DE102018216006A1 - Steuerungsstruktur für eine mobile Arbeitsmaschine, Verfahren und Arbeitsmaschine - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Steuerungsstruktur für eine mobile Arbeitsmaschine, wobei die Steuerungsstruktur zumindest einen Leistungswandler, zumindest einen Leistungsgeber und eine Steuerung aufweist. Der Leistungswandler steht über eine Welle (2) in einer Wirkverbindung mit dem Leistungsgeber und die Steuerung bestimmt die kinetische Energie der Welle (2), um diese als Energiespeicher einzusetzen.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Steuerungsstruktur für eine mobile Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Verfahren mit dieser Steuerungsstruktur und einer Arbeitsmaschine mit dieser Steuerungsstruktur.
• Hintergrund der Erfindung
• Mobile Arbeitsmaschinen sind Fahrzeuge, die neben der Funktion des Fahrens eine andere Arbeitsfunktion ausführen. Eine Arbeitsfunktion kann beispielsweise Kehren oder Baggern sein. Zum Antrieb der Arbeitsmaschine wird meistens ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Dieselmotor eingesetzt. Das bedeutet, der Motor erbringt sowohl die Leistung für den Fahrantrieb als auch die Leistung für die Arbeitsfunktion. Der Motor treibt eine Kurbelwelle und/oder Motorwelle an und die verschiedenen Leistungsnehmer, beispielsweise der Fahrantrieb und/oder die Arbeitsfunktion, greifen die Leistung von der Motorwelle oder Kurbelwelle ab. Wird sehr viel Leistung über einen kurzen Zeitraum angefordert, das heißt, wenn beispielsweise eine Leistungsspitze vorliegt, so kann es sein, dass die Drehzahl der Kurbelwelle absinkt, das heißt der Dieselmotor „gedrückt“ wird. Wenn im Überlastfall die Drehzahl des Dieselmotors, und somit auch die Drehzahl der Kurbelwelle abfällt, kann dadurch der Arbeitsmaschine über einen kurzen Zeitraum mehr Leistung zur Verfügung gestellt werden. Der Grund dafür ist, dass in der rotierenden Kurbelwelle ebenfalls Energie gespeichert ist, die Rotationsenergie der Welle, die in einem Überlastfall in Leistung umgesetzt werden kann, um die Arbeitsmaschine kurzfristig leistungsfähiger zu machen, damit die Arbeitsmaschine Leistungsspitzen abdecken kann. Außerdem weist die Arbeitsmaschine somit ein agileres Verhalten auf, das heißt die Arbeitsmaschine kann schneller auf eine Leistungserhöhung reagieren. Die Leistungsmenge bzw. Energiemenge, die die Welle freisetzen und/oder aufnehmen kann, ist jedoch unbestimmt und kann beispielsweise in einer Leistungsberechnung nicht berücksichtigt werden.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine effiziente, vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Steuerungsstruktur für eine mobile Arbeitsmaschine zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein einfaches Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine mit dieser Steuerungsstruktur zu schaffen und eine Arbeitsmaschine mit dieser Steuerungsstruktur.
• Die Aufgabe hinsichtlich der Steuerungsstruktur wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens gemäß dem Merkmal des Anspruchs 14 und hinsichtlich der Arbeitsmaschine gemäß dem Merkmal des Anspruchs 15.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Erfindungsgemäß ist eine Steuerungsstruktur für eine Arbeitsmaschine vorgesehen, wobei die Steuerungsstruktur zumindest einen Leistungswandler, beispielsweise einen Fahrantrieb und/oder eine Arbeitshydraulik und/oder eine Zapfwelle, aufweist. Des Weiteren weist die Steuerungsstruktur zumindest einen Leistungsgeber, dies kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor und/oder ein Elektromotor sein, auf. Der Leistungswandler greift die Leistung, die der Leistungsgeber bereitstellt, über eine rotierbare Welle ab, die beispielsweise eine Kurbelwelle oder eine Motorwelle ist. Mit anderen Worten treibt der Leistungsgeber, beispielsweise ein Dieselmotor, die Welle an, so dass sie rotiert, und der Leistungswandler wird durch die Rotation der Welle angetrieben. Des Weiteren weist die Steuerungsstruktur eine Steuerung auf. Die Steuerung bestimmt die kinetische Energie der Welle, um diese als Energiespeicher einzusetzen. Mit anderen Worten bestimmt die Steuerung die kinetische Energie der Welle, um sie bei einer Leistungsspitze der Leistung des Motors hinzuzurechnen und dadurch können Leistungsspitzen gezielt durch eine Ent- oder Beschleunigung der Welle aufgefangen werden.
