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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen eines Betriebszustandes eines Fahrmischers nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Fahrmischer weisen eine Mischtrommel auf, welche häufig über einen hydraulisch angetriebenen Hydraulikmotor angetrieben wird. Dabei schwankt der hydraulische Druck so, dass eine Zustandserkennung des Fahrmischers insbesondere des Drehmoments der Mischtrommel nicht möglich ist.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 16 83 817 A offenbart einen Fahrmischer mit einer Mischtrommel, welche von einem Elektromotor angetrieben wird.
Die
EP 2 719 510 B1 , die
US 2015 / 0 174 788 A1 und die
DE 20 2009 001 416 U1 offenbaren gattungsgemäße Fahrmischer.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen des Betriebszustandes des Fahrmischers zu schaffen.
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Die Aufgabe wird mit einer auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Vorrichtung und einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst.
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Erfindungsgemäß weist der Fahrmischer eine Mischtrommel auf, welche mit einem Elektromotor antriebsverbunden ist. Der Elektromotor erhält Energie von einer Energiequelle. Zwischen der Energiequelle und dem Elektromotor ist eine Motorsteuervorrichtung angeordnet, mittels welcher die Drehzahl und die Drehrichtung des Elektromotors angesteuert wird. Eine elektronische Steuereinrichtung erhält Zustandsdaten der Motorsteuervorrichtung und ermittelt aus diesen Zustandsdaten, in welchem Betriebszustand sich der Fahrmischer befindet. Je nachdem, welche Zustandsdaten die elektronische Steuereinrichtung erhält, kann die elektronische Steuereinrichtung ermitteln, ob sich der Fahrmischer im Zustand Beladen, im Zustand Fahrt zur Baustelle, im Zustand Aufmischen, im Zustand Entladen oder im Zustand Leerfahrt befindet. Hierbei bedeutet der Zustand Beladen, dass der Fahrmischer ortsfest steht und somit nicht fährt und die Mischtrommel in der Drehrichtung Einziehen gedreht wird und hierbei eine Drehzahl zwischen 10 und 20 U/min aufweist. Beim Betriebszustand Fahrt, fährt der Fahrmischer und die Mischtrommel dreht sich in der Drehrichtung Einziehen, jedoch mit einer Drehzahl unterhalb 10 U/min, vorzugsweise im Bereich von 3 U/min. Beim Zustand Fahrt kann auch das Fahrzeug kurz anhalten, beispielsweise an einer Ampel, ohne dass dieser Zustand verlassen wird. Es besteht auch die Möglichkeit, dass beim Zustand Fahrt die Mischtrommel nicht dreht und somit stillsteht.
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Beim Zustand Aufmischen steht der Fahrmischer ortsfest, somit fährt der Fahrmischer nicht und die Mischtrommel dreht in Drehrichtung Einziehen mit einer Drehzahl größer als 10 U/min und kleiner als 20 U/min. Beim Zustand Entladen steht der Fahrmischer und befindet sich somit nicht auf der Fahrt und die Mischtrommel wird in Drehrichtung Entleeren somit in der entgegengesetzten Drehrichtung wie die Drehrichtung Einziehen gedreht. Die Drehzahl kann hierbei von der Drehzahl nahezu Stillstand bis zur Drehzahl 20 U/min variieren, je nachdem, wie viel Menge Mischgut aus der Mischtrommel herausgefördert werden soll.
Bei dem Zustand Leerfahrt steht die Mischtrommel und das Fahrzeug fährt oder das Fahrzeug fährt und die Mischtrommel dreht mit einer Drehzahl kleiner 10 U/min, jedoch mit einem sehr kleinen Drehmoment.
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Ob der Fahrmischer fährt oder nicht, kann beispielsweise durch die Detektion der Feststellbremse des Fahrmischers ermittelt werden. Ist die Feststellbremse im Schließsinne betätigt, so steht der Fahrmischer. Ist die Feststellbremse im Öffnungssinne betätigt, kann der Fahrmischer fahren.
