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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer hydropneumatischen Federung eines Fahrzeugkrans mit mindestens vier Rädern, denen jeweils ein Federzylinder zugeordnet ist, mit mindestens vier Federkreisen, in denen jeweils mindestens ein Federzylinder eingebunden ist, jedem Federkreis ein Druckmessaufnehmer und ein Wegmessaufnehmer zugeordnet ist, in dem von einer Steuerungseinheit die Signale der Druckmessaufnehmer und der Wegmessaufnehmer verarbeitet und die Federzylinder angesteuert werden.
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Eine hydropneumatische Achsfederung eines Mobilkrans ist bereits aus der deutschen Patentschrift
DE 35 46 704 C2 bekannt. Für eine Realisierung eines ruhigeren Fahrverhaltens bei Verwendung des Mobilkrans als Abschleppkran wird vorgeschlagen, im Bereich der durch den Abschleppbetrieb höher belasteten hinteren Fahrzeugachsen deren Hydraulikzylinder über sperrbare Ventile von ihren Hydrospeichern abzutrennen und somit die Federung der hinteren Fahrzeugachsen zu blockieren. Im Bereich der vorderen Fahrzeugachsen werden die gegenüberliegenden Hydraulikzylinder mindestens einer vorderen Achse über zugehörige Ventile miteinander verbunden und somit auf Pendelung geschaltet. Auch werden die Hydraulikzylinder mindestens einer der vorderen Achsen an einen Hydrospeicher mit weicherer Feder-Charakteristik gegenüber denen an den hinteren Achsen angeschlossen.
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In der Gebrauchsmusterschrift
DE 201 03 735 U1 ist bereits eine weitere hydropneumatische Achsfederung für Schwerlastfahrzeuge, insbesondere Fahrzeugkrane mit mindestens zwei Achsen, beschrieben. Jedem Rad ist ein Hydraulikzylinder zugeordnet und bei mehr als zwei Achsen werden die Hydraulikzylinder der Räder, die jeweils einer der vier Ecken des Fahrzeugs zugeordnet sind, jeweils als Gruppe zu einem einzeln ansteuerbaren Federkreis zusammengefasst. Die Hydraulikzylinder eines Federkreises sind mit einem Hydrospeicher über Füll- und Ablassleitungen mit Füll- und Ablassventilen verbunden. Zusätzlich ist jeweils ein Hydraulikzylinder von den mindestens drei Federkreisen mit einem Wegmessaufnehmer ausgerüstet. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugkran mit vier Federkreisen beschrieben. Verfügt der Hydraulikzylinder über einen Wegmessaufnehmer, so besitzt er gleichfalls eine Elektronik, die das Messsignal des Wegmessaufnehmers verstärkt oder in ein digitales Signal umwandelt und einer zentralen, elektronischen Steuereinheit zuleitet. Bevorzugt weist die elektronische Steuereinheit eine elektronische Steuerung mit vorgegebenen Niveauvarianten für den Fahrzeugaufbau auf, sodass ein automatisches Heben und Senken der mindestens drei Ecken des Fahrzeugs vor Aufnahme des Hubbetriebs erfolgen kann. Für den Hubbetrieb werden dann die Füll- und Ablassventile zu den Hydrospeichern geschlossen. Eine Federung - wie im Straßenverkehr zwingend notwendig - ist dann abgeschaltet.
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Des Weiteren ist in der Patentschrift
DE 10 2010 032 046 B4 ein Verfahren zur Niveauregulierung eines luftgefederten Kraftfahrzeugs beschrieben. In üblicher Weise weist die Luftfederung je Rad des Kraftfahrzeugs ein Federsystem aus mindestens einer Luftfeder, einem Drucksensor und/oder einem Positionssensor auf. Bei Luftfederungen gibt es einen direkten Zusammenhang vom Niveau - Federweg beziehungsweise Hub des Federzylinders und Druck des Federzylinders. Damit gibt es einen Proportionalitätsfaktor, mit dem eine Federwegabweichung in eine Druckabweichung übersetzt werden kann, und auch eine höhenstandsabhängige Solldruckkomponente. Es können trotzdem sehr unterschiedliche Drücke vorhanden sein und das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs verspannen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein optimiertes Verfahren zum Steuern einer hydropneumatischen Federung eines Fahrzeugkrans bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Steuern einer hydropneumatischen Federung eines Fahrzeugkrans mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Steuern einer hydropneumatischen Federung eines Fahrzeugkrans mit mindestens vier Rädern, denen jeweils ein Federzylinder zugeordnet ist, mit mindestens vier Federkreisen, in denen jeweils mindestens ein Federzylinder eingebunden ist, jedem Federkreis ein Druckmessaufnehmer und ein Wegmessaufnehmer zugeordnet ist, in dem von einer Steuerungseinheit die Signale der Druckmessaufnehmer und der Wegmessaufnehmer verarbeitet und die Federzylinder angesteuert werden, dadurch optimiert, dass für einen Straßenfahrbetrieb des Fahrzeugkrans über vorgegebene Federungshöhe-Sollwerte der Federkreise der Fahrzeugkran nivelliert wird, anschließend in der Steuerungseinheit ausgehend von den von den Druckmessaufnehmern ermittelten Drücken Druck-Sollwerte je Federkreis berechnet werden und die Drücke in den Federkreisen anhand der Druck-Sollwerte nachgeregelt werden.
