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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Lastkollektiven
von hydrostatischen Maschinen und ein entsprechendes Steuergerät
zur Ansteuerung der hydrostatischen Maschine.
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Aus
der
DE 195 38 649
A1 ist es bekannt, mittels eines elektronischen Steuergeräts
ein hydrostatisches System anzusteuern. Das elektronische Steuergerät
ist hierzu so mit den Regelventilen des Kreislaufs verbunden, dass
das eingestellte Fördervolumen der hydrostatischen Maschine
eingestellt wird. Um die Steuersignale zur Ansteuerung der Stelleinrichtung
erzeugen zu können, werden der elektronischen Steuereinheit
Messsignale von Systemparametern übermittelt. Solche Systemparameter
sind beispielsweise der eingestellte Schwenkwinkel der Maschine,
der dem Hubvolumen und somit dem von der Pumpe erzeugten Förderstrom
entspricht und ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur
des Druckmittels. Bei dem bekannten Verfahren sowie dem bekannten
Steuergerät wird dabei ausgehend von den Messwerten der
Systemparameter lediglich ein Steuersignal erzeugt. Im Übrigen
bleibt die in den Messwerten enthaltene Information über
den Zustand der Maschinen ungenutzt. Andererseits wird bei der Auslegung
von Maschinen sowie der Bestimmung von Kenngrößen
zum Betrieb der Maschinen auf theoretische Lastkollektive zurückgegriffen,
die in der Regel durch den Kunden zur Verfügung gestellt werden.
Dabei ist ein Problem, dass selbst die Kunden das tatsächliche
Lastkollektiv nur ungefähr abschätzen können.
Die tatsächliche Belastung im Einsatz der hydrostatischen
Maschine kann jedoch erheblich von dem theoretischen Lastkollektiv,
auf dem die Auslegung der Anlage beruht, abweichen.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein mit der tatsächlichen
Belastung im Betrieb besser übereinstimmendes Lastkollektiv
zu erstellen.
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Die
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
mit dem Merkmal des Anspruchs 1 sowie das erfindungsgemäße
Steuergerät mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
zur Bestimmung des Lastkollektivs einer hydrostatischen Maschine ein
oder mehrere Messwerte von Systemparametern erfasst. Diese Systemparameter
werden durch ein Steuergerät, welches die hydrostatische
Maschine ansteuert, eingelesen. Aus den eingelesenen Messwerten
wird zumindest ein Lastkollektiv und/oder ein Zeitschrieb (d. h.
eine zeitlich geordnete Auswahl an Messwerten) ermittelt und in
einem Speicher des Steuergeräts abgespeichert. Damit steht
zu jedem Zeitpunkt ein im realen Betrieb ermitteltes Lastkollektiv
und/oder Zeitschrieb zur Verfügung, welches beispielsweise
bei der Ermittlung von neuen Anlagen oder neuen hydrostatischen
Maschinen genutzt werden kann. Das Lastkollektiv bzw. der Zeitschrieb kann
hierzu ausgelesen werden und ermöglicht somit nicht nur
eine verbesserte Entwicklung neuer Anlagen, sondern kann auch im
Schadensfall zur Erforschung der Schadensursache herangezogen werden.
Insbesondere ist es auf diese Weise möglich zu kontrollieren,
ob die vom Kunden bei der Entwicklung oder Auslegung einer hydrostatischen
Anlage angegebenen Lastkollektive die tatsächliche Belastung des
Geräts im täglichen Betrieb widerspiegeln. Lastkollektive
sind stark nutzerabhängig, so dass insbesondere zur Abwicklung
von Gewährleistungsansprüchen die Kenntnis des
tatsächlich aufgetretenen Lastkollektivs von Vorteil ist.
Bei erfindungsgemäßen Kollektivbildungsverfahren
handelt es sich vorzugsweise um Online-Tools, welche also im Betrieb
verwendet werden können.
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Das
Steuergerät weist hierzu einen Speicher auf, in dem die
erzeugten Lastkollektive und/oder Zeitschriebe abspeicherbar sind.
Mit dem Speicher ist eine Auswerteeinheit zur Erzeugung des Lastkollektivs
bzw. des Zeitschriebs verbunden, wobei die Auswerteeinheit aus den über
eine Schnittstelle des Steuergeräts eingelesenen Systemparametern
das Lastkollektiv bzw. den Zeitschrieb ermittelt.
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In
den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens und des Steuergeräts
ausgeführt.
