-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Untertagefahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein selbstfahrendes Untertagefahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 15.
-
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von selbstfahrenden Untertagefahrzeugen bekannt, welche im Berg- und Tunnelbau für unterschiedliche Arbeiten eingesetzt werden. Solche selbstfahrenden Untertagefahrzeuge können beispielsweise Fahrlader, Untertage-Muldenkipper, Betonmischer, Berauberfahrzeuge, Bohrwagen, Ankersetzgeräte, Vortriebsmaschinen etc. sein. Die hier gegenständlichen selbstfahrenden Untertagefahrzeuge weisen speziell einen Dieselmotor als Aggregat auf.
-
Dieser Dieselmotor liefert die Leistung sowohl für die Bewegung des Untertagefahrzeugs als auch für die Arbeitstätigkeit des Hubwerks des Untertagefahrzeugs mit dem Arbeitsgerät oder den Arbeitsgeräten, wobei deren Anzahl und Art von dem jeweiligen Typ des Untertagefahrzeugs abhängt. Ein Strömungsgetriebe dient dazu, die von dem Dieselmotor abgegebene Drehbewegung in die Bewegung des Untertagefahrzeugs und in die Arbeitstätigkeit des Hubwerks umzusetzen.
-
Bei den aus dem Stand der Technik - beispielsweise aus der
DE 32 21 762 A1 - bekannten selbstfahrenden Untertagefahrzeugen ist jedoch jeweils ein separates Steuerungselement zur im Wesentlichen unmittelbaren Einstellung der Motorleistung des Dieselmotors - entsprechend einem Gaspedal bei einem PKW - einerseits und ein Steuerungselement zur Betätigung des Hubwerks andererseits vorgesehen. Das führt dazu, dass zur Bereitstellung einer hinreichenden Leistung für die Betätigung des Hubwerks der Fahrzeugbenutzer zunächst die Motorleistung des Dieselmotors erhöhen muss, was im ersten Augenblick ohne wesentliche Last zu einer erheblichen Erhöhung der Drehzahl des Dieselmotors führt und erst dann das Hubwerk betätigt, wobei durch die dann entstehende Last die Drehzahl des Dieselmotors wieder heruntergedrückt wird, bis das erforderliche Drehmoment erreicht ist. Würde das Hubwerk zu früh gegenüber der Erhöhung der Motorleistung betätigt, besteht das Risiko eines „Abwürgens“ des Dieselmotors.
-
Nachteilig an diesem Ansatz aus dem Stand der Technik ist es, dass diese häufigen Schwankungen der Drehzahl des Dieselmotors dazu führen, dass der Dieselmotor regelmäßig an einem Betriebspunkt betrieben wird, welcher einen schlechteren als den angestrebten Wirkungsgrad aufweist. Das führt erstens zu einem unnötig hohen Kraftstoffverbrauch und zur Erzeugung von zusätzlicher Abwärme, deren Kühlung ggf. wiederum zusätzliche Energie erfordert. Zweitens erhöhen die Schwankungen der Drehzahl des Dieselmotors auch den Verschleiß des Dieselmotors. Dabei sind bei einem Dieselmotor regelmäßige Schwankungen der Last des Dieselmotors - also des von dem Dieselmotor abgegeben Drehmoments - für den Verschleiß deutlich weniger bedenklich als diese Schwankungen in der Drehzahl.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, das aus dem Stand der Technik bekannte selbstfahrende Untertagefahrzeug und das bekannte Verfahren zum Betrieb des selbstfahrenden Untertagefahrzeugs so weiterzuentwickeln und zu verbessern, dass der Betrieb sowohl hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs als auch hinsichtlich des Verschleißes ökonomischer wird.
-
Bezogen auf ein Verfahren zum Betrieb eines selbstfahrenden Untertagefahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bezogen auf ein selbstfahrendes Untertagefahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 15 wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 15 gelöst.
-
Wesentlich für die Erfindung ist die Erkenntnis, dass statt einer unmittelbaren Einstellung der Motorleistung durch den Fahrzeugbenutzer, etwa durch Betätigung eines Pedals, vielmehr von dem Fahrzeugbenutzer stattdessen eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Untertagefahrzeugs und eine gewünschte Arbeitstätigkeit des Hubwerks vorgegeben werden kann und darauf basierend dann die Motorleistung automatisch eingestellt werden kann. Dies würde einerseits dem Fahrzeugbenutzer die Bedienung erleichtern, da er nicht mehr selbst den Dieselmotor regeln muss und es andererseits erlauben, die Schwankungen der Drehzahl des Dieselmotors zu vermeiden oder jedenfalls zu verringern, zumal das regelmäßig bei einem Untertagefahrzeug eingesetzte Strömungsgetriebe dank seiner Stufenlosigkeit für einen Betrieb des Dieselmotors bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl gut geeignet ist. Es ist auch nicht erkennbar, wann überhaupt eine unmittelbare Einstellung der Motorleistung durch den Fahrzeugbenutzer sinnvoll oder erforderlich sein könnte.