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Der Kern der Erfindung betrifft somit nicht eine Niveauregulierung eines Fahrzeugkrans an sich, sondern eine Radlastoptimierung bei einem vorgegebenem Niveau des Fahrzeugkrans. Bei einem Fahrzeugkran mit hydropneumatischer Federung gibt es keinen Zusammenhang zwischen dem Niveau beziehungsweise Soll-Niveau zum Druck in den Federzylinder beziehungsweise Federkreisen.
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Alle gemessenen Drücke zusammen entsprechen dem Gewicht und dem Schwerpunkt des Fahrzeugkrans. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden diese Drücke so verteilt, dass sie dem Schwerpunkt entsprechen und keine Verspannungen im Fahrwerk Fahrzeugkran verursachen, ohne hierbei das Niveau zu verändern. Das Verändern des Druckes geschieht in üblicher Weise durch Hinzufügen oder Ablassen von Öl aus dem jeweiligen Federsystem. Der Speicher kompensiert eine gewisse Ölmenge -jeweils abhängig von der Speichergröße - ohne das Niveau merklich zu verändern. Daher wird vor der Radlastoptimierung des Fahrzeugkrans auf eine gewünschte Federungshöhe nivelliert, d.h. der Fahrzeugkran steht im optimalen Fall auf einem ebenen horizontalen Untergrund und ist selbst horizontal ausgerichtet. Unter dieser Voraussetzung kann die korrekte Lage des Schwerpunktes dann ermittelt werden. Wenn der Fahrzeugkran nicht im Niveau steht, d.h. schräg steht, wäre der Schwerpunkt in eine Richtung verschoben.
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Da eine hydropneumatische Federung eines Fahrzeugkrans mit mindestens vier Federkreisen mathematisch unbestimmt ist, werden sich über die gegenseitige Beeinflussung der Federkreise beim Nivellieren, d.h. Einstellen einer gewünschten Federungshöhe, insbesondere für den Fahrbetrieb auf öffentlichen Straßen, Drücke in den Federkreisen einstellen, die keine optimale und auch keine gleichmäßige Radlastverteilung an den Rädern bewirken. Dies geschieht auf Grund der mathematischen Unbestimmtheit, die eine Vielzahl von Lösungen zulässt. Häufig erfolgt diese Verteilung rein zufällig, so dass es zu einer Verschränkung, also einer Erhöhung der Radlasten auf sich diagonal gegenüberliegenden Federkreisen kommen kann. Entsprechender Weise kommt es bei den anderen diagonal gegenüberliegenden Federkreisen zu einer Erniedrigung. Nicht selten resultiert daraus im Zusammenhang mit der Erhöhung eine Überschreitung der maximal zulässigen Radlasten, was eine Unfallgefahr im Straßenverkehr bedeuten kann. Die sich somit nahezu zufällig einstellenden Drücke liefern aber in Summe eine proportionale Rechengröße für die Radlasten aller Räder, das Gesamtgewicht und auch der Lage des Gesamtschwerpunkts des Fahrzeugkrans. In Kenntnis der Lage des Gesamtschwerpunkts und des Gesamtgewichtes können dann optimal verteilte - im Sinne der vorliegenden Erfindung - vergleichmäßigte Radlasten berechnet werden, die dann in Form von Druck-Sollwerten der Federkreise verarbeitet werden. Im Ergebnis wird somit eine einheitlichere Verteilung der Lasten auf die einzelnen Räder erreicht und somit auch eine Überlastung einzelner Räder und hiermit einhergehende Unfallgefahren vermieden. Hiermit einher geht dann eine erhöhte Fahrstabilität und erhöhte Fahrsicherheit des Fahrzeugkrans und auch eine Verbesserung der Federeigenschaften und Bremseigenschaften des Fahrzeugkrans.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine einheitlichere Verteilung als Zusatzbedingung für das mathematisch unbestimmte System zu verstehen. Mit dieser einheitlicheren Verteilung wird ein kleinstmöglicher Unterschied zwischen den jeweils an allen Rädern anliegenden Kräften angestrebt.