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Problematisch
bei der beschriebenen Verwendung der Messwerte, die im laufenden
Betrieb ohnehin ständig erzeugt werden, um die Steuersignale
des Steuergeräts ermitteln zu können, ist es, dass
die dadurch anfallende Menge an Messwerten in der Regel durch die
vergleichsweise kleinen Speicher, die in Steuergeräten
verfügbar sind, nicht in ihrer Gesamtheit abgespeichert
werden können. Es erfolgt daher eine Reduzierung der gesamten
zur Verfügung stehenden Messdaten. Eine erste Reduzierung
ist bereits dadurch erreicht, dass anstelle aller tatsächlich
auftretenden Messwerte lediglich ein oder mehrere Lastkollektive
und/oder ein oder mehrere Zeitschriebe abgespeichert werden. Damit
geht zwar eine Information über tatsächlich über
den Zeitverlauf auftretende Belastungen verloren, Lastkollektive bzw.
Zeitschriebe genügen jedoch in der Regel, um Rückschlüsse
auf den tatsächlichen Einsatz ziehen zu können.
Anstelle von Lastkollektiven können auch Zeitschriebe und/oder
reduzierte Zeitschriebe abgespeichert bzw. zwischengespeichert und
verwendet werden.
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Auch
in anderer Hinsicht ist eine Reduzierung der genutzten Messwerte
möglich. Neben einer Nutzung beispielsweise nur jedes zehnten
Messwerts zur Bildung des Lastkollektivs bzw. Zeitschriebs ist es
dabei bevorzugt, zur Bildung des Lastkollektivs bzw. des Zeitschriebs
nur innerhalb eines bestimmten Zeitfensters liegende Messwerte zu
verwenden. Dieses Zeitfenster ist vorzugsweise ein gleitendes Zeitfenster,
wobei das Lastkollektiv bzw. der Zeitschrieb insbesondere dann aus
dem innerhalb des Zeitfensters liegenden Messwerten gebildet wird, wenn
ein Triggerereignis vorliegt. Ein solches Triggerereignis kann beispielsweise
das Auftreten eines überhöhten Arbeitsleitungsdrucks
sein, da in diesem Fall eine außergewöhnliche
Belastung der hydrostatischen Maschine zu vermuten ist. Das Auftreten
eines überhöhten Arbeitsleitungsdrucks wird durch Vergleich
der Messwerte mit einem Grenzwert für den gemessenen Systemparameter
ermittelt. Bei unterschiedlichen Systemparametern können
dabei unterschiedliche Grenzwerte eingesetzt werden. Im Falle des
zulässigen Arbeitsleitungsdrucks ist das Triggerereignis
das Überschreiten dieses oberen Grenzwerts für
den Arbeitsleitungsdruck.
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In
vergleichbarer Weise kann jedoch auch eine untere Grenze mit dem
tatsächlichen Messwert verglichen werden. Eine solche untere
Grenze ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn eine bestimmte Größe
nicht unter ein Mindestmaß absinken darf. Als Beispiel
wäre hierbei der Speisedruck einer Speisepumpe zu nennen.
Liegt ein solches Triggerereignis vor, so werden die Messwerte,
die innerhalb eines definierbaren Zeitfensters vor dem Eintreffen
des Triggerereignisses liegen, zur Bildung des Lastkollektivs herangezogen.
Als Triggerereignis kann grundsätzlich jedes Überschreiten
bzw. Unterschreiten von Grenzwerten durch Messwerte verwendet werden.
Ein Abschalten bzw. Notabschalten der Maschine kann ebenfalls als
Triggerereignis verwendet werden.
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Ein
Triggersignal kann also durch das Über- oder Unterschreiten
von Messwerten ausgelöst werden. Ebenso kann auch eine
Abschaltung, insbesondere eine Notabschaltung der hydrostatischen
Maschine ein Triggersignal auslösen, die Lastkollektive können
auch ständig gebildet werden. Im Fall eines Triggerereignisses
(z. B. einer Notabschaltung) ist dabei nicht nur die Ermittlung
eines Lastkollektivs, sondern es sind vor allem auch Zeitschriebe
aus dem Zwischenspeicher aus der kurz davor liegenden Zeit interessant.
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Ganz
allgemein kann das Lastkollektiv durch ein Klassierverfahren ermittelt
werden. Solche sind z. B. das MAX-Wert Klassierverfahren oder die
Häufigkeitszählung (z. B. drehzahlsynchron).
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Lastkollektiv
jedoch mittels des sogenannten Rainflow-Verfahrens als Klassierverfahren
ermittelt. Alternativ können jedoch auch andere Verfahren,
z. B. Häufigkeitszählungen (z. B. drehzahlsynchron),
verwendet werden. Es kann also ein Rainflow-Verfahren und/oder eine drehzahlsynchrone
Häufigkeitszählung verwendet werden. Ein anderes
mögliches Klassierverfahren ist das sog. MAX-Wert-Verfahren.
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Das
Steuergerät weist zur vorübergehenden Speicherung
der Messwerte des Zeitfensters einen Zwischenspeicher auf, der auch
Bestandteil des Speichers sein kann. In diesem Zwischenspeicher werden
die aus der Schnittstelleneinheit eingelesenen und zwischengespeicherten
Messwerte zyklisch überschrieben, so dass sich ein insgesamt
gleitendes Zeitfenster ergibt. Die Messwerte, welche innerhalb dieses
gleitenden Zeitfensters liegen, sind in dem Zwischenspeicher abgelegt
und jederzeit abrufbar.
