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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektrisch angetriebene
Arbeitsmaschinen und sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren
zur Begrenzung der Massenkraft in einer elektrisch angetriebenen
Arbeitsmaschine.
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Hintergrund
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Elektrisch
angetriebene Arbeitsmaschinen sind in der einen oder anderen Form
seit vielen Jahren bekannt. Die kontinuierliche Abnahme der Reserven
von fossilem Brennstoff in Verbindung mit zunehmender Sorge um gewisse
Emissionen aus Verbrennungsmotoren haben jedoch die Industrie motiviert, eine
zunehmende Anzahl von elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen
einzuführen. Das Interesse an elektrischen Antriebssystemen
für schwere Maschinen hat insbesondere in den letzten Jahren
zugenommen. Zusätzlich zu den Umweltschutzgründen und
wirtschaftlichen Gründen für die Zunahme von elektrisch
angetriebenen Arbeitsmaschinen hat die Industrie begonnen, bessere
und praktischere Technologien zur elektrischen Erzeugung und zum
Antrieb auf den Markt zu liefern.
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Mit
dem Aufkommen von besseren elektrischen Antriebssystemtechnologien
sind neue Probleme aufgekommen. Eine Herausforderung bezieht sich
insbesondere auf die Gegenwirkung von gewissen elektrisch angetriebenen
Arbeitsmaschinen mit einem Arbeitsmaterial, insbesondere mit einem
Arbeitsmaterialhaufen. Über viele Jahre der Erfahrung mit
traditionellen Arbeitsmaschinenkonstruktionen und Betriebssystemen
ist es dazu gekommen, dass Bediener gewisse Leistungs- und Betriebscharakteristiken
bei speziellen Arten von Arbeitsmaschinen erwarten. Beispielsweise
ist es dazu gekommen, dass Ladenfahrer, die auf Ladern mit herkömmlichen hydraulischen
oder teilhydraulischen Antriebssträngen ausgebildet worden
sind, gewisse Phänomene im Betrieb erwarten, wenn sie Material
von einem Materialhaufen laden.
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Ein
typischer Ladevorgang besteht daraus, dass ein Bediener einen Lader
in einen Materialhaufen fährt, um die Frontschaufel mit
Arbeitsmaterial zu füllen oder teilweise zu füllen.
Sobald der Lader in den Haufen gefahren worden ist, kann der Bediener die
Schaufel zurück und nach oben kippen, um das Arbeitsmaterial
in die Schaufel zu heben. Der Bediener kann dann die Arbeitsmaschine
rückwärts fahren und den Lader mit seinem Schaufelinhalt
zu einer Abladestelle oder einem Lastwagen fahren. Im Wesentlichen
gleichzeitig mit dem Fahren des Laders in den Haufen kann der Bediener
beginnen, die Schaufelhydraulik zu aktivieren. Die Aktivierung der
Schaufelhydraulik wird eine Anforderung bzw. Belastung auf die Hydrauliksystempumpe
bringen, was im Endeffekt Leistung aus dem Verbrennungsmotor des
Laders abzieht und die Motordrehzahl verringert. Wegen der Belastung
auf dem Motor wird die Antriebsleistung, die auf die Räder
des Laders aufgebracht wird, was in der Technik als Durchzug bzw.
Antriebsmoment bekannt ist, abnehmen. Somit wird die Verwendung der
Arbeitsmaschinenhydraulik das Ausmaß begrenzen, in dem
die Schaufel in den Haufen durch das Antriebssystem der Arbeitsmaschine
gedrückt wird.
