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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Hubwerk für eine mobile Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine mobile Arbeitsmaschine mit dem Hubwerk gemäß Anspruch 11, sowie ein Verfahren zur Lastermittlung am Hubwerk gemäß Anspruch 12.
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Hubwerke mobiler Arbeitsmaschinen sind beispielsweise mit einer Schaufel, einer Gabel oder einem Greifer bestückt. Eine als Frontlader ausgebildete Arbeitsmaschine hat als Hubwerk eine Schaufel, die an einem Ausleger kippbar gelagert ist. Dieser ist prinzipiell von einem Auslegerzylinder angelenkt, wobei ein weiterer Zylinder zur Betätigung eines Kipphebels der Schaufel vorgesehen ist.
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Grundlegend ist von Interesse, welche Last am Hubwerk wirkt, oder in anderen Worten, wieviel Schüttgut oder Gut aufgenommen wird. Diese Frage stellt sich beispielsweise bei der Beladung von Transportfahrzeugen mit Schüttgut über die Schaufel, um ein zulässiges Ladegewicht nicht zu überschreiten und/oder die Materialkosten des Schüttgutes zu bestimmen.
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Prinzipiell ist ein Druck im Ausleger- oder Hebezylinder ein Maß für die Last, die die Schaufel trägt, sodass allen herkömmlichen Hubwerken und Verfahren auf dessen Erfassung basieren. Allerdings variiert der Druck mit der Position der Schaufel aufgrund der sich ändernden Kinematikposition oder -stellung.
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Herkömmlich wird daher beispielsweise wenigstens ein Positionssensor verbaut, über den die Kinematikposition erfassbar und daraus zusammen mit der Druckmessung die Last ermittelbar ist. Mehrere solcher Sensoren erhöhen dabei Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
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Nachteilig daran ist der vergleichsweise hohe vorrichtungstechnische Aufwand für den oder die Positionssensoren. Zudem droht bei Ausfall des oder der Positionssensoren auch der Ausfall der Lastbestimmung.
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Eine vorrichtungstechnisch einfachere Lösung sieht einen Kontaktsensor vor, der mit Erreichen einer vorbestimmten Kinematikposition schaltet. Diese muss der Bediener mit dem Hubwerk gezielt ansteuern, damit die Last ermittelt werden kann. In der vorbestimmten und somit bekannten Kinematikposition kann dann wiederum zusammen mit der Druckmessung die Last ermittelt werden.
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Die Position zur Lastermittlung bei jedem Heben, jedem Beladen anfahren zu müssen, stellt dabei eine erhebliche Störung eines optimalen Hebe- oder Ladeprozesses dar und ist mit erheblichen Zeitaufwand verbunden.
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Demgegenüber liegen der Erfindung die Aufgaben zugrunde, ein Hubwerk für eine mobile Arbeitsmaschine mit vereinfachter Lastbestimmung, eine mobile Arbeitsmaschine damit und ein Verfahren mit vereinfachter Lastbestimmung am Hubwerk zu schaffen.
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Die erste Aufgabe wird gelöst durch ein hydrostatisches Hubwerk gemäß Patentanspruch 1, die zweite Aufgabe durch eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und die dritte Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein hydrostatisches Hubwerk für eine mobile Arbeitsmaschine hat wenigstens einen Aktor, insbesondere einen Hydrozylinder, von dem eine Lastaufnahme in Abhängigkeit einer Hubanforderung mittel- oder unmittelbar anlenkbar oder angelenkt ist. Zudem ist eine Druckerfassungseinheit, insbesondere ein Drucksensor, vorgesehen, über die ein Lastdruck des wenigstens einen Aktors erfassbar ist. Insbesondere ist diese mit der Steuereinheit signalverbindbar oder signalverbunden. Eine insbesondere elektronische Steuereinheit des Hubwerks ist dabei so ausgestaltet, dass über sie eine aufgenommene Last der Lastaufnahme in Abhängigkeit des Lastdrucks und einer Stellung oder Position des Hubwerks ermittelbar ist. Erfindungsgemäß ist dazu eine insbesondere elektronische Schätzeinrichtung vorgesehen, über die die Stellung schätzbar ist.