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Eine
solche Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das
Steuergerät eine sogenannte On-Board-Einheit ist. Solche
On-Board-Einheiten sind aufgrund ihrer Integration in die jeweilige hydrostatische
Einheit nicht mit beliebig viel Speichervolumen ausrüstbar.
Hier ist es besonders wichtig, dass die zu verarbeitende Datenmenge
und vor allen Dingen die zu speichernden Daten überschaubar
bleiben.
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Es
sind jedoch auch Anwendungen denkbar, bei denen ein externes Steuergerät
verwendet wird. Die Busanbindung kann über Profibus oder
Profinet realisiert sein.
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Die
Daten in dem Zwischenspeicher sind vorzugsweise über einen
Speicherverwaltungsabschnitt in einem dauerhaften Speicherbereich
abspeicherbar. Sowohl Zwischenspeicher als auch dauerhafter Speicherbereich
können Bestandteil eines Speichers sein. Liegt ein Triggerereignis,
z. B. ein Über- bzw. Unterschreiten von Messwerten oder
ein Abschalten oder Notabschalten der Maschine, vor, so ist es bevorzugt, die
tatsächlichen Messwerte zur nachfolgenden Auswertung zur
Verfügung zu haben. Hierzu wird bei Vorliegen eines Triggerereignisses durch
den Speicherverwaltungsabschnitt das Zeitfenster ausgelesen und
die darin enthaltenen Messwerte in dem dauerhaften Speicherbereich
abgelegt. Der Speicherverwaltungsabschnitt ist vorzugsweise mit
der Auswerteeinrichtung verbunden, durch die dem Speicherverwaltungsabschnitt
ein Triggersignal zuführbar ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens sowie des Steuergeräts ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines beispielhaften hydrostatischen Antriebs;
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2 eine
Schnittdarstellung durch eine On-Board-Einheit als Steuergerät;
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3 ein
Blockschaltbild zur Verdeutlichung des Aufbaus des Steuergeräts;
und
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4 ein
Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt
ein erfindungsgemäßes hydrostatisches System am
Beispiel eines Fahrantriebs. Der Fahrantrieb 1 umfasst
eine hydrostatische Maschine, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine
Pumpeneinheit 2 ist. Mit der Pumpeneinheit 2 ist im
geschlossenen hydraulischen Kreislauf ein Hydromotor 3 verbunden.
Sowohl die Hydropumpeneinheit 2 als auch der Hydromotor 3 sind hinsichtlich
ihres Hubvolumens einstellbar. Beide Maschinen sind vorzugsweise
als Axialkolbenmaschinen in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise
ausgeführt. Grundsätzlich ist die Erfindung auch
auf hydrostatische Radialkolbenmaschinen, Zahnradmaschinen oder ähnliche
hydrostatische Verdrängereinheiten anwendbar. Die Pumpeneinheit 2 umfasst
eine Hauptpumpe 4 und eine Speisepumpe 4'. Die
Hauptpumpe 4 ist über eine erste Arbeitsleitung 6 und
eine zweite Arbeitsleitung 7 im geschlossenen hydraulischen
Kreislauf mit dem Hydromotor 3 verbunden. Die Hauptpumpe 4 und
die Speisepumpe 4' werden über eine gemeinsame
Antriebswelle 5 angetrieben.
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Mit
der gemeinsamen Antriebswelle 5 ist eine nicht dargestellte
primäre Antriebsmaschine verbunden. Die primäre
Antriebsmaschine ist in der Regel als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt.
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Der
Hydromotor 3 weist eine Abtriebswelle 8 auf, die
in nicht dargestellter Weise mit einer angetriebenen Achse des Fahrzeugs,
das durch den Fahrantrieb 1 angetrieben wird, verbunden
ist.
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Zur
Einstellung des Schwenkwinkels der Pumpeneinheit 2 und
damit zur Einstellung des Fördervolumens der Hauptpumpe 4 ist
eine Verstellvorrichtung 9 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 9 wirkt mit
einem Verstellmechanismus der Hauptpumpe 4 zusammen. An
der Verstellvorrichtung 9 ist eine sogenannte OBE unmittelbar
angeordnet. Wie es durch die strichpunktierte Linie, die die Pumpeneinheit 2 kennzeichnet,
angegeben ist, ist sowohl die Verstellvorrichtung 9 als
auch die dort angeordnete OBE, die ein Steuergerät 10 bildet,
in die Pumpeneinheit 2 integriert. Neben kurzen Kabelwegen,
die die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung reduzieren,
hat das den Vorteil, dass auch unmittelbar auf einer Leiterplatte
des Steuergeräts 10 ein Teil der relevanten Systemparameter
der Pumpeneinheit 2 erfasst werden können. Dies
wird nachfolgend noch erläutert.