• Ein Vorteil dieser Erfindung ist es, dass es durch die Steuerungsstruktur möglich ist, bei einer kurzzeitigen Erhöhung der Leistung gezielt die Welle abzubremsen und damit Leistungsspitzen abzufangen ohne dass der Leistungsgeber einen Mehrverbrauch aufweist, beispielsweise ohne dass ein Verbrennungsmotor die Drehzahl und somit die Leistungsabgabe bei einer kurzzeitigen Leistungserhöhung erhöhen muss. Dies erhöht die Gesamteffizienz der Arbeitsmaschine, da somit eine kurzfristige Leistungsabgabeerhöhung des Leistungsgebers nicht notwendig ist. Des Weiteren kann der Leistungsgeber seine Leistungsabgabe über einen längeren Zeitraum erhöhen, falls der Leistungswandler über einen längeren Zeitraum eine erhöhte Leistungsanforderung hat, und es ist nicht notwendig, dass der Leistungsgeber auf eine Leistungsspitze mit einer schnellen Erhöhung der Leistungsabgabe gefolgt von einer schnellen Leistungsverminderung reagiert. Mit anderen Worten kann durch die Steuerungsstruktur vermieden werden, dass eine Erhöhung der Leistungsabgabe des Leistungsgebers stattfindet, obwohl durch den Leistungswandler nur eine kurzfristige Leistungserhöhung gefordert ist. Umgekehrt ist es außerdem möglich, dass die Welle Energie speichert, indem sie schneller rotiert, und somit ihre kinetische Energie erhöht. Beispielsweise kann bei einer Verzögerung der mobilen Arbeitsmaschine Energie in der Welle gespeichert werden, und dadurch die Arbeitsmaschine effizienter und verschleißärmer und emissionsärmer verzögert werden, als beispielsweise ausschließlich über eine Scheibenbremsanlage. Außerdem kann durch eine Erhöhung der Drehzahl der Welle die Leistungsaufnahmefähigkeit des Leistungsgebers, der beispielsweise ein Verbrennungsmotor ist, steigen, da mit der Drehzahl das stationäre Schleppmoment steigt. Wird die Arbeitsmaschine danach wieder beschleunigt und/oder einer Arbeitsfunktion, beispielsweise die Arbeitsfunktion der Arbeitshydraulik, ausgeführt, so kann die in der Rotation der Welle gespeicherte Energie freigesetzt werden und somit die Effizienz der Arbeitsmaschine gesteigert sein. Dies führt außerdem zu einem geringeren Energieverbrauch des Leistungsgebers und somit können auch Emissionen reduziert werden. Ist der Leistungsgeber beispielsweise ein Elektromotor, der zur Energieversorgung einen Energiespeicher aufweist, ist es neben der Energieaufnahme der Welle möglich, dass bei einer Verzögerung der Arbeitsmaschine Energie in einem Energiespeicher durch Rekuperation gespeichert wird, das heißt wenn der Elektromotor bei einer Verzögerung als Generator eingesetzt wird. Dies kann die Gesamteffizienz der Arbeitsmaschine erhöhen.
• Die Energie E der Welle ist proportional zu dem Quadrat der Drehzahl n_ist und außerdem abhängig von dem Trägheitsmoment J der Welle. Mit anderen Worten, beträgt die kinetische Energie E der Welle E = 2 · π² · n² · J.
• Es ist vorzuziehen, wenn der Leistungsgeber die Welle in den Grenzen eines Drehzahlbandes antreibt. Mit anderen Worten ist es vorzuziehen, wenn es eine Mindestwellendrehzahl und eine maximale Wellendrehzahl gibt, mit der der Leistungsgeber die Welle antreiben kann. Die Minimalwellendrehzahl ist besonders vorteilhaft, wenn der Leistungsgeber ein Verbrennungsmotor ist, da dieser unter einer gewissen Drehzahl nicht arbeiten kann und der Motor unter einer gewissen Drehzahl abschaltet. Ist der Leistungsgeber ein Elektromotor, so ist eine Mindestwellendrehzahl nicht notwendig, um den Motor zu betreiben. Mit anderen Worten kann die Minimalwellendrehzahl beim Elektromotor derart angepasst sein, dass sie beispielsweise eine minimal benötigte Wellendrehzahl eines Leistungswandlers ist. Die Maximaldrehzahl, die gewählt ist, dient meist dem Komponentenschutz. Auch dies ist besonders bei einem Verbrennungsmotor vorteilhaft. Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, können eine zu hohe Drehzahl auf Dauer nicht leisten und deshalb kann eine Schädigung des Motors entstehen, wenn die Drehzahl über längere Zeit wenig erhöht und/oder sehr stark erhöht ist. Ist der Leistungsgeber ein Elektromotor, so ist es möglich, dass die Maximaldrehzahl des Elektromotors nicht die Maximaldrehzahl ist, die die Arbeitsmaschine in ihrer Gesamtheit aushält, das heißt die Maximaldrehzahl kann bei einer Arbeitsmaschine mit Elektromotor beispielsweise als Komponentenschutz für den Leistungswandler dienen.
• Des Weiteren kann der Leistungswandler ebenfalls eine Drehzahlbandanforderung aufweisen. Das heißt, der Leistungswandler benötigt eine Drehzahl der Welle, die sich innerhalb eines Drehzahlbandes befindet. Mit anderen Worten kann der Leistungsgeber die Welle in einem Drehzahlband antreiben, die der Leistungswandler zum Ausüben einer Arbeitsfunktion benötigt. In diesem Drehzahlband ist die Drehzahl vorzugsweise schnell genug, so dass der Leistungswandler genügend Energie aufnehmen kann, um seine Arbeitsfunktion auszuführen und vorzugsweise ist die Drehzahl der Welle langsam genug, damit der Leistungswandler nicht durch eine zu hohe Drehzahl beschädigt wird. Ist der Leistungswandler beispielsweise eine Arbeitshydraulik, so kann die minimale Drehzahl der Drehzahlbandanforderung eine Drehzahl sein, bei der die Arbeitshydraulik beispielsweise genug Leistung aufnehmen kann um beispielsweise eine Baggerschaufel hochzuheben und die maximale Drehzahl kann so groß sein, dass die Arbeitshydraulik nicht beschädigt werden kann.
• Mit dem Drehzahlband, mit dem der Leistungsgeber die Welle antreiben kann, und der Drehzahlbandanforderung des Leistungswandlers kann ein Überschneidungsbereich gebildet werden, also ein Drehzahlbandüberschneidungsbereich. Ist der Leistungsgeber beispielsweise ein Motor, so ist die minimale Drehzahl des Drehzahlbandüberschneidungsbereichs eine Drehzahl, bei der der Motor sich nicht abschaltet und der Leistungswandler genügend Leistung aufnehmen kann um seine Arbeitsfunktion auszuführen. Die maximale Drehzahl des Drehzahlbandüberschneidungsbereichs ist vorzugsweise eine Drehzahl, bei der weder der Leistungsgeber bzw. der Motor noch der Leistungswandler durch eine zu hohe Drehzahl beschädigt wird. In diesem Drehzahlbandüberschneidungsbereich kann also die Drehzahl gewählt werden, um beispielsweise eine Arbeitsfunktion auszuführen.
• Vorzugsweise wird der Drehzahlbandüberschneidungsbereich, der durch die Steuerungsstruktur bestimmt ist, an die Steuerung weitergeleitet. Der Drehzahlbandüberscheidungsbereich weist vorzugsweise mindestens eine minimale Drehzahl n_min und eine maximale Drehzahl nmax auf. Die Steuerung kann durch den Drehzahlbandüberschneidungsbereich ermitteln, wie groß das Energieaufnahmepotential und/oder das Energieabgabepotential der Welle ist. Die Steuerung kann die Energiepotentiale beispielsweise durch die Bildung einer Differenz der momentanen kinetischen Energie E_ist der Welle und der maximal bzw. minimal möglichen Energie, Emax bzw. E_min, der Welle in dem Drehzahlbandüberschneidungsbereich berechnen, also E_pot= E_max - E_ist oder E_pot= E_ist - E_min. Die maximale kinetische Energie, die die Welle aufnehmen kann, ist berechnet durch das Produkt Emax = 2 . π² · n_max ² · J. Dementsprechend ist die minimale kinetische Energie, die die Welle in dem Drehzahlbandüberschneidungsbereich aufweist, E_min = 2 · π² · n_min ² · J. Die Steuerung kann die Energiepotentiale auch berechnen, indem sie die Differenz aus minimaler oder maximaler Drehzahl mit der aktuell anliegenden Drehzahl der Welle bildet, also E_pot= 2 · n² · n_diff ² · J, wobei n_diff = n_max - n_ist oder n_diff= n_ist - n_min ist.
