebssystem und einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der Verbrennungsmotor zum Antrieb des Autobeton-Hydraulikpumpenantriebssystems und das Autobeton-Hydraulikpumpenantriebssystem zum Antrieb des Betonpumpsystems ausgebildet ist, wobei eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung ein Hydraulikpumpenantriebsystem zum hydraulischen Antrieb des Betonpumpsystems der Autobetonpumpe und einen Elektromotor zum Antrieb des Hydraulikpumpenantriebsystems aufweist, wobei das Hydraulikpumpenantriebssystem der elektrischen Antriebsvorrichtung über Hydraulikversorgungsleitungen mit dem Betonpumpsystem der Autobetonpumpe verbunden ist.The invention is further characterized by a system for electrically driving a truck-mounted concrete pump, wherein the truck-mounted concrete pump has a hydraulically driven concrete pump system for conveying concrete and a truck-mounted concrete pump hydraulic pump drive system and an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is used to drive the truck-mounted concrete hydraulic pump drive system and the truck-mounted concrete hydraulic pump drive system Drive of the concrete pumping system is formed, wherein an electric drive device according to the invention has a hydraulic pump drive system for hydraulically driving the concrete pumping system of the truck-mounted concrete pump and an electric motor for driving the hydraulic pump drive system, wherein the hydraulic pump drive system of the electric drive device is connected to the concrete pumping system of the truck-mounted concrete pump via hydraulic supply lines.
Vorteilhafterweise weist das Autobetonpumpen-Hydraulikpumpenantriebssystem gemäß der Erfindung eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen auf und das Betonpumpsystem der Autobetonpumpe weist eine Mehrzahl von hydraulischen Verbrauchern auf und das Hydraulikpumpenantriebssystem der elektrischen Antriebsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen auf und die hydraulischen Verbraucher des Betonpumpsystems sind über eine Mehrzahl von Hydraulikversorgungsleitungen mit der Mehrzahl von Hydraulikpumpen der elektrischen Antriebsvorrichtung verbindbar.Advantageously, the truck-mounted concrete pump hydraulic pump drive system according to the invention has a plurality of hydraulic pumps and the concrete pumping system of the truck-mounted concrete pump has a plurality of hydraulic consumers and the hydraulic pump drive system of the electric drive device has a plurality of hydraulic pumps and the hydraulic consumers of the concrete pump system are via a plurality of hydraulic supply lines connectable to the plurality of hydraulic pumps of the electric drive device.
Eine ausführlichere Beschreibung des hydraulischen Aufbaus des erfindungsgemäßen Systems findet sich in der zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlichten internationalen Patentanmeldung der vorliegenden Anmelderin vom 04.07.2022 mit dem Aktenzeichen
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description and from the drawings, which show exemplary embodiments of the invention. Corresponding objects or elements are provided with the same reference numbers in all figures.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 : schematisch ein erfindungsgemäßes System in einem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 : schematisch den Detailaufbau eines Schaltnetzteiles einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung; -
3 : schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
4 : schematisch ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
5 : schematisch ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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1 : schematically a system according to the invention in a first exemplary embodiment; -
2 : schematically the detailed structure of a switching power supply of an electric drive device according to the invention; -
3 : schematically a block diagram of an electric drive device according to the invention in a further exemplary embodiment; -
4 : schematically a block diagram of a system according to the invention in a further exemplary embodiment; -
5 : schematically a block diagram of a system according to the invention in a further exemplary embodiment.