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Bei
elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen gibt es nicht eine solche
inhärente Beschränkung der Vorwärtsantriebskraft
aus dem elektrischen Antriebssystem. Entsprechend kann ein fortgesetzter vorwärts
gerichteter Antrieb des Laders die Schaufel in den Haufen bis zu
einem solchen Punkt drücken, dass sie stecken bleibt. Der
Bediener kann dann Schwierigkeiten haben, entweder die Schaufel
mit ihrem Inhalt aus dem Haufen anzuheben oder sogar die Arbeitsmaschine
aus dem Haufen zurückzufahren. Die Gegenwirkung zwischen
dem Arbeitsmaterialhaufen und der hydraulisch betätigten
Schaufel der Arbeitsmaschine und der assoziierten Hydraulik ist
in der Technik als "Massenkraft" bekannt.
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Das
US-Patent mit der Nr. 4 776 751 von
Saele stellt ein System zur Steuerung der Massenkraft in einem hydraulisch
angetriebenen Lader dar. Saele sieht eine Hydraulikpumpe mit variabler
Verdrängung und einen Hydraulikmotor mit fester Verdrängung vor.
Saele verwendet mehrere Hydraulikdruckabfühlschalter, um
eine übermäßige Massenkraft auf dem Arbeitswerkzeug
zu bestimmen. Auf die Detektion einer übermäßig
großen Massenkraft übersteuert die elektronische
Steuer vorrichtung die Bedienerbefehle und verringert die Strömungsmittelausgabe
aus der Hydraulikantriebspumpe. Eine Einstellung der Antriebspumpe
wird die Strömungsmittelversorgungsrate bzw. den Strömungsmittelversorgungsdruck
zum Hydraulikmotor verringern, was wiederum die vorwärts
gerichtete Antriebskraft der Arbeitsmaschine begrenzt. Saele scheint
somit einen arbeitsfähigen Ansatz für die Massensteuerung
vorzusehen, jedoch nur für eine spezielle Laderbauart.
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Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargestellten Probleme oder der Nachteile zu überwinden.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einem
Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Betrieb
einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine vor. Das Verfahren
weist den Schritt auf, eine elektrische Leistungsquelle der Arbeitsmaschine
zu betreiben, um elektrische Leistung zu einem elektrischen Antriebsmotor
der Arbeitsmaschine zu liefern. Das Verfahren weist weiter den Schritt
auf, das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Antriebsmotors basierend
auf dem Auftreten eines Massenkraftzustandes der Arbeitsmaschine
zu begrenzen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung eine elektrisch
angetriebene Arbeitsmaschine vor. Die Arbeitsmaschine weist eine elektrische
Leistungsquelle und ein elektrisches Antriebssystem auf, welches
mit der elektrischen Leistungsquelle gekoppelt ist, die einen elektrischen
Antriebsmotor aufweist. Eine elektronische Steuervorrichtung ist
in steuernder Verbindung mit dem Elektromotor und weist Mittel zur
Begrenzung eines Ausgangsdrehmomentes des elektrischen Antriebsmotors
basierend zumindest teilweise auf einem Massenkraftzustand der Arbeitsmaschine
auf.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung eine elektronische Steuervorrichtung
vor, die Mittel zur Begrenzung der Massenkraft in einer elektrisch
angetriebenen Arbeitsmaschine aufweist, und zwar zumindest teilweise
durch Begrenzung des Ausgangsdrehmomentes eine elektrischen Antriebsmotors der
Arbeitsmaschine, wo eine Massenkraft, die auf ein Arbeitswerkzeug der
Arbeitsmaschine wirkt, eine Massenkraftgrenze überschreitet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine
gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches einen Teil der elektrisch angetriebenen
Arbeitsmaschine der 1 veranschaulicht;
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches einen beispielhaften Steuerprozess gemäß der
vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 ist dort eine elektrisch angetriebene
Arbeitsmaschine 10 gezeigt, die einen Arbeitsmaschinenkörper 12 aufweist.