Die Motorsteuervorrichtung kann beispielsweise ein Frequenzumrichter sein, welcher einen mit Wechselstrom betriebenen Elektromotor ansteuert, welcher die Mischtrommel unmittelbar oder über ein Untersetzungsgetriebe antreibt. Durch die Verwendung einer elektronischen Motorsteuervorrichtung in Kombination mit einem Elektromotor kann die Drehzahl und das Drehmoment viel exakter detektiert werden als bei einem hydraulischen Antrieb. Die Energiequelle kann ein Wechselstromgenerator oder eine Batterie oder eine externe Stromversorgung sein. Der erfasste Betriebszustand kann mittels Telemetrie beispielsweise einem Flottenbetreiber übermittelt werden, wobei dieser dadurch in Kenntnis gesetzt wird, in welchem Zustand sich das Fahrzeug, somit der Fahrmischer, gerade befindet. Durch Übermittlung eines zusätzlichen Ortssignals, beispielsweise eines GPS-Signals, besteht die Möglichkeit, dass zum Zustand der Ort mit übermittelt wird, welches der Zustandserkennung des Fahrmischers weitere Sicherheit verleiht. Befindet sich beispielsweise das Fahrzeug auf dem Gelände der Mischanlage, so ist es sehr wahrscheinlich, dass die Mischtrommel bei Drehrichtung Einziehen mit Mischgut beladen wird. Befindet sich das Fahrzeug auf der Baustelle, so ist es sehr wahrscheinlich, dass bei Drehung der Mischtrommel in Richtung Entleeren das Mischgut aus dem Fahrzeug herausgefördert wird.
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Ebenso besteht die Möglichkeit, durch die Kenntnis der Zustandsdaten die Qualität des Betons mitzubestimmen. Wird beispielsweise zu viel Wasser zum Beton während des Aufmischens hinzugegeben, verändert sich das Drehmoment des elektrischen Motors und auch die Qualität des Betons. Ebenso besteht die Möglichkeit, die Standzeit des Betons in der Trommel zu bestimmen, welches ebenfalls einen Einfluss auf die Qualität des Betons hat.
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Es besteht ebenso die Möglichkeit, aus der Zeitdauer und dem Drehmoment sowie dem Betriebszustand Rückschlüsse auf die Lebensdauer bzw. die Restlebensdauer der Komponenten des Fahrmischers zu ziehen. Dadurch ist es möglich, eine Mischtrommel oder einen Elektromotor oder ein Untersetzungsgetriebe rechtzeitig auszutauschen oder die Daten haben einen Einfluss auf die Serviceintervalle der Komponenten.
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Es besteht auch die Möglichkeit, durch die Kenntnis des Betriebszustandes Einfluss auf das Energiemanagement des Gesamtfahrzeugs auszuüben. Es kann beispielsweise abgeschätzt werden, wie weit die Batteriekapazität noch ausreicht und/oder wie lange sich der Betonmischer im jeweiligen Zustand noch befinden kann. Ebenso können die Daten für eine Lastkollektivermittlung oder für ein besseres Gesamtmanagement der Belade- und Entladevorgänge verwendet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, bei der Optimierung des Energiemanagements zu bestimmen, wann beispielsweise generatorisch geladen wird oder wann am besten über eine externe Spannungsversorgung eine Wallbox der Fahrmischer oder die Batterie des Fahrmischers geladen wird oder wie weit die Batterie des Fahrmischers noch entladen werden soll, da beispielsweise erkannt werden kann, ob das Fahrzeug sich demnächst wieder auf die Fahrt von der Baustelle zurück oder auf der Fahrt zur Baustelle befindet.
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Durch die Kenntnis des exakten Betriebszustandes des Fahrmischers können Rückschlüsse auf die sachgemäße Handhabung des Mischguts und/oder lange Standzeiten, fehlerhafte Drehzahlen oder weitere Fehler detektiert werden.
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Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Es zeigen:
- 1 den Aufbau eines Fahrmischers;
- 2 ein Diagramm zum Erkennen des Zustandes des Fahrmischers; und
- 3 ein Diagramm zum Erkennen des Zustandes des Fahrmischers.
