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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Füllungsgrades einer Mischtrommel eines Fahrmischers 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 zur Bestimmung des Füllungsgrades einer Mischtrommel ohne die Verwendung zusätzlicher Sensoren zu schaffen.
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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. Es sind zwar auch bei hydraulischen Systemen Drehzahlsensoren verbaut, jedoch weisen diese Systeme keine Pumpenregelung und damit keine Drehzahlregelung auf. Das Drehmoment kann bei hydraulischen Systemen nicht exakt ermittelt werden.
Erfindungsgemäß wird das Drehmoment bei leerer Trommel und das Drehmoment bei voller Trommel ermittelt und abgespeichert. Anschließend wird beim Entleeren das Drehmoment detektiert und in Abhängigkeit der Differenz des Drehmomentes bei gefüllter Mischtrommel und des Drehmomentes bei leerer Mischtrommel der aktuelle Füllungsgrad der Mischtrommel berechnet.
Es wird mittels Detektion des Drehmomentes des elektrischen Motors erkannt, ob die Mischtrommel leer und somit ohne Mischgut ist.
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Der elektrische Motor befindet sind bei solch einer Drehzahl, dass die Mischtrommel oberhalb einer zuvor definierten Drehzahl ist. Der Motor wird hierbei nicht speziell angesteuert um eine Messung vorzunehmen. Die Software der elektronischen Steuereinheit ist so programmiert, dass sie bei einem gewissen Zustand erkennt und dabei die Drehmomente ermittelt. Diese Drehzahl kann eine parametrierbare Grenze aufweisen. Wird die Mischtrommel oberhalb dieser Drehzahlgrenze, vorzugsweise in Drehrichtung einziehen gedreht und das detektierte Drehmoment ist unterhalb eines zuvor definierten Wertes, so erkennt eine elektronische Steuereinrichtung, dass die Mischtrommel leer ist. Die Drehmomentgrenze kann eine parametrierbare Grenze sein.
Ist beispielsweise bei einer Mischtrommel mit welcher 9m3 Mischgut transportiert werden soll die Drehzahl in Richtung einziehen größer als 6 Umdrehungen pro Minute und das Drehmoment welches der elektrische Motor aufbringen muss ist unterhalb 1000 Nm so erkennt die elektronische Steuereinrichtung, dass die Mischtrommel leer ist und das Drehmoment wird in einer Speichereinrichtung gespeichert. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Drehmoment und die Drehzahl der Mischtrommel gespeichert werden.
Dann wird die Mischtrommel mit Mischgut befüllt. Ist die Mischtrommel mit Mischgut befüllt um das Mischgut auf die Baustelle zu befördern, so entspricht dieser aktuelle Füllungsgrad 100% des Füllungsgrades. Es besteht die Möglichkeit, dass der Fahrer oder der Betreiber der Mischanlage oder eine Datenverarbeitungsanlage einer elektronischen Steuerung mittels eines Signals mitteilt, dass die Mischtrommel ausreichend gefüllt ist. Befindet sich nun nach dem Befüllvorgang die Trommel in einem gewissen Zustand (z.B. aggitieren), so wird dies durch die Software erkannt, das Drehmoment bestimmt und abgespeichert. Der elektrische Motor und somit die Mischtrommel werden auf eine zuvor definierte Drehzahl angesteuert. Hat der elektrische Motor und somit die Mischtrommel diese Drehzahl erreicht, so wird das Drehmoment des elektrischen Motors detektiert und abgespeichert. Dieses Drehmoment entspricht nun dem Drehmoment bei 100% Füllungsgrad der Mischtrommel. Vorzugsweise wird die Mischtrommel so lange in Drehrichtung einziehen mit der zuvor definierten Drehzahl gedreht, bis das Drehmoment des elektrischen Motors nicht mehr ansteigt.
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Beispielsweise betätigt der Betreiber nachdem die Mischtrommel mit Mischgut in der vorgesehenen Menge befüllt ist ein Bedienelement. Die elektronische Steuerung erkennt somit, dass die Mischtrommel voll ist.