Die
Die Autobetonpumpe 100 umfasst ein hydraulisch angetriebenes Betonpumpsystem 110 zur Förderung von Beton und ein Autobetonpumpen-Hydraulikpumpenantriebssystem (hier nicht dargestellt), welches über einen Verbrennungsmotor (ebenfalls nicht dargestellt), der auch zum Antrieb des Tragfahrzeugs dient, angetrieben werden kann und dazu ausgebildet ist, das Betonpumpsystem 110 anzutreiben.The truck-mounted
Das Betonpumpsystem 110 ist auf einem Lkw-Fahrgestell 130 mit Fahrerhaus aufgebaut ist. Das Betonpumpsystem 110 umfasst verschiedene hydraulische Verbraucher 111, 112, 113, 114, 115, zum Beispiel ein Rührwerk 111 zum Durchmischen des Frischbetons im Einfülltrichter 116, eine Zweizylinderkolbenpumpe 114, beispielsweise bestehend aus Förderzylindern, die von Differentialhydraulikzylindern angetrieben werden und ein Betonumschaltventil 112. Statt einer Zweizylinderkolbenpumpe 114 könnte auch eine andere Pumptechnik eingesetzt werden, beispielsweise eine Rotorschlauchpumpe. Weitere hydraulische Verbraucher des Betonpumpsystems 110 sind beispielsweise eine Abstützung 113 und ein Betonverteilermast 115. Die Autobetonpumpe 100 könnte zusätzlich mit einer hydraulisch angetriebenen Mischtrommel ausgestattet sein (Fahrmischerbetonpumpe) oder beispielsweise als eine auf einem Lkw-Fahrgestell montierte einfache Betonpumpe ohne Mast und Abstützung ausgebildet sein.The
Des Weiteren ist eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung 200 dargestellt, die die Autobetonpumpe 100 elektrisch antreibt, indem sie ein weiteres Hydraulikpumpenantriebssystem 210 antreibt, welches eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen 211a-d aufweist. Die hydraulischen Verbraucher 111, 112, 113, 114, 115 des Betonpumpsystems 110 können über die Hydraulikversorgungsleitungen 101a-d mittels der Hydraulikpumpen 211a-d angetrieben werden. Die Hydraulikpumpen 211a-d saugen das Hydrauliköl für den Antrieb des Betonpumpsystems 110 aus einem Hydrauliköltank 212 des Hydraulikpumpenantriebssystems an. Der Hydrauliköltank 212 des Hydraulikpumpenantriebssystems 210 kann mit einem weiteren Hydrauliköltank (hier nicht dargestellt) der Autobetonpumpe 100 verbunden sein.Furthermore, an
Die elektrische Antriebsvorrichtung 200 verfügt über zwei Netzanschlussschnittstellen in Form von Steckern 202, denen erfindungsgemäß jeweils ein Netzanschlussmodul 203 zugeordnet ist, welche als primärgetaktete Schaltnetzteile 220 ausgebildet sind. Über die Stecker 202 kann die elektrische Energieversorgungseinrichtung 200 mit dem Versorgungsnetz beispielsweise über einen Baustellenstromverteiler 300 verbunden werden. Über die Netzanschlussmodule 203 wird ein DC-Zwischenkreis 204 gespeist. Der Elektromotor 201 wird über einen Wechselrichter 205 und eine Stromleitung 206 und mit dem DC-Zwischenkreis 204 verbunden. Die elektrische Energieversorgungseinrichtung 200 kann beispielsweise zusätzlich einen Akkumulator 207 umfassen, der den Elektromotor 201, je nach Kapazität des Akkumulators 207, für einen gewissen Zeitraum alleine antreiben kann oder zusätzlichen Strom in Ergänzung zum Baustellenstrom zur Verfügung stellt, um bei Leistungsspitzen des Betonpumpsystems 110 zu unterstützen. Der Akkumulator 207 kann zum Beispiel in Pumppausen oder Phasen geringen Leistungsbedarfs des Betonpumpsystems 110 vom Baustellenstromverteiler 300 über eine elektrische Leistungsverteileinheit (hier nicht dargestellt) geladen werden. Die Kapazität des Akkumulators 207 könnte auch so groß sein, dass auf den Baustellenstromanschluss 300 vollständig verzichtet werden kann. Alternativ oder zusätzlich zum Akkumulator 207 könnte eine Brennstoffzelle verwendet werden. Der Akkumulator 207 kann beispielsweise auch außerhalb der elektrischen Antriebsvorrichtung 200 angeordnet sein. Der Baustellenstromverteiler 300 könnte auch um eine Brennstoffzelle oder einen elektrischen Akkumulator, beispielsweise zur Versorgung der gesamten Baustelle, ergänzt werden. Zusätzlich oder alternativ zum Akkumulator 207 könnte die elektrische Antriebsvorrichtung 200 einen Superkondensator zur Überbrückung kurzfristiger Leistungsspitzen aufweisen.The