-
Das vorschlagsgemäße Verfahren dient dem Betrieb eines selbstfahrenden Untertagefahrzeugs, wobei das Untertagefahrzeug ein Hubwerk mit mindestens einem Arbeitsgerät, eine Fahranordnung zum Bewegen des Untertagefahrzeugs und eine Antriebsanordnung zum Treiben des Hubwerks und der Fahranordnung aufweist, wobei die Antriebsanordnung ein Strömungsgetriebe und einen Dieselmotor aufweist. Weiter weist gemäß dem vorschlagsgemäßen Verfahren das selbstfahrende Untertagefahrzeug eine Regelanordnung zum Ansteuern der Antriebsanordnung - insbesondere also zum Ansteuern des Strömungsgetriebes und des Dieselmotors - auf.
-
Das vorschlagsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Untertagefahrzeug eine Eingabeanordnung zum Vorgeben durch einen Fahrzeugbenutzer sowohl einer Fahrgeschwindigkeit des Untertagefahrzeugs als auch einer auszuführenden Arbeitstätigkeit des Hubwerks aufweist. Bei dieser Fahrgeschwindigkeit handelt es sich um die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Untertagefahrzeug bewegt bzw. bewegen soll. Diese Eingabeanordnung kann dabei beliebige und ggf. vollständig separate Eingabevorrichtungen zum Vorgeben der Fahrgeschwindigkeit einerseits und zum Vorgeben der auszuführenden Arbeitstätigkeit des Hubwerks andererseits aufweisen. Bei der auszuführenden Arbeitstätigkeit kann es sich insbesondere um eine Arbeitsbewegung eines Arbeitsgeräts des Hubwerks handeln.
-
Das vorschlagsgemäße Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung basierend auf einer jeweils von dem Fahrzeugbenutzer durch die Eingabeanordnung vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit und Arbeitstätigkeit den Dieselmotor regelt. Auf diese Weise wird dem Fahrzeugbenutzer die unmittelbare Einstellmöglichkeit der Drehzahl des Dieselmotors genommen und dafür die Möglichkeit eröffnet, den Dieselmotor auch bei unterschiedlichen Kombinationen einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit und einer vorgegebenen Arbeitstätigkeit mit geringeren Schwankungen der Drehzahl zu betreiben.
-
Grundsätzlich kann diese Regelung des Dieselmotors beliebig ausgestaltet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung eine Solldrehzahl des Dieselmotors bestimmt und den Dieselmotor auf diese Solldrehzahl regelt. Ebenso ist es bevorzugt, dass die Regelanordnung durch die variable Zufuhr von Kraftstoff den Dieselmotor regelt und insbesondere den Dieselmotor auf die Solldrehzahl regelt. Entsprechend bildet dann die Menge des zugeführten Kraftstoffs die Stellgröße für die Regelung. Weiter ist es bevorzugt, dass die Regelanordnung eine Übersetzung des Strömungsgetriebes so einstellt, dass bei der Solldrehzahl die Fahranordnung das Untertagefahrzeug mit der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit bewegt. Dabei kann es sein, dass bis zum Erreichen der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit die Übersetzung des Strömungsgetriebes so eingestellt wird, dass die Fahranordnung vorübergehend das Untertagefahrzeug mit einer entsprechend geringeren oder größeren Fahrgeschwindigkeit als der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit bewegt. Dabei kann es grundsätzlich Umstände geben, unter denen eine bestimmte vorgegebene Fahrgeschwindigkeit nicht erreicht werden kann, so etwa bei Vorliegen einer zu hohen Steigung auf der Fahrstrecke.
