EP2530273B1

EP2530273B1 - Baumaschine mit automatischer Lüfterdrehzahlregelung

Info

Publication number: EP2530273B1
Application number: EP11004512.7A
Authority: EP
Inventors: Tobias Noll; Ralf Weiser; Thomas Riedl
Original assignee: Joseph Voegele AG
Current assignee: Joseph Voegele AG
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: JP6029324B2; US20120305232A1; JP2012251553A; PL2530273T3; US9376954B2; EP2530273A1; CN102808683B; CN102808683A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baumaschine mit automatischer Lüfterdrehzahlregelung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Ansteuern eines Lüfters gemäß dem Anspruch 15.
In Baumaschinen, insbesondere Straßenfertigern und Beschickern, werden Dieselmotoren als Antriebsmaschinen eingesetzt. Sowohl die Dieselmotoren, als auch die damit angetriebenen Aggregate haben bedingt durch deren Wirkungsgrad eine Verlustleistung, die durch Kühler abgeführt werden muss. In den derzeitigen Straßenfertigern werden unterschiedliche Kühlmedien, wie z. B. Kühlwasser, Ladeluft und/oder Hydrauliköl, über Wärmetauscher auf die benötigten Temperaturen gekühlt. Um einen Luftstrom durch die Wärmetauscher sicherzustellen, ist ein Ventilator Bestandteil der Kühlanlage. Bekannt ist, dass der Lüfter starr mit dem Dieselmotor verbunden ist, sodass der Lüfter zu jedem Zeitpunkt eine Lüfterdrehzahl annimmt, die der Antriebsdrehzahl des Dieselmotors entspricht.
Bekannt ist auch der Einsatz von einer bedarfsgerechten Kühlluftversorgung, die bei Straßenfertigern in der Praxis mit einem hydraulisch angetriebenen Lüfter erreichbar ist. Dies hat jedoch den Nachteil, hydraulische Verluste im Lüfterantrieb hinnehmen zu müssen. Ebenso nimmt der finanzielle Aufwand enorm zu, wenn man die Wirkungsgrade eines hydraulischen Lüfterantriebs optimieren möchte. Dies liegt daran, da bei einer Optimierung der Wirkungsgrade des hydraulischen Lüfterantriebs nicht mehr auf kostengünstige Konstantstrompumpen zurückgegriffen werden kann.
Die US 2003/041814 A1 beschreibt ein regelbares Viskolüftersystem, dass funktionell mit einer Antriebseinheit verbunden ist. Zur Regelung des Viskolüftersystems ist eine Motorüberwachungseinheit vorgesehen, die unterschiedliche Betriebsparameter des Motors erfasst, diese verarbeitet und damit den Lüfter über eine Lüftersteuereinheit ansteuert.
Die gattungsgemäße US 2001/025610 A1 bezieht sich auf einen regelbaren Lüfterantrieb, der als Viskokupplung ausgebildet sein kann, um auf Basis von betriebsbedingter Messwerte einer Antriebseinheit eine gewünschte Drehzahl an einem Lüfter einzustellen. Nachteilig daran ist, dass kurzzeitige, extreme Messwerte in der Regelung des Lüfters mit eingehen, wodurch dieser hektisch und laut reagieren kann.
Die EP 2 264 294 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur eines durch einen Ladeluftkühler hindurch tretenden Ladeluftstroms. Eine Regelung der Lüftereinrichtung findet in Abhängigkeit des Ladedrucks des Ladeluftkühlers statt.
US 5,584,371 A offenbart einen über eine Viskokupplung gesteuerten Lüfter für ein Kraftfahrzeug. Zur Steuerung der Viskokupplung wird ein Mikroprozessor eingesetzt, der eine Vielzahl von Messsignalen als Steuerungseingangsgrößen empfängt.
