DE112013005529T5

DE112013005529T5 - Integrierter Generator zum Aufheizen einer Einbaubohle

Info

Publication number: DE112013005529T5
Application number: DE112013005529.5T
Authority: DE
Inventors: Thomas M. Sopko; Ryan T. Thiesse; Robert J. Lord; Toby A. Frelich; Edward Lee Zwilling; Robert Wayne Lindsay; Rodwan T. Adra
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-09-24
Also published as: WO2014093331A1; CN104937171B; CN104937171A; US8636442B1

Abstract

Eine Pflastermaschine (10) zum Verlegen einer Decke (26) aus Belagsmaterial auf einer mit einem Belag zu versehenden Oberfläche (12) umfasst einen Generator (66), wie etwa einen geschalteten Reluktanzgenerator (66), der einteilig mit einem Pumpenantrieb (64) verbaut und operativ mit einer Abtriebswelle (62) einer Leistungsquelle (16) der Pflastermaschine (10) verbunden ist. Der Generator (66) gibt AC-Leistung an einen Leistungswandler (68) aus, der seinerseits DC-Leistung für eine Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) ausgibt, um Wärme zu erzeugen, um die Einbaubohle (22) aufzuheizen. Die Pflastermaschine (10) kann auch ein Isolierungsüberwachungssystem (90) zur Bestimmung des Auftretens von Erdschlüssen in den elektrischen Komponenten (44) durch Vergleichen der Strompegel in den Komponenten (44) mit einem vorbestimmten maximalen Strompegel umfassen. Ein Steuergerät der Pflastermaschine (10) kann die Temperatur des Generators (66) überwachen und die Drehzahl der Leistungsquelle (16) erzeugen, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Pflastermaschinen, die betrieben werden, um eine Decke aus Belagsmaterial auf einer mit einem Belag zu versehende Oberfläche zu verlegen, und insbesondere die Verbesserung der Effizienz und Zuverlässigkeit der Aufheizung einer Einbaubohle der Pflastermaschine auf eine optimale Temperatur für das Verlegen der Decke auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche.
Hintergrund
Beim Bau von Straßen, Parkplätzen und dergleichen können zum Beispiel Pflastermaschinen verwendet werden, um ein Belagsmaterial wie etwa Asphalt, auf einer mit einem Belag zu versehenden Oberfläche abzusetzen, um eine flache, konsistente Oberfläche zu schaffen, über welche sich die Fahrzeuge bewegen werden. Eine Pflastermaschine auf der Baustelle, etwa eine reine Asphaltiermaschine, ist im Wesentlichen eine selbstangetriebene Baumaschine nach dem Stand der Technik, die dazu konstruiert ist, Asphaltmaterial zu erhalten, zu fördern, zu verteilen, zu profilieren und zum Teil zu verdichten. Die Pflastermaschine erhält das Asphaltmaterial, das auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt wird, damit es in einen Trichter an der Vorderseite der Maschine fließt und sich dort gleichmäßig verteilt. Das Asphaltmaterial in dem Trichter wird mit parallelen Lamellen-Fördereinrichtungen oder anderen Typen von Fördereinrichtungen, die am Boden des Trichters angeordnet sind, zu dem hinteren Teil der Maschine befördert. Das von dem Trichter geförderte Asphaltmaterial wird entlang der Breite eines vorgesehenen Streifens oder einer vorgesehenen Decke mittels zweier gegenüberliegender Schnecken oder Verteilungs-Fördereinrichtungen oder Förderschnecken verteilt, und eine frei schwebende Einbaubohle profiliert und verdichtet das Asphaltmaterial zu einer Decke auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche.
Der Betrieb der Pflastermaschine und ihrer Komponenten kann von dem/den Bediener(n) manuell gesteuert werden, um das Asphaltmaterial zu verteilen und die Decke auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche zu erzeugen. In vielen Pflastermaschinen sind Systeme vorgesehen, um den Belagseinbauvorgang für einen konsistenten Betrieb der Pflastermaschine zur Verlegung einer gleichmäßigen Decke auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche ohne Defekte, die die Unversehrtheit und Langlebigkeit der Decke beeinträchtigen, zu automatisieren und zu steuern. Die Automatisierungssysteme können eine Steuerung über die Geschwindigkeit der Pflastermaschine, den Betrieb der Fördereinrichtungen und Schnecken zur Verteilung des Asphaltmaterials, und die vertikale Stellung und Temperatursteuerung der Einbaubohle umfassen. Die Steuerungseinstellungen können während eines anfänglichen Einrichtungsvorgangs für einen Einbauauftrag festgelegt werden, zum Beispiel der Belagseinbau auf einem Autobahnabschnitt oder der Belagseinbau auf einem Parkplatz.
Während des Belagseinbauvorgangs muss die Einbaubohle aufgeheizt werden, so dass das heiße Belagsmaterial nicht an der Bodenfläche haftet, während die Einbaubohle über die Decke läuft und diese verdichtet. Die Einbaubohle weist eine Vielzahl von elektrischen Heizelementen auf, die die Einbaubohle auf die zur Verlegung notwendige Temperatur aufheizen. Die Heizelemente erhalten über Relais Strom von einem Generator der Pflastermaschine. In den meisten derzeitigen Pflastermaschinen hat eine Leistungsquelle, wie etwa ein Gas- oder Diesel-Verbrennungsmotor, eine Abtriebswelle, die einen Pumpenantrieb antreibt. Der Pumpenantrieb treibt seinerseits mehrere Pumpen und/oder Motoren an, die pneumatische, hydraulische und mechanische Leistung an die verschiedenen Systeme der Pflastermaschine bereitstellen. Eine der Pumpen oder Motoren treibt den Generator an, der Elektrizität an die Heizelemente der Einbaubohle liefert. Die meisten Generatoren, die in derartigen Anwendungen eingesetzt werden, stellen Wechselstrom- oder AC-Leistung mit Frequenzen bereit, die mit der Drehzahl der Abtriebswelle der Leistungsquelle variieren. Eine zusätzliche Gleichrichterschaltung oder andere Signalaufbereitungsanordnung ist vorgesehen, um den Ausgang des Generators in AC-Leistung mit einer ungefähr konstanten Frequenz zu wandeln.
Die Verwendung der Abfolge untereinander verbundener Komponenten, wie soeben beschrieben, führt zu Leistungsverlusten und verringerter Effizienz, die die Betriebskosten der Pflastermaschine steigern. Einige Pflastermaschinen-Anordnungen stellen eine direktere Verbindung zwischen einer Leistungsquelle und einem Generator bereit. Zum Beispiel offenbart die veröffentlichte US-Patentanmeldung 2010/0296866 vom 25. Nov. 2010 mit dem Titel, ”Pflastermaschine und Verfahren zum Betrieb derselben” einen Generator, der entweder am Leistungsabnahmezahnrad für die Pumpen des Straßenasphaltierers oder an einer Aufhängung im Fahrgestell des Straßenasphaltierers oder an einer Konsole des Verbrennungsmotors des Straßenasphaltierers montiert ist. Der Generator kann über eine permanente Antriebsverbindung, wie etwa einen Riemenantrieb oder eine Antriebswelle angetrieben werden. Die Veröffentlichung lehrt jedoch keine Alternative für die oben beschriebene Verbindung mit den Heizelementen des Straßenasphaltierers.
Während des Betriebs von Pflastermaschinen mit den oben beschriebenen Einbaubohlenaufheizanordnungen wird die Einbaubohlentemperatur auf dem gewünschten Niveau gehalten, während die Decke auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche verlegt wird. Typischerweise umfasst jedes der Einbaubohlenheizelemente einen entsprechenden Sicherungsautomaten, der im Falle eines Erdschlusses auslöst, um Schäden an den Komponenten zu vermeiden. Tritt ein Erdschluss auf, löst der Sicherungsautomat aus, ohne dass an den Bediener eine Meldung ausgegeben wird, dass das entsprechende Heizelement keine Leistung erhält. Die Pflastermaschine fährt fort, die Decke auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche zu verlegen, während der entsprechende Abschnitt der Einbaubohle abkühlt, und der Bediener kann den Fehler des Heizelements nicht feststellen, bevor bereits Abschnitte der Decke durch Kontakt mit dem abgekühlten Abschnitt der Einbaubohle beeinträchtigt sind.
