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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Antriebssystem
und, insbesondere, auf ein Antriebssystem mit Schlupfsteuerung.
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Hintergrund
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Arbeitsmaschinen,
wie beispielsweise Radlader, Motorstraßenhobel, Muldenkipper und
andere Arten von Schwermaschinen werden zur Bewältigung unterschiedlichster
Arbeiten eingesetzt. Diese Arbeitsmaschinen besitzen im Allgemeinen
eine Kraftquelle, bei der es sich beispielsweise um einen Motor,
wie einen Dieselmotor, einen Benzinmotor oder einen gasbetriebenen
Motor handeln kann, welcher die zur Ausführung dieser Arbeiten erforderliche Kraft
zur Verfügung
stellt. Zur effizienten Ausführung dieser
Arbeiten setzen die Arbeitsmaschinen ein Getriebe ein, welches dazu
dient, das vom Motor erzeugte Drehmoment über einen weiten Geschwindigkeitsbereich
zu übertragen.
Solch ein Getriebe kann beispielsweise in Form eines mechanischen
Getriebes, eines elektrischen Getriebes oder eines Hydraulikgetriebes
eingesetzt werden. Derartige Getriebeformen ermöglichen die Bereitstellung
eines gewünschten
Ausgangsdrehmoments bei einer erwünschten Geschwindigkeit über ihren
Arbeitsbereich durch Veränderung
einer Übersetzung
des Getriebes.
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Bei
manchen Arbeitsbedingungen, wie beispielsweise beim Beladen, Entladen,
bei der ungleichen Beladung oder der Fahrt über ungleichförmigen,
geneigten oder weichen oder losen Untergrund, kann es dazu kommen,
dass die angetriebene Traktionseinrichtung zum Rutschen kommt oder
sich schneller bewegt als die Fahrtgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine.
Der durch Rutschen bedingte Schlupf kann den Wirkungsgrad der Arbeitsmaschine verringern,
die Abnutzung der Traktionseinrichtung erhöhen, die Standzeit der Komponenten
des Antriebsstrangs verringern und möglicherweise zu unerwarteten
oder unerwünschten
Bewegungen der Arbeitsmaschine führen.
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Herkömmlich wird
bei Arbeitsmaschinen mit angetriebenen Traktionseinrichtungen auftretender Schlupf
in der Weise berücksichtigt,
dass man feststellt, ob Schlupf auftritt, und dann das auf die angetriebene
Traktionseinrichtung wirkende Drehmoment reduziert. Aus der U.S.
Patentschrift Nr. 6,799,652 (das '652 Patent) erteilt auf den Namen Nissen
und andere vom 05. Oktober 2004 ist zum Beispiel ein Verfahren zur
Verminderung von Schlupf eines Antriebsrades eines gewerblichen
Lastkraftwagens bekannt. Dieses bekannte Verfahren vergleicht eine
am Umfang des Rades gemessene Geschwindigkeit zu einem Bezugspunkt
und ermittelt hierdurch den Schlupf. Falls Schlupf auftritt, wird
das auf einen Antriebsmotor des gewerblichen Lastkraftwagens einwirkende
Drehmoment reduziert.
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Obgleich
sich mit dem Verfahren gemäß dem '652 Patent der Radschlupf
minimieren lässt,
kann es jedoch nicht verhindern, dass bei diesem gewerblichen Lastkraftwagen
die im Zusammenhang mit Schlupf beschriebenen Nachteile auftreten.
Weil bei diesem Verfahren insbesondere die Minimierung des Schlupfs
in Abhängigkeit
von der Messung von Radschlupf erfolgt, muss zunächst einmal Schlupf auftreten,
ehe überhaupt
an die Minimierung des Schlupfs herangegangen werden kann. Zum Zeitpunkt
der Feststellung von Radschlupf und der Einleitung von Gegenmaßnahmen
sind die im Zusammenhang mit dem Auftreten von Schlupf bekannten
Nachteile bereits aufgetreten, selbst wenn der Schlupfbetrag danach
reduziert wird.
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Die
vorliegende Beschreibung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der zuvor beschriebenen Probleme zu beseitigen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
Zusammenhang mit einer ersten Ausführungsform ist die vorliegende
Erfindung auf ein Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine gerichtet.