JP 2002 21 32 42 A offenbart einen mittels eines Elektroantriebs gesteuerten Lüfter für ein Kraftfahrzeug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baumaschine mit einer automatischen Lüfterdrehzahlregelung zu schaffen, wodurch sich ein Kühlluftstrom automatisch an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Baumaschine anpasst, wobei dazu kostengünstige und geräuscharme technische Mittel zum Einsatz kommen. Ebenso ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur automatischen Regelung eines Kühlluftstroms zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den technischen Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit den technischen Merkmalen des Anspruchs 14.
Verbesserte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die technischen Merkmale der Unteransprüche gegeben.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei der Baumaschine um einen Straßenfertiger oder einen Beschicker. Die Baumaschine umfasst eine Antriebseinheit und ein Kühlsystem mit einem Lüfter, der zur Erzeugung eines Kühlluftstroms vorgesehen ist. Erfindungsgemäß umfasst das Kühlsystem des Weiteren eine regelbare Viskokupplung, die antriebsseitig mit der Antriebseinheit und abtriebsseitig mit dem Lüfter des Kühlsystems verbunden ist. Die Viskokupplung überträgt ein Antriebsmoment der Antriebseinheit auf den abtriebsseitig befindlichen Lüfter, sodass dieser einen Kühlluftstrom erzeugt.
Regelbare Viskokupplungen bieten bei der Erfindung die Möglichkeit, durch unterschiedliche Ölstände innerhalb der Kupplung unterschiedliche Drehmomente zu übertragen. Die Viskokupplung besteht aus zwei gegeneinander angeordneten Scheiben, wobei eine Scheibe die Antriebseinheit bildet und die zweite Scheibe die Abtriebsseite darstellt. Sollen Momente übertragen werden, muss der Kupplungsraum mit Öl gefüllt sein, sodass von der Antriebsseite durch die Scherviskosität des Öls die Abtriebsseite mitgenommen wird. Funktionsbedingt wird sich auf der Abtriebsseite einer Viskokupplung immer eine geringere Drehzahl als auf der Antriebsseite einstellen. Möchte man geringere Abtriebsdrehzahlen realisieren, lässt sich dies durch einen niedrigeren Ölstand umsetzen. Durch einen dauerhaften Ölumlauf innerhalb der Viskokupplung, der erst ab gewissen Mindestdrehzahlen einsetzt, lässt sich mit Hilfe eines Ölzuschaltventils und eines konstanten Ölablassstroms der Ölstand der Kupplung regeln. Besteht die Anforderung einer niedrigen Drehzahl auf der Abtriebsseite der Viskokupplung, so wird das Ölschaltventil geschlossen und das in der Kupplung noch vorhandene Öl wird durch Zentrifugalkräfte aus dem Ölraum durch eine Ölablassbohrung verdrängt. Befindet sich kein Öl in der Viskokupplung, stellt sich eine minimale Drehzahl, nämlich eine Schleppdrehzahl ein. Wird die Solldrehzahl an der Abtriebsseite angehoben, muss durch das Ölschaltventil mehr Öl zugeführt werden, als durch den Ölabfluss abfließen kann, wodurch es zum Drehzahlanstieg kommt. Ist die Viskokupplung komplett mit Öl geflutet, benötigt die vorgeschaltete Drehzahlregelung eine lange Zeitdauer, bis die Abtriebsdrehzahl die Solldrehzahl erreicht. Diese Zeitdauer verlängert sich, je niedriger die Antriebsdrehzahl liegt. Gerade bei Leerlauf ist der interne Ölumlauf der Viskokupplung stark reduziert, so dass eine Drehzahlregelung in diesem Betriebspunkt unmöglich ist.
Bei der Erfindung stellt die regelbare Viskokupplung eine geräuscharme Verbindung zwischen der Antriebseinheit und dem Lüfter sicher. Dies verbessert die Arbeitsbedingung für das Personal, welches sich in der Nähe der Baumaschine befindet und erleichtert die Kommunikation untereinander.