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Das
Steuergerät 10 ist mit einem übergeordneten,
zentralen Steuergerät 11 verbunden. Sowohl das
Steuergerät 10 als auch das übergeordnete Steuergerät 11 sind
zudem mit einem Bussystem 12 verbunden. Über das
Bussystem 12 können nicht nur die einzelnen Steuergeräte,
die in dem hydrostatischen System vorhanden sind, miteinander kommunizieren.
Es ist darüber hinaus auch möglich, Bediensignale,
die ein Bediener beispielsweise über ein Fahrpedal 13 oder
einen Joystick 14 zur Bedienung einer nicht dargestellten
Arbeitshydraulik gibt, dem jeweils betreffenden Steuergerät
zuzuführen. Exemplarisch ist ein weiterer Bedienhebel 15 zum
Steuern des Fahrantriebs 1 und ein noch weiterer Bedienhebel 16 zur
Steuerung z. B. einer weiteren Arbeitshydraulik vorgesehen.
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In
der schematischen Darstellung der 1 sind exemplarisch
einige Messwertaufnehmer zur Erfassung unterschiedlicher Systemparameter
gezeigt. Beispielsweise kann der Arbeitsdruck in dem geschlossenen
hydraulischen Kreislauf mittels eines ersten Druckaufnehmers 17 und
eines zweiten Druckaufnehmers 18 erfasst werden. Die erhaltene Information
ist dabei nicht auf die absoluten Drücke beschränkt,
sondern in dem Steuergerät 10 kann auch die Druckdifferenz
ermittelt werden. Dies kann beispielsweise zur Ermittlung einer
Leistungsaufnahme einer durch eine Dieselbrennkraftmaschine angetriebenen
Pumpeneinheit 2 erforderlich sein.
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Weiterhin
ist ein dritter Druckaufnehmer 19 vorgesehen, durch den
der in einem Speisesystem durch die Speisepumpe 4' erzeugte
Druck gemessen wird. Ein weiterer Druck dessen Messwerte ausgewertet
werden kann, zu dem in der 1 ein entsprechender
Druckaufnehmer nicht dargestellt ist, kann der Saugdruck sein, der
dem Druck des Druckmittels auf der Ansaugseite der Speisepumpe 4' entspricht. Eine
weitere Druckgröße, die Aufschluss über
das Einsatzverhalten und die Betriebsbedingungen der Hydropumpe
liefern kann, ist der Gehäusedruck, der im Inneren des
Gehäuses der Pumpeneinheit 2 gemessen wird. All
die durch die Druckaufnehmer ermittelten Messwerte werden an das
Steuergerät 10 übermittelt.
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Zur
Erfassung der Drehzahlen in einem hydrostatischen System wie beispielsweise
dem dargestellten Fahrantrieb 1 der 1 ist ein
erster Drehzahlsensor 20 an der Antriebswelle 5 der
Hauptpumpe 4 vorgesehen. Darüber hinaus kann auch
die Drehzahl der Abtriebswelle 8 durch einen zweiten Drehzahlsensor 21 erfasst
werden.
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Weiterhin
wird, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 noch
erläutert wird, unmittelbar in dem Steuergerät 10 der
eingestellte Schwenkwinkel der Hauptpumpe 4 erfasst. Dies
kann in besonders vorteilhafter Weise bei Verwendung einer OBE erfolgen,
indem auf der Leiterplatte des Steuergeräts 10 ein
Winkelsensor angeordnet ist. Da die OBE in die Pumpeneinheit 2 integriert
ist und dort vorzugsweise direkt an der Verstellvorrichtung 9 angeordnet
ist, kann somit ohne das Erfordernis einer Kabelführung
der Schwenkwinkel und damit das eingestellte Fördervolumen
beziehungsweise der sich zusammen mit der Drehzahl ergebende Volumenstrom
ermittelt werden. In gleicher Weise kann unmittelbar auf der Leiterplatte
des Steuergeräts 10 ein Temperatursensor angeordnet
sein, durch den die Temperatur der Pumpeneinheit 2 ermittelt
wird.
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Als
weitere Temperatur kann die Temperatur des Lecköls im Gehäuse
der Pumpeneinheit 2 erfasst werden. Hierzu ist wiederum
ein in der 1 ebenfalls nicht dargestellter
zusätzlicher Temperatursensor erforderlich. Zusätzlich
zu den Drücken in der ersten Arbeitsleitung 6 und
der zweiten Arbeitsleitung 7 ist es bevorzugt, dass auch
die Temperatur des Druckmittels in dem geschlossenen Kreislauf erfasst wird.