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Für eine Nivellierung des Fahrzeugkrans werden vorteilhafter Weise die von den Wegmessaufnehmern ermittelten Federungshöhen der Federkreise auf die zugeordneten Federungshöhe-Sollwerte der Federkreise einreguliert.
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Vorteilhafter Weise kann in dem Verfahren in der Steuerungseinheit aus den Drücken der Federkreise die Lage des Gesamtschwerpunkts und das Gesamtgewicht des Fahrzeugkrans berechnet werden.
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In Kenntnis der Lage des Gesamtschwerpunkts und des Gesamtgewichts des Fahrzeugkrans können dann vorteilhafter Weise die Druck-Sollwerte der Federkreise berechnet werden.
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Als Randbedingung für eine eindeutige Lösung des mathematisch unbestimmten Systems werden in der Steuerungseinheit die Summe der ermittelten Drücke der Federkreise auf die berechneten Druck-Sollwerte der Federkreise verteilt.
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Hierbei wird vorteilhafter Weise zugelassen, dass die Drücke in den Federkreisen anhand der Druck-Sollwerte mit einer Toleranz von maximal +/- 4, vorzugsweise maximal +/- 2%, nachgeregelt werden.
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Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden für einen Fahrbetrieb des Fahrzeugkrans auf öffentlichen Straßen mittels der Wegmessaufnehmer ermittelte Federungshöhen der Federkreise auf einen Sollwert einreguliert und anschließend in der Steuerungseinheit ausgehend von den Druckmessaufnehmern die Drücke der Federkreise ermittelt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugkrans mit Teleskopausleger und vier Achsen,
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen hydropneumatischen Federung des Fahrzeugkrans aus 1,
- 3 eine schematische Darstellung eines auf ein Rad bezogenen Ausschnittes eines Hydraulikschaltplanes und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer hydropneumatischen Federung eines Fahrzeugkrans.
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Der in 1 in schematischer Form dargestellte Fahrzeugkran 18 ist in konventioneller Bauweise mit einem Unterwagen 19 und einem Oberwagen 20 aufgebaut. Der Oberwagen 20 ist vorzugsweise um eine vertikale Drehachse V relativ zu dem Unterwagen 19 schwenkbar, hat einen telekopierbaren und wippbaren Ausleger 21 und ein Gegengewicht 22, von dem nur ein Teil dargestellt ist. Der Unterwagen 19 weist neben Antriebs- und Steuerungskomponenten einen Fahrgestellrahmen 15 auf, an dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel acht (vier dargestellt) luftbefüllte und gummibereifte Räder 5 an vier Achsen 1 bis 4 gelagert sind. Die ersten und zweiten Achsen 1, 2 bilden die Vorderachsen, die dritten und vierten Achsen 3, 4 die Hinterachsen des Fahrzeugkrans 18.