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Gegenüber herkömmlicher Lösung mit Erfassungsmitteln zum konkreten Erfassen der Stellung, beispielsweise Wegsensoren, bietet die Schätzeinrichtung die Möglichkeit, auf diese vorrichtungstechnisch aufwendigen und daher teuren Mittel zu verzichten.
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In anderen Worten sind über die geschätzte Position oder Stellung und den Lastdruck das Gewicht der Last, insbesondere die Last einer Schaufel, ermittelbar und eine günstige Wiegefunktion für das Hubwerk realisierbar.
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Besonders vorteilhaft ist es, ein bestehendes Hubwerk mit der Schätzeinrichtung zu versehen, das die genannte teure Positions-Sensorik nicht aufweist. Auf diese Weise kann eine Wiegefunktion ohne diese spezielle Sensorik, dafür aber mit elektronischer Schätzeinrichtung, leicht nachgerüstet werden.
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Vorzugsweise ist zu diesem Zweck eine Kinematik des Hubwerks, insbesondere deren Parameter Masse(n), Trägheiten, Hebel und/oder Gelenke, zumindest vom Hydrozylinder bis hin zur Lastaufnahme, bekannt oder im Wesentlichen bekannt und in der Steuereinheit abgelegt.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, den Anteil der aufgenommenen Last am erfassten Lastdruck aus dem erfassten Lastdruck herauszurechnen. Der Lastdruck kann ergänzend oder alternativ ein zeitlicher Lastdruckverlauf sein. Hierzu ist eine Lastdruckerfassung über einen, insbesondere bekannten und/oder vorbestimmten, Zeitabschnitt vorgesehen.
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Die Hubanforderung ist diejenige des Aktors oder der Lastaufnahme.
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Ein Hub in Abhängigkeit der Hubanforderung ist derjenige des Aktors oder der Lastaufnahme.
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In einer Weiterbildung ist die Stellung über die Schätzeinrichtung in Abhängigkeit eines, in Abhängigkeit der Hubanforderung erfassbaren oder erfassten, Verlaufs des Lastdrucks schätzbar.
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In einer Weiterbildung ist die Stellung über die Schätzeinrichtung in Abhängigkeit eines, in Abhängigkeit der Hubanforderung unter einer Referenz-Last erfassten, Referenz-Verlaufs des Lastdrucks schätzbar.
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In einer Weiterbildung weist die Schätzeinrichtung eine erste Vergleichsoperation des Verlaufs mit dem Referenz-Verlauf auf, aus der die Stellung schätzbar ist. Die erste Vergleichsoperation ist vorzugsweise ein Steigungs- und/oder Formvergleich der beiden Verläufe.
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In einer Weiterbildung weist die Schätzeinrichtung eine zweite Vergleichsoperation des Verlaufs mit dem Referenz-Verlauf auf, aus der die aufgenommene Last schätzbar ist. Die zweite Vergleichsoperation ist vorzugsweise eine Differenz- oder Offsetbildung der Verläufe.
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In einer Weiterbildung ist wenigstens einer der genannten Verläufe, oder sind es beide, in Abhängigkeit des Hubes und/oder der Hubanforderung in der Steuereinheit abgelegt.
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In einer Weiterbildung ist wenigstens einer der genannten Verläufe, oder sind es beide, Zur besseren Vergleichbarkeit zeitunabhängig in der Steuereinheit abgelegt.
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Hierzu ist insbesondere der Hub auf die Hubanforderung normiert in der Steuereinheit ablegbar oder abgelegt.
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In einer Weiterbildung ist wenigstens ein weiterer Aktor, insbesondere Hydrozylinder, vorgesehen, von dem die Lastaufnahme mittelbar oder unmittelbar angelenkt ist. Insbesondere ist dieser weitere Aktor Teil der Kinematik.
