DE102021213085A1 - Verfahren zum Dämpfen eines beweglich gelagerten Anbauteils einer Maschine und Maschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen eines beweglich gelagerten Anbauteils (110) einer Maschine (100), wobei das Anbauteil (110) mittels eines Hydraulikzylinders (120) bewegbar ist, wobei der Hydraulikzylinder (120) über eine Hydraulikpumpe (130) betätigt wird, umfassend: Erhalten eines Messwerts eines Drucks (P) in einer lastseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (120) während einer Messphase, und Ansteuern der Hydraulikpumpe (130) zum Einregeln des Drucks in der lastseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (110) auf den Messwert als Sollwert während eines Betriebs der Maschine (100) zum Dämpfen des beweglich gelagerten Anbauteils (110).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen eines beweglich gelagerten Anbauteils einer Maschine, wobei das Anbauteil mittels eines Hydraulik-Zylinders bewegbar ist, wobei der Hydraulik-Zylinder über eine Hydraulikpumpe betätigt wird, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie eine solche Maschine mit Anbauteil.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Maschinen, insbesondere Arbeitsmaschinen oder andere bewegliche oder fahrbare Maschinen, insbesondere Fahrzeuge, können bewegliche Anbauteile aufweisen, die mittels eines Hydraulik-Zylinders bewegbar sind. Bei solchen Anbauteilen kann es sich z.B. um einen Baggerarm eines Baggers, einen Frontlader eines Traktors oder ähnliches handeln.
  • Bei einer Bewegung des Anbauteils relativ zum Rest der Maschine, oder auch z.B. beim Fahren der Maschine, können Schwingungen des Anbauteils auftreten, die sich auf den Rest der Maschine übertragen. Die Kompensation solcher Schwingungen ist mitunter aufwendig und erfordert ggf. ein aufwendiges Drehmomentmanagement oder zusätzliche Komponenten.
  • Es ist daher wünschenswert, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Dämpfen eines beweglich gelagerten Anbauteils einer Maschine anzugeben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden Verfahren zum Dämpfen eines beweglich gelagerten Anbauteils einer Maschine, eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung, sowie eine solche Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung beschäftigt sich mit Maschinen, die ein bewegliches Anbauteil (oder Anbaugerät) aufweisen, das mittels eines Hydraulik-Zylinders bewegbar ist. Bei dem Anbauteil kann es sich um einen Bestandteil der Maschine an sich handeln, der aber eben relativ zum Rest der Maschine beweglich ist. Beispiele hierfür sind ein Baggerarm eines Baggers oder ein Frontlader (mit Schaufel oder dergleichen) eines Traktors oder Radladers. Der Hydraulikzylinder wird dabei über eine Hydraulikpumpe, insbesondere eine elektrohydraulische Pumpe, z.B. in Form einer Axialkolbenpumpe, betätigt. Zudem kann ein Hydraulikventil, insbesondere ein sog. Steuerventil, vorgesehen sein, um den Fluss von Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe in die lastseitige (z.B. die bodenseitige) Kammer des Hydraulikzylinders zum Bewegen des Anbauteiles in eine Richtung, entgegen einer Last, z.B. zum Anheben eines Baggerarms, oder aber in die andere, z.B. stangenseitige Kammer des Hydraulikzylinders zum Bewegen des Anbauteiles in die andere Richtung, z.B. zum Absenken des Baggerarms, zu leiten. Die jeweils andere Kammer sollte dann mit einem Tank verbunden sein.
  • Zum Dämpfen des beweglich gelagerten Anbauteils - bzw. von Bewegungen des Anbauteils und dabei verursachten Schwingungen - wird ein (aktueller) Wert eines Drucks in der lastseitigen Kammer des Hydraulikzylinders erfasst bzw. gemessen, und zwar während einer Messphase. Dieser Wert wird dann als Messwert z.B. einer ausführenden Recheneinheit zugeleitet und dort erhalten. Außerdem können aktuelle Positionsinformationen des Anbauteils von z.B. Lage- und/oder Positionssensoren berücksichtigt werden. In der Messphase ist darauf zu achten, dass gerade keine Schwingung vorliegt, z.B. im Stillstand der Maschine und des Anbauteils.