In Anbetracht der Ineffizienzen und Leistungsrisiken bei der Bereitstellung von Leistung an die Einbaubohlen-Heizelemente in den bestehenden Pflastermaschinen herrscht Bedarf nach einer verbesserten Erzeugung und Übertragung elektrischer Leistung an die Einbaubohlen-Heizelemente, sowie einer verbesserten Handhabung von Erdschluss-Situationen, um die negativen Auswirkungen auf die von den Pflastermaschinen verlegten Decken zu minimieren.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Pflastermaschine zum Verelgen einer Decke aus Belagsmaterial auf einer mit einem Belag zu versehenden Oberfläche offenbart. Die Pflastermaschine kann ein Schleppfahrzeug und eine Einbaubohle umfassen. Das Schleppfahrzeug kann umfassen: eine Leistungsquelle mit einer Abtriebswelle, einen Pumpenantrieb, der mit der Abtriebswelle der Leistungsquelle verbunden ist, einen Generator, der einteilig mit dem Pumpenantrieb verbaut und operativ mit der Abtriebswelle der Leistungsquelle verbunden ist, um einen Läufer des Generators anzutreiben und AC-Leistung zu erzeugen, einen ersten Leistungswandler, der operativ mit dem Generator verbunden ist, um die von dem Generator erzeugte AC-Leistung zu empfangen, die AC-Leistung in Gleichstrom- bzw. DC-Leistung umzuwandeln und die DC-Leistung auszugeben, sowie ein Schleppfahrzeug-Steuergerät, das operativ mit dem Generator verbunden ist, um Steuersignale zu empfangen, und operativ mit dem ersten Leistungswandler verbunden ist, um Steuersignale zu übertragen und zu empfangen. Die Einbaubohle kann einen Zonen-Leistungsverteilerkasten mit einer Vielzahl von Zonen-Hauptkabelsträngen umfassen, sowie eine Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen, die operativ mit dem Schleppfahrzeug-Steuergerät verbunden sind, um Steuersignale zu übertragen. Der Zonen-Leistungsverteilerkasten kann operativ mit dem Schleppfahrzeug-Steuergerät verbunden sein, um Steuersignale zu übertragen und zu empfangen, und kann operativ mit dem ersten Leistungswandler verbunden sein, um die DC-Leistung von dem ersten Leistungswandler zu empfangen, wobei die an dem Zonen-Leistungsverteilerkasten empfangene DC-Leistung auf die Vielzahl von Zonen-Hauptkabelsträngen verteilt wird. Jeder der Vielzahl von Zonen-Hauptkabelsträngen des Zonen-Leistungsverteilerkastens ist operativ mit einem entsprechenden der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen verbunden, um die DC-Leistung von dem Zonen-Leistungsverteilerkasten zu übertragen, und der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen erzeugt Wärme, um die Einbaubohle auf eine vorbestimmte Einbautemperatur aufzuheizen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Pflastermaschine zum Verlegen einer Decke aus Belagsmaterial auf einer mit einem Belag zu versehenden Oberfläche offenbart. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: operatives Verbinden einer Abtriebswelle einer Leistungsquelle der Pflastermaschine mit einer Eingangswelle eines Generators, um einen Läufer des Generators anzutreiben und AC-Leistung erzeugen, wobei der Generator einteilig mit einem Pumpenantrieb der Pflastermaschine verbaut ist, Ausgeben der AC-Leistung von dem Generator an einen ersten Leistungswandler, Umwandeln der AC-Leistung in DC-Leistung in dem ersten Leistungswandler, Ausgeben der DC-Leistung von dem ersten Leistungswandler an einen Zonen-Leistungsverteilerkasten einer Einbaubohle der Pflastermaschine, Verteilen der DC-Leistung, die an dem Zonen-Leistungsverteilerkasten erhalten wird, an eine Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen, und Erzeugen von Wärme an der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen aus der DC-Leistung, die von dem Zonen-Leistungsverteilerkasten erhalten wird, um die Einbaubohle auf eine vorbestimmte Einbautemperatur aufzuheizen.
Zusätzliche Aspekte der Erfindung sind durch die Ansprüche dieses Patents definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Pflastermaschine;
2 ist ein Seitenansicht der Pflastermaschine von 1;
3 ist eine schematische Ansicht von Komponenten zur Verteilung elektrischer Leistung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung, die in der Pflastermaschine von 1 implementiert sind; und
4 eine schematische Ansicht der Einbaubohlen-Heizungssteuerungskomponenten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung, die in der Pflastermaschine von 1 implementiert sind.
Detaillierte Beschreibung
Obwohl der folgende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher verschiedener Ausführungsformen der Erfindung ausführt, versteht sich, dass der Schutzbereich der Erfindung durch den Wortlaut der am Ende dieses Patents dargelegten Ansprüche definiert wird. Die detaillierte Beschreibung ist rein beispielhaft zu verstehen und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform der Erfindung, da eine Beschreibung aller möglichen Ausführungsformen unpraktisch, wenn nicht gar unmöglich wäre. Zahlreiche alternative Ausführungsformen könnten implementiert werden, entweder unter Verwendung gegenwärtiger Technologie oder von Technologie, die nach dem Einreichungsdatum dieses Patents entwickelt wird, was dennoch in den Schutzbereich der diese definierenden Ansprüche fallen würde.
Es versteht sich auch, dass es nicht beabsichtigt ist, die Bedeutung eines Begriffs weder ausdrücklich noch implizit über seine normale oder gewöhnliche Bedeutung hinaus einzuschränken, außer ein Begriff ist in diesem Patent ausdrücklich definiert; und ein solcher Begriff soll nicht auf der Grundlage irgendeiner Aussage in irgendeinem Teil dieses Patents (außer im Wortlaut der Ansprüche) als in Bezug auf seinen Bereich eingeschränkt interpretiert werden. In dem Ausmaß, indem auf irgendeinen Begriff, der in den Ansprüchen am Ende dieses Patents erwähnt wird, hierin auf eine mit einer einzelnen Bedeutung konsistenten Weise Bezug genommen wird, geschieht dies nur aus Gründen der Klarheit, um den Leser nicht zu verwirren, und es ist nicht beabsichtigt, dass ein solcher Anspruchsbegriff implizit oder auf andere Weise auf diese einzelne Bedeutung beschränkt werden soll.
1 ist eine Veranschaulichung einer Pflastermaschine 10. Obwohl die Pflastermaschine 10 in der Figur als eine Asphaltiermaschine abgebildet ist, kam das hierin offenbarte Steuersystem bei jeder Art von Pflastermaschine für beliebige Arten von Belagsmaterial verwendet werden, das eine Decke aus Material auf einer mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 bilden kann, und bei der Leistung an Einbaubohlen-Heizelemente geliefert wird. Die Pflastermaschine 10 umfasst ein Schleppfahrzeug 14 mit einer Leistungsquelle 16, wie etwa einem Gasturbinenmotor, einem Gas- oder Diesel-Verbrennungsmotor, einem anderen Motor oder dergleichen, eine oder mehrere Traktionseinrichtungen 18, und einen Trichter 20 zur Aufnahme von Belagsmaterial. Die Traktionseinrichtungen 18 können operativ mit der Leistungsquelle 16 durch einen Getriebemechanismus (nicht dargestellt) gekoppelt sein, um die Traktionseinrichtungen 18 anzutreiben und die Pflastermaschine 10 vorzutreiben. Obwohl die Traktionseinrichtungen 18 in der Figur als Raupen dargestellt sind, könnten die Traktionseinrichtungen 18 alternativ Räder oder beliebige andere Typen von Traktionseinrichtungen sein. Die Traktionseinrichtungen 18 könnten auch Kombinationen von unterschiedlichen Typen von Traktionseinrichtungen sein. Zum Beispiel könnte die Pflastermaschine 10 sowohl Raupen als auch Räder umfassen.
Die Pflastermaschine 10 umfasst auch eine Einbaubohle 22, die durch Schlepparme 24 an dem Schleppfahrzeug 14 angebracht und hinter dem Schleppfahrzeug 14 hergezogen wird, um das Belagsmaterial zu verteilen und zu einer Decke 26 auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 zu verdichten. Die Einbaubohle 22 kann eine oder mehrere Schnecken 28 zum Verteilen des Belagsmaterials auf die seitlichen Erstreckungen der Einbaubohle 22 umfassen. Darüber hinaus umfasst die Pflastermaschine 10 einen Sensorrahmen 30, der an der Einbaubohle 22 und/oder an den Schlepparmen 24 angebracht ist. Der Sensorrahmen 30 kann einen oder mehrere Sensoren 32 umfassen, die die Werte verschiedener Parameter in Verbindung mit dem Betrieb der Pflastermaschine 10 erfassen, wie etwa die Höhe der Pflastermaschine 10 an verschiedenen Stellen, und die Temperaturen des Belagsmaterials, der Einbaubohle 22 und der Decke 26.
