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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Hubwegs eines Teleskopiersystems, das einen Hydraulikzylinder umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für ein solches Teleskopiersystem. Ferner betrifft die Erfindung ein solches Teleskopiersystem, einen Teleskopausleger, umfassend ein solches Teleskopiersystem, für einen Kran, insbesondere einen Mobilkran, sowie einen solchen Kran umfassend ein derartiges Teleskopiersystem.
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Bei einem Teleskopiersystem handelt es sich üblicherweise um wenigstens zwei ineinander verschiebbar gelagerte Elemente - meist ein Zylinder und eine in diesem verschiebbar gelagerte Kolbenstange, Spindel oder dergleichen - die unter Zuführung von Antriebsenergie gegeneinander verschoben werden. Im Fall eines hydraulischen Teleskopiersystems handelt es sich bei diesen beiden Elementen um eine üblicherweise als Hydraulikzylinder bezeichnete Baugruppe, bei der der Zylinder die Kolbenstange aufnimmt. Die Antriebsenergie wird dabei zumindest zum Ausschieben der Kolbenstange mittels eines druckbeaufschlagten Hydraulikfluids aufgebracht, das in einen Druckraum des Zylinders eingebracht wird und dabei auf die Kolbenstange, meist insbesondere auf einen mit dieser gekoppelten Kolben wirkt.
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Bei Kranen, insbesondere Mobilkranen, die einen Teleskopausleger aufweisen, ist regelmäßig in einem Grundsegment des Teleskopauslegers ein Hydraulikzylinder angeordnet, der einzelne oder mehrere Teleskopsegmente (oder: „Auslegersegmente“, oft jeweils als „Schub“ bezeichnet) zur Längenverstellung des Teleskopauslegers „greift“ und ausschiebt oder einzieht. Zur Bestimmung der aktuellen Position des Hydraulikzylinders und/oder des jeweiligen Teleskopsegments kommen dabei häufig sogenannte Seillängengeber und teilweise auch optische Messsysteme zum Einsatz. Aufgrund von Bauraum-Beschränkungen im Inneren des Grundsegments und/oder der Teleskopsegmente sind insbesondere Seillängengeber häufig außenseitig am Teleskopausleger angeordnet. Dadurch sind diese anfällig für Umwelteinflüsse (beispielsweise Verschmutzung) sowie für Manipulation. Optische Messsysteme sind ebenfalls aufgrund der häufig rauen Umgebungsbedingungen auf Baustellen und dergleichen Verschmutzungen ausgesetzt, die zu Funktionsfehlern führen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst unempfindliche Bestimmung eines Hubwegs eines Teleskopiersystems zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Teleskopiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch einen Teleskopausleger mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Ebenfalls wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Kran mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere vorteilhafte und für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bestimmen eines Hubwegs eines Teleskopiersystems, das einen Hydraulikzylinder umfasst. Dieses Teleskopiersystem ist dabei vorzugsweise Teil eines Teleskopauslegers eines Krans.
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Im Rahmen des Verfahrens wird dabei für eine Teleskopierbewegung einem Druckraum des Hydraulikzylinder ist ein Hydraulikfluid zu- oder abgeführt. Anhand einer dem Druckraum des Hydraulikzylinder zu- oder abgeführten Fluidmenge des Hydraulikfluid wird dabei ein aktueller Zylindervolumenwert (im Folgenden kurz: Volumenwert) des Druckraums ermittelt. Anhand dieses aktuellen Volumenwerts wird anschließend ein aktueller Wert des Hubwegs bestimmt. Mit anderen Worten wird anhand des aktuellen Volumenwerts auf die aktuelle Ausschubposition des Hydraulikzylinders geschlossen.
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Unter dem Begriff „Teleskopierbewegung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine gezielte Längenänderung des Hydraulikzylinders verstanden, konkret also ein Ausschieben oder Einschieben (letzteres bspw. schwerkraftbedingt, optional bei einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder auch ein aktives Einziehen) einer Kolbenstange des Hydraulikzylinders.
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Unter dem Begriff „Fluidmenge“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Größe verstanden, die das Volumen oder die Masse des Hydraulikfluids angibt, vorzugsweise das Volumen oder die Masse selbst.