Die Arbeitsmaschine 10 ist im Zusammenhang eines Radladers veranschaulicht,
der ein hydraulisches Arbeitswerkzeugsystem 30 mit einer
herkömmlichen hydraulischen Betätigungsvorrichtung 32 aufweist,
die betreibbar ist, um ein Arbeitswerkzeug zu bewegen, wie beispielsweise
eine Schaufel 33. Es sei jedoch bemerkt, dass die Arbeitsmaschine 10 nicht
auf einen Radlader oder andere Laderbauarten eingeschränkt ist,
sodass ein Raupenlader gemäß der vorliegenden Offenbarung
aufgebaut sein könnte. Weiterhin kann nahezu jegliche elektrisch
angetriebene Arbeitsmaschine, die ein an einem Ende befestigtes
hydraulisch betätigtes Arbeitswerkzeug aufweist, aus den Lehren
der vorliegenden Offenbarung Vorteil ziehen, und viele unterschiedliche
Arbeitsmaschinenarten können daher in ihrem Umfang liegen.
Die Arbeitsmaschine 10 kann weiter eine elektrische Leistungsquelle 14 aufweisen,
wie beispielsweise einen Generator, eine Brennstoffzelle, einen
Kondensator oder eine Batterie, und einen elektrischen Antriebsmotor 20.
Eine elektronische Steuervorrichtung 40 ist vorgesehen,
um verschiedene Aspekte des Arbeitsmaschinenbetriebs zu überwachen
und zu steuern.
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Nun
auch mit Bezug auf 2 ist dort ein Blockdiagramm
von gewissen Komponenten der in 1 gezeigten
Arbeitsmaschine 10 gezeigt. Die elektrische Leistungsquelle 14 ist
in 2 gezeigt, eine Antriebsmotorsteuervorrichtung 21 und
eine Werkzeugpumpensteuervorrichtung 31. Jede der Steuervorrichtungen 21 und 31 kann
wiederum mit einer elektronischen Überwachungssteuervorrichtung 40 gekoppelt
sein. Die Antriebsmotorsteuervorrichtung 21 kann mit dem
Antriebsmotor 20 gekoppelt sein, der wiederum mit den Arbeitsmaschinenrädern/Arbeitsmaschinenreifen 22 gekoppelt
ist. Die Werkzeugpumpensteuervorrichtung 31 kann mit dem Hydrauliksystem 30 gekoppelt
sein, welches wiederum mit der hydraulischen Betätigungsvorrichtung 32 gekoppelt
ist. Der Kasten 41 der 2 stellt
verschiedene Sensoren dar, die betreibbar sind, um ausgewählte
Betriebsparameter zur Überwachungssteuervorrichtung 40 zu übermitteln,
beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit, den Hydraulikdruck im System 30,
die Schaufel- oder Betätigungsvorrichtungsposition, die
Busspannung usw. Der Kasten 42 stellt verschiedene Bedienereingangsgrößen
dar, wie beispielsweise von einem Drossel- bzw. Gaspedal, von Bremspedalen,
vom Lenkrad usw.
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Die
elektrische Leistungsquelle 14 kann auch mit einem Gleichstrombus 15 gekoppelt
sein. Der Gleichstrombus 15 kann wiederum mit der Werkzeugpumpensteuervorrichtung 31 und
mit der Antriebsmotorsteuervorrichtung 21 gekoppelt sein.