Die Pflastermaschine 10 umfasst auch eine Bedienerstation 34 für einen oder mehrere Bediener. Die Bedienerstation 34 umfasst einen Sitz 36 und eine Bedienkonsole 38, die auf einem Podest 40 montiert sein kann. Die Bedienerstation 34 umfasst ein Schleppfahrzeug-Steuergerät oder elektronisches Steuermodul (ECM) 42 sowie eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 für den Empfang von Benutzereingaben und zum Anzeigen von Informationen für den Bediener. Die Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 kann eine Kombination aus Tasten, Schaltern, Rädern, Hebeln, Berührungsbildschirmen und anderen Steuerungseinrichtungen umfassen, die dem Bediener erlauben, Befehle an das Schleppfahrzeug-ECM 42 zur Steuerung des Betriebs der verschiedenen Komponenten der Pflastermaschine 10 einzugeben.
Der Trichter 20 der Pflastermaschine 10 enthält das Belagsmaterial, das zu der Decke 26 auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 geformt werden soll. Das Belagsmaterial kann in den Trichter 20 am vorderen Teil der Pflastermaschine 10 aus Lastwagen gekippt werden, die das Belagsmaterial an eine Arbeitsstelle liefern. Unter Bezugnahme auf 2 kann die Pflastermaschine 10 eine oder mehrere Fördereinrichtungen 46 an dem Boden des Trichters 20 umfassen. Die Fördereinrichtungen 46 können Seite an Seite angeordnet sein und parallel zueinander proximal der Mitte des Trichters 20 entlang einer Mittellinie der Pflastermaschine 10 laufen. Der Trichter 20 ist allgemein dazu ausgebildet, das Belagsmaterial von den Seiten des Trichters 20 zur Mitte hin zu führen, und die Fördereinrichtungen 46 können das Belagsmaterial von den Trichtern 20 zum hinteren Teil des Schleppfahrzeugs 14 transportieren, wo es hinter dem Schleppfahrzeug 14 und vor der Einbaubohle 22 auf die mit einem Belag zu versehende Oberfläche 12 in Form eines Haufens 48 (in 2 abgeschnitten bei 50 dargestellt) fallen kann. Während sich die Pflastermaschine 10 vorwärts bewegt, kann der Haufen 48 gleichmäßig verteilt und durch die beheizte Einbaubohle 22 verdichtet werden. Ein Teil des Materials an den äußeren Seiten des Trichters 20 kann möglicherweise nicht nach unten zu den Fördereinrichtungen 46 geführt werden und sich statt dessen an den Seiten des Trichters 20 sammeln. Die Führung des gesammelten Materials über den Trichter zu den Fördereinrichtungen 46 kann gefördert werden, wenn die linken und rechten Seiten des Trichters 20 gelenkig sind, so dass die Seiten durch Stellglieder (nicht dargestellt) zusammen oder unabhängig voneinander angehoben werden können, um das Material zu veranlassen, zu den Fördereinrichtungen 46 herunterzufließen (Bewegung in 1 durch Pfeile dargestellt).
Die Einbaubohle 22 verteilt den Haufen 48 gleichmäßig und verdichtet das Belagsmaterial zu der Decke 26 auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12. Die Einbaubohle 22 ist in der Figur als Einbaubohle vom schwebenden Typ dargestellt. Die Einbaubohle 22 kann jedoch ein beliebiger Typ von Einbaubohle für beliebige Typen von Belagsmaterial sein. Die Einbaubohle 22 ist an dem Schleppfahrzeug 14 an Schlepppunkten 52 durch die Schlepparme 24 angebracht. Die Höhe der Einbaubohle 22 wird durch Heben und/oder Senken der Schlepparme 24 an den Schlepppunkten 52 mit Einbaubohlen-Höhenstellgliedern 54 eingestellt. Die Einbaubohlen-Höhenstellglieder 54 können beliebige geeignete Stellglieder sein, wie beispielsweise etwa Hydraulikzylinder. Ist die Pflastermaschine 10 in Bewegung, schwebt die Einbaubohle 22 auf einer Schicht aus Belagsmaterial an einer im Wesentlichen konsistenten Höhe relativ zu der Höhe der Schlepparme 24 an den Schlepppunkten 52. Der Bediener ist in der Lage, die Höhe der Einbaubohle 22 während des Einbauauftrags über geeignete Steuerungen an der Bedienkonsole 38 zu steuern, wie im Folgenden weiter erörtert wird.
Die Einbaubohle 22 wird während des Einbauvorgangs so aufgeheizt, dass das Belagsmaterial in der Decke 26 nicht an dem Boden der Einbaubohle 22 klebt und die Qualität der Decke 26 beeinträchtigt. 3 veranschaulicht eine Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung von elektrischen Leistungsverteilungskomponenten der Pflastermaschine 10 zur Erzeugung von elektrischer Leistung und Bereitstellung der elektrischen Leistung an Heizelemente 60 der Einbaubohle 22 und andere Komponenten des Schleppfahrzeugs 14. Die mechanische Leistungsabgabe durch die Leistungsquelle 16 wird in elektrische Leistung umgewandelt, die durch die Einbaubohlen-Heizelemente 60 verwendet werden kann. Eine drehende Abtriebswelle 62 der Leistungsquelle 16 ist mit einem Pumpenantrieb 64 innerhalb des Schleppfahrzeugs 14 verbunden. Der Pumpenantrieb 64 enthält innenliegende Zahnradantriebe (nicht dargestellt), die ihrerseits daran gekoppelte Pumpen und Motoren (nicht dargestellt) aufweisen. Treibt die Abtriebswelle 62 der Leistungsquelle 16 die Zahnradantriebe des Pumpenantriebs 64, erzeugen die Pumpen und Motoren hydraulische, pneumatische und mechanische Leistung für verschiedene Systeme der Pflastermaschine 10.
Der Pumpenantrieb 64 umfasst des Weiteren einen integrierten Generator (ISRG) 66, der mit dem Pumpenantrieb 64 zusammen verbaut ist. Der integrierte Generator 66 hat eine Eingangswelle (nicht dargestellt), die operativ mit der Abtriebswelle 62 der Leistungsquelle 16 gekoppelt ist, anstatt indirekt mit der Abtriebswelle 62 durch eine der Pumpen oder Motoren, die durch den Pumpenantrieb 64 angetrieben werden, gekoppelt zu sein. Die Eingangswelle des integrierten Generators 66 kann direkt mit der Abtriebswelle 62 über einen Riemen oder eine Zwischenwelle, oder durch eine der Zahnradantriebe des Pumpenantriebs 64 gekoppelt sein. Besondere Verbindungsanordnungen zur Umwandlung der Drehung der Abtriebswelle 62 der Leistungsquelle 16 in Drehung der Eingangswelle des integrierten Generators 66 innerhalb des Pumpenantrieb 64 werden dem Fachmann klar sein und werden von den Erfindern zur Verwendung in Pflastermaschinen 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen. In der vorliegenden Ausführungsform kann der integrierte Generator 66 ein geschalteter Reluktanzgenerator sein, der zum Beispiel von dem Typ ist, der in Susitra et al., Switched Reluctance Generator – Modeling, Design, Simulation, Analysis and Control – A Comprehensive Review, Int'l J. Computer Appls., Vol. 1, Nr. 2, S. 10–16 (2010) und Hrabovcova et al., Output Power of Switched Reluctance Generator with regard to the Phase Number and Number of Stator and Rotor Poles, Elec. & Elec. Eng'g, Nr. 3, S. 25–30 (2011) offenbart ist, die ausdrücklich durch Verweis hierin aufgenommen sind. Ein geschalteter Reluktanzgenerator, wie etwa die in den Verweisdokumenten beschriebenen, kann mehr Leistung bei einer geringeren Baugröße relativ zu den derzeit verwendeten Generatoren bereitstellen, wodurch die Integration des Generators 66 und des Pumpenantriebs 64 erleichtert wird.