Hierzu wird auf der Hochdruckseite, die allerdings im dargestellten
Ausführungsbeispiel eines Fahrantriebs wechseln kann, die
Temperatur erfasst. Um für beide Fahrtrichtungen und damit
Förderrichtungen der Hauptpumpe 4 die Temperatur
auf der Hochdruckseite zu erfassen, sind vorzugsweise wiederum zwei
Temperatursensoren vorgesehen, die in der ersten Arbeitsleitung 6 beziehungsweise
der zweiten Arbeitsleitung 7 angeordnet sind. Mittels weiterer
Sensoren sind auch noch andere für das System kritische
Größen erfassbar. So kann ein Sensor vorgesehen
sein, um die die in dem Druckmittel vorhandene Verschmutzung zu überwachen.
Darüber lässt sich ein Rückschluss auf
die Ölqualität im hydrostatischen System ermitteln.
Die angegebenen Systemparameter sind nicht abschließend,
sondern lediglich beispielhaft ausgeführt. Z. B. können
auch Magnetströme von z. B. elektroproportionalen Steuereinheiten
einer Verstellvorrichtung erfasst und verwendet werden.
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In
der 2 ist ein Schnitt durch einen Teil der Verstellvorrichtung 9 der
Pumpeneinheit 2 gezeigt, um die Anordnung des Steuergeräts 10 als OBE
zu verdeutlichen.
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Das
gesamte Steuergerät 10 ist in einem durch einen
ersten Gehäuseteil 20 und einen Deckel 21 ausgebildeten
Gehäuseraum angeordnet. Das erste Gehäuseteil 20 ist
unmittelbar an der Verstellvorrichtung 9 angeordnet, so
dass über einen Rückführhebel 22 die
Position der Verstellvorrichtung 9 und damit eine Information über
das eingestellte Verdrängungsvolumen der Hauptpumpe 4 auf
eine Welle 23 übertragen werden kann. Das Steuergerät 10 umfasst
eine Leiterplatte 24, die in dem ersten Gehäuseteil 20 angeordnet
ist. Unter anderem ist auf dieser Leiterplatte 24 ein Sensor 25 angeordnet,
durch den eine Verdrehung der Welle 23 erfasst werden kann. Der
Sensor kann beispielsweise als Hallsensor ausgebildet sein und die
Drehung eines in eine Nut der Welle 23 eingesetzten Magneten 26 erfassen
und so das eingestellte Fördervolumen der Hauptpumpe 4 ermitteln.
Auf der Leiterplatte 24 sind weitere elektronische Komponenten 27 angeordnet,
deren einzelne Funktionen beziehungsweise Abschnitte nachfolgend
noch unter Bezugnahme auf die 3 erläutert werden.
Ferner ist mit der Leiterplatte 24 eine Steckerbaugruppe
verbunden, welche Anschlussstifte 28 aufweist. Diese Anschlussstifte 28 dienen
der elektrischen Kontaktierung des Steuergeräts 10 mit einem
Bussystem 12 oder auch mit weiteren Messwertaufnehmern,
die nicht unmittelbar in das Steuergerät 10 integriert
sein können. Beispiele für solche weiteren Messwertaufnehmer
wurden bereits unter Bezugnahme auf die 1 erläutert.
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In
der 3 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Steuergeräts 10 dargestellt. Das erfindungsgemäße
Steuergerät 10 weist eine Schnittstelleneinheit 30 auf.
Der Schnittstelleneinheit 30 werden, wie es durch die Pfeile 32 dargestellt
ist, die Messsignale der Messwertaufnehmer zugeführt. Ferner
sind innerhalb des Steuergeräts 10 weitere Messwertaufnehmer
vorhanden. So ist auch der Winkelsensor 25 mit der Schnittstelleneinheit 30 verbunden. Als
weiterer Sensor ist ein Temperatursensor 33 vorgesehen,
der insbesondere bei einer On-Board-Einheit als Steuergerät 10 unmittelbar
auf die Leiterplatte 24 des Steuergeräts 10 angeordnet
sein kann und dort ohne das Erfordernis einer externen Leitungsführung
aufgrund der Anordnung an der hydrostatischen Maschine 2 unmittelbar
Aufschluss über die dort herrschenden Betriebstemperaturen
bietet.
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Die
Schnittstelleneinheit 30, bei der alle ankommenden Messwerte
zusammenlaufen, ist mit dem zentralen Rechenabschnitt 31 verbunden.
Der zentrale Rechenabschnitt 31 ist, wie schon bei bekannten
Steuergeräten dazu vorgesehen, aus den Messwerten für
die Systemparameter Steuersignale zu erzeugen. Die so erzeugten
Steuersignale werden von der zentralen Recheneinheit 31 an
einen Steuersignalausgang 38 weitergeleitet. Der Steuersignalausgang 38 enthält
beispielsweise Endstufen, um die damit verbundenen Magnete im Falle
von elektroproportionalen Steuerungen der Verstellvorrichtung 9 ansteuern
zu können.
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Die
Schnittstelleneinheit 30 ist ferner mit einem Speicher 34 verbunden.