Das Antriebssystem besitzt wenigstens eine angetriebene Traktionseinrichtung
sowie ein Getriebe, welches mit der zumindest einen angetriebenen
Traktionseinrichtung gekoppelt ist. Das Getriebe ist derart ausgebildet,
dass damit die zumindest eine angetriebene Traktionseinrichtung
angetrieben wird. Das Antriebssystem umfasst des weiteren eine Steuereinheit,
welche derart ausbildet ist, dass sich mit ihr eine auf den Boden
oder Untergrund bezogene Vortriebkapazität, welche der zumindest einen
angetriebenen Traktionseinrichtung zugeordnet ist, bestimmen lässt und der
vom Getriebe auf die wenigstens eine, angetriebene Traktionseinrichtung übertragene
Drehmomentenbetrag begrenzbar ist, wenn der übertragene Drehmomentenbetrag
die auf den Untergrund bzw. Boden bezogene Vortriebskapazität übersteigt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb eines
Antriebssystems einer Arbeitsmaschine mit wenigstens einer angetriebenen
Traktionseinrichtung gerichtet. Dieses Verfahren umfasst den Verfahrensschritt
der Bestimmung einer auf den Untergrund bzw. Boden bezogenen Vortriebskapazität, welche der
wenigstens einen, angetriebenen Traktionseinrichtung zugeordnet
ist. Dieses Verfahren umfasst des weiteren den Verfahrensschritt
der Beschränkung
des auf die wenigstens eine, angetriebene Traktionseinrichtung übertragenen
Drehmomentenbetrags, wenn der übertragene
Drehmomentenbetrag die auf den Boden bzw. Untergrund bezogene, ermittelte
Vortriebskapazität übersteigt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform;
und
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2 eine
schematische Darstellung eines Schlupfsteuersystems für die Arbeitsmaschine
gemäß 1.
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Ausführliche
Beschreibung
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In 1 ist
eine exemplarische Ausführungsform
einer Arbeitsmaschine 10 dargestellt. Bei dieser Arbeitsmaschine 10 kann
es sich um eine mobile Maschine handeln, welche die Ausführung unterschiedlicher
Arbeiten ermöglicht,
die in einer Industrie, wie beispielsweise im Bergbau, in der Bauwirtschaft,
in der Landwirtschaft, in der Logistik oder jeder anderen beliebigen
bekannten Industrie anfallen. Bei der Arbeitsmaschine 10 kann
es sich beispielsweise um eine Erdbewegungsmaschine, wie beispielsweise
einen Radlader, einen Muldenkipper, einen Tieflöffelbagger, einen Motorstraßenhobel
oder jede andere beliebige solche Arbeiten ermöglichende Arbeitsmaschine handeln.
Die Arbeitsmaschine 10 kann dabei ein Arbeitsgerät 12 und
ein Antriebssystem 14 aufweisen.
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Das
Arbeitsgerät 12 kann
in Form der unterschiedlichsten Vorrichtungen vorliegen, die zur
Ausführung
einer bestimmten Arbeit eingesetzt werden. Beispielsweise kann das
Arbeitsgerät 12 eine
Ladeschaufel, eine Gabelanordnung, ein Schneeräumschild, eine Schaufel, einen
Aufreishaken, ein Kippbett, einen Besen, ein Schneegebläse, eine
Vortriebseinrichtung, eine Schneideinrichtung, eine Greifeinrichtung
oder jede andere beliebige bekannte Arbeitseinrichtung aufweisen.
Das Arbeitsgerät 12 kann
mit der Arbeitsmaschine 10 unmittelbar über eine Drehachse, über ein
Verbindungssystem, über einen
oder mehrerer Hydraulikzylinder oder in anderer beliebiger Weise
verbunden sein. Dabei kann das Arbeitsgerät 12 derart konstruiert
sein, dass es sich bezüglich
der Arbeitsmaschine 10 schwenken, drehen, verschieben,
hin- und herbewegen, anheben oder bewegen lässt, wie das herkömmlich bekannt ist.
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Das
Antriebssystem 12 kann Komponenten umfassen, welche zum
Antrieb der Arbeitsmaschine 10 zum Einsatz kommen. Insbesondere
kann das Antriebssystem 14 eine Kraftquelle 16,
einen Drehmomentwandler 18, ein Getriebe 20, welches
mit einer oder mehrerer angetriebener Traktionseinrichtungen 22 verbunden
ist, und einen Bremsmechanismus 23 aufweisen, welcher der
angetriebenen Traktionseinrichtung 22 zugeordnet ist. Es
ist vorstellbar, dass zusätzliche
und/oder unterschiedliche Komponenten innerhalb des Antriebssystems 14 zum
Einsatz kommen können,
wie beispielsweise zusätzliche
die Übersetzung
verringernde Einrichtungen, welche zwischen dem Getriebe 20 und
der angetriebenen Traktionseinrichtung 22 angeordnet sind.
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Die
Kraftquelle 16 kann einen Verbrennungsmotor, wie beispielsweise
einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen gasbetriebenen Motor,
wie zum Beispiel einen mit Erdgas betriebenen Motor, oder jeden
anderen beliebigen Motor aufweisen, der dem Fachmann geläufig sind.
Die Kraftquelle 16 kann alternativ eine andere Kraftquelle
wie beispielsweise einen Ofen, eine Batterie, eine Brennstoffzelle,
einen Motor oder jede beliebige geeignete andere Kraftquelle aufweisen.
Die Kraftquelle 16 kann derart ausgestaltet sein, dass
sich mit ihr eine Ausgangsleistung erzeugen lässt, welche dem Drehmomentwandler 18 zugeleitet
wird.