-
Grundsätzlich kann es sich bei dem selbstfahrenden Untertagefahrzeug um ein beliebiges selbstfahrendes Untertagefahrzeug handeln. So kann es sich entweder um ein schienengeführtes als auch um ein schienenunabhängiges Untertagefahrzeug handeln. Wie bereits festgestellt kann es sich insbesondere um einen Fahrlader, einen Untertage-Muldenkipper, ein Betonmischer, ein Berauberfahrzeug, einen Bohrwagen, ein Ankersetzgerät oder eine Vortriebsmaschine handeln.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Fahrzeugbenutzer durch die Eingabeanordnung vorgegebene Arbeitstätigkeit eine vorgegebene Hubgeschwindigkeit der Arbeitstätigkeit umfasst. Mit anderen Worten wird nicht nur die Arbeitstätigkeit an sich - also etwa eine spezielle Bewegung oder Betätigung des Arbeitsgeräts - vorgegeben, sondern auch die Geschwindigkeit, mit welcher diese Arbeitstätigkeit ausgeführt werden soll. Regelmäßig wird die an sich gleiche Arbeitstätigkeit bei Ausführung mit höherer Geschwindigkeit mehr Leistung erfordern. Hier kann es weiter sein, dass die Hubgeschwindigkeit eine Ausführzeit für den Abschluss der vorgegebenen Arbeitstätigkeit definiert. Insoweit definiert umgekehrt auch die Ausführzeit die Hubgeschwindigkeit.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Regelanordnung eine erforderliche Betriebsleistung basierend auf der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit und basierend auf der vorgegebenen Arbeitstätigkeit bestimmt, dass die Regelanordnung basierend auf der bestimmten Betriebsleistung einen Betriebspunkt des Dieselmotors bestimmt, welcher Betriebspunkt durch eine Drehzahl und eine Lastkennlinie des Dieselmotors definiert ist und bei welchem Betriebspunkt der Dieselmotor mindestens die erforderliche Betriebsleistung bereitstellt und dass die Regelanordnung den Dieselmotor auf den bestimmten Betriebspunkt einstellt. Die erforderliche Betriebsleistung ist also mindestens so hoch wie die kombinierte Leistung, welche zum Bewegen des Untertagefahrzeugs mit der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit - insbesondere zum Beschleunigen des Untertagefahrzeugs auf die vorgegebene Fahrgeschwindigkeit - erforderlich ist und welche für die auszuführende Arbeitstätigkeit erforderlich ist. Bei der Lastkennlinie des Dieselmotors handelt es sich um eine - an sich bekannte - Kennlinie, welche bei einer jeweiligen, der Kennlinie zugeordneten Einstellung der Zufuhr von Kraftstoff an den Dieselmotor über der Drehzahl des Dieselmotors das von dem Dieselmotor abgegebene Drehmoment abträgt. Die an dem jeweiligen Betriebspunkt abgegebene Leistung des Dieselmotors ist proportional dem Produkt aus Drehzahl und Drehmoment. Vorzugsweise basiert die bestimmte erforderliche Betriebsleistung auch auf der vorgegebenen Hubgeschwindigkeit. Auf den Zusammenhang zwischen der Hubgeschwindigkeit und Leistung wurde oben bereits hingewiesen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Untertagefahrzeug eine von der Antriebsanordnung angetriebene hydraulische Lenkvorrichtung zum Lenken des Untertagefahrzeus und eine von der Antriebsanordnung angetriebene Kühlvorrichtung zum Kühlen des Strömungsgetriebes aufweist. Hydraulische Getriebe erzeugen vergleichsweise viel Verlustwärme durch Reibung, wodurch eine aktive Kühlung zweckmäßig wird. Die Kühlvorrichtung kann auch zum Kühlen weiterer Apparate und Vorrichtungen eingesetzt werden.
-
Vorzugsweise ist das Strömungsgetriebe dazu eingerichtet, die vom Dieselmotor bereitgestellte Leistung variabel auf die Fahranordnung, das Hubwerk und ggf. auf die Lenkvorrichtung und die Kühlvorrichtung zu übertragen. Dies erlaubt es, dass das Strömungsgetriebe die vom Dieselmotor bereitgestellte Leistung bevorzugt auf die Lenkvorrichtung überträgt, sodass unabhängig von der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit und Arbeitstätigkeit die Lenkvorrichtung stets ausreichend von dem Strömungsgetriebe mit Leistung versorgt werden kann.
-
Es kann sein, dass das Hubwerk nur ein Arbeitsgerät aufweist. Ebenso kann es sein, dass das Hubwerk eine Vielzahl von Arbeitsgeräten aufweist, für welche die Eingabeanordnung durch den Fahrzeugbenutzer eine jeweilige auszuführende Arbeitstätigkeit vorgibt. Es können also jeweils unterschiedlichen Arbeitsgeräten unterschiedliche Arbeitstätigkeiten vorgegeben werden. Dann kann die Regelanordnung vorzugsweise die erforderliche Betriebsleistung auch basierend auf den jeweiligen vorgegebenen Arbeitstätigkeiten der Vielzahl von Arbeitsgeräten bestimmen.
-
Weiter kann es sein, dass die Regelanordnung die erforderliche Betriebsleistung auch basierend auf einer jeweiligen Leistung zum Betrieb der Lenkvorrichtung und zum Betrieb der Kühlvorrichtung bestimmt. Diese erfordern zu ihrem Betrieb ebenfalls eine - regelmäßig nicht vernachlässigbare - Leistung und können daher vorteilhaft bei der erforderlichen Betriebsleistung berücksichtigt werden.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Datenspeicher des Untertagefahrzeugs eine Menge an Lastkennlinien, welche vorzugsweise jeweils durch eine der Lastkennlinie zugeordnete Einstellung der Zufuhr von Kraftstoff an den Dieselmotor gekennzeichnet sind, für den Dieselmotor hinterlegt sind und dass den Betriebspunkten entlang der hinterlegten Lastkennlinien jeweils ein Kraftstoffverbrauch zugeordnet ist. Der Kraftstoffverbrauch kann insbesondere pro Zeiteinheit angegeben sein. Alternativ oder zusätzlich kann es sein, dass den Betriebspunkten entlang der hinterlegten Lastkennlinien jeweils ein Wirkungsgrad zugeordnet ist. Auf diese Weise können verschiedene Betriebspunkte hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit verglichen werden.