Unabhängige Generatoren, wie sie derzeit in Pflastermaschinen verwendet werden, um Strom für Einbaubohlen-Heizelemente bereitzustellen, erzeugen eine konstante Leistungsabgabe mit einer Frequenz, die auf der Grundlage der Drehzahl der Pumpe oder des Motors variiert, die den unabhängigen Generator antreibt. Um Leistung mit einer im Wesentlichen konstanten Ausgangsfrequenz, Stromstärke und Spannung zu erzeugen, wird die Pumpe und/oder der Motor, die/der den Generator antreibt, so gesteuert, dass sie der Drehzahl der Leistungsquelle 16 angepasst ist und den Generator mit einer konstanten Drehzahl antreibt. In einem Typ von Anordnung hat der Motor einen Drehzahlsensor, und die Pumpe führt wie erforderlich Abwärts- und Aufwärtshübe durch, um die Ausgangspumpendrehzahl, die den Generator antreibt, ungefähr konstant zu halten.
Im Gegensatz zu den derzeitigen Generatoranordnungen ist eine exakte Steuerung der Drehzahl des integrierten Generators 66, und dementsprechend der Ausgangsleistung, in Pflastermaschinen 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung nicht erforderlich. Eine AC-Ausgangsleistung des integrierten Generators 66 ist mit einem Eingang eines ersten Leistungswandlers 68 über eine elektrische AC-Verbindung 70 verbunden. Der Leistungswandler 68 wandelt die AC-Leistung von dem integrierten Generator 66 in DC-Leistung um, die verwendbar ist, um die Einbaubohlen-Heizelemente 60 zu versorgen. Der Leistungswandler 68 ist dazu ausgebildet, eine konstante Ausgangsleistung über den Bereich der Frequenzen, Stromstärken und Spannungen der AC-Leistungausgabe durch den integrierten Generator 66 zu schaffen. Die Drehzahl des integrierten Generators 66 und die Eigenschaften der Leistungsabgabe durch den integrierten Generator 66 variieren auf der Grundlage der Drehzahl der Abtriebswelle. Trotz dieser Schwankungen gibt der Leistungswandler 68 Leistung mit der notwendigen Spannung aus, um die elektrischen Komponenten der Pflastermaschine 10 zu betreiben. Mit dieser Konfiguration entfallen der Motor und die Pumpe, die den Generator antreiben, und die entsprechende Steuerungsfunktionalität, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Drehzahl des Generators erforderlich sind, in der Pflastermaschine 10, und dieser Wegfall der betrieblichen Komponenten verbessert die durch die Pflastermaschine 10 realisierte Effizienz noch weiter.
Der Leistungswandler umfasst einen ersten DC-Leistungsausgang, der mit einem Leistungseingang eines Zonen-Leistungsverteilerkastens 72 der Einbaubohle 22 über eine erste elektrische DC-Verbindung 74 verbunden ist. Der Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 kann die Verteilung der DC-Leistung, die von dem Leistungswandler 68 erhalten wird, auf die Einbaubohlen-Heizelemente 60 steuern, zu welchen der Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 gehört. Der beheizte Abschnitt der Einbaubohle 22 kann in eine Vielzahl von Zonen unterteilt sein, die jeweils ein oder mehrere der Einbaubohlen-Heizelemente 60 umfassen. Der Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 umfasst eine Vielzahl von Zonen-Hauptkabelsträngen 76, wobei jeder Zonen-Hauptkabelstrang 76 eine der Zonen der Einbaubohle 22 und die entsprechenden Heizelement(e) 60 mit dem Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 verbindet, um DC-Leistung von dem Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 zu empfangen, wenn die Einbaubohle 22 beheizt werden soll. In vielen Implementierungen kann die Einbaubohle 22 mit seitlichen Erweiterungen oder Verbindungen für seitliche Einbaubohlenerweiterungen versehen sein, um breitere Decken 26 auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 zu verlegen. Die Einbaubohlen-Heizelemente 60 der Erweiterungen können DC-Leistung über zusätzliche Zonen-Hauptkabelstränge 76 von dem Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 erhalten.
Der Leistungswandler 68 liefert Leistung an andere Komponenten des Schleppfahrzeugs 14 und die Einbaubohle 22. Zum Beispiel kann es in Arbeitsbereichen, wo es wünschenswert oder erforderlich ist, den Einbauvorgang in der Nacht durchzuführen, wünschenswert sein, Leuchten an der Pflastermaschine 10 zu montieren, um den Arbeitsbereich zu beleuchten. Leistung für die Leuchten kann durch eine elektrische Ausgangstafel 80 bereitgestellt werden, wie etwa eine 120/240 VAC-Tafel, die mit dem Leistungswandler 68 parallel zu dem Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 der Einbaubohle 22 verbunden ist. Eine zweite elektrische DC-Verbindung 82 von dem Leistungswandler 68 ist mit einem elektrischen Eingang in einen zweiten Leistungswandler 84 verbunden, um die ausgegebene DC-Leistung von dem Leistungswandler 68 in die für die Ausgangstafel 80 erforderliche AC-Leistung umzuwandeln. Falls nötig können zusätzliche Kombinationen von Ausgangstafeln 80 und Leistungsumrichtern 84 mit der zweiten elektrischen DC-Verbindung 82 verbunden sein, um Ausgänge zum Antrieb zusätzlicher Leuchten und Geräte bereitzustellen, die für die Ausführung des Pflastervorgangs notwendig sein können.
Wie bei jedem elektrischen System können Erdschlüsse und andere außerordentliche Situationen auftreten, die Schäden an den elektrischen Komponenten der Pflastermaschine 10 verursachen können. Die Identifizierung dieser Situationen und die Reaktion darauf ist notwendig, um potenzielle Schäden an den elektrischen Komponenten zu vermeiden. Bei derzeitigen Pflastermaschinen werden Schmelzsicherungen, Sicherungsautomaten und ähnliche Einrichtungen verwendet, die durchbrennen, auslösen oder auf andere Weise den elektrischen Strom unterbrechen, wenn ein Fehlerzustand auftritt. Solche Einrichtungen verwalten den Fehlerzustand nicht weiter, und der Fehlerzustand wird nur identifiziert, nachdem der Bediener, Wartungstechniker oder dergleichen bestimmt, dass eine entsprechende Komponente der Pflastermaschine nicht funktioniert. In Pflastermaschinen 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung wird ein Isolierungsüberwachungssystem 90 vorgesehen, um das gesamte elektrische System der Pflastermaschine 10 kontinuierlich zu überwachen und das Auftreten von Fehlerzuständen zu verwalten, die Pflastermaschine 10 oder deren betroffene Komponenten abzuschalten, wenn dies notwendig ist, und dem Bediener der Pflastermaschine 10 oder anderen für die Wartung und den Betrieb der Pflastermaschine 10 verantwortlichen Personen eine Meldung bereitzustellen, wie dies im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Das Isolierungsüberwachungssystem 90 kann eine unabhängige Einheit oder ein Modul innerhalb des Schleppfahrzeug-ECM 42 sein, und DC-Leistung von dem Leistungswandler 68 über eine dritte elektrische DC-Verbindung 92 erhalten, die parallel zu den elektrischen Verbindungen 74, 82 angeordnet ist. Um den sicheren Betrieb des Leistungswandlers 68 und des Isolierungsüberwachungssystems 90 sicherzustellen, können der Wandler 68 und das Isolierungsüberwachungssystem 90 in einem isolierten Gehäuse untergebracht sein, das eine eigensichere Umgebung bereitstellt.
Nun Bezug nehmend auf 4 werden die Steuerungselemente, die zur Regelung der Temperatur der Einbaubohle 22, zur Verteilung der Leistung von dem integrierten Generator 66 und zur Erfassung und Verwaltung von Fehlerzuständen betreibbar sind, schematisch veranschaulicht. Wie oben erläutert, befindet sich das Schleppfahrzeug-ECM 42 in dem Schleppfahrzeug 14 der Pflastermaschine 10. Das Schleppfahrzeug-ECM 42 umfasst einen Mikroprozessor 100 zur Ausführung eines speziellen Programms, welches verschiedene Funktionen, die der Pflastermaschine 10 zugeordnet sind, steuert und überwacht. Der Mikroprozessor 100 umfasst einen Speicher 102, wie etwa Nur-Lese-Speicher (ROM) 104, zum Speichern eines oder mehrerer Programme, sowie einen wahlfreien Zugriffsspeicher (RAM) 106, der als ein Arbeitsspeicherbereich zur Verwendung bei der Ausführung des bzw. der im Speicher 102 gespeicherten Programme dient. Obwohl der Mikroprozessor 100 dargestellt ist, ist es auch möglich und wird in Betracht gezogen, andere elektronische Komponenten wie etwa einen Mikrocontroller, einen ASIC-Chip (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis) oder eine beliebige andere integrierte Schaltungseinrichtung zu verwenden.