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Der
Drehmomentwandler 18 kann als Hydraulikeinrichtung ausgebildet
sein, welche die Kraftquelle 16 mit dem Getriebe 20 koppelt.
Der Drehmomentwandler 18 lässt zu, dass die Kraftquelle 16 in gewisser
Weise unabhängig
vom Getriebe 20 drehen kann. Der Betrag an unabhängiger Drehung
zwischen der Kraftquelle 16 und Getriebe 20 lässt sich durch
Veränderung
des Betriebes des Drehmomentwandlers 18 variieren. Es ist
denkbar, dass der Drehmomentwandler 18 alternativ als nicht-hydraulische Einrichtung,
wie beispielsweise als mechanische Lamellenkupplung ausgebildet
ist. Darüber
hinaus ist denkbar, dass der Drehmomentwandler 18, falls
erwünscht,
gar nicht zum Einsatz kommt und damit das Getriebe 20 unmittelbar
mit der Kraftquelle 16 verbunden ist.
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Das
Getriebe 20 kann derart ausgebildet sein, dass sich mit
ihm Kraft von der Kraftquelle 16 zur angetriebenen Traktionseinrichtung 22 über einen
Bereich ausgangsseitiger Übersetzungsverhältnisse übertragen
lässt.
Das Getriebe 20 kann als Hydraulikgetriebe ausgebildet
sein, welches eine oder mehrere Pumpen (nicht dargestellt) und Hydraulikmotoren
(nicht dargestellt), ein Mechanikgetriebe mit mechanischem Zahnradsatz
(nicht dargestellt), ein hydro-mechanisches Getriebe mit sowohl
hydraulischen als auch mechanischen Komponenten (nicht dargestellt),
ein Elektrikgetriebe mit einem Generator (nicht dargestellt) und
einem oder mehreren Elektromotoren (nicht dargestellt) oder jede
andere beliebige Art an Getriebe besitzt. Ein eingangsseitiges Antriebsglied,
wie beispielsweise eine Vorgelegewelle 24, kann das Getriebe 20 mit
dem Drehmomentwandler 18 verbinden. Auf diese Weise kann
von der Kraftquelle 16 erzeugte Leistung durch das Getriebe 20 hindurch
zur angetriebenen Traktionseinrichtung 22 übertragen
werden. Alternativ ist vorstellbar, dass sich mittels des Getriebes 20 von
der Kraftquelle 16 stammende Leistung auf die angetriebene
Traktionseinrichtung 22 bei lediglich einem einzigen ausgangsseitigen Übersetzungsverhältnis übertragen lässt.
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Die
unterschiedlichsten Ausführungsformen des
Getriebes 20 können
zum Einsatz kommen, um unterschiedlich ausgebildete angetriebene
Traktionseinrichtungen 22 oder paarweise vorgesehene angetriebene
Traktionseinrichtungen 22 voneinander abhängig oder
unabhängig
anzutreiben. Dabei können
die angetriebenen Traktionseinrichtungen 22 oder die paarweise
vorgesehenen angetriebenen Traktionseinrichtungen 22 unabhängig voneinander durch
getrennte Getriebe 20, oder, alternativ, durch getrennte
Komponenten des Getriebes 20 angetrieben werden. Beispielsweise
kann ein separates Mechanikgetriebe 20 in Antriebsverbindung
mit jedem der angetriebenen Traktionseinrichtungen 22 oder der
paarweise angeordneten, angetriebenen Traktionseinrichtungen 22 stehen.
Alternativ kann ein separates Zahnradgetriebe, ein Hydraulikmotor
oder Elektromotor des Getriebes 20 einem jeden der angetriebenen
Traktionseinrichtungen 22 oder der paarweise angeordneten,
angetriebenen Traktionseinrichtungen 22 zugeordnet sein
und auf diesen einwirken, wobei ein dazugehöriges separates Getriebegehäuse, eine
Pumpe oder ein Generator vorgesehen sein kann oder auch nicht.
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Die
angetriebene Traktionseinrichtung 22 kann Räder 26 auf
jeder Seite der Arbeitsmaschine 10 (lediglich eine Seite
dargestellt) besitzen. Alternativ kann die angetriebene Traktionseinrichtung 22 Ketten,
Riemen oder andere Traktionseinrichtungen aufweisen. Wie in 2 dargestellt,
kann die Traktionseinrichtung 22 ein Differentialgetriebe 28 aufweisen,
welches in der Lage ist, von der Kraftquelle 16 stammende
Leistung zwischen den Rädern 26 zu beiden Seiten
der Arbeitsmaschine 10 aufzuteilen. Das Differentialgetriebe 28 lässt zu,
dass die Räder 26 auf
einer Seite der Arbeitsmaschine 10 schneller drehen können als
die Räder 26 auf
der gegenüberliegenden
Seite der Arbeitsmaschine 10. Es ist denkbar, dass das
Differentialgetriebe 28, falls erwünscht, nicht zum Einsatz kommt.