• Vorzugsweise kann die Steuerung aus den Energiepotentialen Leistungspotentiale der Welle ableiten. Die Leistungsaufnahme und/oder -abgabe der Welle ist umso größer, je schneller die Energie der Welle aufgenommen bzw. abgegeben wird. Mit anderen Worten, wird die Energie gleichmäßig, das heißt linear, über einen Zeitraum T der Welle hinzugefügt oder genommen berechnet sich die zusätzliche Leistung P aufgrund des Abbremsens der Welle mit P = (2 · T)^-1 · J · (2 · π(n_ist - n_min))² und die dynamische Schubleistung, also die Leistung, die durch das Beschleunigen der Welle aufgenommen werden kann mit P = (2 · T)^-1 · J · (2 · π(n_max - n_ist))². Das heißt, je schneller die Welle abgebremst und/oder beschleunigt wird, desto größer ist die Leistung, die die Welle zu diesem Zeitpunkt aufnimmt oder abgibt. Das heißt, wird eine große Leistungsmenge durch einen Leistungswandler angefordert, so kann die Welle sehr stark und/oder schnell abgebremst werden und somit die Leistungsspitze abgedeckt werden.
• In einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel weist die Steuerungsstruktur zumindest zwei Leistungswandler auf, beispielsweise einen Fahrantrieb und eine Arbeitshydraulik.
• Des Weiteren ist es vorzuziehen, dass die Steuerungsstruktur eine Leistungsverwaltungseinrichtung aufweist. Diese kann insbesondere mit den jeweiligen Leistungswandlern und dem Leistungsgeber, insbesondere über eine einheitliche und/oder normierte Schnittstelle, verbunden sein. Über die Schnittstelle können beispielsweise einheitliche und/oder normierte Leistungsdaten ausgetauscht werden. Die Leistungsverwaltungseinrichtung erfasst vorzugsweise Leistungsanforderungen der jeweiligen Leistungswandler und kann daraus beispielsweise eine Gesamtleistungsanforderung über die gesamte Arbeitsmaschine berechnen. Des Weiteren kann die Leistungsverwaltungseinrichtung beispielsweise die Leistungsabgabe des Leistungsgebers steuern. Insbesondere steuert die Leistungsverwaltungseinrichtung die Leistungsabgabe des Leistungsgebers entsprechend der Gesamtleistungsanforderung, die die Leistungswandler anfordern. Mit anderen Worten die Leistungsverwaltungseinrichtung kann die Leistungsanforderungen der jeweiligen Leistungswandler bestimmen, die Leistung entsprechend der Leistungsanforderungen von dem Leistungsgeber anfordern und vorzugsweise ebenfalls die Leistungsaufnahme der verschiedenen Leistungswandler beeinflussen.
• Des Weiteren ist es möglich, dass die Leistungsverwaltungseinrichtung die Leistungsaufnahme einzelner Leistungswandler limitiert, wenn beispielsweise die Gesamtleistungsanforderung der Leistungsnehmer höher ist, als die maximale Leistungsabgabe des Leistungsgebers und das Leistungspotential der Welle. Mit anderen Worten ist es besonders vorteilhaft, wenn der Leistungsverwaltungseinrichtung zusätzlich die Energieabgabepotentiale und Energieaufnahmepotentiale bzw. die Leistungsaufnahme- und/oder Leistungsabgabepotentiale der Welle bekannt sind, damit diese in der Gesamtleistungsberechnung der Leistungsverwaltungseinrichtung berücksichtigt werden kann. Das heißt, die Energie, die in der Rotation der Welle enthalten ist und das daraus resultierende Energieaufnahme- und/oder Energieabgabepotential der Welle können in der Leistungsverwaltungseinrichtung als zusätzlicher Leistungsgeber und/oder zusätzlicher Leistungswandler, das heißt eine zusätzliche Leistungsquelle und/oder eine zusätzliche Leistungssenke in die Rechnung der Gesamtleistung der Maschinentypologie mit eingezogen werden.
• In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuerung, die die Energiepotentiale und/oder die Leistungspotentiale berechnet, ein Teil der Leistungsverwaltungseinrichtung sein. Dies ist vorteilhaft, da somit die Leistungsverwaltungseinrichtung die gesamte Leistungsberechnung und/oder Energieberechnung übernimmt und somit eine zusätzliche Steuerung bzw. Recheneinheit nicht benötigt ist.