Das Schleppfahrzeug-ECM 42 verbindet elektrisch die Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44, den integrierten Generator 66, den Leistungswandler 68, den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72, den/die Leistungswandler 84 und das Isolierungsüberwachungssystem 90. Das Schleppfahrzeug-ECM 42 tauscht Steuersignale mit den Komponenten 44, 66, 68, 72, 84, 90 aus, um den Betrieb der Pflastermaschine zu steuern und zu überwachen, um die Leistung von dem integrierten Generator 66 an die Einbaubohlen-Heizelemente 60 und an weitere Komponenten zu verteilen. Die Einbaubohlen-Heizelemente 60, der integrierte Generator 66 und der Leistungswandler 68 umfassen Thermoelemente oder andere Wärmeerfassungselemente, die in der Lage sind, die Temperatur der entsprechenden Komponente zu messen und ein Temperatursignal an das Schleppfahrzeug-ECM 42 zu übertragen. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere Thermoelemente durch einen Temperaturabschätzungsalgorithmus des Schleppfahrzeug-ECM 42 ersetzt werden, der eine aktuelle Temperatur der entsprechenden elektrischen Komponente auf der Grundlage der historischen und der aktuellen Betriebsbedingungen der Komponente bestimmt. Zum Beispiel kann die Temperatur des integrierten Generators 66 auf der Grundlage der Drehzahl des Generators 66 und der Leistungsabnahme durch die elektrischen Komponenten der Pflastermaschine 10 bestimmt werden.
Der Zonen-Leistungsverteilerkasten 72, der/die Leistungswandler 84 und das Isolierungsüberwachungssystem 90 sind in der Lage, aktiv und passiv mit dem Schleppfahrzeug-ECM 42 zu kommunizieren, um Werte von Betriebsparametern an das Schleppfahrzeug-ECM 42 bereitzustellen und Steuersignale von dem Schleppfahrzeug-ECM 42 zu empfangen, um den Betrieb der Komponenten 72, 84, 90 zu steuern. Die Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 kann Informationen von der Schleppfahrzeug-ECM 42 betreffend die Funktion der Pflastermaschine 10 empfangen und anzeigen. Die Informationen können für den Bediener auf beliebige, durch die Sinne wahrnehmbare Weise ausgegeben werden, etwa durch Audioausgaben, visuelle Ausgaben in der Form von Statusanzeigeleuchten, alphanumerischen Anzeigen und dergleichen, was auch immer am geeignetsten erscheinen mag. Die Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 kann des Weiteren Eingabemöglichkeiten für den Bediener bereitstellen, um Befehle an die Schleppfahrzeug-ECM 42 zur Steuerung des Betriebs der Komponenten der Pflastermaschine 10 einzugeben.
Die Pflastermaschine 10 kann des Weiteren ein Steuergerät oder ECM 110 für die Leistungsquelle umfassen, das operativ mit der Leistungsquelle 16 und der Schleppfahrzeug-ECM 42 verbunden ist. Das Leistungsquellen-ECM 110 steuert den Betrieb der Leistungsquelle 16, um sicherzustellen, das ausreichend Leistung erzeugt und ausgegeben wird, um die Systeme der Pflastermaschine 10, einschließlich der Einbaubohlen-Heizelemente 60, zu betreiben. Als Teil der Leistungsquellensteuerungsstrategie kann das Schleppfahrzeug-ECM 42 bestimmen, wann mehr oder weniger Leistung für die Einbaubohlen-Heizelemente 60 erforderlich ist, und Steuersignale an das Leistungsquellen-ECM 110 übertragen, um den Ausgang der Leistungsquelle 16 zu variieren. In Ansprechen auf den Empfang von Steuersignalen von denn Schleppfahrzeug-ECM 42 verändert das Leistungsquellen-ECM 110 die Leistungsabgabe der Leistungsquelle 16 wie erforderlich, um die Anforderungen der Einbaubohlen-Heizelemente 60 zu erfüllen. Das Leistungsquellen-ECM 110 kann je nach Notwendigkeit auch Informationen zur Verwendung durch das Schleppfahrzeug-ECM 42 zurück an das Schleppfahrzeug-ECM 42 übertragen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Pflastermaschine 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung stellt Leistung für die Einbaubohlen-Heizelemente 60 bereit, um die Einbaubohle 22 auf effiziente und sichere Weise zu beheizen. Am Beginn eines Einbauauftrags kann der Bediener die Pflastermaschine 10 durch Einschalten der Leistungsquelle 16 über Steuerungen an der Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 starten. Die Abtriebswelle 62 der Leistungsquelle 16 dreht sich und treibt ihrerseits, wenn sie eingerückt ist, die Zahnradantriebe des Pumpenantriebs 64 an, sowie eine Eingangswelle des integrierten Generators 66. Ohne eine(n) zwischen die Leistungsquelle 16 und den integrierten Generator 66 geschaltete(n) Pumpe oder Motor können beträchtliche Effizienzsteigerungen verwirklicht werden. In einigen Implementierungen nimmt die Effizienz von ungefähr 70%, wenn ein Generator durch eine Pumpe oder einen Motor angetrieben wird, auf mehr als 90% bei Direktantrieb des integrierten Generators 66 durch die Leistungsquelle 16 zu.
Wird der integrierte Generator 66 durch die Leistungsquelle 16 angetrieben, wird AC-Leistung durch den integrierten Generator 66 erzeugt und an den Leistungswandler 68 zur Umwandlung in DC-Leistung ausgegeben, die für die elektrischen Komponenten der Pflastermaschine 10 verwendbar ist. Abhängig von der Phase des Einbauvorgangs können die verschiedenen Komponenten von dem Leistungswandler 68 versorgt werden oder nicht. Zum Beispiel kann die Pflastermaschine 10 am Beginn des Einbauvorgangs zu der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 verfahren werden und noch keine Decke 26 verlegen. Die Einbaubohlen-Höhenstellglieder 54 können betätigt werden um die Einbaubohle 22 vom Boden abzuheben, wenn das Schleppfahrzeug 14 zu der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 gefahren wird. Vor der Ankunft bei der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 kann es nicht erwünscht sein, die Einbaubohle 22 zu beheizen. Die Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 kann eine Einbaumodusauswahlsteuerung umfassen, die auf einen Nichteinbaumodus eingestellt sein kann, der anzeigt, dass keine Decke 26 verlegt wird. Das Schleppfahrzeug-ECM 42 empfängt ein Einbaumodussteuersignal von der Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 und kann in Ansprechen darauf die Einbaubohlen-Heizelemente 60 ausschalten. Das Schleppfahrzeug-ECM 42 kann ein Signal an den Leistungswandler 68 übertragen, um die Leistung an den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 zu unterbrechen, ein Signal an den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72, um die Leistung an die Einbaubohlen-Heizelemente 60 zu unterbrechen, oder beides, so dass die Einbaubohlen-Heizelemente 60 die Einbaubohle 22 nicht aufheizen.
Der Bediener kann auch in der Lage sein, selektiv zu steuern, ob AC-Leistung von dem Leistungswandler 84 an die Ausgangstafel(n) 80 geliefert wird. Werden keine Leuchten oder anderen Geräte an die Ausgänge angesteckt, kann der Bediener eine geeignete Ausgangstafelsteuerung an der Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 in die ”Aus”-Stellung bringen, die das Schleppfahrzeug-ECM 42 dazu bringt, zu veranlassen, dass der Leistungswandler 84 die Leistungszufuhr an die Ausgangstafel(n) 80 unterbricht. Wird gewünscht, die Ausgangstafel(n) zu verwenden, kann der Bediener die Ausgangstafelsteuerung in die ”Ein”-Stellung bringen. Das Schleppfahrzeug-ECM 42 erfasst die ”Ein”-Stellung der Ausgangstafelsteuerung und überträgt Signale, die den/die Leistungswandler 84 veranlassen, die Ausgangstafel(n) 80 zu aktivieren.