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Fig. 1:
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Ein nicht gezeigter Fahrmischer, welcher ein handelsüblicher Lastkraftwagen sein kann, weist eine Mischtrommel 1 auf, welche von einem Elektromotor 2 über ein Untersetzungsgetriebe 3 angetrieben wird. Die Mischtrommel kann auf einem Anhänger oder direkt auf dem Rahmen des Lastkraftwagens angeordnet sein. Der Elektromotor 2 ist vorzugsweise als Wechselstrom- oder Drehstrommotor ausgebildet. Das Untersetzungsgetriebe 3 untersetzt die schnellere Drehzahl des Elektromotors 2 in die langsamere Drehzahl der Mischtrommel 1. Der Elektromotor 2 erhält Energie von der Batterie 5, welche eine Energiequelle für den Elektromotor 2 bildet und welche mit einem Drehstromgenerator 6 verbunden ist. Die Motorsteuervorrichtung 7 ist zwischen dem Elektromotor 2 und der Batterie 5 angeordnet und steuert die Drehrichtung und die Drehzahl des Elektromotors 2 an. Die Motorsteuervorrichtung 7 beinhaltet ebenso einen Wechselrichter 7, welcher den Gleichstrom der Batterie 5 in Wechselstrom für den Elektromotor 2 umwandelt. Zwischen dem Generator 6 und der Batterie 5 ist ebenso ein Wechselrichter 8 angeordnet, welcher den Wechselstrom des Generators 6 in gleichstrom für die Batterie 5 umwandelt. Ein Verbrennungsmotor 9 des Fahrmischers treibt sowohl den Generator 6 als auch die Fahrzeugräder 10 an. Eine elektronische Steuervorrichtung 11 steuert sowohl die Motorsteuervorrichtung 7 als auch weitere Komponenten an und erhält Zustandsdaten der Motorsteuervorrichtung 7, aus welchen der Betriebszustand des Fahrmischers ermittelt wird.
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Fig. 2:
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Befindet sich der Fahrmischer auf der Mischanlage, so soll Mischgut in die Mischtrommel eingezogen werden. Die Motorsteuervorrichtung steuert den Elektromotor so an, dass dieser die Mischtrommel in Drehrichtung Einziehen dreht, und zwar mit einer Drehzahl größer als 10 U/min. Diese Zustandsdaten wie beispielsweise Drehzahlen, elektrische Spannung, Stromstärke und Frequenz, werden an die elektronische Steuereinrichtung gesandt. Aus diesen Zustandsdaten lassen sich Werte wie beispielsweise das aktuelle Drehmoment zum antrieben der Mischtrommel bestimmen. Wird Mischgut vom Mischturm mit einer bestimmten Menge, beispielsweise 2 m3, in die Mischtrommel eingefüllt, so steigt das Drehmoment zyklisch und der Gradient des Anstiegs wird detektiert. Zuvor wird ein Initialdrehmoment nach dem Systemstart oder einer längeren Standzeit erfasst. Wird nach einer bestimmten Zeit wieder 2 m3 vom Mischturm in die Mischtrommel befüllt, so steigt das Drehmoment weiter zyklisch an. Ist die Mischtrommel ausreichend beladen, bleibt das Drehmoment konstant. Erkennt die elektronische Steuereinrichtung diese Zustandsdaten, so weist die elektronische Steuereinheit diesen Zustandsdaten den Fahrzeugzustand 12 Beladen zu. Die Zustandsdaten können auch visuell auf einer Ausgabeeinheit dem Fahrer signalisiert werden. Der Fahrer wird anschließend die Mischanlage verlassen und hierzu die Drehzahl der Mischtrommel reduzieren, beispielsweise auf eine Drehzahl im Bereich von 3 U/min. Das Drehmoment bleibt hierbei gleichbleibend. Die Feststellbremse wird hierbei gelöst. Die elektronische Steuereinrichtung detektiert somit den Betriebszustand 13 Fahrt.
Befindet sich das Fahrzeug auf der Baustelle, so kann beispielsweise die Feststellbremse wieder betätigt werden und die Drehzahl der Mischtrommel wird wieder erhöht auf beispielsweise > 10 U/min. Die elektronische Steuereinrichtung ermittelt den Betriebszustand 14, Aufmischen. Anschließend wird in der Regel Mischgut aus der Mischtrommel gefördert, indem die Drehrichtung wechselt in die entgegengesetzte Drehrichtung, nämlich die Drehrichtung Entladen. Hierbei kann die Drehzahl von fast 0 bis über 10 Umdrehungen vorhanden sein. Die elektronische Steuereinrichtung ermittelt den Betriebszustand 15 Entladen.