In einem in Betracht gezogenen Ausführungsbeispiel werden
sowohl der Antriebsmotor 20 als auch das Hydrauliksystem 30 einschließlich
einer Werkzeugpumpe elektrisch angetrieben sein. Es wird in Betracht
gezogen, dass in anderen Ausführungsbeispielen die (nicht
gezeigte) Werkzeugpumpe mechanisch mit Leistung versorgt werden
kann, beispielsweise über eine Koppelung mit einem Motor
der Arbeitsmaschine. Ein erster Leistungswandler 17a kann
zwischen dem Gleichstrombus 15 und der Werkzeugpumpensteuervorrichtung 31 angeordnet sein,
während ein weiterer Leistungswandler 17b zwischen
dem Gleichstrombus 15 und der Antriebsmotorsteuervorrichtung 21 angeordnet
sein kann. Jeder der Leistungswandler 17a und 17b kann über
die Überwachungssteuervorrichtung 40 oder irgendeine der
Steuervorrichtungen 21 und 31 gesteuert werden,
um elektrische Leistung über eine erwünschte Wellenform
bzw. Soll-Wellenform zum Antriebsmotor 20 bzw. zur Werkzeugpumpe
des Hydrauliksystems 30 zu liefern. In einem typischen
Ausführungsbeispiel wird die elektrische Leistungsquelle 14 betrieben,
um die Gleichstrombusspannung innerhalb eines gewissen vorbestimmten
Bereiches zu halten, der ein vergleichsweise enger Bereich sein
kann. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Gleichstrombusspannung
auf der Grundlage von anderen Faktoren als dem Ausgangsdrehmoment
des Motors 20 gesteuert werden. In anderen in Betracht
gezogenen Ausführungsbeispielen kann jedoch die Busspannung
wesentlich variieren, wie beispielsweise wenn gewisse Komponenten
der Arbeitsmaschine 10 zeitweise elektrische Leistung vom
Gleichstrombus 15 abziehen und eine Verringerung der Gleichstrombusspannung
verursachen.
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Die
vorliegende Offenbarung weist weiter ein Verfahren zum Betrieb einer
elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine auf, wie beispielsweise
der Arbeitsmaschine 10. Das Verfahren weist den Schritt auf,
die elektrische Leistungsquelle 14 der Arbeitsmaschine 10 zu
betreiben, um elektrische Leistung zum elektrischen Antriebsmotor 20 zu
liefern. Wie hier beschrieben, kann die elektrische Leistungsquelle 14 der
Arbeitsmaschine 10 eine Brennstoffzelle oder eine Batterie
oder ein Kondensator oder ein Generator sein, wie beispielsweise
ein herkömmlicher Generatorsatz, der einen Motor aufweist.
Im Zusammenhang mit der Arbeitsmaschine 10 kann der Betriebsschritt
weiter aufweisen, die elektrische Leistungsquelle 14 zu
betreiben, um die Spannung des Gleichstrombusses 15 zu
steuern. In gewissen Ausführungsbeispielen kann der Betriebsschritt
weiter aufweisen, die Gleichstrombusspannung basierend auf anderen
Faktoren als dem Motorausgangsdrehmoment während eines
Massenkraftzustandes zu steuern. Anders gesagt, bei gewissen Ausführungsbeispielen
kann die Busspannung auf einem gegebenen Niveau oder innerhalb eines
gegebenen Bereiches gehalten werden, und zwar ungeachtet des Ausgangsdrehmomentes
des Motors 20, wenn die Maschine 10 mit einem
Arbeitsmaterial in Gegenwirkung tritt oder in anderer Weise einen
Massenkraftzustand erfährt, wie beispielsweise dann, wenn
bestimmt wird, dass das Hydrauliksystem 30 im Gebrauch
ist, wie hier beschrieben.
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Das
Verfahren kann weiter den Schritt aufweisen, das Ausgangsdrehmoment
des elektrischen Antriebsmotors 20 basierend auf dem Auftreten
eines Massenkraftzustandes der Arbeitsmaschine zu begrenzen. Ein
"Massenkraftzustand" kann eine Massenkraft sein, die auf das Arbeitswerkzeug 33 wirkt,
die größer als beispielsweise eine vorbestimmte
Massenkraftgrenze ist. Alternativ kann ein Massenkraftzustand eine
spezielle Bestimmung dessen sein, dass das Arbeitswerkzeug 33 mit
einem Arbeitsmaterialhaufen in Gegenwirkung tritt, oder dass das
Hydrauliksystem 30 beispielsweise einen Grabvorgang einrichtet,
indem bestimmt wird, dass das Hydrauliksystem 30 in Gebrauch
ist. Auf jeden Fall kann beim Detektieren eines Grabvorgangs oder beim
Detektieren einer Massenkraft über einer Schwelle das Ausgangsdrehmoment
des Motors 20 begrenzt werden, um eine übermäßige
Massenkraft und ein Steckenbleiben der Schaufel 33 in einem
Arbeitsmaterialhaufen oder eine Überlastung des Hydrauliksystems 30 zu
verhindern, wie hier beschrieben.