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In 2 ist in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydropneumatischen Federung des auf öffentlichen Straßen verfahrbaren Fahrzeugkrans 18 aus 1 mit optimaler Radlastenverteilung dargestellt. Ersichtlich aus 2 sind die acht luftbefüllten und gummibereiften Räder 5, gelagert an den vier Achsen 1 bis 4. Jedem Rad 5 an diesen Achsen 1 bis 4 ist ein als Hydraulikzylinder ausgebildeter Federzylinder 6, 7 der hydropneumatischen Federung zugeordnet, welcher mit seiner Kolbenstange an der jeweiligen Achse 1 bis 4 angelenkt ist und mit seinem Gehäuse an dem nicht dargestellten Fahrgestellrahmen 15. Die somit insgesamt acht Federzylinder 6, 7 sind jeweils paarweise zu Federkreisen FK1 bis FK4 entsprechend den vier Ecken des Fahrzeugkrans 18 zusammengefasst. Jeder Federkreis FK1 bis FK4 kann unabhängig von den anderen Federkreisen FK1 bis FK4 durch eine separate ventilgesteuerte Füll- und Ablassleitung 9, 10, 11, 12 für Hydraulikflüssigkeit angesteuert und eingestellt werden. In jedem Federkreis FK1 bis FK4 des Fahrzeugkrans 18 befindet sich mindestens ein Gas- oder Federspeicher 8, der über ein Speicher-Ventil 13 mit der jeweiligen Füll- und Ablassleitung 9, 10, 11, 12 und somit mit den Zylinderräumen der Federzylinder 6, 7 verbunden ist. Je nach Stellung des Speicher-Ventils 13 kann der jeweilige Gas- oder Federspeicher 8 mit den Zylinderräumen der Federzylinder 6, 7 verbunden oder von diesen abgeschottet werden. Bei den Federzylindern 7, von denen jeder Federkreis FK1 bis FK4 einen einzigen aufweist, handelt es sich um einen Hydraulikzylinder, der mit einem elektronischen Wegmessaufnehmer W zur Niveaumessung der Federungshöhe a (siehe 3) ausgerüstet ist. Die übrigen Federzylinder 6 sind ohne Wegmessaufnehmer ausgerüstet, da eine Niveaumessung je Federkreis FK1 bis FK4 ausreichend ist. Außerdem wird der Druck eines jeden Federkreises FK1 bis FK4 mittels eines Druckmessaufnehmers D (siehe 3) bestimmt.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines auf ein Rad 5 bezogenen Ausschnittes eines Hydraulikschaltplanes der hydropneumatischen Federung. Das an der ersten Achse 1 gelagerte Rad 5 stützt sich über den Federzylinder 7 mit dem Wegmessaufnehmer W an einem Fahrgestellrahmen 15 des Unterwagens eines Fahrzeugkrans 18 ab. Mit dem Wegmessaufnehmer W wird die Ausfahrstellung der Kolbenstange des Federzylinders 7 ermittelt beziehungsweise die Federungshöhe a des Fahrzeugkrans 18 im Sinne eines Abstands zwischen einem Boden 16, auf dem die Räder 5 ruhen, und dem Fahrgestellrahmen 15. Die Ausfahrstellung der Kolbenstange des Federzylinders 7 wird über den Druck in der Füll- und Ablassleitung 9 und das zugehörige Füllventil 9a und Ablassventil 9b gesteuert. Der Druck p in der Füll- und Ablassleitung 9 wird über den Druckmessaufnehmer D ermittelt. Das Füllventil 9a, das Ablassventil 9b, das Speicher-Ventil 13, der Druckmessaufnehmer D und der Wegmessaufnehmer W sind innerhalb jedes Federkreises FK1 bis FK4 über Steuer-/Signalleitungen 17 jeweils an eine zentrale Steuerungseinheit 14 angeschlossen.
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Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum automatischen Steuern einer hydropneumatischen Federung mit optimaler Radlastenverteilung für den Fahrbetrieb des Fahrzeugkrans 18 mittels der Steuerungseinheit 14.