• Des Weiteren kann die Steuerung ein Teil einer Motorsteuerung des Leistungsgebers sein. Mit anderen Worten weist der Leistungsgeber eine Motorsteuerung auf, die beispielsweise die Einspritzmenge von Kraftstoff und/oder die Steuerzeiten bei einem Verbrennungsmotor steuert. Dieses ist vorteilhaft, da der Motorsteuerung die Drehzahl der Welle bekannt ist, da sie die Drehzahl des Motors steuert. Das heißt, die Drehzahl muss durch beispielsweise eine Messung bestimmt werden, beispielsweise durch einen weiteren Sensor, sondern kann direkt aus dem Motorsteuergerät entnommen werden.
• In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit kann die Steuerung über eine einheitliche normierte Schnittstelle mit der Leistungsverwaltungseinrichtung verbindbar sein. Mit anderen Worten kann die Steuerung wie auch beispielsweise ein Leistungswandler und/oder der Leistungsgeber über die einheitlich normierte Schnittstelle verfügen und über diese Energiepotentiale und/oder Leistungspotentiale der Welle an die Leistungsverwaltungseinrichtung kommunizieren. Mit anderen Worten können beispielsweise zumindest ein Teil der Leistungswandler, beispielsweise der Fahrantrieb, die Arbeitshydraulik und/oder die Luftsteuerung ihr Leistungsaufnahmepotential an den Leistungsgeber kommunizieren und der Leistungsgeber kommuniziert sein Leistungsabgabepotential die die Leistungsverwaltungseinrichtung. Die Steuerung kann ebenfalls das Leistungsabgabepotential und/oder das Leistungsaufnahmepotential der Welle an die Leistungsverwaltungseinrichtung wiedergeben. Die Leistungsverwaltungseinrichtung wiederum kann sowohl die Leistungsaufnahmepotentiale als auch die Leistungsabgabepotentiale zu einer Gesamtleistung kombinieren und kann dementsprechend die Leistungsabgabe und/oder die Leistungsaufnahme verschiedener Leistungswandler und/oder Leistungsgeber und/oder der Welle steuern.
• Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungsstruktur eine Drehzahlverwaltungseinrichtung aufweist. Die Drehzahlverwaltungseinrichtung kann beispielsweise die Drehzahlbandanforderungen der jeweiligen Leistungswandler oder des Leistungswandlers verwalten, die diesen von dem jeweiligen oder dem Leistungswandler kommuniziert wird. Der Drehzahlverwaltungseinrichtung kann vorzugsweise das Drehzahlband des Leistungsgebers bekannt sein. Die Drehzahlverwaltungseinrichtung kann aus den jeweiligen Drehzahlbandanforderungen und dem Drehzahlband des Leistungsgebers eine Drehzahlbandüberschneidung errechnen und diese kann die Drehzahlverwaltungseinrichtung an die Leistungsverwaltungseinrichtung und/oder an die Steuerungsstruktur und/oder an die Motorsteuerung des Leistungsgebers und/oder an eine andere Komponente der Steuerungsstruktur weitergeben. Die Drehzahlverwaltungseinrichtung kann wie auch die Leistungsverwaltungseinrichtung eine einheitliche normierte Schnittstelle aufweisen, mit der diese mit der Leistungsverwaltungseinrichtung und/oder mit der Steuerung und/oder mit zumindest einem Teil der Leistungswandler oder dem Leistungswandler oder der Motorsteuerung des Leistungsgebers verbunden ist. Durch die Drehzahlverwaltungseinrichtung ist es möglich, dass verschiedene Komponenten, wie beispielsweise der Leistungsgeber und/oder verschiedene oder der Leistungswandler ausgetauscht werden können, ohne dass viele Änderungen vorgenommen werden müssen. Wird eine Komponente ausgetauscht, so kann diese ihre Drehzahlbandanforderung beispielsweise einfach an die Drehzahlverwaltungseinrichtung weitergeben und somit ist eine Drehzahlbandüberschneidungsberechnung weiterhin möglich.