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Der
Bremsmechanismus 23 kann derart ausgebildet sein, dass
sich mit ihm die Bewegung der Arbeitsmaschine 10 einschränken lässt, wobei
der Bremsmechanismus mit jedem einzelnen Rad 26 der Arbeitsmaschine 10 gekoppelt
sein kann. Bei einem Ausführungsbeispiel
umfasst der Bremsmechanismus 23 eine hydraulikdruckbetätigte Radbremse,
wie beispielsweise eine Scheibenbremse oder eine Trommelbremse,
welche in unmittelbarer Nähe
zum Rad 26 angeordnet ist. Der Bremsmechanismus 23 lässt sich
manuell mittels eines Bremspedals (nicht dargestellt) betätigen, welches
dazu führt,
dass unter Druck stehendes Fluid zum Bremsmechanismus 23 geleitet
werden kann. Je nach Betätigung
des Bremspedals lässt
sich proportional der dem Bremsmechanismus 23 zugeführte Fluiddruck
einstellen. Der Bremsmechanismus 23 lässt sich auch automatisch in
Abhängigkeit
von einem elektronischen Signal betätigen. Alternativ ist denkbar,
dass der Bremsmechanismus 23 pleumatisch, mechanisch oder
in jeder anderen beliebigen bekannten Art betätigbar ist.
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Das
Antriebssystem 14 kann des weiteren ein Steuersystem 30 umfassen,
welches zur Überwachung
und zum Betrieb des Antriebssystems 14 einsetzbar ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel
besitzt das Steuersystem 30 einen Geschwindigkeitssensor 32,
welcher jedem Rad 26 zugeordnet ist, einen Nutzlastsensor 34,
einen Fluidstand-Sensor 36 und eine
Steuereinheit 38. Es ist denkbar, dass das Steuersystem
weitere oder unterschiedliche Komponenten umfasst. Der Geschwindigkeitssensor 32 kann erart
ausgebildet sein, dass sich mit ihm die Geschwindigkeit eines dazugehörigen Rads 26 ermitteln
lässt.
Der Geschwindigkeitssensor 32 kann Teil eines Magnetimpulssensors
sein, welcher die Drehgeschwindigkeit des Rads 26 misst
und in Abhängigkeit
von dieser Drehgeschwindigkeit ein Signal erzeugt. Der Geschwindigkeitssensor 32 kann
auf einer Achse 40 angeordnet sein, auf einer Komponente des
Rads 26 oder jeder beliebigen anderen Komponente des Antriebssystems 14,
um ein Signal zu erzeugen, welches der Drehgeschwindigkeit eines
der Räder 26 der
Arbeitsmaschine 10 entspricht.
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Der
Nutzlastsensor 43 kann derart ausgebildet sein, dass sich
mit ihm die auf das Arbeitsgerät 12 einwirkende
Last und/oder eine auf das Arbeitsgerät 12 einwirkende Lastverteilung
ermitteln lässt.
Der Nutzlastsensor 34 kann beispielsweise einen oder mehrere
Federbein-Druckmonitore umfassen, welche mit der Aufhängung der
Räder 26 gekoppelt
sind, einen Ladeschaufel- oder Ladebett-Druckmonitor, einen Hydraulikzylinder-
und Lenkstellungs- oder Druckmonitor oder jeden anderen beliebigen
bekannten Nutzlastsensor. Der Nutzlastsensor 34 kann derart
ausgebildet sein, dass er ein Signal erzeugt, welches Bezug nimmt
auf die Last und/oder die Lastverteilung auf das Arbeitsgerät 12.
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Der
Fluidstand-Sensor 36 kann derart ausgebildet sein, dass
sich mit ihm der Fluidstand innerhalb eines Tanks 42 der
Arbeitsmaschine 10 ermitteln lässt. Das Fluid kann beispielsweise
in Form von Benzin, Schmieröl,
Hydrauliköl
oder jeder anderen beliebigen Art von bei Arbeitsmaschinen 10 anzutreffendem
Fluid vorliegen. Bei dem Fluidstand-Sensor 36 kann es sich
um einen Schwimmer-Sensor, einen Sonar-Sensor oder jedem anderen
beliebigen Sensor handeln, welche in der Lage ist, den Fluidstand innerhalb
des Tanks 42 zu bestimmen. Der Fluidstand-Sensor 36 kann
innerhalb des Tanks 42 oder außerhalb des Tanks 42 vorgesehen
sein und ein Signal erzeugen, welches den Flüssigkeitsstand anzeigt, wie
beispielsweise den Anteil in Prozent eines vollen Tanks. Der ermittelte
Fluidstand kann in Verbindung mit dem bekannten Volumen des Tanks 42 und
einer angenommenen oder überwachten
Flüssigkeitsdichte
innerhalb des Tanks 42 zur Bestimmung einer auf die Räder 26 einwirkenden
Last herangezogen werden und zwar in Abhängigkeit von im Tank 42 befindlichen
Fluid.