Der Speicher 34 enthält einen Zwischenspeicher 35 sowie
einen dauerhaften Speicherbereich 36. Die in der Schnittstelleneinheit 30 ankommenden
Messwerte der einzelnen Systemparameter werden in dem Zwischenspeicher 35 abgespeichert.
Der Zwischenspeicher 35 enthält lediglich eine
begrenzte Speicherkapazität und wird bei Erreichen der
Kapazitätsgrenze zyklisch durch die neu ankommenden Messwerte überschrieben.
Damit stehen in dem Zwischenspeicher 35 Messwerte für ein
begrenztes Zeitfenster zur Verfügung. Dieses gleitende
Zeitfenster wird anschließend zur Weiterverarbeitung und
zur Bestimmung der Lastkollektive herangezogen.
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Generell
ist es zur Online-Generierung von Lastkollektiven, wie sie hier
beschrieben sind, auch möglich, die Schnittstelleneinheit 30 unmittelbar
mit der Auswerteeinrichtung 37 zu verbinden. In diesem Fall
werden durch die Schnittstelleneinheit 30 sämtliche
verfügbaren Messwerte der Auswerteeinrichtung 37 übergeben.
Die Auswerteeinrichtung 37 kann dann aus allen verfügbaren
Messdaten die Lastkollektivermittlung durchführen.
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In
der 3 wird jedoch das bevorzugte Ausführungsbeispiel
geschildert, bei dem nur ein gleitendes Zeitfenster zur Datenbildung
herangezogen wird.
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Die
Analyseeinrichtung ist zu diesem Zweck mit dem Zwischenspeicher 35 verbunden.
Aus dem Zwischenspeicher 35 werden die Messwerte der Analyseeinrichtung 37 zugeführt.
Die Analyseeinrichtung 37 erzeugt mittels eines geeigneten
Verfahrens, beispielsweise das Rainflow-Verfahren, ein Lastkollektiv
und speichert dieses in dem dauerhaften Speicherbereich 36 ab.
Damit liegt in dem dauerhaften Speicherbereich 36 entweder
im letztgenannten Ausführungsbeispiel ein Lastkollektiv
des letzten gültigen Zeitfensters oder aber bei direktem
Einlesen sämtlicher Messwerte aus der Schnittstelleneinheit 30 ein
Gesamtlastkollektiv vor.
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Darüber
hinaus kann, da die Auswerteeinrichtung 37 permanent die
Messwerte des gleitenden Zeitfensters einliest, auch eine Speicherung
der aktuellen Messwerte des Zeitfensters erfolgen. Dies geschieht
dann, wenn ein Triggerereignis eintritt. Ein solches Triggerereignis
kann, wie es vorstehend bereits beschrieben wurde, beispielsweise
das Überschreiten eines Grenzwerts oder das Unterschreiten eines
Grenzwerts oder das Abschalten bzw. Notabschalten der Maschine sein.
Bevorzugt werden dabei für alle überwachten Systemparameter
Grenzwerte festgelegt und durch Vergleich der aktuellen Messwerte
mit diesen Grenzen überwacht. Wird ein oberer Grenzwert
durch den Messwert für den zugeordneten Systemparameter überschritten
oder ein unterer Grenzwert für den zugeordneten Systemparameter durch
den entsprechenden Messwert unterschritten, so wird durch die Auswerteeinrichtung
ein Triggersignal abgegeben. Ein durch ein Triggerereignis erzeugtes
Triggersignal wird einem Speicherverwaltungsabschnitt 40 zugeführt.
Der Speicherverwaltungsabschnitt 40 steuert daraufhin die
Speichereinheit 34 so an, dass die in dem Zeitfenster,
also dem Zwischenspeicher 35 gehaltenen Messwerte ganz
oder zumindest teilweise als Zeitschrieb in dem dauerhaften Speicherbereich 36 abgelegt
werden. In dem dauerhaften Speicherbereich 36 steht dabei
genügend Speicherkapazität zur Verfügung,
auch bei mehrfachem Auftreten eines Triggerereignisses, die zugehörigen
Messwerte zu speichern. Somit wird in jedem Fall der Überschreitung
einer festgelegten Grenze, die beispielsweise die Kenndaten der
hydrostatischen Maschine enthält, der Systemzustand durch Abspeichern
der Messwerte zusammen mit der Entwicklung innerhalb des Zeitfensters
ganz oder zumindest teilweise abgespeichert. Dies erlaubt eine erheblich
verbesserte Schadensanalyse.