• Die Steuerung der Arbeitsmaschine mit der Steuerungsstruktur, die zumindest einen Leistungswandler und/oder zumindest den Leistungsgeber aufweist, die durch zumindest die rotierbare Welle in einer Wirkverbindung stehen, kann ein Verfahren, das folgende Schritte aufweist, sein. Zuerst wird die kinetische Energie der Welle durch die Steuerung bestimmt. Mit anderen Worten kann die Steuerung aus der Drehzahl, die beispielsweise von der Motorsteuerung und/oder einem Sensorsystem weitergegeben und/oder kommuniziert wird, die kinetische Energie der Welle bestimmen. Danach wird die Drehzahlbandüberschneidung bestimmt, beispielsweise von der Steuerung und/oder von der Drehzahlverwaltungseinrichtung und/oder von der Leistungsverwaltungseinrichtung und/oder von der Motorsteuerung und/oder von einer anderen Komponente der Steuerungsstruktur. Die Drehzahlbandüberschneidung ist die Überschneidung der Drehzahlbandanforderung der oder des Leistungsgebers und des Drehzahlbandes des Leistungsgebers. Mit anderen Worten wird ein Drehzahlband ermittelt, das eine minimale Drehzahl sowie eine maximale Drehzahl aufweist. Aus der Differenz der Ist-Drehzahl mit der minimalen oder maximalen Drehzahl der Drehzahlbandüberschneidung kann dann das Energieaufnahmepotential und/oder das Energieabgabepotential der Welle bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit ist es die maximale kinetische Energie und/oder die minimale kinetische Energie, die die Welle aufnehmen kann, zu berechnen und aus der Differenz der momentanen kinetischen Energie und der maximalen und/oder minimalen kinetischen Energie der Welle das Energieaufnahmepotential und/oder das Energieabgabepotential zu berechnen.
• Figurenliste
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein schematisches Schaubild einer Steuerungsstruktur für eine mobile Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
• 2 ein Diagramm, welches die Drehzahl einer Welle über der Zeit aufzeigt.
• 1 zeigt eine Steuerungsstruktur 1 mit einer Welle 2, die von einem Leistungsgeber 4 angetrieben wird. Des Weiteren ist ein Leistungswandler 6 mit der Welle 2 verbunden, der sowohl Leistung aufnehmen kann, als auch Leistung an die Welle 2 abgeben kann und somit die Rotation der Welle 2 beschleunigen oder verzögern kann. Der Leistungswandler 6 kann beispielsweise ein Fahrantrieb sein und zur Beschleunigung Energie benötigen und somit die Welle 2 abbremsen und/oder bei einer Verzögerung der mobilen Arbeitsmaschine kann der Leistungswandler 6 Leistung an die Welle 2 abgeben.
• Des Weiteren weist die Steuerungsstruktur 1 eine Steuerung 8 auf, die berechnet, wie viel kinetische Energie die rotierende Welle 2 enthält und wie ein Energieaufnahmepotential und/oder ein Energieabgabepotential der Welle 2 in den Grenzen einer Drehzahlbandüberschneidung ist. Die Drehzahlbandüberschneidung kann bestimmt werden durch eine Überschneidung einer Drehzahlbandanforderung des Leistungswandlers 6 und des Drehzahlbandes, mit dem der Leistungsgeber 4 die Welle 2 antreiben kann. Des Weiteren ist an dem Leistungsgeber 4 eine Motorsteuerung 10 vorgesehen, die einen Verbrennungsprozess des Leistungsgebers 4 steuern kann. Diese kann wie auch der Leistungswandler 6 in Verbindung mit einer Leistungsverwaltungseinrichtung 12 sein. Diese kann Leistungsaufnahmepotentiale des Leistungswandlers 6 und/oder der Welle 2 verwalten und/oder die Leistungsabgabepotentiale des Leistungsgebers 4 und/oder der Welle 2. Um das Leistungsaufnahme- und/oder das Leistungsabgabepotential der Welle 2 zu steuern, ist die Leistungsverwaltungseinrichtung 12 mit der Steuerung 8 in Verbindung. Die Steuerung 8 kann auch ein Teil der Leistungsverwaltungseinrichtung 12 sein.