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Der
Begrenzungsschritt kann weiter den Schritt aufweisen, ein Ausgangsdrehmoment
des elektrischen Antriebsmotors 20 anzuweisen. Insbesondere
können die Überwachungssteuervorrichtung 40 oder
die Antriebsmotorsteuervorrichtung 21 ein Ausgangsdrehmoment
des Motors 20 anweisen, welches den Abzug von elektrischer
Leistung des Motors 20 vom Gleichstrombus 15 begrenzt.
Der Befehl kann einen Drehmomentbefehl an den Motor 20 aufweisen,
sodass dieser einen speziellen Strom und/oder eine Spannung vom
Gleichstrombus 15 abzieht. Der Befehl kann auch, statt
einem Drehmomentbefehl an den Antriebsmotor 20 oder zusätzlich dazu,
einen Befehl an den Leistungswandler 17b aufweisen, um
die erwünschte elektrische Leistungswellenform zum Antriebsmotor 20 vom
Gleichstrombus 15 zu liefern.
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Der
Begrenzungsschritt kann weiter aufweisen, ein verringertes Ausgangsdrehmoment über
irgendeines der oben beschriebenen Mittel an den Motor 20 beim
Auftreten einer Massenkraft anzuweisen, die auf das Arbeitswerkzeug 33 der
Arbeitsmaschine 10 wirkt, die eine Massenkraftgrenze überschreitet. Die
Massenkraftgrenze kann eine aktiv bestimmte Grenze sein oder kann
beispielsweise eine vorbestimmte Massenkraftgrenze entsprechend
einem Hydraulikdruck in dem Hydrauliksystem 30 der Arbeitsmaschine 10 sein.
In einem in Betracht gezogenen Ausführungsbeispiel kann
das Ausgangsdrehmoment im Motor 20 über eine Massenkraftkarte
bzw. ein Massenkraftkennfeld angewiesen werden. Beispielsweise kann
die Massenkraft gegenüber speziellen Motorausgangsdrehmomentniveaus
aufgezeichnet bzw. eingetragen sein, sodass für eine gegebene
Massenkraft ein spezielles Motordrehmoment oder eine maximale Motordrehmomentgrenze bestimmt
werden kann.
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Der
Begrenzungsschritt kann weiter aufweisen, ein vom Bediener angewiesenes
Motorausgangsdrehmoment zu übersteuern, wenn ein Massenkraftzustand
in der Arbeitsmaschine 10 bestimmt wird, oder wenn eine
Massenkraft über einer vorbestimmten Grenze ist. Im ersteren
Fall kann das einfache Detektieren, dass das Arbeitsmaschinenhydrauliksystem 30 in
Gebrauch ist, einen Zustand bezeichnen, wo die Bedienereingaben
immer von der Überwachungssteuervorrichtung 40 oder
der Motorsteuervorrichtung 21 übersteuert bzw. überstimmt
werden. In letzterem Fall kann eine der jeweiligen elektronischen
Steuervorrichtungen bestimmen, ob der Bediener ein Motorausgangsdrehmoment
anweist, welches über einer vorbestimmten Motorausgangsdrehmomentgrenze
ist, und kann die Bedienereingabe nur in solchen Situationen übersteuern.
Diese Ausgangsdrehmomentgrenzen können durch Experimente,
durch Modellierung oder durch irgendein anderes in der Technik bekanntes
geeignetes Verfahren bestimmt werden.