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Das Verfahren umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:
- - Nivellieren des Fahrzeugkrans 18 (Schritte I bis V)
- - Messen der Drücke pFK1 bis pFK4 (Schritt VII)
- - Berechnen der Soll-Drücke pFKISOLL bis pFK4SOLL (Schritt VIII)
- - Korrigieren der Drücke pFK1 bis pFK4 bei Bedarf (Schritte IX bis XI)
- - Niveau kontrollieren (Schritt XIII), bei Bedarf alle Schritte wiederholen
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Die in der Steuerungseinheit 14 ablaufende automatische Steuerung führt nach dem Start gemäß Schritt I zunächst eine Kontrolle der Federungshöhe a jedes einzelnen Federkreises FK1 bis FK4 durch. In einem Schritt II werden für die einzustellenden Federungshöhen a für die Straßenfahrt Sollwerte vorgegeben. Dann wird in dem Schritt III in jedem der Federkreise FK1 bis FK4 mittels der Wegmessaufnehmer W die jeweilige Federungshöhe aFK1 bis aFK4 im Sinne eines IST-Wertes ermittelt. In dem nachfolgenden Schritt IV wird die jeweils ermittelte Federungshöhe aFK1 bis aFK4 mit vorgegebenen Sollwerten von Federungshöhen aFK1SOLL bis aFK4SOLL verglichen. Die Federungshöhen aFK1SOLL bis aFK4SOLL entsprechen den für eine Straßenfahrt zu erreichenden und somit eine Straßenfahrt des Fahrzeugkrans 18 autorisierenden Federungshöhen. Ist für mindestens eine der Federungshöhen aFK1 bis aFK4 der Sollwert aFK1SOLL bis aFK4SOLL nicht in dem vorgeschriebenen beziehungsweise vorgewählten Bereich erreicht, d.h. das Ergebnis der Abfrage ist nein, wird in dem Schritt V die Federungshöhe a in jedem der Federkreise FK1 bis FK4, in denen der Sollwert noch nicht erreicht ist, angefahren und auf die für den Fahrbetrieb zulässigen Sollwerte aFK1SOLL bis aFK4SOLL eingestellt. Anschließend wird erneut die Federungshöhe a für die Federkreise FK1 bis FK4 gemessen (siehe Schritt III). Nun sollte die Stellung des Unterwagens des Fahrzeugkrans 18 zur Fahrt autorisiert sein, d.h. die Federungshöhe a in jedem der Federkreise FK1 bis FK4 entspricht dem vorgegebenen Sollwert aSOLL und das Ergebnis der Abfrage im Schritt IV ist somit ja. Eine Abweichung von etwa +/- 4%, vorzugsweise von +/- 2%, zwischen Soll- und Istwerten kann bei dem Vergleich als zulässig vorgewählt werden, um die Abfrage mit dem Ergebnis ja in Richtung Schritt VI zu verlassen.
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Im nächsten Schritt VI ist eine Verzögerung durch eine definierte Wartezeit über eine Schleife vorgesehen, die solange durchlaufen wird, bis eine voreingestellte Wartezeit erreicht ist. Die Wartezeit liegt im Bereich von 1 ms bis zu 2 s. Diese Wartezeit ist nötig, um im Anschluss eine falsche Messung der Drücke pFK1 bis pFK4 (siehe Schritt VII) eines jeden Federkreises FK1 bis FK4 zu vermeiden, die ansonsten aufgrund der Dynamik der Federungsbewegung nach dem Nivellieren erfolgen würde.
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Nach Ablauf der definierten Wartezeit werden dem Pfeil mit dem Ergebnis ja folgend im Schritt VII die jeweiligen IST-Werte der Drücke pFK1 bis pFK4 mit Hilfe der jeweiligen Druckmessaufnehmer D in jedem der Federkreise FK1 bis FK4 ermittelt.
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Da ein Federungssystem mit mindestens vier Federkreisen FK1 bis FK4 mathematisch unbestimmt ist, werden sich über die gegenseitige Beeinflussung der Federkreise FK1 bis FK4 beim Einstellen der gewünschten Federungshöhen aFK1 bis aFK4 für den Fahrbetrieb auch unter Annahme einer in Bezug auf die acht Räder zentralen Lage des Gesamtschwerpunkts der gefederten Masse des Fahrzeugkrans 18 so gut wie nie gleiche Drücke pFK1 bis pFK4 einstellen, da das den mindestens vier Federkreisen FK1 bis FK4 zu Grunde liegende, unbestimmte Gleichungssystem eine Vielzahl von Lösungen aufweist, von denen nur eine gleiche Drücke pFK1 bis pFK4 ergeben wird. Die ermittelten Drücke pFK1 bis pFK4 sind proportional zu den Radlasten der Räder 5. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass in der hydraulischen Federung auch unterschiedlich dicke Federzylinder 6, 7 zum Einsatz kommen, d.h. der Durchmesser und somit wirksame Zylinderfläche voneinander abweicht. Diese voneinander verschiedenen Federzylinder 6, 7 kommen zum Einsatz, um den voneinander abweichenden, ungefederten Massen der Einheiten Rad 5 und jeweiliger Achse 1 bis 4 Rechnung zu tragen. Es kommen nicht lenkbare, lenkbare, angetriebene und nicht angetriebene Achsen zum Einsatz, die voneinander abweichende Eigengewichte haben. Daher ist der Druck pFK1 bis pFK4 nicht immer direkt proportional zur Radlast, sondern die Radlast entspricht dem Produkt aus Druck pFK1 bis pFK4 und wirksamer Zylinderfläche des Federzylinders 6, 7 und somit der Last auf dem Federzylinder 6, 7 zuzüglich dem Anteil der ungefederten Massen der Einheit Rad 5 und Achse 1 bis 4. Der Druck pFK1 bis pFK4 wird gemessen als sogenannter Ist-Druck. Die anderen Parameter wie Zylinderflächen der Federzylinder 6, 7 und ungefederte Massen der Einheiten Rad 5 und jeweiliger Achse 1 bis 4 sind gerätespezifisch und somit als bekannte Größen in der Steuerungseinheit 14 abgespeichert. Mit diesen Angaben kann dann aus den Drücken pFK1 bis pFK4 die jeweilige vorhandene Radlast bestimmt werden. Aus den vorhandenen Radlasten wird entsprechend der vorhandenen Gesamtschwerpunktlage (gemäß Messung) die optimale Radlastverteilung mit dem dazu notwendigen Druck (Soll-Druck) errechnet.