• Des Weiteren weist die Steuerungsstruktur 1 eine Drehzahlverwaltungseinrichtung 14 auf. Diese kann beispielsweise die Drehzahlbandüberschneidungen bestimmen. Sie ist dazu sowohl mit dem Leistungswandler 6 als auch mit der Motorsteuerung 10 in Verbindung. Um der Steuerung 8, die Drehzahlbandüberschneidung des Leistungswandlers 6 und des Leistungsgebers 4 zu kommunizieren, ist die Drehzahlverwaltungseinrichtung 14 in Verbindung mit der Steuerung 8. Ist die Drehzahlverwaltungseinrichtung 14 nicht in der Steuerungsstruktur 1 enthalten, so kann die Steuerung 8 die Drehzahlbandüberschneidung selbst bestimmen, beispielsweise kann dazu die Steuerung 8 mit dem Leistungswandler 6 in Verbindung sein, damit dieser der Steuerung 8 die Drehzahlbandanforderung kommuniziert. Des Weiteren kann der Steuerung 8 das Drehzahlband des Leistungsgebers 4 bekannt sein. Um die momentane Drehzahl zu bestimmen, kann die Steuerung 8 des Weiteren mit der Motorsteuerung 10 in Verbindung sein und diese kann der Steuerung 8 die momentane Drehzahl kommunizieren. Des Weiteren kann die Steuerungsstruktur 1 ein Sensorsystem 16 aufweisen, das die Rotation der Welle 2 misst und diese an die Steuerung 8 weitergibt. Mit anderen Worten gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie die Steuerung 8 in die Steuerungsstruktur 1 integriert sein kann.
• Zusammengefasst kann die Steuerung 8 entweder eine Drehzahlbandüberschneidung durch die Drehzahlverwaltungseinrichtung 14 erhalten und/oder die momentane Drehzahl über ein Sensorsystem 16 und/oder über die Motorsteuerung 10 und somit die Drehzahlbandüberschneidung selbst bestimmen. Des Weiteren kann zusammengefasst die Steuerung 8 die Energiepotentiale an die Leistungsverwaltungseinrichtung 12 weitergeben und/oder die Steuerung 8 kann ein Teil der Leistungsverwaltungseinrichtung 12 sein und die Leistungsverwaltungseinrichtung kann die Drehzahl der Welle 2 entsprechend der Energiepotentiale und/oder Leistungspotentiale steuern.
• In 2 ist ein Diagramm dargestellt. Dieses zeigt die Drehzahl n der Welle 2 aus 1 über der Zeit t an. In dem Diagramm sind verschiedene Drehzahlbänder dargestellt. Ein Drehzahlband 20 beschreibt das Drehzahlband, in dem ein Leistungsgeber 4 die Welle 2 antreiben kann. Ein Drehzahlband 22 beschreibt die Drehzahlbandanforderung eines Leistungswandlers 6. Des Weiteren ist ein Drehzahlbandüberschneidungsbereich 24 dargestellt.
• In dem Drehzahlbandüberschneidungsbereich 24 sollte sich eine Drehzahl 26 der Welle 2 bewegen.
• Ein beispielhafter Verlauf der Drehzahl 26 wird in dem Diagramm dargestellt. Zum Zeitpunkt T₀ bis zum Zeitpunkt T₁ kann der Leistungswandler 6, s. 1, beispielsweise eine konstante Leistung von dem Leistungsgeber 4, insbesondere über die Leistungsverwaltungseinrichtung 12, fordern. Zum Zeitpunkt T₁ erhöht der Leistungswandler 6 seine Leistungsanforderung. Beispielsweise wird die Arbeitsmaschine beschleunigt. Um schnell auf die Leistungsanforderung zu reagieren, kann die Energie, die in der Welle gespeichert ist, freigegeben werden. Dazu sinkt die Drehzahl 26, die bis zum Zeitpunkt T1 konstant ist, ab bis auf die minimale Drehzahl des Drehzahlbandüberschneidungsbereichs 24. Das heißt die maximale mögliche kinetische Energie wird freigegeben. Wie groß die entsprechende Leistung ist, die durch das Abbremsen der Welle 2 an den Leistungswandler 6 übertragen wurde, ist abhängig von der Zeit in der die Welle 2 abgebremst wurde. Danach wird die Drehzahl des Leistungsgebers 4 beispielsweise durch die Motorsteuerung 10 geregelt und die Drehzahl 26 wird erhöht. Dies kann beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor durch eine Erhöhung der Einspritzmenge gesteuert sein. Danach wird von dem Leistungswandler eine konstante höhere Leistung abgerufen als in dem Zeitraum von T₀ bis T₁ . Zum Zeitpunkt T₂ gibt der Leistungswandler 6 Energie an die Welle 2 ab, das heißt, die Rotation der Welle 2 wird erhöht und somit die Drehzahl 26. Dies kann beispielsweise bei einer Verzögerung der Arbeitsmaschine der Fall sein. Das heißt, es wird Energie von der Welle 2 durch Rotation aufgenommen.
• Offenbart ist eine Steuerungsstruktur für eine mobile Arbeitsmaschine, wobei die Steuerungsstruktur zumindest einen Leistungswandler, zumindest einen Leistungsgeber und eine Steuerung aufweist. Der Leistungswandler steht über eine Welle in einer Wirkverbindung mit dem Leistungsgeber und die Steuerung bestimmt die kinetische Energie der Welle, um diese als Energiespeicher einzusetzen.
• Bezugszeichenliste