Ist die Pflastermaschine 10 an der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 in Stellung gebracht, kann der Bediener die Einbaumodus-Auswahlsteuerung in den Einbaumodus versetzten, und mit dem Einbauvorgang beginnen. In Ansprechen auf das Erfassen der Auswahl des Einbaumodus an der Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 initiiert das Schleppfahrzeug-ECM 42 die Aufheizung der Einbaubohle 22 durch die Einbaubohlen-Heizelemente 60. Das Schleppfahrzeug-ECM 42 überträgt Steuersignale an den Leistungswandler 68 und den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72, was veranlasst, dass die DC-Leistungsausgabe durch den Leistungswandler 68 an den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 auf die Einbaubohlen-Heizelemente 60 verteilt wird. Wenn sich die Einbaubohle 22 aufheizt, überträgt das Thermoelement oder eine andere Temperaturerfassungsvorrichtung in der Einbaubohle 22 ein Einbaubohlentemperatursignal als Rückkopplung an die Schleppfahrzeug-ECM 42. Die Schleppfahrzeug-ECM 42 empfängt das Einbaubohlentemperatursignal und vergleicht die aktuelle Temperatur der Einbaubohle 22 mit einer vorbestimmten Einbaubohlen-Einbautemperatur.
Während der Aufheizphase wird die aktuelle Einbaubohlentemperatur beträchtlich niedriger sein als die Einbaubohlen-Einbautemperatur. Um die Einbaubohlentemperatur rasch anzuheben und unnötige Verzögerungen des Einbauvorgangs zu vermeiden, indem man wartet, bis die Einbaubohle 22 sich aufgeheizt hat, kann das Schleppfahrzeug-ECM 42 ein Leistungsanforderungs-Steuersignal an die Leistungsquellen-ECM 110 übertragen, um die Leistungsquellen-ECM 110 zu veranlassen, die Leistungsabgabe der Leistungsquelle 16 und dementsprechend die AC-Leistungsabgabe durch den integrierten Generator 66 zu erhöhen. Die Erhöhung der AC-Leistung ist auf Grund der Eigenschaften des integrierten Generators 66 möglich, wobei die Ausgangsleistung auf der Grundlage der Drehzahl der Eingangswelle variabel ist. Wo die Leistungsquelle ein Motor ist, wird die Erhöhung der Leistungsabgabe durch Erhöhung der Motordrehzahl erreicht. Die erhöhte AC-Leistung von dem integrierten Generator 66 wird als erhöhte DC-Leistung an die Einbaubohlen-Heizelemente 60 bereitgestellt, um die Aufheizung der Einbaubohle 22 auf die Einbaubohlen-Einbautemperatur zu beschleunigen.
Nähert sich die Einbaubohlentemperatur der Einbaubohlen-Einbautemperatur an, was durch das Einbaubohlentemperatursignal angezeigt wird, überträgt das Schleppfahrzeug-ECM 42 ein aktualisiertes Leistungsanforderungs-Steuersignal an das Leistungsquellen-ECM 110, um die Leistungsquellen-ECM 110 zu veranlassen, die Leistungsabgabe der Leistungsquelle 16 zu verringern, so dass die Einbaubohlen-Heizelemente 60 die Einbaubohle 22 nicht überhitzen.
Nachdem die Einbaubohle 22 auf die Einbaubohlen-Einbautemperatur aufgeheizt ist, betreibt der Bediener die Pflastermschine 10, um die Decke 26 auf der mit einem Belag zu versehenden Oberfläche 12 zu erzeugen. Die Einbaubohlentemperatur-Erfassungsvorrichtung fährt fort, aktualisierte Einbaubohlentemperatursignale an das Schleppfahrzeug-ECM 42 zu übertragen. Die Schleppfahrzeug-ECM 42 vergleicht die aktuelle Einbaubohlentemperatur aus den aktualisierten Einbaubohlentemperatursignalen mit einem akzeptablen Bereich von Einbaubohlentemperaturen um die Einbaubohlen-Einbautemperatur. Wann immer die aktuelle Einbaubohlentemperatur außerhalb des akzeptablen Bereichs fällt, überträgt das Schleppfahrzeug-ECM 42 Steuersignale an den Leistungswandler 68, an den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 und, wenn notwendig, an das Leistungsquellen-ECM 110, um die an die Einbaubohlen-Heizelemente 60 verteilte Leistung wie erforderlich zu verteilen, um die Einbaubohlentemperatur zurück in den Bereich von akzeptablen Einbaubohlentemperaturen zu bringen.
In einigen Implementierungen der Pflastermaschine 10 kann die Einbaubohle 22 einen einzelnen Temperatursensor aufweisen, der an einer geeigneten Stelle zur Erfassung der aktuellen Einbaubohlentemperatur angeordnet ist, die zur Steuerung der Einbaubohlen-Heizelemente 60 notwendig ist. In anderen Implementierungen kann die Einbaubohle 22 mehrere Temperatursensoren aufweisen, die jeweils Einbaubohlentemperaturnsignale an das Schleppfahrzeug-ECM 42 bereitstellen. Die Einbaubohlentemperatursensoren können über die Einbaubohle 22 verteilt sein, so dass die Temperatur für einzelne Abschnitte der Einbaubohle 22 gesteuert werden kann. Zum Beispiel kann ein Einbaubohlentemperatursensor für jede Zone der Einbaubohle 22 vorgesehen sein, und das Schleppfahrzeug-ECM 42 kann unabhängig die Temperatur jeder Zone evaluieren, und die Temperatur der Zone steuern, indem es Steuersignale an den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72 sendet, um Leistung an die Zone oder den entsprechenden Zonen-Hauptkabelstrang 76 zu liefern oder zu unterbrechen. Ein ähnliche Steuerung kann implementiert werden, indem separate Temperatursensoren an jedem der Einbaubohlen-Heizelemente 60 vorgesehen werden.
Der integrierte Generator 66 erzeugt Wärme, wenn er von der Leistungsquelle 16 angetrieben wird, um elektrische Leistung für die elektrischen Komponenten der Pflastermaschine 10 zu erzeugen. Übermäßige Wärme kann den integrierten Generator 66 beschädigen. Demzufolge ist der integrierte Generator 66 mit einem oder mehreren Temperatursensoren versehen, wie etwa Widerstandstemperatursensoren, die die Temperatur des integrierten Generators 66 messen und Generatortemperatursignale an das Schleppfahrzeug-ECM 42 übertragen. Alternativ ist das Schleppfahrzeug-ECM 42 mit einem Temperaturabschätzungsalgorithmus programmiert, um die aktuelle Generatortemperatur zu bestimmen. Das Schleppfahrzeug-ECM 42 vergleicht die aktuelle Generatortemperatur mit einer vorbestimmten maximalen Generatortemperatur, um zu bestimmen, wenn ein Risiko einer Überhitzung des integrierten Generators 66 besteht. Übersteigt die aktuelle Generatortemperatur die maximale Generatortemperatur, ist es notwendig, die Temperatur des integrierten Generators 66 durch Herunterregeln des integrierten Generators 66 durch Verringerung der von dem integrierten Generator 66 abgenommenen Leistung zu verringern. Das Herunterregeln des integrierten Generators 66 kann erreicht werden, indem ein Steuersignal von dem Schleppfahrzeug-ECM 42 an den Leistungswandler 68 übertragen wird, um die von dem integrierten Generator 66 abgenommene und in DC-Leistung umgewandelte Leistung zu verringern. Nachdem die Generatortemperatur sicher unter die maximale Generatortemperatur gefallen ist, kann das Schleppfahrzeug-ECM 42 ein weiteres Steuersignal an den Leistungswandler 68 übertragen, um die normale Menge an elektrischer Leistung zu wandeln, die von dem integrierten Generator 66 abgenommen wird. Auf ähnliche Weise kann das Schleppfahrzeug-ECM 42 ein Überhitzen des Leistungswandlers 68 verhindern, indem es Wandlertemperatursignale von Temperatursensoren an dem Leistungswandler 68 erhält oder auf andere Weise die aktuelle Temperatur des Leistungswandlers 68 bestimmt, die Wandlertemperatur mit einer maximalen Wandlertemperatur vergleicht und die Leistungsmenge steuert, die durch den Leistungswandler 68 umgewandelt wird, um die Wandlertemperatur unter der maximalen Wandlertemperatur zu halten.