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Die
Steuereinheit 38 kann Teil eines einzigen Mikroprozessors
oder mehrerer Mikroprozessoren sein, welche eine Einrichtung zur
Steuerung des Antriebssystems 14 aufweisen. Die unterschiedlichsten gewerblich
verfügbaren
Mikroprozessoren können derart
ausgebildet sein, dass sie die Funktionen der Steuereinheit 38 ausführen. Es
versteht sich, dass die Steuereinheit 38 auf einfache Weise
Teil eines übergeordneten
Mikroprozessors der Arbeitsmaschine sein kann, welcher die unterschiedlichsten
Funktionen der Arbeitsmaschine steuert. Unterschiedliche weitere
bekannte Schaltkreise können
mit der Steuereinheit 38 verknüpft sein, zum Beispiel Kraftversorgungsschaltungen,
Signalaufbereitungsschaltungen, Magnettreiberschaltungen, Kommunikationsschaltungen
und andere geeignete Schaltungen oder Schaltkreise.
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Die
Steuereinrichtung 38 kann in Wirkverbindung mit den Komponenten
des Antriebssystems 14 stehen. Insbesondere kann die Steuereinheit 38 in Wirkverbindung
mit dem Geschwindigkeitssensor 32 über eine Verbindungsleitung 44 stehen,
mit dem Nutzlastsensor 34 über eine Verbindungsleitung 46, mit
dem Fluidstand-Sensor 36 über eine Verbindungsleitung 48,
mit der Kraftquelle 16 über
eine Verbindungsleitung 50, mit dem Drehmomentwandler 18 über eine
Verbindungsleitung 52, mit dem Getriebe 20 über eine
Verbindungsleitung 54 und mit dem Bremsmechanismus 23 über eine
Verbindungsleitung 56. Bei den Verbindungsleitungen 44 bis 56 kann
es sich um digitale, analoge oder Mischformen von Kommunikationsleitungen
handeln. Alternativ kann die Wirkverbindung mit den Komponenten
des Antriebssystems 14 durch mechanische oder hydraulische
Verbindungen hergestellt werden.
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Die
Steuereinrichtung 38 kann Signale vom Geschwindigkeitssensor 32 empfangen
und feststellen, ob eines oder mehrere der Räder 26 durchrutschen.
Zum Zwecke dieser Beschreibung kann Radschlupf definiert werden
als unbeabsichtigte Relativbewegung zwischen dem Rad 26 und
der Oberfläche eines
Untergrunds oder Bodens. Schlupf lässt sich bestimmen durch Vergleich
der Geschwindigkeitssignale vom Geschwindigkeitssensor 32,
welcher mit verschiedenen Rädern 26 verknüpft ist,
und durch Feststellung, dass der Wert eines oder mehrerer individueller
Geschwindigkeitssignale wesentlich von den anderen Einzelsignalen
abweicht, dass eine Differenz von einem durchschnittlichen Wert
der anderen Geschwindigkeitssignale vorliegt, dass eine Abweichung
von einem Geschwindigkeitssignal vorliegt, welches mit einer nicht
angetriebenen Traktionseinrichtung (nicht dargestellt) verknüpft ist, und/oder
dass eine Abweichung von der Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 vorliegt.
Die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 lässt sich
mittels eines Laser- oder Radargeschwindigkeitsmesssystems ermitteln
(nicht dargestellt).
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Die
Steuereinheit 38 kann derart ausgebildet sein, dass sich
mit ihr ermitteln lässt,
wann ein an einem oder mehreren Rädern 26 anliegendes
Drehmoment zum Schlupf am Rad 26 führt und zwar ehe das Drehmoment
am Rad 26 anliegt. Mit der Steuereinheit 38 lassen
sich insbesondere eine auf den Untergrund oder Boden bezogene Traktionskapazität für jedes
der Räder 26 bestimmen
und zwar auf der Basis der tatsächlich
auf das Rad 26 einwirkenden Last. Für die Zwecke der vorliegenden
Beschreibung wird die auf den Untergrund oder Boden bezogene Traktionskapazität definiert
als der auf ein einzelnes Rad 26 einwirkende Drehmomentbetrag
oberhalb dessen es wahrscheinlich ist, dass Schlupf am Rad 26 auftritt.
Die auf das Rad 26 einwirkende Last lässt sich in Abhängigkeit
von der jeweiligen Rückmeldung
vom Nutzlastsensor 34, vom Fluidstand-Sensor 36 und
einer bekannten Gewichtsverteilung der Arbeitsmaschine 10 bestimmen.
Es ist denkbar, dass die auf jedes Rad 26 wirkende Last
alternativ bestimmbar ist auf der Basis der Rückmeldung vom Nutzlastsensor 34 und
der bekannten Gewichtsverteilung der Arbeitsmaschine 10.