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Um
einen Steuerprozess gemäß der vorliegenden Offenbarung
zu bewirken, kann die elektronische Steuervorrichtung 40 ein
computerlesbares Medium mit einem darauf aufgezeichneten Massenkraftsteueralgorithmus
aufweisen. Der Steueralgorithmus kann Mittel aufweisen, um das Ausgangsdrehmoment
des Elektromotors 20 zu begrenzen, und zwar zumindest teilweise
basierend auf einem Massenkraftzustand der Arbeitsmaschine 10.
In ähnlicher Weise kann der Steueralgorithmus Mittel zum
Detektieren eines Wertes aufweisen, der eine Massenkraft anzeigt,
die auf die Schaufel 33 wirkt.
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Die
Mittel zur Begrenzung können noch weiterhin Mittel zur
Begrenzung eines elektrischen Stroms und/oder einer Spannung beim
Motor 20 durch Erzeugung eines Drehmomentbefehls an den Elektromotor 20 aufweisen.
Die Mittel zur Begrenzung können noch weiterhin Mittel
aufweisen, um ein Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 20 anzuweisen,
welches die kleinere Größe einer Ausgangs drehmomentgrenze
und eines vom Bediener angewiesenen Ausgangsdrehmomentes ist, falls
eine bestimmte oder vorhergesagte Massenkraft, die auf die Schaufel 33 wirkt,
die Massenkraftgrenze der Arbeitsmaschine 10 überschreitet.
Der Steueralgorithmus kann das vom Bediener angewiesene Ausgangsdrehmoment übersteuern
bzw. überstimmen, wenn die bestimmte Massenkraft über
einer vorbestimmten Grenze ist. Der Steueralgorithmus kann nur aktiviert
werden, wenn die Steuervorrichtung bestimmt, dass die Arbeitsmaschine
in einem Grabzustand ist, falls erwünscht.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass die Softwaresteuerlogik, die über
einen geeigneten Prozessor ausgeführt wird, nur ein Mittel
zur Ausführung eines Steuerprozesses gemäß der
vorliegenden Offenbarung ist. Beispielsweise könnten extra
dafür vorgesehene Hardware bzw. Komponenten, die den Steueralgorithmus
emuliert bzw. emulieren, alternativ verwendet werden, um einen oder
mehrere Schritte des gegenwärtig beschriebenen Betriebsverfahrens
zu bewirken.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Ein
typischer Laderbetriebszyklus wird eine wiederholte Beladung und
Entladung der Schaufel 33 aufweisen. Ein Bediener kann
die Arbeitsmaschine 10 in einen Haufen aus Kies, Erdboden,
Müll, Sägemehl usw. fahren, kann die Schaufel 33 über
den Hydraulikzylinder 32 betätigen, kann rückwärts
aus dem Haufen herausfahren und dann das aufgeladene Arbeitsmaterial
zu einer Abladestelle oder einem Lastwagen fahren. Die Vorwärtsbewegung
der Arbeitsmaschine 10 und der vorwärts gerichtete
Durchzug bzw. das Antriebsmoment über das Ausgangsdrehmoment
vom Elektromotor 20 kann in manchen Fällen eine
Massenkraft zwischen dem Materialhaufen und der Schaufel 33 zur
Folge haben, die eine Massenkraftgrenze der Arbeitsmaschine 10 überschreitet.
Eine übermäßig große Massenkraft
kann bewirken, dass die Schaufel 33 in dem Arbeitsmaterialhaufen
stecken bleibt, wie hier beschrieben. In anderen Fällen
kann eine übermäßige Massenkraft ein
Risiko des Versagens von einer oder mehreren Komponenten des Hydrauliksystems 30 darstellen,
beispielsweise das Zusammenfallen des Hydraulikzylinders 32 aufgrund
eines übermäßig großen Druckes.