Dann wird die Mischtrommel in Drehrichtung einziehen gedreht, beziehungsweise der elektrische Motor entsprechend angesteuert. Ist die Drehzahl innerhalb eines parametrierbaren Drehzahlbereichs und der Drehmomentgradient steigt über eine parametrierbare Zeit oder über eine bestimmte Anzahl an Trommelumdrehungen nicht weiter an, bleibt somit konstant, so speichert eine Speichereinrichtung ab, dass die Trommel mit dem Füllungsgrad 100% gefüllt ist und speichert das dazugehörige Drehmoment ab. Die parametrierbare Zeit oder die bestimmte Anzahl an Trommelumdrehungen können beispielsweise während dem aggitieren, somit dem Einziehen mit einer Drehzahl der Mischtrommel kleiner 5U/min Trommeldrehzahl und einem Drehmoment größer 20000Nm Trommeldrehmoment, über eine Zeit von 10Trommelumdrehungen detektiert werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Drehmoment zum Drehen der Mischtrommel in Drehrichtung einziehen nahezu gleich ist wie das Drehmoment in Drehrichtung entleeren.
Der Füllungsgrad der Mischtrommel interessiert den Fahrer besonders beim Entleeren. Durch das Befüllen und das detektieren des Drehmomentes beim Einziehen ist nun das Drehmoment bei leerer Mischtrommel und bei gefüllter Mischtrommel bekannt.
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Soll nun die Mischtrommel wieder entleert werden so wird die Mischtrommel in der Drehrichtung entleeren vom elektrischen Motor angetrieben und hierbei das Drehmoment detektiert. Der Trommelfüllungsgrad wird nun laufend berechnet und in einer Anzeigevorrichtung ausgegeben.
Der Trommelfüllungsgrad berechnet sich indem die Differenz des gespeicherten zum Drehen der Vollen Mischtrommel und des gespeicherten Drehmomentes zum Drehen der leeren Mischtrommel durch das aktuelle detektierte Drehmoment zum Drehen der der Mischtrommel geteilt wird.
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Da sich beim Einziehen und beim Entleeren die Drehmomente in Abhängigkeit der Trommelfüllung annähernd gleich verhalten, kann das Drehmoment zur Abschätzung der Trommelfüllung herangezogen werden.
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Es besteht auch die Möglichkeit die Mischtrommel gezielt zu beschleunigen und hierbei das vom elektrischen Motor zu erbringende Drehmoment zu ermitteln, wodurch zusätzlich das Massenträgheitsmoment des Mischgutes gemeinsam mit der Mischtrommel ermittelt wird. 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.
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Das von dem elektrischen Motor zu erzeugende Drehmoment kann auch über die aufgenommene elektrische Leistung ermittelt werden.
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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 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.
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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 und der exakten Ermittlung der Leistungsaufnahme. Dadurch ist es möglich, den Füllungsgrad der Mischtrommel und falls gewünscht 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 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.
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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.
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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.
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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.
- 1 zeigt einen Fahrmischer
- 2 zeigt den Verlauf des Drehmomentes über dem Füllungsgrad und der Drehzahl
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Fig. 1:
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Ein Fahrmischer weist eine Mischtrommel auf, welche mittels eines elektrischen Motors im Drehsinne antreibbar ist. Zwischen dem elektrischen Motor und der Mischtrommel kann ein Untersetzungsgetriebe angeordnet sein. Mit dem elektrischen Motor ist eine elektronische Steuereinheit verbunden, welche Parameter des elektrischen Motors detektiert. Es besteht die Möglichkeit, die Drehzahlen der Mischtrommel durch Drehzahlsensoren am elektrischen Motor oder an der Mischtrommel zu detektieren. 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 welches Drehmoments die Mischtrommel 1 angetrieben wird. Durch Verbindung dieser Daten und eventuell mit der Detektion der Zeit kann die Drehbeschleunigung der Mischtrommel ermittelt werden.
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Fig. 2:
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Im oberen Bereich oberhalb der Abszisse ist die Drehrichtung „Einziehen“ der Mischtrommel dargestellt, bei welchem die Mischtrommel mit Mischgut befüllt wird. Im Unteren Bereich, somit unterhalb der Abszisse ist die Drehrichtung „Entleeren“ der Mischtrommel dargestellt, somit die Drehrichtung der Mischtrommel, bei welcher das Mischgut aus der Mischtrommel herausgefördert wird.