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Dadurch, dass aufgrund der zu- oder abgeführten Fluidmengen auf den aktuellen Wert des (Innen-)Volumens im Hydraulikzylinder, konkret in dessen Druckraum, geschlossen wird, können übliche Längenmesssysteme, die die Ausschublänge insbesondere der Kolbenstange direkt oder indirekt wiedergeben, entfallen und somit mit solchen Längenmesssystemen verbundene Bauraum-, Sicherheitsprobleme und dergleichen vermieden werden. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zu Nutzen, dass als Hydraulikfluid regelmäßig inkompressible Flüssigkeiten verwendet werden, sowie das anhand einer bekannten Querschnittsfläche des Druckraums und\oder eines mit der Kolbenstange im Inneren des Druckraums gekoppelten Kolbens eine Volumenänderung im Druckraum in eine Änderung der Ausschublänge der Kolbenstange umgerechnet werden kann. Die Bestimmung der für die Volumenänderung im Druckraum zu- oder abgeführten Fluidmenge ist dabei vergleichsweise unanfällig gegenüber externen Verschmutzungen oder unbefugtem Zugriff.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird die dem Druckraum des Hydraulikzylinders zu- oder abgeführte Fluidmenge mittels eines Sensors ermittelt. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung aber grundsätzlich auch denkbar, dass die zu- oder abgeführte Fluidmenge anhand einer Fördermenge einer dem Teleskopiersystem (in diesem Fall optional exklusiv) zugeordneten Hydraulikpumpe abgeleitet wird.
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Um insbesondere bei einer Mehrzahl von mittels einer (einzelnen, d. h. gemeinsamen) Hydraulikpumpe versorgten hydraulischen „Verbrauchern“ eine möglichst präzise Bestimmung der zu- oder abgeführten Fluidmenge zu ermöglichen, wird in einer bevorzugten Weiterbildung als Sensor ein Durchflusssensor herangezogen, der in einer zum bzw. vom Hydraulikzylinder führenden Hydraulikleitung angeordnet ist. In Abhängigkeit von dem dem jeweiligen Durchflusssensor zugrunde liegenden Meßprinzip wird die Fluidmenge hierbei also insbesondere aus dem Durchfluss durch die entsprechende Hydraulikleitung und dabei insbesondere aus einem Volumenstrom oder einem Massestrom ermittelt. Das zu- oder abgeführte Volumen bzw. die Masse wird dabei insbesondere durch (insbesondere zeitliche) Integration des Volumen- bzw. Massestroms ermittelt. Unter Kenntnis der Dichte des Hydraulikfluids können Masse und Volumen in bekannter Weise ineinander umgerechnet werden.
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In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante wird als Durchflusssensor eine Messturbine (auch als „Turbinenrad-Durchflussmesser“ bezeichnet), ein Flügelrad-Durchflussmesser, ein Ultraschall-Durchflussmesser, ein nach dem Differenzdruckprinzip arbeitender Sensor, ein optischer Fluidsensor (bspw. ein Laser-Anemometer) und/oder ein thermischer Durchflusssensor herangezogen. Optional kommt auch ein Auftriebs- oder Schwebekörper-Durchflusssensor, ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser oder dergleichen zum Einsatz.
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Insbesondere zur Steigerung der Präzision der Ermittlung der Fluidmenge und/oder des Volumenwerts werden in einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante eine Temperatur des Hydraulikfluids, eine Umgebungstemperatur zumindest des Teleskopiersystems (optional eine Umgebungstemperatur eines das Teleskopiersystem umfassenden, übergeordneten Systems, bspw. des Teleskopauslegers) und/oder eine Typeninformation zu dem Hydraulikfluid berücksichtigt. Vorzugsweise wird die aus der Typeninformation hervorgehende Viskosität (die gegebenenfalls von der Temperatur des Hydraulikfluids abhängig ist) und/oder (regelmäßig ebenfalls temperaturabhängig) Dichte berücksichtigt. Dadurch können vorteilhafterweise zum Beispiel temperaturbedingte Einflüsse, beispielsweise eine Variation der Viskosität und/oder der Dichte des Hydraulikfluids und somit dessen Fließeigenschaften (die wiederum Einfluss auf die gegebenenfalls durchgeführte Durchflussmessung haben) berücksichtigt werden. Optional wird eine Korrekturkurve für die Dichte des Hydraulikfluids hinterlegt, in der die Variation der Dichte über der Temperatur abgebildet ist und aus der dann der dem jeweiligen Temperaturwert zugeordnete Viskositätswert ausgelesen wird.