Anders gesagt, kann die Massen kraftgrenze eine Funktion des maximalen
Hydraulikdruckes sein, die die jeweiligen Hydraulikkomponenten der
Arbeitsmaschine 10 aufnehmen können. Wenn eine übermäßige Massenkraft
auf die Schaufel 33 wirkt, oder zu irgendeinem Zeitpunkt,
wenn das Hydrauliksystem 30 in Gebrauch ist, kann der Steuerprozess
gemäß der vorliegenden Offenbarung eingerichtet
werden, um das Ausgangsdrehmoment des Antriebsmotors 20 zu begrenzen.
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Mit
Bezug auf 3 ist dort ein beispielhafter Steuerprozess
gemäß der vorliegenden Offenbarung durch ein Flussdiagramm 100 gezeigt.
Der Prozess bzw. das Verfahren des Flussdiagramms 100 wird
bei START beginnen, Kasten 110. Vorn Kasten 110 kann das
Verfahren zum Kasten 120 voranschreiten, welcher den Schritt
aufweist, die elektrische Leistungsquelle 14 zu betreiben,
um elektrische Leistung zum Antriebsmotor 20 zu liefern.
Vom Kasten 120 kann das Verfahren zum Kasten 130 voranschreiten,
wo die elektronische Steuervorrichtung 40 einen Massenkraftzustand
der Arbeitsmaschine 10 bestimmen kann. Die Bestimmung der
Massenkraft kann entweder aus einer tatsächlichen Messung
der Massenkraft, beispielsweise über den Hydraulikdruck
im Hydraulikzylinder 32 bestehen, oder durch anderweitige Bestimmung
oder Abschätzung, dass die Massenkraft eine Massenkraftgrenze
der Arbeitsmaschine 10 überschreitet. Noch weiterhin,
wie hier beschrieben, kann die Bestimmung des Massenkraftzustandes
beim Kasten 130 einfach eine gewisse Anzeige aufweisen,
dass ein Grabbetrieb auftritt, beispielsweise eine Anzeige, dass
die hydraulisch betätigten Werkzeuge in Gebrauch sind.
Vom Kasten 130 kann der Prozess zum Kasten 140 voranschreiten,
wo die Überwachungssteuervorrichtung 40 beispielsweise ein
vom Bediener angewiesenes Motorausgangsdrehmoment empfangen wird.
Die Bedienereingabe kann aus einem elektronischen Signal bestehen,
welches beispielsweise durch einen herkömmlichen Drosselhebel
oder ein Gaspedal erzeugt wird, oder durch eine Vorwärtsverschiebung
eines von Hand gesteuerten Joysticks bzw. Steuerhebels. Vom Kasten 140 kann
das Verfahren weiter zum Kasten 150 gehen, wo die elektronische
Steuervorrichtung 40 eine Abfrage ausführen kann,
ob das vom Bediener angewiesene Ausgangsdrehmoment größer
als eine vorbestimmte Grenze ist.
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Wie
hier beschrieben, kann das angewiesene Ausgangsdrehmoment, egal,
ob es vom Bediener oder von der Überwachungssteuervorrichtung 40 ist, ein
angewiesener Strom oder eine Spannung für den Elektromotor 20 sein,
der bzw. die einem erwünschten Drehmoment entspricht. Der
Ausgangsdrehmomentbefehl kann auch an den Leistungswandler 17b übermittelt
werden, sodass er elektrische Leistung über die erwünschte
Wellenform zum Elektromotor 20 liefert. Vom Kasten 150 kann
das Verfahren zum Kasten 160 weitergehen, wenn bestimmt
wird, dass das vom Bediener angewiesene Ausgangsdrehmoment größer
als die vorbestimmte Grenze ist, wobei die elektronische Steuervorrichtung 40 einen
Ausgangsdrehmomentbefehl an den Motor 20 erzeugen kann,
der auf der vorbestimmten Grenze basiert. Wenn im Kasten 150 das
vom Bediener angewiesene Ausgangsdrehmoment nicht größer
als die vorbestimmte Grenze ist, kann das Verfahren zum Kasten 170 weiter
gehen, wo die Überwachungssteuervorrichtung 40 einen
Ausgangsdrehmomentbefehl an den Motor 20 erzeugen kann,
der auf der Bedienereingabe basiert, oder auf einem vom Bediener
angewiesenen Ausgangsdrehmoment. Von einem der Kästen 160 oder 170 kann
das Verfahren direkt weiter zum Kasten 180 gehen, zum Ende,
wenn die Arbeitsmaschine 10 nicht länger einen
Grabvorgang ausführt. Wenn die Massenkraftsteuerung immer noch
nötig ist, wie beispielsweise wenn die Arbeitsmaschine 10 weiter
angewiesen wird, gegen einen Materialhaufen zu drücken,
kann das Verfahren zum Kasten 130 zurückkehren,
um die vorangegangenen Schritte zu wiederholen.