In der
Die Autobetonpumpe 100 weist bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise einen Rücklaufantriebsmotor und mindestens eine von dem Rücklaufantriebsmotor angetriebene Rücklauf-Hydraulikpumpe auf, wobei die Rücklauf-Hydraulikpumpe Hydrauliköl vom Hydrauliköltank der Autobetonpumpe 100 zum Hydrauliköltank 212 des externen Hydraulikpumpenantriebssystem 210 fördert. Dadurch, dass für den Antrieb des Betonpumpsystems 110 vom Hydraulikpumpenantriebssystem 210 benötigte Hydrauliköl mit einer Hydraulikölrücklaufpumpe zum externen Hydraulikpumpenantriebssystem gefördert beziehungsweise gepumpt wird, kann ein im Gegensatz zu einem Saugschlauch relativ dünner Druckschlauch in Form des Rücklaufschlauches 101e für den Rücklauf des Hydrauliköls verwendet werden. Aufgrund der Vielzahl und der Leistung der von der elektrischen Antriebsvorrichtung anzutreibenden hydraulischen Verbraucher ist der Hydraulikölbedarf der Hydraulikpumpen 211a-d des Hydraulikpumpenantriebssystems 210 sehr groß. Wenn, wie es nach dem Stand der Technik eigentlich üblich wäre, das vom Hydraulikpumpenantriebssystem 210 benötigte Hydrauliköl vom Hydrauliköltank der Autobetonpumpe 100 angesaugt werden würde, müsste die dafür benötigte Hydraulikrücklaufleitung 101e aufgrund der begrenzten Oldurchlaufgeschwindigkeit eines Saugschlauches einen sehr großen Durchmesser haben. Eine Hydraulikrücklaufleitung 101e mit einem kleineren Durchmesser lässt sich auch sehr einfach mit der Autobetonpumpe 100 verbinden.In this exemplary embodiment, the truck-mounted
Alternativ könnte die elektrische Antriebsvorrichtung 200 auf der Autobetonpumpe 100 angeordnet sein, wobei dann der Elektromotor 201 der elektrischen Antriebsvorrichtung 200 das auf der Autobetonpumpe 100 angeordnete Hydraulikpumpenantriebssystem mit den Hydraulikpumpen für den Antrieb des Betonpumpsystems 110 antreibt.Alternatively, the
In
Am Eingang des Schaltnetzteils 220 liegt eine 3-phasige Netzspannung (AC) an. Es ist aber auch möglich 1- oder 2-phasige Schaltnetzteile zu verwenden. Über ein Netzfilter 221 werden netzseitige Störungen herausgefiltert. Anschließend wir die Netzwechselspannung mittels eines Gleichrichters 222 gleichgerichtet und geglättet.A 3-phase mains voltage (AC) is present at the input of the switching
Des Weiteren ist ein Schalttransistor 223 dargestellt, der im Primärkreis eines sich anschließenden Transformators 224 arbeitet. Das Schaltnetzteil 220 ist also primärgetaktet. Als Schaltransistor 223 kann zum Beispiel ein MOSFET, ein Bipolartransistor oder ein IGBT verwendet werden. In der Regel kommen bei Anwendungen mit hohen Leistungen - wie vorliegend - allerdings Thyristoren zum Einsatz. Der Transformator 224 des primärgetakteten Schaltnetzteils 220 wird mit einer hohen Frequenz, nämlich der Arbeitsfrequenz des Schaltnetzteils 220, welche typischerweise im Bereich von 15-300 kHz liegt, betrieben. Daher kann der Transformator 224 entsprechend klein und leicht ausgebildet sein. Die Gleichspannung wird mittels des Schalttransistors 222 in eine geschaltete Spannung mit einer der Arbeitsfrequenz entsprechenden Frequenz „zerhackt“. Über den Transformator 224 wird die Leistung übertragen und die galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite erreicht. Auf der Sekundärseite des Transformators 224 ist ein zweiter Gleichrichter 225 angeordnet, der die hochfrequente Schaltspannung gleichrichtet und glättet.Furthermore, a switching