Wird der elektrische Motor in der Drehrichtung „Einziehen“ angesteuert, so beginnt die Mischtrommel sich zu drehen. Bei 1 ist die ansteigende Drehzahl der Mischtrommel dargestellt. Im Abschnitt 2 ist die Zeit dargestellt, bis die Mischtrommel die gewünschte Drehzahl erreicht hat. Da die Mischtrommel noch leer ist, ist bei 3 das niedrige Drehmoment dargestellt, welches benötigt wird um die leere Mischtrommel zu drehen. Zum Zeitpunkt 4 wird begonnen die Mischtrommel mit Mischgut zu befüllen. Das Drehmoment steigt. Mit 5 wird das steigende Drehmoment dargestellt.
Befindet sich das Drehmoment unterhalb der Linie 6 und befindet sich die Trommeldrehzahl oberhalb der Drehzahl 7 so wird der elektronischen Steuerung mitgeteilt, dass die Mischtrommel noch leer ist. Befindet sich das Drehmoment oberhalb der Linie 6 und befindet sich die Trommel-drehzahl oberhalb der Drehzahl 7 so wird der elektronischen Steuerung mitgeteilt, dass die Mischtrommel nicht leer ist.
Beim Punkt 8 steigt das Drehmoment über die zuvor parametrierbare Grenze 6. Somit erkennt die elektronische Steuerung, dass die Mischtrommel zuvor leer war. Während des weiteren Zeitraums bis zur Linie 10 wird die Mischtrommel weiter befüllt und das Drehmoment 9 steigt weiter an. Ab der Linie 10 ist die Mischtrommel vollständig befüllt. Wird die Mischtrommel im Zeitraum 11 nicht mehr weiter befüllt aber dennoch weitergedreht, so steigt das Drehmoment nicht mehr weiter an.
Ab der Linie 12 wird die Drehzahl der Mischtrommel zum Agitieren reduziert. Dabei steigt das Drehmoment 13 nochmals leicht an. Der Zeitraum 14 ist verkürzt dargestellt. Es handelt sich um die Transportfahrt mit langsamer Drehzahl der Mischtrommel, dem sogenannten agitieren. Bleibt das Drehmoment 15 gleich, so erkennt die elektronische Steuereinheit, dass die Mischtrommel vollständig befüllt ist. Nach erfolgter Transportfahrt wird die Drehrichtung der Trommel im Punkt 16 geändert, wodurch die elektronische Steuereinheit nun beginnt den Trommelfüllungsgrad 17 zu berechnen. Durch die Drehrichtungsänderung ändert sich auch die Wirkrichtung des Drehmoments 18. Im Punkt 19 ist die Entleerdrehzahl erreicht. Das Drehmoment steigt nun auf den beim Agitieren ermittelten Wert 21, jedoch mit geänderter Wirkrichtung 22. Während dem Entleervorgang reduziert sich das Drehmoment 23. Das Drehmoment 24 sinkt unter die Grenze 25. So erkennt die elektronische Steuereinheit, dass nun wieder die Trommel leer ist. Der Trommelfüllungsgrad 26 in % wird durch die elektronische Steuereinheit laufend berechnet. Der Trommelfüllungsgrad in % = 100% x (Drehmoment volle Mischtrommel - Drehmoment leere Mischtrommel) / aktuelles gemessenes Drehmoment der Mischtrommel
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Bezugszeichenliste
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- 1
- ansteigende Drehzahl der Mischtrommel
- 2
- Zeit um die gewünschte Drehzahl zu erreichen.
- 3
- Drehmoment zum Drehen der leeren Mischtrommel
- 4
- Beginn der Befüllung
- 5
- steigendes Drehmoment
- 6
- Linie
- 7
- Drehzahl
- 8
- Zeit
- 9
- Drehmoment
- 10
- Linie
- 11
- Zeitraum
- 12
- Linie
- 13
- Drehmoment
- 14
- Zeitraum
- 15
- Drehmoment
- 16
- Punkt
- 17
- Trommelfüllungsgrad
- 18
- Drehmoment
- 19
- Punkt
- 20
- Drehmoment
- 21
- Wert
- 22
- Wirkrichtung
- 23
- Drehmoment
- 24
- Drehmoment
- 25
- Grenze
- 26
- Trommelfüllungsgrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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