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Die Verteilung der Radlasten ist nach dem Nivellieren auf die gewünschte Federungshöhe aFK1 bis aFK4 von vielen Randbedingungen abhängig. Häufig erfolgt diese Verteilung rein zufällig, so dass es zu einer Verschränkung, also einer Erhöhung der Radlasten auf sich diagonal gegenüberliegenden Federkreisen FK1 bis FK4 kommen kann. Nicht selten resultiert daraus eine Überschreitung der maximal zulässigen Radlasten, was eine Unfallgefahr im Straßenverkehr bedeuten kann. Ausgehend von einer in Deutschland zulässigen Achslast von 12 t kann sich eine Radlastverteilung einstellen, die beispielsweise für die Räder 5 der diagonal gegenüberliegenden Federkreise FK1 und FK3 jeweils mit 7 t beträgt und für die Räder der beiden anderen auch diagonal gegenüberliegenden Federkreise FK2 und FK4 jeweils nur 5 t beträgt. Dieser Zustand könnte dazu führen, dass acht der insgesamt 16 Räder 5 mit einer Radlast belastet werden, die über einer beispielsweise zulässigen Radlast eines Reifens der Räder 5 von 6,5 t liegt, obwohl die zulässige Achslast von 12 t je Achse 1 bis 4 eingehalten wurde. Obwohl die ermittelten Drücke pFK1 bis pFK4 bei dem vorliegenden Beispiel mit zentraler Lage des Gesamtschwerpunkts sich nach dem Nivellieren für den Fahrbetrieb nicht gleich eingestellt haben, lässt sich auch über diese ungleichmäßige Druckverteilung die Lage des Gesamtschwerpunkts und das Gesamtgewicht des Fahrzeugkrans 18 ermitteln. In Kenntnis der gerätespezifischen Daten wie beispielsweise der Zylinderfläche des jeweiligen Federzylinders 6, 7 und der ungefederten Masse der jeweiligen Einheit Rad 5 und Achse 1 bis 4 wird eine optimale, d.h. vergleichmäßigte Verteilung der Drücke pFK1 bis pFK4 beziehungsweise der zugehörigen Radlasten ermittelt. Im vorliegenden Fall einer zentralen Gleichgewichtslage wird für die Druck-Sollwerte von pFK1 bis pFK4 eine gleichmäßige Druckverteilung auf die einzelnen Federkreise FK1 bis FK4 vorgegeben beziehungsweise berechnet. Die Summe der Radlasten aus den nun anders verteilten Drücken entspricht der Summe der Radlasten entsprechend den zuvor ermittelten ungleich verteilten Drücken pFK1 bis pFK4. Über die zusätzliche Randbedingung der Gleichgewichtslage und der Gesamtsumme der Radlasten kann dann im Sinne einer eindeutigen Lösung eine optimale Druckverteilung im Schritt VIII berechnet werden. Erst durch die Zusatzbedingungen für die gleichmäßige Radlastverteilung und die gemessenen Drücke der einzelnen Federkreise FK1 bis FK4 wird das Federsystem statisch bestimmt und besitzt eine definierte Lösung. Für den Fall, dass die ermittelten Drücke pFK1 bis pFK4 durch ihre voneinander verschiedenen absoluten Werte auf eine dezentrale Gesamtschwerpunktslage hinweisen, kann diese hieraus rechnerisch bestimmt werden und auch die hierzu passende gleichmäßigere Radlastverteilung. Da die Radlastverteilung proportional zu den Drücken in den Federkreisen FK1 bis FK4 ist, kann eine eindeutige Verteilung der Drücke pFK1 bis pFK4 auf die Federkreise FK1 bis FK4 berechnet werden. Die berechneten Drücke pFK1 bis pFK4 liegen immer näher beieinander als die sich vorher in dem unbestimmten System einstellenden. Bei einem zu einer Seite des Fahrzeugkrans 18 verschobenen Gesamtschwerpunkt kann somit das Ergebnis einer Berechnung eine Radlastverteilung von 6,3 t je rechtem Rad 5 und 5,7 t je linkem Rad 5 sein.
