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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieben eines Fahrmischer nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Die
EP 0 901 017 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel eines Fahrmischers.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieben eines Fahrmischer weiter zu verbessern.
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Der Fahrmischer für das erfindungsgemäße Verfahren weist 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.
Aus den Betriebsparametern mit welchen der elektrische Motor betrieben wird lässt sich die Beschaffenheit und die Menge des Mischgutes bestimmen.
Aus den Daten der Betriebsparameter ist es möglich die zukünftige Belastung des Antriebstranges zu ermitteln. Eine im Betonwerk mit Mischgut befüllte Mischtrommel muss zum Entladeort transportiert werden und am Entladeort wird die Mischtrommel wieder entleert. Die Fahrstrecke und die Art der Entladung kann entweder vom Fahrzeugführer beispielsweise auch in Verbindung mit einem Navigationsgerät in eine elektronische Steuereinheit eingegeben werden, oder bereits von einem System, welches die Bestellungen bearbeitet an die elektronische Steuereinheit übermittelt werden. Somit ist der elektronischen Steuereinheit nicht nur die Menge und Beschaffenheit des Mischgutes, sondern auch noch der Einsatzort und weitere Parameter, beispielsweise die Entladeart in Krankübel oder Betonpumpe oder andere bekannt. Ebenso besteht die Möglichkeit aus den Daten zu definieren, ob während der Transportfahrt agitiert, somit die Trommel gedreht werden muss oder nicht.
Es besteht somit die Möglichkeit die Zukünftige Belastung des Antriebsstranges zu berechnen, bevor der Fahrmischer das Betonwerk verlassen hat. Erkennt die elektronische Steuereinheit, dass zulässige Parameter des Antriebsstranges überschritten werden, so gibt die elektronische Steuereinheit ein Signal aus. Eine Überlastung des Fahrmischers und ein Ausfall des Fahrmischers kann somit unterbunden werden. Erkennt die elektronische Steuereinheit, dass der elektrische Motor beim agitieren und anschließenden Entleeren überhitzen würde, so kann die elektronische Steuereinheit dem Fahrzeugführen dies anzeigen und entsprechende Abkühlphasen vorschlagen in welchen der Antrieb der Trommel stillgesetzt wird.
Somit besteht die Möglichkeit aus den Betriebsparametern bei Beladen der Trommel auf dem Betonwerk den kommenden Belastungszyklus vorauszuberechnen und entsprechende Signale der Zulässigkeit oder einer Warnung auszugeben.
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Um die Betriebsparameter und somit die Menge und die Zusammensetzung des Mischgutes zu bestimmen kann der elektrische Motor, welcher die Mischtrommel antriebt, entsprechend angesteuert werden.
Es ist 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.
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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 schlie-ßen. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Trommel aus dem Stillstand zu beschleunigen oder die Trommel aus einer zuvor definierten Drehzahl weiter zu beschleunigen.
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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.
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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.
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Mit diesen Daten aus den Betriebsparametern kann die Beschaffenheit 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Durch einen Temperatursensor im elektrischem Motor lässt sich die Erwärmung des elektrischen Motors überwachen.
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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.
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Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
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Die einzige Figur zeigt einen Fahrmischer mit einer Mischtrommel 1. Der 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 gezeigtes Untersetzungsgetriebe 3 angeordnet sein. Mit dem elektrischen Motor 2 ist eine elektronische Steuereinheit verbunden, welche Parameter des elektrischen Motors 2 und weitere Sensoren, beispielsweise eines Drehzahlsensors detektiert. Die Drehzahlen der Mischtrommel 1 können durch Drehzahlsensoren am elektrischen Motor 2 oder an der Mischtrommel zu detektiert werden. 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 beim Befüllen oder 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.
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Befindet sich der Fahrmischer zum Beladen im Betonwerk, so fährt der Fahmischer mit leerer Mischtrommel 1 unter den Mischturm. Der elektrische Motor 2 wird so angesteuert, dass die Mischtrommel 1 in der Drehrichtung angetrieben wird, in welcher das Mischgut zum Trommelboden gefördert wird. Der elektrische Motor wird hierbei so angesteuert, dass er eine zuvor definierte Drehzahl, beispielsweise 14 Umdrehungen pro Minute erreicht, somit drehzahlgesteuert. Nun wird die Mischtrommel 1 vom Mischturm mit Mischgut befüllt. Hierbei werden die Betriebsparameter des elektrischen Motors, sowie deren Veränderung detektiert und überwacht. Dies wird auch als Lasterfassung bezeichnet.
In einer Speichereinrichtung sind Belastungsdaten von unterschiedlichen Drehzahlen der Mischtrommel 1 und unterschiedlichen Beladungen und unterschiedlichen Viskosität des Mischguts abgelegt.
Entweder während die Mischtrommel 1 vom Mischturm mit Mischgut befüllt wird oder nachdem die Mischtrommel befüllt wurde, wird die Belastung für den geplanten Betrieb des Fahrmischers berechnet. Dieser geplante Betrieb kann die Fahrt zur Baustelle mit drehender Mischtrommel 1 oder ohne drehende Mischtrommel 1 und oder das aufmischen des Mischgutes auf der Baustelle und oder unterschiedliche Entleerarten der Mischtrommel sein. Beispielsweise kann das Mischgut in Krankübel oder einer Betonpumpe oder nur über die Schurre entleert werden.
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Die Definition der geplanten weiteren Verwendung des Fahrmischers und somit der Betriebsarten des elektrischen Motors 2 kann entweder durch eine Eingabe des Fahrers erfolgen, oder ist bereits durch die Bestellung im Betonwerk übertragen worden oder basiert auf Erfahrungswerten. Erfahrungswerte können beispielsweise die Drehzahl beim agitieren von 3 Umdrehungen pro Minute und die Zeit und die Drehzahl von beispielsweise 14 Umdrehungen pro Minute zum Entleeren der Mischtrommel sein. Es besteht auch die Möglichkeit Daten über die Strecke zur Baustelle von einem Navigationsgerät zu erhalten.
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Ergibt die Berechnung des weiteren geplanten Betriebs, dass der Antrieb, beispielsweise der elektrische Motor 2 überlastet oder überhitzt wird oder das geforderte Drehmoment nicht erreichen kann, so gibt die elektrische Steuerung ein Warnsignal aus. Dieses Warnsignal kann akustisch, visuell oder auch nur als elektronische Daten ausgegeben werden. Nun kann der Fahrer, oder der Betreiber des Betonwerks oder eine Steuerung eine weitere Entscheidung treffen. Diese Entscheidung kann beispielsweise während der Befüllung des Fahrmischers die Reduzierung der Menge des Mischgutes sein, oder die Veränderung der Viskosität des Mischgutes oder bei drohender Überhitzung des elektrischen Motors 2 eine zusätzliche Abkühlphase. Erkennt die elektrische Steuereinrichtung, dass die elektrische Energie der Batterie des Fahrmischers nicht ausreicht das Mischgut auf der Baustelle vollständig zu entleeren, so kann auch eine notwendige Ladung der Batterie angezeigt werden.
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Der elektrische Motor ist vorzugsweise als Drehstrommotor ausgebildet und wird von einer Leistungselektronik angesteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mischtrommel
- 2
- Motor
- 3
- Untersetzungsgetriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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