Das Isolierungsüberwachungssystem 90 ist dazu ausgebildet, Fehlerzustände, die in der Pflastermaschine 10 auftreten, in Echtzeit zu identifizieren und verwalten. Stromsensoren sind innerhalb des elektrischen Systems der Pflastermaschine in den verschiedenen elektrischen Komponenten vorgesehen. Zum Beispiel kann ein Stromsensor für jede Zone der Einbaubohle 22 vorgesehen sein, um Fehlerzustände zu erfassen, die die Einbaubohlen-Heizelemente 60 betreffen. Die Stromsensoren stellen Strommesssignale an das Schleppfahrzeug-ECM 42 über die elektrische Verbindung des Zonen-Leistungsverteilerkastens 72 bereit, und die Strommesssignale werden durch das Isolierungsüberwachungssystem 90 evaluiert. Das Isolierungsüberwachungssystem 90 evaluiert die Strommesssignale gegen einen vorbestimmten maximalen Strompegel, um Erdschlüsse zu erfassen, die an einer der elektrischen Komponenten des Schleppfahrzeugs 14 oder der Einbaubohle 22 auftreten. Wird ein Erdschluss durch das Isolierungsüberwachungssystem 90 erfasst, evaluiert das Isolierungsüberwachungssystem 90 weiter den Erdschlussstatus der bestimmten Komponente und der anderen Komponenten der Pflastermaschine 10, um die geeignete Reaktion zu bestimmen.
Beim Erfassen des Erdschlusszustands bestimmt das Schleppfahrzeug-ECM 42, ob mehrere Erdschlüsse gleichzeitig auftreten. Treten keine weiteren Erdschlüsse auf, d. h. keine Strommessignale überschreiten den vorbestimmten Strompegel, kann es nicht erforderlich sein, Korrekturmaßnahmen an der Komponente zu ergreifen, die das Strommesssignal überträgt. Statt dessen kann das Schleppfahrzeug-ECM 42 ein Bedienermeldungssignal an eine Ausgabevorrichtung der Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 übertragen, um eine sensorisch wahrnehmbare Erdschlussmeldung für den Bediener zu erzeugen. Die Meldung kann eine hörbare Meldungsausgabe über einen Lautsprecher, eine visuelle Meldungsausgabe durch Aufleuchten einer Fehleranzeigeleuchte oder Anzeigen einer Textnachricht auf einem Anzeigeschirm, oder eine Kombination aus solchen hörbaren und visuellen Meldungen sein. Die Meldung alarmiert den Bediener über das Auftreten der Fehlerzustände, die keine schwerwiegenden Auswirkungen auf die Qualität der Decke 26 haben könnten und gestatten es dem Bediener, zu bestimmen, ob sofortige Korrekturmaßnahmen notwendig sind. Diese Antwort durch das Isolierungsüberwachungssystem 90 und das Schleppfahrzeug-ECM 42 kann für DC-Erdschlüsse und AC-Erdschlüsse geeignet sein, bei denen das Strommessignal einen vorbestimmten, einen Schaden verursachenden Schwellenstrom nicht überschreitet, über dem der Erdschluss Schäden an der Komponente verursachen kann.
Treten zwei oder mehr Erdschlüsse gleichzeitig auf, kann es für die Schleppfahrzeug-ECM 42 notwendig sein, mit einem Abschalten der die Erdschlüsse erfahrenden Komponenten zu reagieren, oder durch Abschalten des gesamten elektrischen Systems der Pflastermaschine 10. Für ein vollständiges Abschalten kann die Schleppfahrzeug-ECM 42 ein Erdschluss-Abschaltsignal an den Leistungswandler 68 übertragen, um den Leistungswandler 68 und dementsprechend das elektrische System der Pflastermaschine 10 abzuschalten, um Schäden an den Komponenten zu verhindern und das Risiko zu vermeiden, eine fehlerhafte Decke 26 zu verlegen. Zum Abschalten einzelner Komponenten kann das Erdschluss-Abschaltsignal statt dessen an die spezifische(n) einen Fehler produzierende(n) Komponente(n) übertragen werden, wie etwa den Zonen-Leistungsverteilerkasten 72, um die Leistung zu dem Kasten 72 und den Einbaubohlen-Heizelementen 60 zu unterbrechen. Zusätzlich kann das Schleppfahrzeug-ECM 42 ein Abschalt-Bedienermeldungssignal an die Ausgabevorrichtung der Mensch-Maschinen-Schnittstelle 44 übertragen, um eine Abschalt-Meldung für den Bediener zu erzeugen, die anzeigt, dass der Einbauvorgang gestoppt und die Fehlerzustände gelöst werden sollten, bevor die Pflastermaschine 10 zur Verlegung der Decke 26 betrieben werden kann. Auch wenn nur ein einzelner Erdschluss auftritt, kann es notwendig sein, eine Abschaltung einer Komponente oder des gesamten Systems durchzuführen, wenn das Strommesssignal von der den Fehler erfahrenden Komponente einen AC-Erdschluss darstellt, bei dem der Strom den vorbestimmten schädlichen Schwellenstrom überschreitet. Dies kann der Fall sein, wenn der Erdschluss an der elektrischen AC-Verbindung 70 zwischen dem integrierten Generator 66 und dem Leistungswandler 68 erfasst wird. Wird der gefährliche AC-Erdschluss entdeckt, überträgt die Schleppfahrzeug-ECM 42 das Erdschluss-Abschaltsignal an den Leistungswandler 68, um das gesamte elektrische System der Pflastermaschine 10 abzuschalten. Diese Strategie zur Erfassung von und zur Reaktion auf Erdschlüsse ist der Behandlung von Fehlerzuständen in bestehenden Pflastermaschinen überlegen, bei denen ein Sicherungsautomat im Falle eines Fehlerzustandes ohne Meldung an den Bediener auslöst, und die Pflastermaschine weiter arbeitet, bis der Bediener bemerkt, dass ein Abschnitt oder die gesamte Einbaubohle 22 sich abgekühlt hat und das Belagsmaterial an der Oberfläche der Einbaubohle 22 haftet.
Obwohl der vorstehende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher verschiedener Ausführungsformen der Erfindung ausführt, versteht sich, dass der Schutzbereich der Erfindung durch den Wortlaut der am Ende dieses Patents dargelegten Ansprüche definiert wird. Die detaillierte Beschreibung ist rein beispielhaft zu verstehen und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform der Erfindung, da eine Beschreibung aller möglichen Ausführungsformen unpraktisch, wenn nicht gar unmöglich wäre. Zahlreiche alternative Ausführungsformen könnten implementiert werden, entweder unter Verwendung gegenwärtiger Technologie oder von Technologie, die nach dem Einreichdatum dieses Patents entwickelt wird, was dennoch in den Schutzbereich der diese definierenden Ansprüche fallen würde.