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Der
Speicher 34 ist mit einer Speicherschnittstelle 39 des
Steuergeräts 10 verbunden. Über die Speicherschnittstelle 39 kann
beispielsweise ein Wartungsgerät an das Steuergerät 10 angeschlossen
werden und die in dem dauerhaften Speicherbereich 36 abgelegten
Messwerte, Zeitschriebe und Lastkollektive auslesen. Dies ermöglicht
die Analyse eines Schadenshergangs oder die Verwendung der so ermittelten
Lastkollektive für die weitere Entwicklung neuer Anlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere
geeignet für die bevorzugte Ausführung eines Steuergeräts 10 in
Form einer OBE. Anstelle der in der 3 dargestellten
Schnittstelle an dem Steuergerät 10, welche im
Fall einer OBE möglicherweise schwierig zu realisieren
ist, kann auch der die Speicherschnittstelle 39 mit einem übergeordneten
Steuergerät, wie es in der 1 mit dem Bezugszeichen 11 versehen
war, verbunden sein. Das Bussystem 12 verfügt
in der Regel über eine externe Schnittstelle, über
die Diagnosegeräte an das hydrostatische System angeschlossen
werden können. Somit kann ein Servicetechniker auch bei
einer unzugänglich verbauten hydrostatischen Einheit, die in
der Speichereinheit 34 abgelegten Messdaten auslesen.
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Generell
ist das Verfahren auf hydrostatische Maschinen anwendbar. Besonders
bevorzugt wird der Einsatz jedoch im Hinblick auf Hydropumpen, die als
Axialkolbenmaschinen ausgeführt sind.
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In
der 4 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Zunächst
wird in Schritt 50 mindestens ein Systemparameter gemessen.
Dieser Messwert wird in Schritt 51 durch das Steuergerät 10 eingelesen.
Wie es vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 3 erläutert
wurde, kann auch eine Mehrzahl von Messwerten eingelesen werden.
Die Auswahl der Messwerte wird dabei vorzugsweise durch die zur Steuerung
der hydrostatischen Maschine ohnehin erfassten Messdaten festgelegt.
Dies spart die Anordnung zusätzlicher Sensoren. Da die
Messdaten zur Erzeugung der Steuersignale ohnehin dem Steuergerät 10 zugeführt
werden, werden erfindungsgemäß die Verfahrensschritte
zur Bildung des Lastkollektivs in dem Steuergerät 10 durchgeführt.
Dies spart Verkabelungsaufwand und insbesondere vergleichsweise
teuere Sensoren, die andernfalls für eine separate Ermittlung
von Lastkollektiven benötigt würden.
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Die
eingelesenen Messwerte werden anschließend ganz oder zumindest
teilweise in Schritt 52 zwischengespeichert. Hierzu werden
sie dem Zwischenspeicher 35 zugeführt. Durch die
Analyseeinrichtung 37 werden obere/untere Grenzwerte eingelesen.
Diese Grenzwerte sind für jeden Systemparameter individuell
abgelegt und vorzugsweise in dem dauerhaften Speicherbereich 36 gespeichert.
Mit diesen Grenzwerten werden jeweils die neu erfassten Messwerte,
die zuletzt in dem Zwischenspeicher 35 abgespeichert wurden,
verglichen. Nach dem Vergleich in Schritt 54 verzweigt
sich das Verfahren, je nachdem ob in Schritt 55 eine Grenzwertüber-
oder -unterschreitung festgestellt wurde. Wird keine Über- oder
Unterschreitung des zugeordneten Messwerts des Systemparameters
durch den entsprechenden Messwert festgestellt, so wird aus den
Messwerten das Lastkollektiv ermittelt. Die Ermittlung des Lastkollektivs
kann dabei, wie es bereits erläutert wurde, entweder aus
der Gesamtheit der erfassten Messwerte oder aber z. B. aus den Messwerten
des letzten aktualisierten Zeitfensters erfolgen.
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Wird
dagegen in Schritt 55 festgestellt, dass ein Grenzwert über-
bzw. unterschritten und/oder die Maschine (not-)abgeschaltet wurde,
so wird ein Triggersignal in Schritt 56 erzeugt. Dieses
Triggersignal wird durch die Auswerteeinrichtung 37 erzeugt
und an den Speicherverwaltungsabschnitt 40 übermittelt. In
Schritt 57 werden dann veranlasst durch den Speicherverwaltungsabschnitt 40 die
Messdaten des Zeitfensters, die in dem Zwischenspeicher 35 abgelegt
sind, ganz oder zumindest teilweise in den dauerhaften Speicher 36 übernommen
und dort abgespeichert. Auch im Falle, dass eine Grenzwertüber- oder
-unterschreitung festgestellt wurde, wird das Lastkollektiv in Schritt 58 ermittelt.
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Das
Bussystem kann besonders bevorzugt ein sogenannter CAN-Bus sein.
Gleichzeitig kann bei Erreichen eines definierten Lastkollektivs
eine Warnung an den Bediener erfolgen, dass eine kritische Belastungsgrenze
für die hydrostatische Maschine erreicht ist. Das besondere
an dem vorliegenden Steuergerät sowie dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist es, dass im realen Betrieb aus den Messwerten, die
ohnehin zur Steuerung der Maschine erfasst werden, gleichzeitig
ein Lastkollektiv gebildet wird. Dieses Lastkollektiv ist dabei
hinsichtlich der Praxisnähe von erheblich größerer
Bedeutung als die in der Theorie bei der Entwicklung vorab bestimmten.