-
Weiter kann es sein, dass die Regelanordnung zur Bestimmung des Betriebspunkts des Dieselmotors aus der Menge der hinterlegten Lastkennlinien diejenige Lastkennlinie auswählt, bei welcher der Betriebspunkt den niedrigsten Kraftstoffverbrauch - insbesondere pro Zeiteinheit - bei der bestimmten Betriebsleistung aufweist. Alternativ kann die Regelanordnung diejenige Lastkennlinie auswählen, bei welcher der Betriebspunkt den höchsten Wirkungsgrad bei der bestimmten Betriebsleistung aufweist. Da es zur Bereitstellung einer erforderlichen Betriebsleistung regelmäßig mehrere mögliche Betriebspunkte auf unterschiedlichen Lastkennlinien gibt, kann auf diese Weise einfach der wirtschaftlichste Betriebspunkt ausgewählt werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei dem Strömungsgetriebe um ein hydrostatisches Getriebe handelt, welches hydrostatisches Getriebe eine vom Dieselmotor abgegebene Leistung variabel, vorzugsweise stufenlos, in einen Volumenstrom einer Hydraulikflüssigkeit des hydrostatischen Getriebes umwandelt. Insbesondere ist also die Größe des Volumenstroms variabel.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung eine erforderliche Mindest-Drehzahl des Dieselmotors basierend auf der vorgegebenen Arbeitstätigkeit ermittelt. Für bestimmte Arbeitstätigkeiten bestimmter Arbeitsgeräte des Hubwerks kann es sein, dass ein bestimmter Volumenstrom zur Ausführung dieser Arbeitstätigkeit erforderlich ist, für welchen Volumenstrom wiederum eine bestimmte Drehzahl des Dieselmotors - eben die obige Mindest-Drehzahl - erforderlich ist. Dies begründet sich darin, dass durch die Gegebenheiten des Strömungsgetriebes dieser Volumenstrom nicht erreicht werden kann, wenn die vom Dieselmotor abgegebene Leistung zwar im Grunde hoch genug ist, die Drehzahl aber zu niedrig, und zwar obgleich dann das Drehmoment entsprechend höher ist. Folglich kann das Erfordernis dieser Mindest-Drehzahl dann neben und zusätzlich zu dem oben beschriebenen Erfordernis einer ausreichenden Betriebsleistung stehen. Vorzugsweise ermittelt die Regelanordnung die erforderliche Mindest-Drehzahl auch basierend auf der vorgegebenen Hubgeschwindigkeit. Denn der erforderliche Volumenstrom kann auch davon abhängen, wie rasch die Arbeitstätigkeit ausgeführt werden soll. Ebenso ist es bevorzugt, dass die Regelanordnung die Solldrehzahl so bestimmt, dass sie mindestens der Mindest-Drehzahl entspricht. Es kann sein, dass die Regelanordnung basierend auf der vorgegebenen Hubgeschwindigkeit einen Mindest-Volumenstrom des Volumenstroms des Strömungsgetriebes bestimmt und die Mindest-Drehzahl basierend auf dem Mindest-Volumenstrom ermittelt. Entsprechend handelt es sich bei der Mindest-Drehzahl um die kleinste Drehzahl, bei welcher das von dem Dieselmotor angetriebene Strömungsgetriebe den Mindest-Volumenstrom bereitstellen kann.
-
Es kann Situationen geben, in denen das Untertagefahrzeug weder eine Fahrbewegung noch eine Arbeitstätigkeit des Hubwerks ausführt. Dann kann der Dieselmotor auch im Leerlauf betrieben werden. Daher ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung auf ein Stillstands-Signal die Soll-Drehzahl auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl setzt. Bei dem Stillstands-Signal kann es sich um ein im Prinzip beliebiges Signal handeln, welches eine solche Leerlaufsituation anzeigt. Bevorzugt ist weiter, dass die Regelanordnung auf ein Stillstands-Signal bei fehlender Vorgabe einer positiven Fahrgeschwindigkeit und fehlender Vorgabe einer Arbeitstätigkeit die Soll-Drehzahl auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl setzt. Es kann beispielsweise sein, dass das Stillstands-Signal bei Betätigung einer Feststellbremse des Untertagefahrzeugs und/oder bei Öffnung einer Fahrerkabinentür des Untertagefahrzeugs ausgelöst wird. Denn sowohl die Betätigung der Feststellbremse als auch die Öffnung der Fahrerkabinentür sind zumindest starke Indizien dafür, dass keine Bedienung durch den Fahrzeugbenutzer erfolgen wird.
