DE102018208392A1

DE102018208392A1 - Vorrichtung zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel

Info

Publication number: DE102018208392A1
Application number: DE102018208392.4A
Authority: DE
Inventors: David Wörzler; Eduard Heilig; Udo Gillich
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Eine Mischtrommel 1 wird von einem elektrischen Motor 2 aus dem Stillstand um einen zuvor definierten Drehwinkel gedreht und in diesem Drehwinkel gehalten, wobei während des Haltens der Mischtrommel 1 der Drehmomentverlauf im elektrischen Motor 12 detektiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel eines Fahrmischers nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Die EP 0 901 017 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel eines Fahrmischers.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes weiter zu verbessern.
Erfindungsgemäß weist der Fahrmischer einen elektrischen Motor auf, mittels welchem die Mischtrommel des Fahrmischers drehbar ist. Der elektrische Motor kann über ein Getriebe mit der Mischtrommel verbunden sein, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der elektrische Motor direkt mit der Mischtrommel verbunden ist. Indem ein elektrischer Motor zum Antrieb der Mischtrommel verwendet wird, besteht die Möglichkeit, den exakten Drehmomentverlauf, das maximale Drehmoment und die Beschleunigungen sowie die Drehzahlen an der Mischtrommel zu ermitteln. Dies ist bei Verwendung eines hydraulischen Antriebs nicht möglich, da die temperaturabhängige Viskosität des Hydraulikfluids und die Leckage im Hydraulikmotor eine exakte Ermittlung dieser Parameter nicht zulässt. Zusätzlich ist es möglich, den elektrischen Motor so anzusteuern, dass die Mischtrommel einen zuvor definierten Drehwinkel annimmt und in diesem Drehwinkel dann zum Stillstand gebracht wird und gehalten wird. Dadurch wird das Mischgut in der Mischtrommel, beispielsweise der Beton, an der Innenwand der Trommel mitgenommen und fließt beim Stillstand der Trommel wieder zurück. Indem die Veränderung des Drehmoments mit welchem die Mischtrommel gehalten wird, auch Haltedrehmoment genannt, somit das Drehmoment, welches am elektrischen Motor wirkt, über der Zeit detektiert wird, kann die Fließfähigkeit des Mischgutes ermittelt werden.
Indem die Mischtrommel gezielt beschleunigt wird und hierbei das vom elektrischen Motor zu erbringende Drehmoment ermittelt wird, kann das Massenträgheitsmoment des Mischgutes gemeinsam mit der Mischtrommel ermittelt werden. Da das Massenträgheitsmoment der Mischtrommel auch bei leerer Mischtrommel bekannt ist, besteht die Möglichkeit, über die Ermittlung des Massenträgheitsmomentes des Mischgutes auf die Masse des Mischgutes, welche sich in der Trommel befindet, zu schließen. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Trommel aus dem Stillstand zu beschleunigen oder die Trommel aus einer zuvor definierten Drehzahl weiter zu beschleunigen.
Das von dem elektrischen Motor zu erzeugende Drehmoment kann auch über die aufgenommene elektrische Leistung ermittelt werden. Ebenso kann ein elektrischer Motor so angesteuert werden, dass die Mischtrommel zuvor definierte Drehpositionen einnimmt und in diesen gehalten wird.
Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere Messungen mit verschiedenem Mischgut in der Trommel durchzuführen und in einer Speichereinheit die Gewichte des Mischgutes sowie das Fließverhalten des Mischgutes zu den gemessenen Parametern des elektrischen Motors abzulegen, um später durch Vergleich dieser Parameter mit den gemessenen Werten der Leistungsaufnahme des elektrischen Motors zu bestimmen, um welches Mischgut mit welcher Fließfähigkeit und Masse es sich handelt.
Mit diesen Daten kann die Qualität des Mischgutes, beispielsweise des Betons, auf einfache Weise ermittelt und dokumentiert werden, indem beispielsweise die Daten während des Betriebs des Fahrmischers gespeichert werden. Des Weiteren ist es zur Optimierung des Mischvorgangs vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Mischtrommel die jeweilige Beladung der Mischtrommel sowie die Viskosität und somit die Fließfähigkeit des eingesetzten Mischgutes, beispielsweise Betons, kennt und bis zur Entleerung überwachen kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass aus diesen Daten der benötigte Energiebedarf reduziert werden kann, da beispielsweise ein bereits optimal gemischtes Mischgut nicht mehr so intensiv aufgemischt werden muss. Die Steuerung erkennt den Zustand des Mischgutes und kann das Aufmischen des Mischgutes entsprechend ansteuern.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Vorrichtung erkennt, ob ein Beton bereits beginnt auszuhärten oder viel zu zäh eingefüllt ist. Eine mögliche Überlastung des Antriebs kann dadurch verhindert werden. Es besteht die Möglichkeit, dass dann dem Fahrzeugführer ein Signal übermittelt wird.
Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass bereits beim Einfüllen oder Einziehen des Mischgutes in die Mischtrommel die Daten über den Zustand des Mischgutes dokumentiert und gespeichert werden. Diese gespeicherten Daten können dann während der Fahrt zur Baustelle und auf der Baustelle durch weitere Messungen mittels des elektrischen Motors ergänzt werden.
Indem als Antriebsmotor für die Mischtrommel ein elektrischer Motor verwendet wird, besteht die Möglichkeit der exakten Drehzahlerfassung der exakten Positionierung der Mischtrommel und der exakten Ermittlung der Leistungsaufnahme, wodurch reproduzierbare Auslenkungen der Mischtrommel aus der Ruhelage in einen definierten Drehwinkel möglich sind. Dadurch ist es möglich, die Zusammensetzung des Mischgutes ausschließlich durch Detektieren der über den elektrischen Motor erfassbare Daten und Vergleichen dieser Daten mit gespeicherten Daten zu ermitteln.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, während einer gleichmäßigen Drehung der Mischtrommel Drehzahlsprünge zu detektieren und mittels dieser detektierten Drehzahlsprünge Rückschlüsse auf den Beladungszustand zu erhalten. Es besteht die Möglichkeit, aus dem Quotient aus der Differenz des statischen Drehmoments zum dynamischen Drehmoment sowie aus der Winkelbeschleunigung der Mischtrommel das Massenträgheitsmoment zu ermitteln und somit eine Aussage zur Beladung der Mischtrommel treffen zu können. Es besteht die Möglichkeit, über das Trägheitsmoment und bekannter Geometrie der Mischtrommel die eingefüllte Masse des Mischguts zu ermitteln. Hierbei besteht die Möglichkeit, mittels eines dimensionslosen relativen Zahlenwerts die Betonmasse zu ermitteln. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, mittels gespeicherter Kennfelder oder Erfahrungswerte oder physikalischer Formeln die tatsächliche Masse des Mischgutes zu ermitteln. Hierbei ist eine Kennlinie bzw. ein Kennfeld an die jeweilige Trommelausführung, somit die Geometrie und die Form der Spirale der Trommel, gekoppelt. Ist die Masse des Mischgutes bekannt, lässt dies zusammen mit dem Drehmoment, welches der elektrische Motor zum Drehen der Mischtrommel benötigt, einen Rückschluss über die Steifigkeit des Mischgutes zu. Durch gezieltes Drehen der Mischtrommel aus der Schwerpunktslage heraus und darauf folgend ein Festhalten, bis das Mischgut in der Trommel wieder nach unten gelaufen ist, lassen Rückschlüsse über das Fließverhalten bzw. die Viskosität des Mischgutes zu. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, den Verlauf des Haltedrehmomentes über der Zeit zu detektieren. Je schneller das Drehmoment abfällt, desto schneller fließt das Mischgut ab bzw. sammelt sich am Boden der Mischtrommel. Hierbei besteht die Möglichkeit, die detektierten Werte mit zuvor gespeicherten Werten in Tabellen oder Kennfeldern zu vergleichen und hieraus Rückschlüsse auf das Fließverhalten zu ziehen.
Als weitere Größe besteht die Möglichkeit, das Anfahrdrehmoment, somit der Spitzenwert aus dem Stillstand der Trommel und im weiteren Verlauf der Rückgang des Drehmoments zum Drehen der Mischtrommel auf einen stationären Wert zu detektieren. Auch hieraus kann die Fließgrenze ermittelt werden.
Es besteht die Möglichkeit, die Messungen, somit die Detektierung dieser Parameter, während der Transportfahrt durchzuführen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Messungen ausschließlich bei Stillstand des Fahrmischers durchzuführen, um Störungen durch die Bewegung des Fahrmischers zu eliminieren. Die ermittelten Parameter lassen Rückschlüsse zu, inwiefern das Mischgut ausreichend aufgemischt ist. Ebenso wird erkannt, ob das Mischgut langsam beginnt auszuhärten. Hierbei steigt das statische Drehmoment an und die Fließfähigkeit nimmt ab. Es besteht die Möglichkeit, ab einem zuvor definierten Wert automatisch zusätzlich Flüssigkeit oder andere Verzögerersubstanzen zuzugeben oder dem Fahrer ein Signal auszugeben.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, mittels eines Temperatursensors am Äußeren der Trommel oder im Inneren der Trommel zusätzliche Parameter mit zu berücksichtigen, um den Einfluss auf die Viskosität und somit die Fließgeschwindigkeit des Betons zu kompensieren.
In einer weiteren Ausgestaltungsform besteht die Möglichkeit, zusätzlich mittels eines Lagesensors zu erfassen, ob sich der Fahrmischer in der Horizontalen befindet oder ob der Fahrmischer am Hang steht. Diese Werte können als Korrekturfaktor in die Ermittlung der Fließfähigkeit und der Masse mit einfließen.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.