Die auf den Untergrund oder Boden bezogene Traktionskapazität lässt sich
dann für jedes
Rad 26 schätzen
auf der Basis der ermittelten Radlast, einem Reibungskoeffizient
und der Geometrie des Rads 26. Nachfolgend ist eine beispielhafte Gleichung
zur Schätzung
der auf dem Boden oder Untergrund bezogenen Traktionskapazität angegeben Cgt = Fn × μ × rwobei
mit
- Cgt
- die geschätzte, auf
den Untergrund oder Boden bezogene Traktionskapazität, mit
- Fn
- die auf das Rad 26 wirkende
Kraft in der gewöhnlichen
Richtung relativ zur Berührungsfläche des
Rad 26; mit
- μ
- der Reibungskoeffizient;
und mit
- r
- der Radius des Rads 26 bezeichnet
ist.
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Sind
zusätzliche
Einrichtungen zur Verminderung des Übersetzungsverhältnisses
zwischen dem Getriebe 20 und dem Rad 26 vorgesehen,
dann lässt
sich der geschätzte,
auf den Untergrund oder Boden bezogene Traktionskapazitätswert durch
das Übersetzungsverhältnis dividieren,
wodurch sich ein ausgangsseitiger Drehmomentbetrag des Getriebes 20 bestimmen
lässt,
welcher zu einem Schlupf für das
Rad 26 führt.
Um deshalb die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Schlupf am
Rad 26 zu minimieren, sollte das vom Getriebe 20 auf
das Rad 26 übertragene
Drehmoment geringer eingestellt werden als die geschätzte auf
den Boden oder Untergrund bezogene Traktionskapazität.
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Der
zur Schätzung
der Traktionskapazität herangezogene
Reibungskoeffizient kann in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung der Bodenfläche oder des Untergrunds variieren
und lässt
sich sowohl manuell als auch automatisch auf den neuesten Stand
bringen. Der Reibungskoeffizient kann insbesondere ein Hinweis auf
die Eigenschaften des Untergrunds oder Bodens in Bezug auf eine
vom Rad 26 zu erwartende Kraftübertragung sein. Eine Bodenfläche mit
weicher oder loser Zusammensetzung kann einen geringeren Reibungskoeffizienten
aufweisen als eine Bodenoberfläche
mit harter oder bindiger Zusammensetzung. Der Reibungskoeffizient
lässt sich von
der Bedienungsperson der Arbeitsmaschine manuell auf den neusten
Stand bringen, um der augenblicklichen Zusammensetzung des Untergrunds
zu entsprechen, welcher an einer bestimmten Arbeitsstätte anzutreffen
ist. Der Reibungskoeffizient lässt sich
ebenfalls automatisch auf den neusten Stand bringen und zwar auf
Basis eines angenommenen Reibungskoeffizienten und des Auftretens
von Radschlupf.
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Die
Steuereinheit 38 kann derart ausgebildet sein, dass sich
mit ihr ein vom Getriebe 20 auf das Rad 26 übertragener
Drehmomentbetrag auf unterschiedliche Weise reduzieren lässt. Die
Steuereinheit 38 kann die Ausgangsleistung der Kraftquelle 16, welche
das Getriebe 20 antreibt, reduzieren und hierdurch den
Drehmomentausgang des Getriebes 20 verringern. Die Ausgangsleistung
der Kraftquelle 16 lässt
sich verringern durch Reduzieren einer Brennstoffeinstellung, durch
Reduzieren der Luftaufnahme, durch Veränderung des Zündzeitpunkts,
durch Betätigen
einer Motorbremse oder in jeder anderen beliebigen Weise. Die Steuereinheit 38 kann darüber hinaus
den Betrieb des Getriebes 20 in einer Weise verändern, dass
hierdurch das ausgangsseitige Drehmoment des Getriebes 20 absinkt.
Insbesondere kann die Steuereinheit 38 dafür sorgen,
dass ein Mechanikgetriebe in ein höheres Übersetzungsverhältnis geschaltet
wird, dass es zu einer Hubraumveränderung der Pumpe und/oder
des Motors eines Hydraulikgetriebes kommt oder aber dass ein geringerer
Ausgangswert an Drehmoment vom Generator oder Motor eines elektrischen
Getriebes angefordert wird. Die Steuereinheit 38 kann des
weiteren den Betrieb des Drehmomentwandlers 18 in einer
Weise verändern,
dass weniger Drehmoment von der Kraftquelle 16 zum Getriebe 20 übertragen
wird, wodurch das ausgangsseitige Drehmoment des Getriebes 20 absinkt,
oder dass der Bremsmechanismus 23 in einer Weise betätigbar ist,
dass der vom Getriebe 20 stammende Betrag an Drehmoment
neutralisiert wird, ehe er auf das Rad 26 übertragen
wird.
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Die
Steuereinrichtung 38 kann des weiteren derart ausgebildet
sein, dass sich mit ihr der Betrag des vom Getriebe 20 zum
Rad 26 übertragenen Drehmoments
verringern lässt,
wenn dieser Drehmomentbetrag zu einem Durchrutschen des Rades 26 und
damit zu Schlupf führen
würde.