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Zur Erhöhung einer Genauigkeit, insbesondere der Last- und/oder Stellungsschätzung, weist auch dieser Aktor in einer Weiterbildung eine mit der Steuereinheit signalverbindbare oder signalverbundene Druckerfassungseinheit zur Erfassung des Lastdrucks dieses Aktors auf.
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In einer Weiterbildung ist die geschätzte Stellung über die Steuereinheit zur Ermittlung einer anderen, stellungsabhängigen Betriebsgröße verarbeitbar oder verarbeitet.
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Der erstgenannte Aktor ist vorzugsweise ein Auslegerzylinder. Dessen Lastdruck ist vorzugsweise an einem Boden des Auslegerzylinders erfassbar oder erfasst.
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Der weitere Aktor ist vorzugsweise ein Kipphebelzylinder. Dessen Lastdruck ist vorzugsweise an einem Boden des Kipphebelzylinders erfassbar oder erfasst.
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Entsprechend ist die jeweilige Druckerfassungseinheit des jeweiligen Zylinders angeordnet.
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Eine erfindungsgemäße mobile Arbeitsmaschine, insbesondere ein Front- oder Radlader mit Ausleger, hat ein hydrostatisches Hubwerk, das gemäß wenigstens einem der Aspekte der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist und die bereits genannten Vorteile aufweist.
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Die Hubanforderung ist mittels einer mit der Steuereinheit signalverbindbaren oder - verbundenen Bedienerschnittstelle des Hubwerks, insbesondere mittels einem Joystick, erfassbar oder erfasst.
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Ein Verfahren zur Ermittlung einer aufgenommenen Last eines Hubwerks, das gemäß wenigstens einem Aspekt der vorhergehenden Beschreibung ausgebildet ist, hat einen Schritt „Ermitteln der aufgenommenen Last in Abhängigkeit der Stellung und des Lastdrucks“. Erfindungsgemäß erfolgt dies mittels einem Schritt „Schätzen der Stellung“.
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Vorzugsweise ist das Verfahren in der oben genannten Steuereinheit zur Ausführung abgelegt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt der Schritt „Schätzen der Stellung“ in Abhängigkeit eines in Abhängigkeit der Hubanforderung erfassten Verlaufs des Lastdrucks und/oder in Abhängigkeit eines in Abhängigkeit der Hubanforderung unter einer Referenz-Last erfassten Referenz-Verlaufs des Lastdrucks.
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Hierzu weist erfolgt in einer Weiterbildung des Verfahrens der Schritt „Schätzen der Stellung“ mittels einem Schritt „erster Vergleich des Verlaufs mit dem Referenz-Verlauf“. Dieser erste Vergleich ist insbesondere ein Steigungs- und/oder Formvergleich der genannten Verläufe.
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Alternativ oder ergänzend dazu können andere erfasste Vergleichsgrößen als die Steigung und/oder die Form in den ersten Vergleich eingehen.
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In einer Weiterbildung sind Vergleichsgrößen, die in den ersten Vergleich oder in einen darauffolgenden zweiten Vergleich eingehen sollen, in einem Schritt „Ermitteln von geeigneten oder notwendigen Vergleichsgrößen durch Auswertung des Verlaufs“ ermittelt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens weist der Schritt „Ermitteln der aufgenommenen Last in Abhängigkeit der Stellung und des Lastdrucks“ einen Schritt „zweiter Vergleich des Verlaufs mit dem Referenz-Verlauf“ auf. Dieser zweite Vergleich ist insbesondere eine Differenz- oder Offsetbildung der genannten Verläufe.