-
Regelmäßig gibt es eine Drehzahl bzw. einen Drehzahlbereich, in welchem ein jeweiliger Dieselmotor besonders effizient betrieben werden kann. Diese Drehzahl bzw. dieser Drehzahlbereich entspricht dann - absolut gesehen - auf der Volllastkennlinie des Drehmotors - also bei ungedrosselter Zufuhr von Kraftstoff - einem besonders effizienten Betriebspunkt. Aber auch auf den anderen Lastkennlinien des Dieselmotors - also bei jeweils unterschiedlich gedrosselter Zufuhr von Kraftstoff - ist regelmäßig die gleiche Drehzahl bzw. der gleiche Drehzahlbereich vergleichsweise im Kontext der jeweiligen Lastkennlinie besonders effizient. Folglich ist es zweckmäßig, Schwankungen der erforderlichen Leistung dadurch zu begegnen, dass durch Variieren der Kraftstoffzufuhr als Stellgröße (also durch Wechsel der jeweils gültigen Lastkennlinie) das abgegebene Drehmoment verändert wird und dabei gleichzeitig die Veränderungen der Drehzahl minimiert werden. Eine solche als besonders effizient identifizierte Drehzahl des Dieselmotors kann auch als Vorzugs-Drehzahl bezeichnet werden. Entsprechend ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Regelanordnung die Soll-Drehzahl auf eine vorbestimmte Vorzugs-Drehzahl setzt, und zwar insbesondere wenn die Vorzugs-Drehzahl mindestens der Mindest-Drehzahl entspricht. Es ist dann also erforderlich, dass für die vorgegebene Arbeitstätigkeit der erforderliche Volumenstrom bei der Vorzugs-Drehzahl bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise setzt die Regelanordnung die Soll-Drehzahl auf die vorbestimmte Vorzugs-Drehzahl, wenn weiter eine positive Fahrgeschwindigkeit oder eine Arbeitstätigkeit vorgegeben ist. Denn wenn weder eine (von Null verschiedene) Fahrgeschwindigkeit noch die Ausführung einer Arbeitstätigkeit vorgegeben wurde, wird regelmäßig die bei der Vorzugs-Drehzahl abgegebene Leistung zu hoch sein und sich vielmehr ein Betrieb des Dieselmotors im Leerlauf anbieten. Ebenso vorzugsweise setzt die Regelanordnung die Soll-Drehzahl auf die bestimmte Vorzugs-Drehzahl, wenn weiter ein Betriebspunkt des Dieselmotors bei der Vorzugs-Drehzahl die erforderliche Betriebsleistung bereitstellt. Es kann nämlich sein, dass die erforderliche Betriebsleistung bei der Vorzugs-Drehzahl nicht bereitgestellt werden kann, sondern nur bei einer höheren Drehzahl. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Regelanordnung den Dieselmotor auf den Betriebspunkt mit der Vorzugs-Drehzahl und derjenigen Lastkennlinie einstellt, welche die erforderliche Betriebsleistung bereitstellt und den niedrigsten Kraftstoffverbrauch, insbesondere pro Zeiteinheit, aufweist. Regelmäßig, aber nicht stets, wird dies - unter den infrage kommenden Lastkennlinien - die Lastkennlinie mit der niedrigsten Einstellung der Zufuhr von Kraftstoff an den Dieselmotor sein.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzugs-Drehzahl oberhalb einer Drehmomentmaximal-Drehzahl einer Volllastkennlinie des Dieselmotors liegt. Dabei ist die Drehmomentmaximal-Drehzahl diejenige Drehzahl, bei welcher auf der Volllastkennlinie - also bei im Wesentlichen ungedrosselter Zufuhr von Kraftstoff - das maximale Drehmoment von dem Dieselmotor abgegeben wird. Vorzugsweise liegt die Vorzugs-Drehzahl oberhalb einer Drehmomentmaximal-Drehzahl im Wesentlichen aller Kennlinien des Dieselmotors. Indem die Vorzugs-Drehzahl oberhalb der Drehmomentmaximal-Drehzahl liegt, wird bei ihr ein geringeres Drehmoment abgegeben, was bevorzugt dann für alle Lastkennlinien gilt. Das hat den Effekt, dass bei einem Betrieb bei der Vorzugs-Drehzahl auf eine - maßvolle - Erhöhung des erforderlichen Drehmoments hin sich die Drehzahl automatisch verringert und der Dieselmotor ein höheres Drehmoment abgibt. Der Dieselmotor wird in so einer Situation also nicht automatisch abgewürgt.