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Anstelle
der Bildung des Lastkollektivs mittels des Rainflow-Verfahrens ist
es auch möglich, die einzelnen Messwerte, die durch die
Sensoren erfasst werden, in Messwertbereiche zu klassieren.
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Hierzu
werden die Systemparameter in Messwertbereiche unterteilt. Beispielsweise
kann für den Druck ein erster Bereich von 0 bis 100 bar,
ein zweiter von 101 bis 200 bar, ein dritter von 201 bis 300 bar
und ein vierter Bereich ab 301 bar unterteilt sein. Es werden dann
zur Bildung des Lastkollektivs lediglich die Verweildauern der entsprechenden Messwerte
innerhalb der einzelnen Bereiche erfasst. Um nicht die exakte Zeitdauer
erfassen zu müssen, wird es dabei bevorzugt, dass das Erfassen
der Messwerte zyklisch erfolgt, so dass lediglich ein Zähler
für jeden der Bereiche vorgesehen werden muss. Liegt ein
Messwert in einem der Bereiche, so wird der zugehörige
Zähler um 1 erhöht.
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Das
Lastkollektiv kann dabei entweder unmittelbar einen einzelnen Messwert
bzw. einen einzelnen Systemparameter betreffen oder aber die Kombination
von mehreren, z. B. zwei, drei, vier oder gar mehr, Systemparametern.
So können beispielsweise die Systemparameter "Druck" und
"Schwenkwinkel" zu einem Lastkollektiv bzw. einer Verbundklassierung
verarbeitet werden. Weiterhin kann der Systemparameter "Drehzahl"
mit dem weiteren Systemparameter "Druck" und/oder "Schwenkwinkel" ebenfalls
zu einem weiteren Lastkollektiv verarbeitet werden. Auf diese Weise
ist das Verfahren, dass vorstehend lediglich für ein Lastkollektiv
erläutert wurde, auch parallel zur Bildung mehrerer Lastkollektive
geeignet.
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Dabei
kann insbesondere aus den Systemparametern "Drehzahl" und "Druck"
auch eine Vibrationsbelastung ermittelt werden. Die Ermittlung solcher
Vibrationsbelastungen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das
Steuergerät 10 unmittelbar an der Maschine im
Sinne einer OBE angeordnet ist. Elektronische Bauteile zeigen ein
kritisches Ausfallverhalten insbesondere im Hinblick auf Vibrationsbelastungen
sowie Temperaturverläufe.
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Die
insgesamt gewonnenen Daten können besonders vorteilhaft
auch zur Ausbildung eines Prüfprofils bei der Abnahme von
hydrostatischen Maschinen eingesetzt werden.
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Die
Lastkollektive, insbesondere wenn sie sämtliche Messwerte
berücksichtigen, können auch dazu verwendet werden,
eine zweistufige Alarmierung durchzuführen. So kann bei
Erreichen eines ersten Grenzwerts durch das Lastkollektiv zunächst
ein Warnhinweis ausgegeben werden. Dieser kann in Form einer Warnlampe
unmittelbar dem Bediener der mobilen Arbeitsmaschine, in der die
hydrostatische Maschine angeordnet ist, realisiert sein. Darüber
hinaus ist es auch möglich, ein Notsignal zu erzeugen, welches
dann beispielsweise auch an eine die Einsätze der Maschine
koordinierende Zentrale übermittelt werden kann.
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Insbesondere
zur Erfassung der Vibrationsbelastung der Steuerelektronik des Steuergeräts 10 wird
bevorzugt auf der Platine des Steuergeräts 10 ein
Beschleunigungssensor angeordnet. Dieser kann, wie es vorstehend
schon für den Winkelsensor 25 und den Temperatursensor 33 gezeigt
worden war, auf der Leiterplatte 24 angeordnet sein.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, insbesondere sind einzelne Merkmale der dargestellten
Erfindung in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.
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Das
Ausführungsbeispiel, anhand dessen die Erfindung näher
erläutert ist, ist ein Fahrantrieb, also eine Anwendung
aus der Mobilhydraulik. Das erfindungsgemäße Verfahren
und das erfindungsgemäße Steuergerät
können darüber hinaus auch im Zusammenhang mit
hydrostatischen Maschinen, insbesondere Hydropumpen verwendet werden,
die in stationären Anlagen wie Pressen, Kunststoffspritz- und
Druckgießmaschinen, Werkzeugmaschinen, Walzwerken usw.
eingesetzt sind. In diesen Fällen treibt anstelle eines
Dieselmotors meist ein Elektromotor die Hydropumpe an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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