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Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren dient zum Betrieb eines hydraulischen Teleskopiersystems, insbesondere des vorstehend beschriebenen Teleskopiersystems, das - wie vorstehend beschrieben - vorzugsweise Teil des Teleskopauslegers des Krans ist. Das Betriebsverfahren weist dabei die vorstehend im Rahmen des Verfahrens zum Bestimmen des Hubwegs beschriebenen Schritte gleichermaßen auf. Zusätzlich wird im Rahmen des Betriebsverfahrens anhand des ermittelten, aktuellen Werts des Hubwegs die Teleskopierbewegung des Teleskopiersystems - insbesondere also das Aus- oder Einschieben der Kolbenstange des Hydraulikzylinders - auf einen Zielwert des Hubwegs geregelt. Im Rahmen des Betriebsverfahrens wird also zunächst dem Druckraum des Hydraulikzylinders Hydraulikfluid zu- oder abgeführt, anhand der zu- oder abgeführten Fluidmenge der aktuelle Volumenwert des Druckraums ermittelt, daraus wiederum der aktuelle Wert des Hubwegs ermittelt und dieser anschließend zum Regeln auf den Zielwert genutzt.
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Das Betriebsverfahren weist also die vorstehend im Rahmen des Verfahrens zum Bestimmen des Hubwegs beschriebenen Schritte und Merkmale sowie die sich daraus ergebenden Vorteile gleichermaßen auf.
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Das erfindungsgemäße Teleskopiersystem dient insbesondere zum Einsatz als Teil des Teleskopauslegers des Krans, insbesondere des Mobilkrans. Das Teleskopiersystem umfasst dabei einen Hydraulikzylinder, Mittel (vorzugsweise den vorstehend beschriebenen Sensor) zur Bestimmung der dem Druckraum des Hydraulikzylinders zu- oder abgeführten Fluidmenge des Hydraulikfluids sowie ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, das vorstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen des Hubwegs oder das vorstehend beschriebene Betriebsverfahren insbesondere automatisch (d. h. selbsttätig) durchzuführen.
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Der erfindungsgemäße Teleskopausleger umfasst das vorstehend beschriebene Teleskopiersystem.
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Der erfindungsgemäße Kran ist vorzugsweise als Mobilkran ausgebildet. Außerdem weist der Kran das vorstehend beschriebene Teleskopiersystem, vorzugsweise den dieses umfassenden Teleskopausleger auf.
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Das Teleskopiersystem, der Teleskopausleger sowie der Kran teilen dabei die im Rahmen des Verfahrens zum Bestimmen des Hubwegs beschriebenen Merkmale und die sich daraus ergebenden Vorteile in entsprechender Weise.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist das Steuergerät (auch als „Controller“ bezeichnet") zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Nutzer des Teleskopiersystems - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Das Steuergerät ist durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, z.B. einen ASIC, gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
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Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur, 1, in einer schematischen Seitenansicht einen Mobilkran.
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In 1 ist ein Kran, konkret ein Mobilkran 1 schematisch dargestellt. Der Mobilkran 1 umfasst einen Unterwagen 2, der ein Fahrgestell sowie ein Führerhaus aufweist. Der Mobilkran 1 umfasst außerdem einen drehbar an dem Unterwagen 2 angeordneten Oberwagen 4. Der Oberwagen 4 weist dabei einen Teleskopausleger 6 mit mehreren in einem Grundsegment 8 verschiebbar gelagerten Auslegersegmenten 10 (auch: „Teleskopsegmente“) auf. Dieser Teleskopausleger 6 ist um eine Kippachse 12 verstellbar (auch: „wippbar“) an einem lafettenartigen Oberwagenrahmen 14 gelagert.