  • Dann wird die Hydraulikpumpe zum Einregeln des Drucks in der lastseitigen Kammer des Hydraulikzylinders auf den Messwert als Sollwert angesteuert, und während eines Betriebs der Maschine; dies dient zum Dämpfen des beweglich gelagerten Anbauteils. Insbesondere sollte die Hydraulikpumpe dabei in beide Richtungen, also zum Fördern in die lastseitige Kammer und aus der Kammer heraus eingerichtet sein; es sollte sich also um eine sog. Zwei-Quadranten-Pumpe handeln.
  • Mit anderen Worten wird also ein Druckregler der Hydraulikpumpe auf den statischen Lastdruck in der lastseitigen, z.B. bodenseitigen, Kammer (oder Bodenseite) des Hydraulikzylinders eingestellt. Die Hydraulikpumpe wird dann den Druck in der lastseitigen Kammer konstant halten. Dabei werden etwaige dynamischen Änderungen des Druckes - wie sich durch eine Bewegung des Anbauteils, insbesondere relativ zum Rest der Maschine, z.B. durch Fahren der Maschine - von der Hydraulikpumpe ausgeregelt.
  • Über die Lage- bzw. Positionssensoren besteht zudem die Möglichkeit, die Druckeinstellung der Hydraulikpumpe so anzupassen, dass das Anbauteil in einer sicheren Position gehalten werden kann. Mit anderen Worten werden Positionsinformationen des Anbauteils, insbesondere von einem oder mehreren Lage- oder Positionssensoren, erhalten und der Sollwert wird in Abhängigkeit von den Positionsinformationen und einer vorgegebenen oder gewünschten Position des Anbauteils angepasst.
  • Vorzugsweise wird wenigstens eine weitere Komponente der Maschine, insbesondere ein Antrieb, über die Hydraulikpumpe betätigt. In diesem Fall können während des Einregelns des Drucks in der lastseitigen Kammer des Hydraulikzylinders entstehende Druck- und/oder Drehmomentänderungen bei einem Betrieb der wenigstens einen weiteren Komponente berücksichtigt, insbesondere ausgeglichen werden. Damit wirken sich die von der Hydraulikpumpe z.B. in den Antriebstrang eingeleiteten Drehmomente nicht auf die Fahrdynamik aus; sie werden durch ein geeignetes Maschinenmanagement kompensiert. Dies gilt entsprechend für die Leistungsabgabe und die Leistungsaufnahme.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Arbeitsmaschine oder Fahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Maschine, insbesondere Fahrzeug, mit einem beweglich gelagerten Anbauteil, das mittels eines Hydraulikzylinders bewegbar ist, wobei der Hydraulikzylinder über eine Hydraulikpumpe betätigbar ist, weiterhin mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit.
  • Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Maschine in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Maschine 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, anhand der nachfolgend auch ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform erläutert werden soll.
  • Die Maschine 100 wiest beispielhaft ein als Baggerarm ausgebildetes bewegliches Anbauteil 110 auf, das mittels eines Hydraulikzylinders 122 bewegbar ist. Der Hydraulikzylinder wiederum wird über eine Hydraulikpumpe 130, insbesondere eine elektrohydraulische Pumpe, betätigt. Hierzu ist die Hydraulikpumpe 130, hier eine Axialkolbenpumpe, über ein als Steuerventil ausgebildetes Hydraulikventil 140 an eine lastseitige, hier die bodenseitige Kammer 121 des Hydraulikzylinders anschließbar; die stangenseitige Kammer 122 ist dann mit dem Tank 150 verbunden. Wenngleich die Anschlüsse durch das Steuerventil auch anders verbunden werden können, ist die erwähnte Situation für das folgende Verfahren zu verwenden. Hierzu ist das Hydraulikventil aus der gezeigten Position nach rechts zu verstellen.
  • Weiterhin ist ein Lage- oder Positionssensor 112 zum Erfassen von Positionsinformationen des Anbauteils 110 vorgesehen, ein weiterer Lage- oder Positionssensor 114 an einem Lager (bzw. Rahmen) ebenso ein Drucksensor 124 zum Erfassen eines Drucks P in der bodenseitigen Kammer 121 sowie ein Schwenkwinkelsensor 132 zum Erfassen eines Schwenkwinkels der Hydraulikpumpe. Ebenso kann ein Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl dort integriert sein. Die Sensoren sind alle an eine als Steuergerät ausgebildete Recheneinheit 160 angebunden, sodass dort die entsprechenden Messwerte erhalten werden können. Beispielsweise erlauben die Lage- oder Positionssensoren eine besonders gute Regelung der Lage und des Lastdrucks.