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Als weiteres Beispiel wird von einem vierrädrigen Fahrzeugkran 18 mit zentralem Gesamtschwerpunkt und einem Gesamtgewicht von 24 t ausgegangen. Nach erfolgter Nivellierung wird auf Grund einer Verspannung eine Radlast auf den diagonal zueinander angeordneten Rädern 5 von je 7t festgestellt und für die beiden verbleibenden Räder 5 von jeweils 5t. Nach der erfindungsgemäßen Radlastoptimierung ist die Radlast an allen vier Rädern 5 jeweils 6t. Mit dieser Radlastoptimierung wird ein kleinstmöglicher Unterschied zwischen den jeweils an allen Rädern 5 anliegenden Kräften angestrebt.
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Dabei bedeutet die zu erreichende optimale Radlastverteilung eben nicht, dass jeder Federkreis FK1 bis FK4 die gleiche Belastung bzw. den gleichen Druck p erfährt. Vielmehr wird wie zuvor beschrieben in Abhängigkeit der Beladung und der Lage eines Gesamtschwerpunktes der gefederten Masse vom Fahrzeugkran 18 eine Lastverteilung gewählt, bei der alle Federkreise FK1 bis FK4 die theoretisch gleichmäßigste Belastung erfahren. Dabei sind alle Räder belastet und ein Unterschied der Radlasten ist nur so hoch, wie es sich auch aus dem Gesamtschwerpunkt ergibt.
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Eine Berechnung der Drücke pFK1 bis pFK4 im Sinne von Druck-Sollwerten erfolgt unter den vorbeschriebenen Randbedingungen in dem Schritt VIII.
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In Schritt IX wird die gemessene Lastverteilung in Form der Drücke pFK1 bis pFK4 mit der berechneten, im Sinne einer optimierten und gleichmäßigeren Radlastverteilung in Abhängigkeit von dem Beladungszustand des Fahrzeugkrans 18 in Form der Drücke pFK1SOLL bis pFK4SOLL verglichen. Ist die gewünschte Verteilung der Radlasten nicht gegeben, so ist im folgenden Schritt X am Ausgang nein der Abfrage IX ein Einstellen beziehungsweise Einregeln der Drücke pFK1 bis pFK4 der Federkreise FK1 bis FK4 vorgesehen, bis die Druck-Sollwerte pFK1SOLL bis pFK4SOLL, welche höchstens eine Abweichung von den errechneten Optimalwerten von +/- 4%, vorzugsweise von +/- 2%, zulassen, erreicht werden. Anschließend werden erneut in einem Schritt XI und somit vor Schritt IX die Druckwerte pFK1 bis pFK4 gemessen und dann Schritt IX wiederholt. Der Vergleich der Druckwerte pFK1 bis pFK4 mit den Druck-Sollwerten pFKISOLL bis pFK4SOLL sollte nun zu der gewünschten gleichmäßigeren, weil an die Druck-Sollwerte angepassten Radlastenverteilung führen. Bei positivem Ausgang dieses Vergleichs wird die Abfrage bei ja verlassen und dann in einem weiteren Schritt XII erneut eine Messung der Federungshöhen a vorgenommen, um dann in dem Schritt XIII zu überprüfen, ob die Federungshöhen a und somit das Niveau des Fahrzeugkrans 18 zur Fahrt autorisiert ist, also den Sollwerten aFK1SOLL bis aFK4SOLL entsprechen. Hierbei wird für die ermittelten Federungshöhen a ein Toleranzbereich von +/-4% toleriert. Ist der Ausgang dieser Messung negativ, muss der Ablauf vor Schritt II beginnend wiederholt werden. Bei positivem Ausgang der Abfrage in Schritt XIII sind die Radlasten des Fahrzeugkrans 18 für eine Straßenfahrt optimiert und das Steuerungsverfahren mit dem Schritt XIV abgeschlossen.