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzugsdrehzahl kleiner als 110 % der Drehmomentmaximal-Drehzahl der Volllastkennlinie ist. Mit anderen Worten liegt die Vorzugsdrehzahl weniger als 10 % oberhalb der Drehmomentmaximal-Drehzahl. Auf diese Weise wird sowohl ein vergleichsweise hohes Drehmoment als auch eine vergleichsweise hohe Wirtschaftlichkeit bei der Vorzugsdrehzahl gewährleistet. Entsprechend ist bevorzugt vorgesehen, dass das Drehmoment bei der Vorzugs-Drehzahl auf der Volllastkennlinie mindestens 90 %, insbesondere mindestens 95 %, des Drehmoments bei der Drehmomentmaximal-Drehzahl auf der Volllastkennlinie beträgt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fahranordnung das Untertagefahrzeug mit einer bis zu einer Maximalgeschwindigkeit variablen Fahrgeschwindigkeit bewegen kann und dass der Übersetzungsbereich des Strömungsgetriebes es erlaubt, im Wesentlichen bei der Vorzugs-Drehzahl des Dieselmotors das Untertagefahrzeug mit einer beliebigen Fahrgeschwindigkeit bis zu der Maximalgeschwindigkeit zu bewegen. Bevorzugt ist weiter, dass der Übersetzungsbereich des Strömungsgetriebes, insbesondere auch das Drehmoment bei der Vorzugsdrehzahl auf der Volllastkennlinie, es erlaubt, das Untertagefahrzeug aus dem Stillstand bis zu der Maximalgeschwindigkeit zu beschleunigen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass allen Geschwindigkeitsanforderungen an das Untertagefahrzeug sowie allen Geschwindigkeitswechseln genügt werden kann, ohne dass der Dieselmotor mit einer wesentlichen Abweichung von der Vorzugs-Drehzahl zwingend betrieben werden muss.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Fahranordnung einen von der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren Hydromotor zum Bewegen des Untertagefahrzeugs aufweist.
-
Das vorschlagsgemäße selbstfahrende Untertagefahrzeug weist ein Hubwerk mit mindestens einem Arbeitsgerät, eine Fahranordnung zum Bewegen des Untertagefahrzeugs, eine Antriebsanordnung zum Treiben des Hubwerks und der Fahranordnung, welche Antriebsanordnung ein Strömungsgetriebe und einen Dieselmotor aufweist und eine Regelanordnung zum Ansteuern der Antriebsanordnung auf.
-
Das vorschlagsgemäße selbstfahrende Untertagefahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Eingabeanordnung zum Vorgeben durch einen Fahrzeugbenutzer sowohl einer Fahrgeschwindigkeit des Untertagefahrzeugs als auch einer auszuführenden Arbeitstätigkeit des Hubwerks aufweist.
-
Das vorschlagsgemäße selbstfahrende Untertagefahrzeug ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Regelanordnung dazu eingerichtet ist, basierend auf einer jeweils von dem Fahrzeugbenutzer durch die Eingabeanordnung vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit und Arbeitstätigkeit den Dieselmotors zu regeln.
-
Bevorzugte Ausführungsformen des vorschlagsgemäßen selbstfahrenden Untertagefahrzeugs entsprechen den bevorzugten Ausführungsformen des vorschlagsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines selbstfahrenden Untertagefahrzeugs und umgekehrt.
-
Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen, Merkmale und Eigenschaften ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung mit Bezug auf die Figuren. Die lediglich ein Ausführungsbeispiel wiedergebende Zeichnung zeigt
- 1 eine schematische Ansicht eines vorschlagsgemäßen selbstfahrenden Untertagefahrzeugs und
- 2 eine schematische Darstellung von Lastkennlinien des Dieselmotors des selbstfahrenden Untertagefahrzeugs der 1.
-
Bei dem in der 1 dargestellten selbstfahrenden Untertagefahrzeug 1 handelt es sich speziell um einen Fahrlader 1a mit einem Hubwerk 2, welches Hubwerk 2 vorliegend eine Schaufel 3a als Arbeitsgerät 3 aufweist. Ebenso weist das Untertagefahrzeug 1 eine Fahranordnung 4 auf, mit welcher das Untertagefahrzeug 1 mit einer Geschwindigkeit bewegt werden kann, die maximal Vmax beträgt. Speziell handelt es sich bei der Fahranordnung 4 um einen mit hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren Hydromotor. Ebenso weist das Untertagefahrzeug 1 ein Strömungsgetriebe 6 sowie einen Dieselmotor 7 auf, welche Bestandteil einer Antriebsanordnung 5 des Untertagefahrzeugs 1 sind. Das Strömungsgetriebe 6 ist vorliegend ein stufenloses hydrostatisches Getriebe.