Stellt die Steuereinheit 38 insbesondere fest, dass ein
erwünschter oder
beabsichtigter ausgangsseitiger Drehmomentbetrag des Getriebes 20 die
geschätzte,
auf den Boden oder Untergrund bezogene Traktionskapazität überschreitet,
dann kann die Steuereinheit 38 eine der zuvor beschriebenen
Strategien zur Reduzierung des Drehmoments einleiten, ehe das Rad 26 zum Durchrutschen
kommt und Schlupf auftritt. Falls die Steuereinheit 38 das
auf das Rad 26 übertragene Drehmoment
reduziert und es dennoch zu einem Durchrutschen des Rades 26 kommt,
dann kann die Steuereinheit 38 den Betrag des Reibungskoeffizienten,
der für
die zukünftige
Schlupfsteuerung des Antriebssystems 14 herangezogen wird,
reduzieren. Mit anderen Worten: Berücksichtigt Steuereinheit 38 einen
Reibungskoeffizienten, um Schlupf zu vermeiden, und das Rad 26 rutscht
dennoch durch, dann ist der Reibungskoeffizient in seinem Wert zu
hoch angesetzt und die Steuereinheit 38 kann diesen Wert des
Reibungskoeffizienten für
zukünftige
Schätzungen
reduzieren. Der Betrag, um welchen der Reibungskoeffizient erniedrigt
wird, lässt
sich voreinstellen oder aber auch variieren und zwar in Abhängigkeit
von der Größenordnung
des tatsächlich
aufgetretenen Schlupfs.
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Der
Reibungskoeffizient kann je nach Standort variieren. Insbesondere
kann ein Standort unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der
Oberfläche oder
der Untergrundbedingungen aufweisen, über welche die Arbeitsmaschine 10 zu
bewegen ist. Um derartige variierende Voraussetzungen bezüglich der Oberfläche oder
des Untergrunds zu kompensieren, kann die Steuereinheit 38 derart
ausgebildet sein, dass sie automatisch einen abweichenden Reibungskoeffizienten
zur Anwendung bringt und zwar in Abhängigkeit vom Standort, wie
er beispielsweise von einem GPS (Global Positioning Satellite) System bestimmt
wird. Der Reibungskoeffizient lässt
sich auch in Abhängigkeit
von sich verändernden
Oberflächen
oder Untergrundbedingungen von Hand auf den neusten Stand einstellen.
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Die
Steuereinheit 38 kann auch den vom Getriebe 20 auf
das Rad 26 übertragenen
Drehmomentbetrag als zusätzliche
Reaktion auf eine Konstruktionseinschränkung eines oder mehrerer Komponenten
des Antriebssystems 14 begrenzen. Im Hinblick darauf, dass
die Räder 26 des
in 2 dargestellten Antriebssystems 14 in
Abhängigkeit
voneinander angetrieben werden, ist insbesondere festzuhalten, dass
beim Auftreten von Schlupf bei einem oder mehreren der Räder 26 ein
Drehmoment vom durchrutschenden Rad/den durchrutschenden Rädern 26 auf
das greifende Rad/die greifenden Räder 26 übertragen
werden kann. Die Übertragung
dieses Drehmoments kann groß genug
sein, um zu einer Beschädigung
der mit den greifenden Rädern/dem
greifenden Rad 26 verknüpften
Komponenten führen.
Um diese Wahrscheinlichkeit der Beschädigung der Komponenten zu minimieren,
kann die Steuereinheit 38, falls sie feststellen sollte,
dass es möglicherweise zu
einem Durchrutschen des Rads 26 kommt, das vom Getriebe 20 auf
die Räder 26 übertragene
Gesamtdrehmoment auf einen Betrag reduzieren, welcher gleich groß oder geringer
ist als die Summe der auf den Untergrund oder Boden bezogenen Traktionskapazität des Rades/der
Räder,
welches/welche möglicherweise
durchrutschen werden, und der Konstruktionsbeschränkung des
verbleibenden Rades/der verbleibenden Räder 26. Falls auf
diese Weise bei einem oder mehreren der Räder 26 ein Schlupf auftreten
sollte, übersteigt
die nachfolgende Drehmomentübertragung
auf die greifenden Räder 26 nicht eine
den Komponenten des Antriebssystems, welche den greifenden Rädern 26 zugeordnet
sind, eigene Konstruktionseinschränkung.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Das
hier beschriebene Antriebssystem findet insbesondere Anwendung bei
jeder beliebigen mobilen Maschine, bei der es erwünscht ist,
an den Rädern
auftretenden Schlupf zu minimieren und dabei die Komponenten des
Antriebssystems zu schützen. Das
hier beschriebene System verbessert die Schlupfsteuerung, indem
die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Radschlupf minimiert wird,
ehe Schlupf überhaupt
auftreten kann. Der Betrieb des Antriebssystems 14 wird
nachfolgend beschrieben.