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Auch hier gilt, dass alternativ oder ergänzend zur genannten Differenz- oder Offsetbildung eine oder mehrere andere Vergleichsgrößen in den zweiten Vergleich eingehen kann oder können.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hubwerks und eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Hubwerk mit einer Steuereinheit und einem darin zur Ausführung abgelegten Verfahren, gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 2 Lastdruckverläufe des Hubwerks gemäß 1.
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Gemäß 1 hat eine mobile Arbeitsmaschine 1 ein Hubwerk 2 mit einem ersten Hydrozylinder oder Auslegerzylinder 4, von dem ein Ausleger 5 angelenkt ist. Am Ausleger 5 ist eine als Schaufel ausgebildete Lastaufnahme 6 drehgelenkig angeordnet. In der Schaufel 6 ist eine Last m aufgenommen. Des Weiteren hat das Hubwerk 2 einen Kippzylinder 10, von dem die Schaufel 6 über ein Kipphebelwerk 11, 13 zum Verkippen angelenkt ist. Der Kipphebel 11 ist dabei am Ausleger 5 drehbar gelagert. Jeder Zvlinder 4, 10 hat einen jeweils zugeordneten Drucksensor 8, 12, über den der jeweilige Bodendruck oder Lastdruck des Zylinders 4, 10 erfassbar ist. Die Sensoren 8, 12 sind über Signalleitungen mit einer Steuereinheit 14 signalverbunden. Dabei überträgt der Sensor 8 den Lastdruck p1 und der Sensor 12 den Lastdruck p2 des jeweiligen Hydrozylinders 4,10.
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In der Steuereinheit 14 ist eine Schätzeinrichtung 16 mit einem darin zur Ausführung gespeicherten Verfahren 18 zum Schätzen der Last m vorgesehen. Des Weiteren ist mit der Steuereinheit 14 ein Joystick 20 signalverbunden, über den eine Hubanforderung ssoll an die Steuereinheit 14 übertragen werden kann. In der Steuereinheit 14 ist eine Kinematik des Hubwerks 2, inklusive der notwendigen Kinematik-Parameter, zumindest ausgehend von den Hydrozylindern 4, 10, über den Ausleger 5, das Kipphebelwerk 11, 13 bis hin zur Schaufel 6 abgelegt.
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Gemäß der vorangegangenen, allgemeinen Beschreibung ermittelt die Schätzeinrichtung 16 aus den gemeldeten Lastdrücken p1 , p2 einen Schätzwert für die Stellung der Schaufel 6. Diese geschätzte Stellung geht in das Verfahren zur Ermittlung der Last m ein. Dabei erfolgt das Schätzen der Stellung im Falle des gezeigten Ausführungsbeispiels über einen Formvergleich und/oder einen Steigungsvergleich des erfassten Lastdrucks p1ist mit dem Referenzlastdruck p1ref. Hierzu wird ein Intervall Δ des normierten Hubes s1/ssoll des Auslegerzylinders 4 gemäß 2 ausgewertet. Mit der Schätzeinrichtung 16 und dem darin abgelegten Schätzverfahren 18 kann auf eine vorrichtungstechnisch aufwendige Erfassung von Zylinderstangenpositionen verzichtet werden, und die aufgenommene Last m kann allein mittels der vorrichtungstechnisch einfachen und robusten Drucksensoren 8, 12 ermittelt werden.
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Offenbart ist ein hydrostatisches Hubwerk mit wenigstens einem hydrostatischen Aktor zum Heben einer aufgenommenen Last und mit einem zugeordneten Drucksensor zur Erfassung von dessen Lastdruck, sowie mit einer damit signalverbundenen Steuereinheit, über die zur Ermittlung der aufgenommenen Last eine Position oder Stellung des Hubwerks aus zumindest dem erfassten Lastdruck schätzbar ist.
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Offenbart sind weiterhin eine mobile Arbeitsmaschine mit dem Hubwerk, sowie ein Verfahren zur Ermittlung oder Schätzung der aufgenommenen Last, welches insbesondere in der Steuereinheit zur Ausführung speicherbar oder gespeichert ist.