1 zeigt einen Fahrmischer
2 zeigt das Anfahrdrehmoment und
3 zeigt den Haltedrehmomentverlauf.

Fig. 1:
Ein Fahrmischer weist eine Mischtrommel 1 auf, welche mittels eines elektrischen Motors 2 im Drehsinne antreibbar ist. Zwischen dem elektrischen Motor 2 und der Mischtrommel 1 kann ein nicht gezeigtes Untersetzungsgetriebe angeordnet sein. Mit dem elektrischen Motor 2 ist eine elektronische Steuereinheit verbunden, welche Parameter des elektrischen Motors 2 und weitere Sensoren detektiert. Es besteht die Möglichkeit, die Drehzahlen der Mischtrommel 1 durch Drehzahlsensoren am elektrischen Motor 2 oder an der Mischtrommel zu detektieren. Mittels Detektion der Zeit kann ermittelt werden, wie lange das Mischgut bereits in der Trommel ist. Mittels des Drehzahlsensors kann ermittelt werden, wie viele Umdrehungen die Mischtrommel vom Befüllen bis zum vollständigen Entleeren durchgeführt hat. Durch Detektieren der elektrischen Leistung kann ermittelt werden, mittels welchem Drehmoment die Mischtrommel 1 angetrieben wird. Durch Verbindung dieser Daten mit der Detektion der Zeit kann die Drehbeschleunigung der Mischtrommel 1 ermittelt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass die elektronische Steuerung die Mischtrommel bis zu einem definierten Drehwinkel verdreht, beispielsweise aus der Ruhelage um exakt 90°. In dieser Position kann dann das Haltedrehmoment der Mischtrommel 1 ermittelt werden und Rückschlüsse auf die Fließfähigkeit des Mischguts erfolgen.
Fig. 2:
Die Mischtrommel wird beispielsweise auf einen Drehwinkel von 90° verdreht und in diesem Drehwinkel gehalten. Der Drehmomentverlauf 3 über der Zeit 4 wird detektiert, wobei die Kurve 5 ein fließfähiges Mischgut darstellt und die Kurve 6 ein weniger fließfähiges Mischgut darstellt.
Fig. 3:
Aus dem Stillstand wird die Mischtrommel angefahren, wobei das Drehmoment 7 zum Antrieb der Mischtrommel über der Zeit 8 dargestellt ist. Hierbei weist die Kurve 9 einen fließfähigen Beton auf und die Kurve 10 einen steiferen Beton auf.
Bezugszeichenliste

1: Mischtrommel
2: Motor
3: Drehmomentverlauf
4: Zeit
5: Kurve
6: Kurve
7: Drehmoment
8: Zeit
9: Kurve
10: Kurve

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

EP 0901017 A2 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel (1) eines Fahrmischers, wobei die Mischtrommel (1) von einem elektrischen Motor (2) drehbar ist und die Mischtrommel (1) mit Mischgut befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor (2) von einer Steuereinheit so ansteuerbar ist, dass die Mischtrommel (1) aus einer Stillstandsposition oder einer zuvor definierten Position um einen zuvor definierten Drehwinkel drehbar ist und in dieser Position ohne weitere Drehung der Mischtrommel (1) haltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Drehung ein Drehmoment des elektrischen Motors (2) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Drehung in der Position, in welcher die Mischtrommel (1) ohne weitere Drehung gehalten wird, ein Drehmoment des elektrischen Motors (2) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Verlauf des Drehmoments über der Zeit oder aus der Höhe des Drehmoments ein Fließverhalten oder eine Masse des Mischgutes bestimmbar ist.
Vorrichtung zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel (1) eines Fahrmischers, wobei die Mischtrommel (1) von einem elektrischen Motor (2) drehbar ist und die Mischtrommel (1) mit Mischgut befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor (2) von einer Steuereinheit so ansteuerbar ist, dass die Mischtrommel aus einer Anfangsdrehzahl oder dem Stillstand der Mischtrommel mit einer zuvor definierten Drehbeschleunigung drehbar ist und aus den Parametern des elektrischen Motors (2) während dieser Drehbeschleunigung die Parameter des Mischgutes bestimmbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Mischgutes oder die Fließfähigkeit des Mischgutes bestimmbar ist.
Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel (1) eines Fahrmischers, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischtrommel (1) mit Mischgut befüllt wird und der elektrische Motor (2) von einer Steuereinheit so angesteuert wird, dass die Mischtrommel (1) aus einer Stillstandsposition oder einer zuvor definierten Position um einen zuvor definierten Drehwinkel gedreht wird und in dieser Position ohne weitere Drehung der Mischtrommel (1) für einen zuvor definierten Zeitraum gehalten wird.
Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Mischguts in einer Mischtrommel (1) eines Fahrmischers, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischtrommel (1) mit Mischgut befüllt wird und der elektrische Motor (2) von einer Steuereinheit so angesteuert wird, dass die Mischtrommel (1) aus einer Stillstandsposition oder einer zuvor definierten Drehzahl mit einer zuvor definierten Drehbeschleunigung gedreht wird und aus den Parametern des elektrischen Motors (2) während dieser Drehbeschleunigung die Parameter des Mischgutes bestimmt werden.