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Während des
Betriebs kann die Steuereinheit 38 den Lastzustand für jedes
der Räder 26 bestimmen
und hieraus die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Schlupf
einschätzen.
Insbesondere kann die Steuereinheit 38 eine auf das Arbeitsgerät 12 einwirkende
Last und/oder Lastverteilung sowie eine Last, welche durch das Vorhandensein
von Fluid auf der Arbeitsmaschine 10, wie beispielsweise
Benzin, bedingt ist, bestimmen und diese vorübergehenden Lastbedingungen
mit der bekannten Gewichtsverteilung der Arbeitsmaschine 10 summieren.
Die Steuereinheit 38 kann daran anschließend eine
geschätzte,
auf den Boden oder Untergrund bezogene Traktionskapazität berechnen,
welche bei Überschreitung
zum Durchrutschen eines oder mehrerer der Räder 26 führt. Die
Steuereinheit 38 kann dann eine beabsichtigte Drehmomentenabgabe
an ein bestimmtes Rad 26 mit der geschätzten, auf den Untergrund oder
Boden bezogenen Traktionskapazität, welche
für dieses
bestimmte Rad 26 berechnet wurde, vergleichen, um zu bestimmen,
ob die beabsichtigte Drehmomentanwendung reduziert werden soll.
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Überschreitet
die beabsichtigte Drehmomentanwendung die geschätzte, auf dem Boden oder Untergrund
bezogenen Traktionskapazität,
dann kann die Steuereinheit 38 das tatsächlich zur Anwendung kommende
Drehmoment reduzieren. Die beabsichtigte Drehmomentübertragung
wird bestimmt durch unmittelbare Reaktion auf die Eingabe einer
Bedienungsperson über
eine Beschleunigungseinrichtung, wie beispielsweise ein Gaspedal.
Das tatsächlich
zur Anwendung kommende Drehmoment lässt sich reduzieren durch Verminderung
der Ausgangsleistung der Kraftquelle 16, durch Veränderung
im Betriebsverhalten des Getriebes 20 oder des Drehmomentwandlers 18 und/oder
durch Betätigung
des Bremsmechanismus 23. In Fällen, bei denen das Antriebssystem 14 eines
oder mehrere in Abhängigkeit
voneinander angetriebene Räder 26 aufweist,
kann die Steuereinheit 38 das zur Übertragung gelangende Drehmoment
auf die Summe der geschätzten
Traktionskapazität
und jeder beliebigen Konstruktionseinschränkung, welche für die anderen
in Abhängigkeit voneinander
angetriebenen Komponenten bestehen, reduzieren.
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Falls
die Steuereinheit 38 das auf eines oder mehrere der Räder 26 des
Antriebssystems 14 übertragene
Drehmoment reduziert und die Räder 26 immer
noch durchrutschen, dann kann der Reibungskoeffizient automatisch
reduziert werden, um einen Ausgleich für die sich verändernden
Untergrundbedingungen zu schaffen. Der Reibungskoeffizient kann
auch von der Bedienungsperson der Arbeitsmaschine von Hand auf den
neusten Stand gebracht werden, um eine Anpassung an die sich verändernden
Untergrundbedingungen zu bewirken.
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Die
Steuereinheit 38 kann den Wirkungsgrad sowie die Standzeit
der Komponenten des Antriebssystems 14 verbessern. Weil
die Steuereinheit 38 insbesondere die Wahrscheinlichkeit
des Auftretens von Schlupf minimiert, ehe dieser auftritt, lassen
sich die bei dem Auftreten von Schlupf bedingten Nachteile im wesentlichen
minimieren oder sogar ausschließen.
Des weiteren gilt: Weil die Steuereinheit 38 die Drehmomentübertragung
auf die abhängig
voneinander angetriebenen Räder 26 in
Abhängigkeit
von der geschätzten
Traktionskapazität
und in Abhängigkeit von
den Konstruktionseinschränkungen
der Komponenten begrenzt, können
die Komponenten des Antriebssystems 14 eine längere Lebensdauer
oder Standzeit besitzen, selbst wenn es zu dem Auftreten von Schlupf
an den Rädern
kommen sollte, wenn man dies mit den herkömmlichen Systemen vergleicht.
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Es
versteht sich für
den Fachmann, dass unterschiedliche Modifikationen und Variationen
für das Antriebssystem
gemäß der vorliegenden
Beschreibung denkbar sind. Weitere Ausführungsformen des Antriebssystems
werden für
den Fachmann bei Berücksichtigung
der Beschreibung und bei Ausführung der
hier beschriebenen Erfindung erkennbar. Es ist beabsichtigt, dass
die Beschreibung und die Beispiele lediglich exemplarischer Natur
sind, wobei der wahre Schutzumfang der Erfindung im Rahmen der nachfolgenden
Ansprüche
und ihrer äquivalenten Ausführungsform
bestimmt ist.