  • Es wird nun z.B. ein aktueller Wert des Drucks p in der bodenseitigen Kammer 121 des während einer Messphase erfasst und als Messwert in der Recheneinheit 160 hinterlegt. Dieser Messwert ergibt sich aus einer Gewichtskraft FG, die durch das Anbauteil 110 auf den Hydraulikzylinder ausgeübt wird.
  • Dann wird die Hydraulikpumpe 130 angesteuert, um den Druck in der bodenseitigen Kammer 121 auf den Messwert als Sollwert einzuregeln, und zwar während eines Betriebs der Maschine 100. Damit wird erreicht, dass die durch den Druck in der bodenseitigen Kammer 121 und den Hydraulikzylinder auf das Anbauteil ausgeübte Kraft Fz, die der Gewichtskraft FG entgegenwirkt, konstant bleibt, jedenfalls so gut als möglich. Dies führt dazu, dass z.B. dann, wenn die Gewichtskraft FG durch eine Bewegung des Anbauteils kurzzeitig geringer wird, wodurch der Druck in der bodenseitigen Kammer 121 geringer wird, dieser Druck durch die Hydraulikpumpe erhöht wird. Dies verhindern ein Schwingen des Anbauteils, da der Hydraulikzylinder bzw. die Stange nachgeführt werden. Dies gilt entsprechend umgekehrt.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Dämpfen eines beweglich gelagerten Anbauteils (110) einer Maschine (100), wobei das Anbauteil (110) mittels eines Hydraulikzylinders (120) bewegbar ist, wobei der Hydraulikzylinder (120) über eine Hydraulikpumpe (130) betätigt wird, umfassend: - Erhalten eines Messwerts eines Drucks (P) in einer lastseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (120) während einer Messphase, und - Ansteuern der Hydraulikpumpe (130) zum Einregeln des Drucks in der lastseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (110) auf den Messwert als Sollwert während eines Betriebs der Maschine (100) zum Dämpfen des beweglich gelagerten Anbauteils (110).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des Einregeln des Drucks in der lastseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (120) während des Betriebs der Maschine die Hydraulikpumpe (130) mit der bodenseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (120) verbunden wird, insbesondere durch Einstellen eines Hydraulikventils (140).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine weitere Komponente der Maschine (100), insbesondere ein Antrieb, über die Hydraulikpumpe (130) betätigt wird, und wobei während des Einregelns des Drucks in der lastseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (120) während des Betriebs der Maschine (100) entstehende Druck- und/oder Drehmomentänderungen bei einem Betrieb der wenigstens einen weiteren Komponente berücksichtigt, insbesondere ausgeglichen werden.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Maschine (100) eine bewegliche, insbesondere fahrbare, Maschine, insbesondere ein Fahrzeug, verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Einregeln des Drucks in der lastseitigen Kammer (121) des Hydraulikzylinders (120) auf den Sollwert während des Betriebs der Maschine bei Bedarf, insbesondere auf einen Steuerbefehl, z.B. durch einen Betreiber der Maschine, hin, aktiviert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: - Erhalten von Positionsinformationen des Anbauteils (110), insbesondere von einem oder mehreren Lage- oder Positionssensoren (112, 114), und - Anpassen des Sollwerts in Abhängigkeit von den Positionsinformationen und einer vorgegebenen oder gewünschten Position des Anbauteils (110).
  7. Recheneinheit (160), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  8. Maschine (100), insbesondere Fahrzeug, mit einem beweglich gelagerten Anbauteil (110), wobei das Anbauteil (110) mittels eines Hydraulikzylinders (120) bewegbar ist, wobei der Hydraulikzylinder (120) über eine Hydraulikpumpe betätigbar ist, weiterhin mit einer Recheneinheit (160) nach Anspruch 7.
  9. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (160) veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (160) ausgeführt wird.
  10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.
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