Die regelbare Viskokupplung ermöglicht eine situationsbedingte Ansteuerung des Lüfters, wobei sich je nach Ölstand in der Viskokupplung eine erwünschte Drehzahl für den Lüfter einstellen lässt, die unabhängig von der Drehzahl der Antriebseinheit sein kann. Vorteilhaft ist auch, dass bei der Erfindung die Viskokupplung eine Momentenübertragung zwischen der Antriebseinheit und dem Lüfter minimieren beziehungsweise ganz unterbinden kann, sodass sich der Lüfter mit minimaler Drehzahl bewegt beziehungsweise stillsteht. Dies ist vor allem dann nützlich, um bei einem Start der Baumaschine bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt, möglichst schnell optimale Betriebstemperaturen zu erreichen. Des Weiteren ermöglicht die Viskokupplung einen kraftstoffsparsameren Weg zum Antrieb des Lüfters, als wenn dieser starr mit der Antriebseinheit verbunden wäre. Für den Lüfter stellt sich nämlich im Vergleich zur Antriebsdrehzahl der Antriebseinheit eine reduzierte Lüfterdrehzahl ein, welche bei normaler Motorauslastung ausreichend ist.
Ebenso weist die Viskokupplung gegenüber einer hydraulischen Ansteuerung des Lüfters den technischen Vorteil auf, eine geringere Verlustleistung zu haben, wodurch mittels der Viskokupplung ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad resultiert.
Hinzu kommt, dass die Viskokupplung so regelbar ist, dass sich Momente der Antriebseinheit auf schonende Art und Weise, also nicht abrupt sondern weich, auf den Lüfter übertragen lassen. Dadurch bleibt der Baumaschine die einwandfreie Funktionsweise des Lüfters länger erhalten.
Erfindungsgemäß umfasst das Kühlsystem eine Steuerung, die mit der Viskokupplung und/oder der Antriebseinheit verbunden ist. Durch die Steuerung kann ein bestimmter Ölstand in der Viskokupplung eingestellt werden. Je nach Ölstand ist es möglich, durch die Viskokupplung das Antriebsmoment in ein bestimmtes Abtriebsmoment umzuwandeln.
Durch die Steuerung kann die Viskokupplung so eingestellt werden, dass sich zwischen der Antriebseinheit und dem Lüfter ein bestimmtes Drehzahl- bzw. Momentenverhältnis einstellt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung dazu ausgebildet, mindestens eine Betriebstemperatur des Kühlsystems zu erfassen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Betriebstemperatur der Ladeluft, des Hydrauliköls und/oder des Kühlwassers. Die Steuerung ermöglicht dadurch, echtzeitgenau den Betriebszustand des Kühlsystems zu überwachen. Außerdem wird dadurch sichergestellt, dass die Steuerung rechtzeitig die Viskokupplung ansteuert, um gegebenenfalls extremen Temperaturen des Kühlsystems entgegenzuwirken.
Neben den Betriebstemperaturen des Kühlsystems, ist es auch möglich, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, mindestens eine Betriebstemperatur der Antriebseinheit, vorzugsweise eine Ansaug- und/oder eine Umgebungstemperatur zu erfassen. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuerung, insbesondere im Sommer, wenn es im Bereich der Baumaschine aufgrund der zusätzlich erzeugten Hitze durch den neu verlegten Straßenbelag zu extremen Temperaturen kommt, ebenfalls die Umgebungsbedingungen zur Lüfterdrehzahlregelung mit einbezieht.
Nützlich ist es auch, wenn die Steuerung dazu ausgebildet ist, eine untere und/oder eine obere Grenztemperatur der jeweiligen Betriebstemperaturen des Kühlsystems und/oder der Antriebseinheit zu erfassen, so dass die Steuerung schnell auf ein Überhitzen und/oder ein Unterkühlen der Betriebstemperaturen reagieren kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung dazu ausgebildet, die Viskokupplung so zu regeln, dass die Lüfterdrehzahl im Wesentlichen der Antriebsdrehzahl der Antriebseinheit entspricht. Dadurch kann ein maximaler Kühlluftstrom zur Verfügung gestellt werden. Dies ist vorzugsweise dann der Fall, wenn die Steuerung feststellt, dass eine der überwachten Betriebstemperaturen des Kühlsystems und/oder der Antriebseinheit die obere Grenztemperatur erreicht bzw. überschreitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung mit der Antriebseinheit verbunden, um eine Nenndrehzahl und/oder einen Lastfaktor der Antriebseinheit zu erfassen. Dies bietet den technischen Vorteil, dass die Steuerung stets über den momentanen Betriebszustand der Antriebseinheit informiert ist und dementsprechend eine Ansteuerung der Viskokupplung vornehmen kann.