Nach dem Entladen wird die Trommel, wenn auch nur kurz, in eine entgegengesetzte Drehrichtung, nämlich die Drehrichtung Einziehen, angesteuert. Wird hierbei beispielsweise die Feststellbremse gelöst und das Fahrzeug fährt, so ermittelt die elektronische Steuereinrichtung den Betriebszustand 16 Leerfahrt. Anschließend kann entweder weiter entladen werden oder wieder beladen werden. Nach jedem Zyklus ermittelt die elektronische Steuereinrichtung ein Initialdrehmoment und eine Initialdrehrichtung, um zu erkennen, ob weiter entladen oder weiter beladen wird.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Erkennen des Betriebszustandes. Die elektronische Steuereinrichtung erhält Zustandsdaten, wodurch das Verfahren zum Ermitteln des Betriebszustandes durch das Feld 17 Start gestartet wird. Im Feld 18 Drehrichtung wird ermittelt, ob sich die Mischtrommel in der Drehrichtung Einziehen oder in der Drehrichtung Entleeren oder im Stillstand befindet. Befindet sich die Mischtrommel in der Drehrichtung Einziehen, so wird im Feld 19 die Drehzahl der Mischtrommel ermittelt. Befindet sich die Mischtrommel in der Drehrichtung Entleeren, so wird im Feld 20 die Drehzahl der Mischtrommel ermittelt. Erkennt das Feld 19 die Drehzahl kleiner einer zuvor definierten Drehzahl, beispielsweise 4 U/min, so wird im Feld 21 das Drehmoment ermittelt. Erkennt das Feld 19 die Drehzahl größer einer zuvor definierten Drehzahl, beispielsweise 9 U/min, so wird im Feld 22 das Drehmoment ermittelt. Erkennt das Feld 19 eine Drehzahl zwischen einer zuvor definierten Drehzahl und einer weiteren zuvor definierten Drehzahl, beispielsweise zwischen 4 und 9 U/min, so wird im Feld 23 das Drehmoment ermittelt. Erkennt das Feld 20 eine Drehzahl unterhalb einer zuvor definierten Drehzahl, beispielsweise 10 U/min, so wird im Feld 24 das Drehmoment ermittelt. Wird im Feld 20 die Drehzahl größer einer zuvor definierten Drehzahl, beispielsweise 10 U/min, ermittelt, so wird im Feld 25 das Drehmoment ermittelt. Ermittelt das Feld 21 ein Drehmoment kleiner einem zuvor definierten Drehmoment, beispielsweise kleiner 1.500 Nm, so wird im Feld 26 Zustandserkennung das Feld 27 definiert, in welchem Betriebszustände definiert sind, welche die Wartung, das Reinigen und die leere Trommel definieren. Ebenso wird das Feld 27 als Zustandserkennung definiert, wenn im Feld 23 das Drehmoment kleiner einem zuvor definierten Drehmoment, beispielsweise 1.500 Nm, oder im Feld 24 das Drehmoment kleiner einem zuvor definierten Drehmoment, beispielsweise kleiner als 1.500 Nm, ist. Wird im Feld 21 ein Drehmoment detektiert, welches größer eines zuvor definierten Drehmomentes ist, beispielsweise größer als 30.000 Nm, so erkennt die Zustandserkennung 26, dass sich das Fahrzeug im Zustand Feld 28 Agitieren befindet. Detektiert das Feld 23 ein Drehmoment, welches ansteigt und größer als 1.500 Nm ist, vorzugsweise zyklisch ansteigt, so erkennt die Zustandserkennung 26 durch das Feld 29 das Befüllen der Mischtrommel. Detektiert das Feld 23 ein Drehmoment größer 1.500 Nm und das Drehmoment ist nicht ansteigend, vorzugsweise nicht zyklisch ansteigend, so erkennt die Zustandserkennung 26 den Zustand Feld 30 Mischen. Erkennt das Feld 22 ein Drehmoment größer 30.000 Nm, so erkennt die Zustandserkennung 26 im Feld 31 den Zustand Aufmischen. Erkennt das Feld 18 die Drehrichtung Stillstand, so erkennt die Zustandserkennung 26 im Feld 32 ein Festhalten der Trommel. Erkennt das Feld 24 ein Drehmoment größer 1.500 Nm, so erkennt die Zustandserkennung 26 im Feld 33 Entleeren der Mischtrommel. Erkennt das Feld 25 ein Drehmoment größer 30.000 Nm, wobei das Drehmoment und somit der Drehmomentgradient Feld, so erkennt die Zustandserkennung 26 im Feld 34 ein schnelles Entleeren.