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Im Zusammenhang mit dem vorbeschriebenen Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum automatischen Steuern einer hydropneumatischen Federung mit optimaler Radlastenverteilung für den Fahrbetrieb des Fahrzeugkrans 18 wird vorausgesetzt, dass der Fahrzeugkran 18 auf einem ebenen beziehungsweise relativ ebenen Boden 16 steht. Dies ist aber eine bekannte Voraussetzung bei einer Niveaueinstellung über eine hydropneumatische Federung.
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Außerdem ist der Begriff ungefederte Massen der Einheiten Rad 5 und jeweiliger Achse 1 bis 4 im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung präziser als Anteil der ungefederten Masse pro Radseite zu verstehen, die dem jeweiligen Rad 5 zuzuordnen ist. Im Einzelnen setzt sich diese zusammen aus der Summe von: Anteil der Masse der Achse 1 bis 4 pro Rad 5 (bei einer symmetrischen Achse ist es das halbe Achsgewicht; bei einer Einzelradaufhängung ist es deren Masse), Anteil der Anbauteile an der Achse pro Rad 5 (beispielsweise Lenkzylinder, Bremszylinder, Leitungen, deren Befestigung usw.), Gewicht des Rades 5 (bestehend aus Reifen, Felge, Schrauben usw.), Anteil der ungefederten Achsaufhängung pro Rad 5, Anteil der ungefederten Masse der Federzylinder 6, 7, Anteil der ungefederten Antriebselemente pro Rad 5 (beispielsweise Gelenkwellen) und Anteil des ungefederten mechanischen Lenkgestänges pro Rad 5. Bei Bauteilen, die eine Verbindung zwischen der ungefederten Achse 1 bis 4 (Radseite) und dem Fahrgestellrahmen 15 darstellen, ist deren Masse in einen gefederten und einen ungefederten Anteil aufzuteilen.
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Im vorliegenden Fall ist die Erfindung an Hand eines hydropneumatischen Federungssystems mit vier Federkreisen FK1 bis FK4 beschrieben. Es ist selbstverständlich, dass auch mehr als 4 Federkreise vorgesehen werden können. Bei beispielsweise 6 Federkreisen, d.h. einer gleichen Anzahl von Federkreisen je Fahrzeugkranseite, sind entsprechend mehr Gleichungen zu lösen, um zu der optimierten Radlastverteilung zu gelangen. Auch ist es selbstverständlich, dass der Fahrzeugkran 18 neben 8 Rädern 5 und vier Achsen 1 auch eine höhere oder niedrigere Anzahl von Rädern 5 und Achsen 1 aufweisen kann, die dann in geeigneter Weise den Federkreisen FK1 bis FK4 zugeordnet werden können. Hierbei sind je Federkreis FK1 bis FK4 eins bis sieben Rädern vorgesehen. Die kleinste Anzahl der Achsen 1 liegt dann entsprechend bei zwei. Auch sind Fahrzeugkrane 18 mit Einzelradaufhängung ohne entsprechende Achsen bekannt. Auch hier ist das Verfahren anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Achse
- 2
- zweite Achse
- 3
- dritte Achse
- 4
- vierte Achse
- 5
- Rad
- 6
- Federzylinder
- 7
- Federzylinder
- 8
- Gas- oder Federspeicher
- 9
- Füll- und Ablassleitung
- 9a
- Füllventil
- 9b
- Ablassventil
- 10
- Füll- und Ablassleitung
- 11
- Füll- und Ablassleitung
- 12
- Füll- und Ablassleitung
- 13
- Speicher-Ventil
- 14
- Steuerungseinheit
- 15
- Fahrgestellrahmen
- 16
- Boden
- 17
- Steuer-/Signalleitungen
- 18
- Fahrzeugkran
- 19
- Unterwagen
- 20
- Oberwagen
- 21
- Ausleger
- 22
- Gegengewicht
- D
- Druckmessaufnehmer
- FK1
- Federkreis 1
- FK2
- Federkreis 2
- FK3
- Federkreis 3
- FK4
- Federkreis 4
- I bis XIV
- Schritte
- SOLL
- Sollwert
- V
- Drehachse
- W
- Wegmessaufnehmer
- a
- Federungshöhe
- p
- Druck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3546704 C2 [0002]
- DE 20103735 U1 [0003]
- DE 102010032046 B4 [0004]