Mit Hilfe der dargestellten Regelschaltung wird erreicht, dass so viel Energie in das Schaltnetzteil 220 hineinfließt, wie über das jeweilige Schaltnetzteil 220 im DC-Zwischenkreis 204 zu Verfügung gestellt werden soll. Die dafür erforderliche Regelung kann über Pulsweiten- oder Pulsphasensteuerung erfolgen. Die Regelung kann beispielsweise, wie dargestellt, über einen Operationsverstärker 226 erfolgen. Die galvanische Trennung im Steuerkreis erfolgt über einen Optokoppler 227. Die Steuerung und Überwachung des Schaltnetzteils 220 erfolgt dann über eine Steuerungselektronik 228, beispielsweise in Form eines Micro-Chips.With the help of the control circuit shown, it is achieved that as much energy flows into the switching
Das Schaltnetzteil ist also sowohl im Leistungsteil durch den Transformator 224 als auch im Steuerungsteil durch den Optokoppler 227 vom Versorgungsnetz galvanisch getrennt.The switching power supply is therefore galvanically isolated from the supply network both in the power section by the
Alternativ könnte das LKW-Fahrgestell 130 nicht von einem Verbrennungsmotor, sondern von einem Elektromotor angetrieben werden und auf dem LKW-Fahrgestell sind für diesen Zweck beispielsweise eine Brennstoffzelle oder ein oder mehrere Akkumulatoren zur Bereitstellung elektrischer Antriebsenergie vorhanden, die in die erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung 200, insbesondere in den DC-Zwischenkreis 204, für den Antrieb des Betonpumpsystems 110 eingebunden werden können. Dies ist unabhängig davon, ob die elektrische Antriebsvorrichtung 200 auf der Autobetonpumpe 100 angeordnet oder wie in Verbindung mit
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 100100
- AutobetonpumpeTruck-mounted concrete pump
- 101 a-e101 a-e
- Hydraulikversorgungs-/rücklaufleitungHydraulic supply/return line
- 110110
- BetonpumpsystemConcrete pumping system
- 111111
- RührwerkAgitator
- 112112
- BetonumschaltventilConcrete switching valve
- 113113
- AbstützungSupport
- 114114
- ZweizylinderkolbenpumpeTwo-cylinder piston pump
- 115115
- BetonverteilermastConcrete placing boom
- 116116
- EinfülltrichterFilling funnel
- 130130
- LKW-FahrgestellTruck chassis
- 200200
- Elektrische AntriebsvorrichtungElectric drive device
- 201201
- ElektromotorElectric motor
- 202202
- SteckerPlug
- 203203
- NetzanschlussmodulPower connection module
- 204204
- DC-ZwischenkreisDC intermediate circuit
- 205205
- WechselrichterInverter
- 206206
- Stromleitungpower line
- 207207
- Akkumulatoraccumulator
- 208208
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 210210
- HydraulikpumpenantriebssystemHydraulic pump drive system
- 211a-d211a-d
- HydraulikpumpenHydraulic pumps
- 212212
- HydrauliköltankHydraulic oil tank
- 213213
- VerteilerschaltgetriebeTransfer gearbox
- 220220
- SchaltnetzteilSwitching power supply
- 221221
- NetzfilterLine filter
- 222222
- erster Gleichrichterfirst rectifier
- 223223
- SchalterSwitch
- 224224
- Transformatortransformer
- 225225
- zweiter Gleichrichtersecond rectifier
- 226226
- Operationsverstärkeroperational amplifier
- 227227
- Optokoppleroptocoupler
- 228228
- Steuerungsteering
- 229229
- Kupplungcoupling
- 300300
- BaustellenstromverteilerConstruction site power distributor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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