-
Weiter weist das Untertagefahrzeug 1 eine Regelanordnung 8 zum Ansteuern des Strömungsgetriebes 6 und des Dieselmotors 7 sowie eine Eingabeanordnung 9 auf. Es handelt sich dabei hier um ein Bedienpult, mit welchem ein Fahrzeugbenutzer 10 sowohl eine Fahrgeschwindigkeit als auch eine auszuführende Arbeitstätigkeit der Schaufel 3a, z. B. eine Hubbewegung, vorgeben kann. Eine direkte Regelung des Dieselmotors 7 durch den Fahrzeugbenutzer 10 wie aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. durch Betätigung eines Fußpedals zum Einstellen einer dem Dieselmotor 7 zugeführten Kraftstoffmenge, ist hingegen nicht vorgesehen.
-
Auf der Grundlage der von dem Fahrzeugbenutzer 10 vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit und der auszuführenden Arbeitstätigkeit des Hubwerks 2 - hier also der Schaufel 3a als Arbeitsgerät - bestimmt die Regelanordnung 8 eine Solldrehzahl 11 des Dieselmotors 7, welche Solldrehzahl 11 hier speziell 1550 U/min beträgt und in der 2 markiert ist. Dabei wird hier auch eine Ausführzeit durch den Fahrzeugbenutzer 10 vorgegeben, innerhalb welcher die Ausführung der Arbeitstätigkeit abgeschlossen werden soll.
-
Durch Einstellung der an den Dieselmotor 7 zugeführten Menge an Kraftstoff regelt die Regelanordnung 8 den Dieselmotor 7 auf diese Solldrehzahl 11. Dabei entspricht jeder solchen Einstellung eine der in der 2 dargestellten Lastkennlinien 13a, b, c, wobei die jeweiligen Lastkennlinien das Drehmoment 21 über der Drehzahl 14 darstellen. Diese Lastkennlinien 13a, b, c sind auch in einem Datenspeicher 18 des Untertagefahrzeugs 1 hinterlegt zusammen mit einem Wirkungsgradverlauf über der Drehzahl 14 für jede Lastkennlinie 13a, b, c, sodass für jeden Betriebspunkt 12 der Wirkungsgrad bei diesem Betriebspunkt 12 ermittelt werden kann. Die oberste Lastkennlinie 13a bildet dabei die Volllastkennlinie 15 mit ungedrosselter Zufuhr von Kraftstoff, wobei bei den beiden anderen Lastkennlinien 13b, c eine entsprechend geringere Zufuhr von Kraftstoff erfolgt. Für die Volllastkennlinie 15 ist auch der Leistungsverlauf 15a über der Drehzahl 14 in der 2 dargestellt. Im vorliegenden Beispiel findet eine solche gedrosselte Zufuhr von Kraftstoff statt, weswegen der Betriebspunkt 12 dem Punkt auf der Lastkennlinie 13b bei der Solldrehzahl 11 entspricht.
-
Neben dem Hubwerk 2 und der Fahranordnung treibt die Antriebsanordnung 5 auch eine hydraulische Lenkvorrichtung 16 sowie eine Kühlvorrichtung 17, beide von dem Untertagefahrzeug 1 umfasst, zum Kühlen des Strömungsgetriebes 6 an.
-
Die Regelung des Dieselmotors 7 durch die Regelanordnung 8 erfolgt dabei im Einzelnen wie folgt:
-
In einem ersten Schritt wird geprüft, ob ein Stillstands-Signal anliegt und ob überhaupt eine von Null verschiedene Fahrgeschwindigkeit oder eine Arbeitstätigkeit vorgegeben wurde. Ein solches Stillstands-Signal kann beispielsweise durch Betätigung einer - hier nicht gezeigten - Feststellbremse des Untertagefahrzeugs 1 ausgelöst werden. In so einem Fall ist davon auszugehen, dass das Untertagefahrzeug 1 sich in einem Ruhezustand befindet. Liegt also ein solches Stillstands-Signal an oder gibt es weder eine Vorgabe einer positiven Fahrgeschwindigkeit oder einer Arbeitstätigkeit, dann wird die Solldrehzahl 11 auf eine Leerlaufdrehzahl 19 gesetzt - und entsprechend der Dieselmotor 7 auf diese geregelt - welche vorliegend beispielhaft bei 700 U/min liegt. Es wird also nur wenig Leistung abgegeben, wobei auch der Kraftstoffverbrauch gering ist und auch die Erzeugung von Abwärme möglichst gering gehalten wird.