1

Steuerungsstruktur

2

Welle

4

Leistungsgeber

6

Leistungswandler

8

Steuerung

10

Motorsteuerung

12

Leistungsverwaltungseinrichtung

14

Drehzahlverwaltungseinrichtung

16

Sensorsystem

20, 22

Drehzahlband

24

Drehzahlbandüberschneidungsbereich

26

Drehzahlverlauf

n

Drehzahl

t

Zeit

Claims (15)

1. Steuerungsstruktur für eine mobile Arbeitsmaschine, wobei die Steuerungsstruktur zumindest einen Leistungswandler (6), zumindest einen Leistungsgeber (4) und zumindest eine rotierbare Welle (2) aufweist, wobei der Leistungsgeber (4) mit dem Leistungswandler (6) zur Leistungsübertragung über die Welle (2) in einer Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (8) vorgesehen ist, die die kinetische Energie der Welle (2) bestimmt, um die Welle als Energiespeicher einzusetzen.
2. Steuerungsstruktur gemäß Anspruch 1, wobei ein Drehzahlband (20, 22) für die Welle (2) vorgesehen ist und der Leistungsgeber (4) die Welle (2) in den Grenzen des Drehzahlbandes (20, 24) antreibt.
3. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Leistungswandler (6) eine Drehzahlbandanforderung hat.
4. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei ein Drehzahlbandüberschneidungsbereich (24) durch die Steuerungsstruktur (1) bestimmt ist, der eine Überschneidung des Drehzahlbandes (20, 22) des Leistungsgebers (4) und der Drehzahlbandanforderung des Leistungswandlers (6) ist.
5. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuerung (8) bestimmt, wie groß ein Energieaufnahmepotential und/oder ein Energieabgabepotential der Welle (2) durch eine Drehzahländerung in den Grenzen des Drehzahlbandüberschneidungsbereichs (24) oder des Drehzahlbandes (20, 22) ist/sind.
6. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung (8) ein Leistungsaufnahmepotential und/oder ein Leistungsabgabepotential der Welle (2) bestimmt.
7. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei diese eine Leistungsverwaltungseinrichtung (12) aufweist.
8. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei diese mindestens zwei Leistungswandler (6) aufweist.
9. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Leistungsverwaltungseinrichtung (12) die jeweilige Leistungsaufnahme des oder der Leistungswandler (6) und/oder die Leistungsabgabe des Leistungsgebers (4) steuert.
10. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Steuerung (8) ein Teil der Leistungsverwaltungseinrichtung (12) ist.
11. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Steuerung (8) über eine einheitliche und/oder normierte Schnittstelle mit der Leistungsverwaltungseinrichtung (12) verbindbar ist.
12. Steuerungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei diese eine Drehzahlverwaltungsvorrichtung (14) aufweist, die die jeweilige oder die Drehzahlbandanforderung des/der Leistungswandler/s (6) erfasst.
13. Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine mit der Steuerungsstruktur (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 12, aufweisend den Schritt: - Bestimmung der kinetischen Energie der Welle (2) durch die Steuerung (8).
14. Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 13, aufweisend die Schritte: - Bestimmung eines Drehzahlbandüberschneidungsbereichs (24), der eine Überschneidung einer Drehzahlanforderung des Leistungswandlers (6) und eines Drehzahlbandes (20, 22) des Leistungsgebers (4) ist, und/oder - Bestimmung eines Energieaufnahmepotentials und/oder eines Energieabgabepotentials der Welle (2) in dem oder einem Drehzahlbandüberschneidungsbereich (24) und/oder in dem oder einem Drehzahlband (20, 22).
15. Arbeitsmaschine mit der Steuerungsstruktur (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.

Images