Claims

Pflastermaschine (10) zum Verlegen einer Decke (26) aus Belagsmaterial auf einer mit einem Belag zu versehenden Oberfläche (12), wobei die Pflastermaschine (10) umfasst: ein Schleppfahrzeug (14), das umfasst: eine Leistungsquelle (16) mit einer Abtriebswelle (62), einen Pumpenantrieb (64), der mit der Abtriebswelle (62) der Leistungsquelle (16) verbunden ist, einen Generator (66), der einteilig mit dem Pumpenantrieb (64) verbaut und operativ mit der Abtriebswelle (62) der Leistungsquelle (16) verbunden ist, um einen Läufer des Generators (66) anzutreiben und Wechselstrom- oder AC-Leistung zu erzeugen, einen ersten Leistungswandler (68), der operativ mit dem Generator (66) verbunden ist, um die von dem Generator (66) erzeugte AC-Leistung zu empfangen, die AC-Leistung in Gleichstrom- bzw. DC-Leistung umzuwandeln, und DC-Leistung auszugeben, und ein Steuergerät für das Schleppfahrzeug (14), das operativ mit dem Generator (66) verbunden ist, um Steuersignale zu empfangen, und operativ mit dem ersten Leistungswandler (68) verbunden ist, um Steuersignale zu übertragen und zu empfangen; und eine Einbaubohle (22), die umfasst: einen Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) mit einer Vielzahl von Zonen-Hauptkabelsträngen (76), wobei der Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) operativ mit dem Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) verbunden ist, um Steuersignale zu übertragen und empfangen, und operativ mit dem ersten Leistungswandler (68) verbunden ist, um die DC-Leistung von dem ersten Leistungswandler (68) zu erhalten, wobei die an dem Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) empfangene DC-Leistung auf die Vielzahl von Zonen-Hauptkabelsträngen (76) verteilt wird, und eine Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60), die operativ mit dem Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) verbunden ist, um Steuersignale zu übertragen, wobei jeder der Vielzahl von Zonen-Hauptkabelsträngen (76) von dem Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) operativ mit einem entsprechenden der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) verbunden ist, um die DC-Leistung von dem Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) zu übertragen, und wobei die Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) Wärme erzeugt, um die Einbaubohle (22) auf eine vorbestimmte Einbautemperatur aufzuheizen.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 1, wobei das Schleppfahrzeug (14) ein Isolierungsüberwachungssystem (90) umfasst, das operativ mit dem Steuergerät (14) des Schleppfahrzeugs verbunden ist, um Steuersignale zu übertragen und zu empfangen, wobei der Generator (66), der erste Leistungswandler (68), der Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) und die Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) Strommesssignale an das Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) übertragen, wobei das Isolierungsüberwachungssystem (90) dazu ausgebildet ist, die Strompegel in den Strommesssignalen mit einem vorbestimmten maximalen Strompegel zu vergleichen, und ein Auftreten eines ersten Erdschlusses an dem Generator (66) oder dem ersten Leistungswandler (68) oder dem Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) oder der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) zu bestimmen, wenn ein Strompegel in einem der Strommesssignale größer ist als der vorbestimmte maximale Strompegel.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 2, wobei das Isolierungsüberwachungssystem (90) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf das Bestimmen des Auftretens des ersten Erdschlusses zu bestimmen, ob zusätzliche Erdschlüsse auftreten, und wobei das Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf die Bestimmung durch das Isolierungsüberwachungssystem (90), dass eine Anzahl von erfassten Erdschlüssen nicht eine vorbestimmte Anzahl von Erdschlüssen überschreitet, die erforderlich ist, um die Leistung zu jenen von Generator (66), erstem Leistungswandler (68), Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) und der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) zu unterbrechen, die die Strommesssignale übertragen, die die Erfassung der Erdschlüsse verursacht, ein Bedienermeldungssignal auszugeben.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 3, wobei das Schleppfahrzeug (14) eine Ausgabeanzeige umfasst, die operativ mit dem Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) verbunden ist, wobei das Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) das Bedienermeldungssignal an die Ausgabeanzeige ausgibt, und die Ausgabeanzeige in Ansprechen auf das Empfangen des Bedienermeldungssignals eine sensorisch wahrnehmbare Erdschlussmeldung ausgibt.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 3, wobei das Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf das Bestimmen durch das Isolierungsüberwachungssystem (90), dass die Anzahl der durch das Isolierungsüberwachungssystem (90) erfassten Erdschlüsse gleich der vorbestimmten Anzahl von Erdschlüssen ist, die zur Unterbrechung der Leistung erforderlich ist, jene von Generator (66), erstem Leistungswandler (68), Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) und der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) abzuschalten, die Strommesssignale übertragen, die die Erfassung der Erdschlüsse verursachen.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 2, wobei das Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf das Bestimmen, dass der erste Erdschluss ein AC-Erdschluss ist und dass der Strompegel in einem der Strommesssignale, die den AC-Erdschluss verursachen, größer ist als ein vorbestimmter Schadschwellenstrom, der größer ist als der vorbestimmte maximale Strompegel, jenen von Generator (66), erstem Leistungswandler (68), Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) und der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) abzuschalten, die Strommesssignale übertragen, die die Erfassung des ersten Erdschlusses verursachen.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 1, wobei das Schleppfahrzeug (14) umfasst: einen zweiten Leistungswandler (84), der operativ mit dem Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) verbunden ist, um Steuersignale zu übertragen und zu empfangen, und operativ mit dem ersten Leistungswandler (68) verbunden ist, wobei der zweite Leistungswandler (84) dazu ausgebildet ist, die DC-Leistung von dem ersten Leistungswandler (68) zu empfangen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln und die AC-Leistung auszugeben; und eine Ausgangstafel (80) mit einer Vielzahl von AC-Leistungsausgängen, wobei die Ausgangstafel (80) operativ mit dem zweiten Leistungswandler (84) verbunden und dazu ausgebildet ist, die AC-Leistungsausgabe von dem zweiten Leistungswandler (84) zu empfangen und die AC-Leistung an die Vielzahl von AC-Leistungsausgängen auszugeben.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 1, wobei das Schleppfahrzeug (14) ein Steuergerät für die Leistungsquelle (16) umfasst, das operativ mit der Leistungsquelle (16) und dem Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) verbunden ist, wobei das Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) dazu ausgebildet ist, einen Leistungsbedarf für Komponenten (44) des Schleppfahrzeugs (14) und der Einbaubohle (22) zu bestimmen, eine Leistungsquellen-Leistungsanforderung auf der Grundlage des Leistungsbedarfs für die Komponenten (44) zu bestimmen, und ein Leistungsanforderungssignal für die Leistungsquelle (16) an das Steuergerät für die Leistungsquelle (16) auszugeben, und wobei das Steuergerät für die Leistungsquelle (16) dazu ausgebildet ist, das Leistungsquellenanforderungssignal für die Leistungsquelle (16) von dem Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) zu empfangen, und die Leistungsquelle (16) zu veranlassen, Leistung auf der Grundlage eines Werts des Leistungsanforderungssignals für die Leistungsquelle (16) auszugeben.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 8, wobei die Leistungsquelle (16) ein Motor ist, wobei das Leistungsanforderungssignal für die Leistungsquelle (16) eine erwünschte Motordrehzahl für den Motor ist, die erforderlich ist, um eine Leistungsanforderung an die Leistungsquelle (16) zu erzeugen, und wobei das Steuergerät der Leistungsquelle (16) den Motor in Ansprechen auf den Erhalt des Leistungsanforderungssignals an die Leistungsquelle (16) veranlasst, mit der erwünschten Motordrehzahl zu arbeiten.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät des Schleppfahrzeugs (14) dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des Generators (66) zu bestimmen, einen Wert der Temperatur des Generators (66) mit einer vorbestimmten maximalen Temperatur des Generators (66) zu vergleichen, und das Leistungsanforderungssignal an die Leistungsquelle (16) mit einem Wert an das Steuergerät der Leistungsquelle (16) zu übertragen, um die Leistungsquelle (16) zu veranlassen, eine Leistungsabgabe durch die Leistungsquelle (16) in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der Wert der Temperatur des Generators (66) größer ist als die vorbestimmte maximale Temperatur des Generators (66), zu verringern.
Pflastermaschine (10) nach Anspruch 1, wobei der Generator (66) einen geschalteten Reluktanzgenerator (66) umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Pflastermaschine (10) zum Verlegen einer Decke (26) aus Belagsmaterial auf einer mit einem Belag zu versehenden Oberfläche (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: operatives Verbinden einer Abtriebswelle (62) einer Leistungsquelle (16) der Pflastermaschine (10) mit einer Eingangswelle eines Generators (66), um einen Läufer des Generators (66) anzutreiben und Wechselstrom- oder AC-Leistung zu erzeugen, wobei der Generator (66) einteilig mit einem Pumpenantrieb (64) der Pflastermaschine (10) verbaut ist; Ausgeben der AC-Leistung von dem Generator (66) an einen ersten Leistungswandler (68); Umwandeln der AC-Leistung in Gleichstrom- oder DC-Leistung in dem ersten Leistungswandler (68); Ausgeben der DC-Leistung von dem ersten Leistungswandler (68) an einen Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) einer Einbaubohle (22) der Pflastermaschine (10); Verteilen der DC-Leistung, die an dem Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) erhalten wird, an eine Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60); und Erzeugen von Wärme an der Vielzahl von Einbaubohlen-Heizelementen (60) aus der DC-Leistung, die von dem Zonen-Leistungsverteilerkasten (72) erhalten wird, um die Einbaubohle (22) auf eine vorbestimmte Einbautemperatur aufzuheizen.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend: Ausgeben der DC-Leistung von dem ersten Leistungswandler (68) an einen zweiten Leistungswandler (84) der Pflastermaschine (10); Umwandeln der DC-Leistung in AC-Leistung an dem zweiten Leistungswandler (84); Ausgeben der AC-Leistung von dem zweiten Leistungswandler (84) an eine Ausgangstafel (80) mit einer Vielzahl von AC-Leistungsausgängen.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend: Bestimmen eines Leistungsbedarfs für Komponenten (44) der Pflastermaschine (10); Bestimmen einer Leistungsquellen-Leistungsanforderung auf der Grundlage des Leistungsbedarfs für die Komponenten (44); and Veranlassen, dass die Leistungsquelle (16) Leistung auf der Grundlage eines Wertes einer Leistungsanforderung an die Leistungsquelle (16) ausgibt.