-
Liegt kein Stillstands-Signal an und wird eine Fahrgeschwindigkeit oder eine Arbeitstätigkeit vorgegeben, so wird eine erforderliche Betriebsleistung bestimmt, welche für die Ausführung der Arbeitstätigkeit in der hierzu vorgegebenen Ausführzeit bzw. Hubgeschwindigkeit, für die Bewegung des Untertagefahrzeugs 1 sowie für den Betrieb der Lenkvorrichtung 16 und der Kühlvorrichtung 17 insgesamt erforderlich ist. Dabei kann auch die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Untertagefahrzeugs 1 berücksichtigt werden, da sich durch einen Vergleich mit der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit ein Beschleunigungserfordernis und damit eine Leistungsanforderung ergeben kann.
-
Ebenso wird der für die Ausführung der Arbeitstätigkeit in der vorgegebenen Ausführzeit erforderliche Mindest-Volumenstrom des Strömungsgetriebes 6 bestimmt und daraus eine Mindest-Drehzahl des Dieselmotors 7 bestimmt.
-
Eine vorbestimmte Vorzugs-Drehzahl 20, welche hier 1550 U/min entspricht, ist in dem Datenspeicher 18 hinterlegt. Es handelt sich um eine vorab in Bezug auf den speziellen Dieselmotor 7 bestimmte Drehzahl 14, welche als besonders geeignet ermittelt wurde. Speziell liegt diese Vorzugs-Drehzahl 20 leicht oberhalb derjenigen Drehzahl - hier als Drehmomentmaximal-Drehzahl 22 bezeichnet -, bei welcher das Drehmoment 21 der Volllastkennlinie 15 maximal ist. Diese Drehmomentmaximal-Drehzahl 22 beträgt hier 1450 U/min und führt zu einem Drehmoment 21 von 1400 Nm auf der Volllastkennlinie 15. Bei der Vorzugs-Drehzahl 20 von 1550 U/min auf der Volllastkennlinie 15 beträgt das Drehmoment 21 hingegen 1370 Nm.
-
Es wird nun erstens überprüft, ob die oben bestimmte erforderliche Betriebsleistung - welche hier beispielhaft 150 kW beträgt - bei der Vorzugs-Drehzahl 20 bereitgestellt werden kann. Dies ist der Fall, wenn die bei der Vorzugs-Drehzahl 20 auf der Volllastkennlinie 15 abgegebene Leistung, welche Leistung ausweislich des Leistungsverlaufs 15a in der 2 hier 220 kW beträgt, mindestens dieser erforderlichen Betriebsleistung entspricht, was also vorliegend der Fall ist. Die erforderliche Betriebsleistung kann sogar bei der Vorzugs-Drehzahl 20 mit eingeschränkter Zufuhr von Kraftstoff und damit mit geringerer Last als bei der Volllastkennlinie 15 bereitgestellt werden.
-
Zweitens wird überprüft, ob diese Vorzugs-Drehzahl 20 mindestens so hoch ist wie die oben ermittelte Mindest-Drehzahl, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls zu bejahen sei. Daraufhin wird die Solldrehzahl 11 auf diese Vorzugs-Drehzahl 20 gesetzt. Durch die Regelanordnung 8 wird der Dieselmotor 7 dann bei der Lastkennlinie 13b unterhalb der Volllastkennlinie 15 betrieben, da - wie bereits festgestellt - die abgegebene Leistung bei der Solldrehzahl 11 auf der Volllastkennlinie 15 die erforderliche Betriebsleitung weit überschreiten würde.
-
Prinzipiell gibt es dann mehrere mögliche Betriebspunkte 12, auf denen der Dieselmotor 7 zur Abgabe der erforderlichen Betriebsleistung betrieben werden könnte. Doch führt der Betrieb vergleichsweise nahe am Drehmomentmaximum und damit mit vergleichsweise niedriger Drehzahl 14 zu einem geringeren Energieverbrauch als der Betrieb mit einem geringeren Drehmoment 21 und höherer Drehzahl 14. Ebenso reagiert die Regelanordnung 8 auf Schwankungen der erforderlichen Betriebsleistung bevorzugt durch Einstellung der Lastkennlinie 13a, b, c, des Dieselmotors 7 im Gegensatz zur Veränderung der Drehzahl 14. Ebenso ist das Strömungsgetriebe 6 durch seinen weiten Übersetzungsbereich in Zusammenwirkung mit der Fahranordnung 4 in der Lage, das Untertagefahrzeug 1 im Wesentlichen bei dieser Vorzugs-Drehzahl 20 im gesamten Bereich bis zu der Maximalgeschwindigkeit zu bewegen und auf eine beliebige Geschwindigkeit in diesem Bereich zu beschleunigen.
-
Wäre die Vorzugs-Drehzahl 20 kleiner als die Mindest-Drehzahl, so würde die Solldrehzahl 11 auf diese Mindest-Drehzahl gesetzt werden und sinngemäß gleich die passende Lastkennlinie 13a, b, c zur Abgabe der erforderlichen Betriebsleistung bestimmt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