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Die
vorliegende Offenbarung sieht somit ein Massenkraftsteuerverfahren
vor, wodurch der Antrieb der Arbeitsmaschine 10 verringert
wird, wenn eine bestimmte übermäßig große
Massenkraft oder ein vorhergesagtes Risiko einer übermäßig
großen Massenkraft erzeugt wird. Die Verringerung des Ausgangsdrehmomentes
des Motors 20 wird den Durchzug bzw. das Antriebsdrehmoment über
die Räder der Arbeitsmaschine 10 verringern und
die Wahrscheinlichkeit des Steckenbleibens der Arbeitsmaschine 10 in
dem Arbeitsmaterialhaufen oder des Zusammenbruches der Systemhydraulik
verringern. Der gegenwärtig beschriebene Ansatz sieht verschiedene
Vorteile gegenüber bekannten Konstruktionen vor, insbesondere
indem eine Verringerung des Antriebs vorgesehen wird, ohne notwendigerweise eine
Verringerung der Ausgabe der elektrischen Leistungsquelle 14 zu
er fordern. Der Fachmann wird erkennen, dass in gewissen Betriebsumgebungen,
wie beispielsweise in unterirdischen Minen, Emissionen und Brennstoffeinsparungsüberlegungen
es wünschenswert machen, ein schnelles Zunehmen oder Abnehmen
der Geschwindigkeit/Last eines Arbeitsmaschinengenerators zu vermeiden.
Die vorliegende Offenbarung verringert die Notwendigkeit von solchen
Veränderungen der Motordrehzahl und Motorbelastung durch
aktives Anweisen des Ausgangsdrehmomentes des Motors 20,
anstatt durch Steuerung der Leistungsausgabe der elektrischen Leistungsquelle 14.
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Die
vorliegende Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen
und sollte nicht so angesehen werden, dass sie den Umfang der vorliegenden
Erfindung in irgendeiner Weise einschränkt. Somit wird
der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den gegenwärtig
offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können,
ohne vom beabsichtigten Kern und Umfang der vorliegenden Offenbarung
abzuweichen. Andere Aspekte, Ziele und Vorteile werden bei einer Untersuchung
der beigefügten Zeichnungsfiguren und der beigefügten
Ansprüchen offensichtlich werden.
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Zusammenfassung
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Massenkraftsteuerung in elektrisch
angetriebener Arbeitsmaschine
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Ein
Verfahren zum Betrieb einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine
weist die Schritte auf, eine elektrische Leistungsquelle für
die Arbeitsmaschine zu betreiben, und ein Ausgangsdrehmoment des
elektrischen Antriebsmotors der Arbeitsmaschine basierend auf dem
Auftreten eines Massenkraftzustandes der Arbeitsmaschine zu begrenzen. Eine
elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine ist weiter vorgesehen, die
eine elektronische Steuervorrichtung mit Mitteln zur Begrenzung
des Motorausgangsdrehmomentes zumindest teilweise basierend auf
einem Massenkraftzustand der Arbeitsmaschine aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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