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Es besteht die Möglichkeit, im Feld 35 Abschätzungen für weitere Auswertungen durchzuführen. Aus diesen Abschätzungen im Feld 35 können dann im Feld 36 Informationen für das Energiemanagement abgeleitet werden. Ist im Feld 37 eine Zeitdauer von 10 bis 40 min, und der Verbrennungsmotor des Fahrmischers ist im Feld 38 eingeschaltet, so bedeutet dies für das Energiemanagement im Feld 36, dass im Feld 39 generatorisches Laden möglich ist. Ist die Zeitdauer im Feld 40 0 bis 15 min, und im Feld 41 steht das Fahrzeug, beispielsweise die Feststellbremse ist aktiviert, so ist die Information an das Energiemanagement, dass externes Laden durch eine externe Stromversorgung im Feld 42 möglich ist. Ist im Feld 43 die Zeitdauer nicht abzuschätzen und im Feld 44 ist der Verbrennungsmotor eingeschaltet, so ist die Information für das Energiemanagement 36, dass generatorisches Laden im Feld 45 möglich ist. Ist im Feld 46 die Zeitdauer 0 bis 2 min, und im Feld 47 das Fahrzeug steht, beispielsweise die Betriebsbremse ist aktiviert, so ist die Information an das Energiemanagement 36, dass im Feld 48 externes Laden möglich ist. Ist die Zustandserkennung im Feld 32, dass die Trommel steht, so kann im Feld 49 die Zeitdauer nicht abgeschätzt werden. Ist im Feld 50 die Zeitdauer nicht abzuschätzen und im Feld 51 steht das Fahrzeug, so ist im Feld 52 externes Laden möglich. Ist im Feld 53 die Zeitdauer nicht abzuschätzen und im Feld 54 steht das Fahrzeug, so ist im Feld 55 externes Laden möglich. Ist im Feld 56 eine Zeitdauer von 0 bis 15 min und im Feld 57 steht das Fahrzeug, so ist im Feld 58 externes Laden möglich. Die genannten Drehmomente und Drehzahlen sowie Zeitdauern sind nur exemplarisch und können auch andere Werte annehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mischtrommel
- 2
- Elektromotor
- 3
- Untersetzungsgetriebe
- 4
- Bremse
- 5
- Batterie
- 6
- Generator
- 7
- Motorsteuervorrichtung
- 8
- Wechselrichter
- 9
- Verbrennungsmotor
- 10
- Fahrzeugräder
- 11
- elektronische Steuervorrichtung
- 12
- Beladen
- 13
- Fahrt
- 14
- Aufmischen
- 15
- Entladen
- 16
- Leerfahrt
- 17
- Start
- 18
- Drehrichtung
- 19
- Drehzahl
- 20
- Drehzahl
- 21
- Drehmoment
- 22
- Drehmoment
- 23
- Drehmoment
- 24
- Drehmoment
- 25
- Drehmoment
- 26
- Zustandserkennung
- 27
- Trommel leer
- 28
- Agitieren
- 29
- Befüllen
- 30
- Mischen
- 31
- Aufmischen
- 32
- Halten
- 33
- Entleeren
- 34
- Schnellentleeren
- 35
- Abschätzungen
- 36
- Energiemanagement
- 37
- Zeitdauer 10 bis 40 min
- 38
- Verbrennungsmotor an
- 39
- generatorisches Laden
- 40
- Zeitdauer 0 bis 15 min
- 41
- Fahrzeug steht
- 42
- externes Laden
- 43
- Zeitdauer nicht abzuschätzen
- 44
- Verbrennungsmotor an
- 45
- generatorisches Laden
- 46
- Zeitdauer 0 bis 3 min
- 47
- Fahrzeug steht
- 48
- externes Laden
- 49
- Zeitdauer nicht abzuschätzen
- 50
- Zeitdauer nicht abzuschätzen
- 51
- Fahrzeug steht
- 52
- externes Laden
- 53
- Zeitdauer nicht abzuschätzen
- 54
- Fahrzeug steht
- 55
- externes Laden
- 56
- Zeitdauer 0 bis 15 min
- 57
- Fahrzeug steht
- 58
- externes Laden