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Zum Teleskopieren des Teleskopauslegers 6, d. h. zur Längenverstellung wenigstens zweier Auslegersegmente 10 zueinander oder wenigstens eines Auslegersegments 10 gegenüber dem Grundsegment 8 umfasst der Teleskopausleger 6 ein Teleskopiersystem 20. Dieses umfasst wiederum einen Hydraulikzylinder 22, der mit einer, hydraulische Verbraucher des Oberwagens 4 versorgenden (sowie ein Bauteil des Oberwagens 4 bildenden) Hydraulikpumpe 24 mittels einer zugeordneten Hydraulikleitung 26 verbunden ist. Das Teleskopiersystem 20 umfasst außerdem einen in der Hydraulikleitung 26 positionierten (oder zumindest mit dieser in fluid-technischer Verbindung stehenden) Durchflusssensor 28. Dieser bildet ein Mittel zur Bestimmung einer durch die Hydraulikleitung 26 strömenden Fluidmenge des Hydraulikfluids. Die Hydraulikleitung 26 bildet dabei konkret einen Zweig eines von der Hydraulikpumpe 24 versorgten (nicht näher dargestellten) Hydraulik-Netzes. Dieser Zweig führt dabei ausschließlich zu dem Hydraulikzylinder 22. Dem Teleskopiersystem 20 ist außerdem ein Steuergerät 30 zugeordnet, das ein im Folgenden näher beschriebenes Betriebsverfahren automatisch durchführt. Das Steuergerät 30 ist dabei signaltechnisch mit dem Durchflusssensor 28 verknüpft.
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Im Betrieb des Teleskopiersystems 20 wird - unter Durchführung des Betriebsverfahrens - einem Druckraum 32 des Hydraulikzylinders 22 mittels der Hydraulikpumpe 24 das unter Druck stehendes Hydraulikfluid zugeführt. Dieses Hydraulikfluid wirkt auf einen in dem Druckraum 32 beweglich geführten Kolben 34, sodass eine mit diesem Kolben 34 gekoppelte Kolbenstange 36 in eine Ausschubrichtung 38 bewegt wird. Mittels des Durchflusssensors 28 wird dabei die dem Druckraum 32 zugeführte Fluidmenge des Hydraulikfluids ermittelt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Durchflusssensor 28 durch einen „Turbinenrad-Durchflussmesser“ gebildet, der als Messgröße einen Wert eines Volumenstroms ausgibt. Der erfasste Volumenstrom (d. h. dessen Wert) wird dabei von dem Steuergerät 30 in das, dem Druckraum 32 zugeführte Volumen (konkret den Wert des zugeführten Volumens) umgerechnet. Anhand dieses zugeführten Volumens wird von dem Steuergerät 30 - unter Kenntnis des vor der aktuellen Zuführung von Hydraulikfluid bereits in dem Druckraum 32 befindlichen Volumens (konkret dessen Werts) an Hydraulikfluid - ein aktueller Zylindervolumenwert des in dem Druckraum 32 befindlichen Hydraulikfluids berechnet. Unter Kenntnis des Gesamtvolumens (konkret dessen Werts) des Druckraums 32 sowie der Querschnittsfläche des Kolbens 34 berechnet das Steuergerät 30 anschließend einen aktuellen Wert des Hubwegs des Hydraulikzylinders 22, konkret des Kolbens 34. Mithin ist das Steuergerät 30 dazu eingerichtet, anhand des dem Druckraum 32 zugeführten Volumens an Hydraulikfluid die dem aktuellen Wert des Hubwegs entsprechende Stellposition oder Ausschublänge konkret der Kolbenstange 36 zu bestimmen. Dadurch kann auch die aktuelle Ausschublänge des mittels des Hydraulikzylinders 22 bewegten Teleskopauslegers 6 abgeleitet werden.
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Das Steuergerät 30 ist außerdem dazu eingerichtet, die Teleskopierbewegung des Teleskopauslegers 6 in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert des Hubwegs zu regeln.
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Beim Einfahren der Kolbenstange 36 entgegen der Ausschubrichtung 38 wird die Hydraulikleitung 26 seitens der Hydraulikpumpe 24 drucklos geschaltet, so dass das Hydraulikfluid in ein nicht näher dargestelltes Reservoir (konkret einen Tank) zurückströmen kann. Der Durchflusssensor 28 erfasst hierbei die ausströmende Fluidmenge, so dass auch hierbei der aktuelle Hubweg analog zu dem vorstehend beschriebenen Vorgehen bestimmt wird.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mobilkran
- 2
- Unterwagen
- 4
- Oberwagen
- 6
- Teleskopausleger
- 8
- Grundsegment
- 10
- Auslegersegment
- 12
- Kippachse
- 14
- Oberwagenrahmen
- 20
- Teleskopiersystem
- 22
- Hydraulikzylinder
- 24
- Hydraulikpumpe
- 26
- Hydraulikleitung
- 28
- Durchflusssensor
- 30
- Steuergerät
- 32
- Druckraum
- 34
- Kolben
- 36
- Kolbenstange
- 38
- Ausschubrichtung