Vorzugsweise ist die Steuerung dazu ausgebildet, unterschiedliche Lastfaktoren entsprechend der Betriebsart der Antriebseinheit zu erfassen. Dabei wäre es vorstellbar, dass die Steuerung beispielsweise bei einer Einbaufahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit einen geringeren Lastfaktor erfassen würde als bei einer Einbaufahrt mit wechselnden Geschwindigkeiten, während der die Antriebseinheit mehr belastet wird. Folglich ist die Steuerung auch dazu in der Lage, entsprechend des Lastzustands der Baumaschine die Lüfterdrehzahl anzupassen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuerung Mittel, die dazu ausgebildet sind, einen Mittelwert der erfassten Betriebstemperaturen des Kühlsystems und/oder der Antriebseinheit zu errechnen. Vorteilhaft wäre es auch, wenn die Mittel dazu ausgebildet wären, gemittelte Werte der erfassten Nenndrehzahl und/oder des erfassten Lastfaktors zu errechnen. Die gemittelten Werte verhindern, dass extreme, kurzzeitige Betriebsmesswerte in der automatischen Regelung der Viskokupplung eingehen.
Vorzugsweise ist die Steuerung dazu ausgebildet, eine Lüftersolldrehzahl zu erfassen. Die Lüftersolldrehzahl ist durch die Steuerung herstellbar und basiert auf den erfassten Betriebstemperaturen des Kühlsystems und/oder der Antriebseinheit. Vorzugsweise basiert die Lüftersolldrehzahl neben den erfassten Betriebstemperaturen auch auf der Nenndrehzahl und/oder dem Lastfaktor der Antriebseinheit. Ebenso ist es vorstellbar, dass sämtliche oder eine bestimmte Auswahl an erfassten Betriebstemperaturen des Kühlsystems mit einer bestimmten Auswahl antriebstypischer Temperaturen oder Parameter beliebig miteinander kombinierbar sind, um die Lüftersolldrehzahl zu ermitteln. Damit ermöglicht die Steuerung komplexe Betriebsbedingungen in einer Sollgröße, nämlich der Lüftersolldrehzahl zu berücksichtigen, um eine effektive Ansteuerung der Viskokupplung zu unternehmen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuerung eine Regeleinheit, die mit der Viskokupplung verbunden ist und mittels der erfassten Lüftersolldrehzahl eine Stellgröße erzeugt, durch die die Viskokupplung ansteuerbar ist. Insbesondere steuert die Stellgröße den Ölstand in der Viskokupplung, um eine gewünschte Lüftersolldrehzahl zu erreichen. Vorteilhaft ist, dass die Regeleinheit einen geräuscharmen Wechsel auf die Lüftersolldrehzahl ermöglicht.
Erfindungsgemäß umfasst die Steuerung einen Speicher, aus dem Speicherdaten zur Erzeugung der Lüftersolldrehzahl abrufbar sind. Vorzugsweise umfassen die Speicherdaten einen durch die Steuerung erfassten gemittelten Lastfaktor, sowie eine durch die Steuerung erfasste gemittelte Umgebungstemperatur der Antriebseinheit. Vorteilhaft ist es, wenn die gespeicherten Daten durch Anwendung eines Kennfeldes, welches für die Steuerung vorgesehen ist, direkt in die Lüftersolldrehzahl umwandelbar sind. Der Speicher verbessert die Reaktionszeit auf eine mögliche Überhitzung der Baumaschine, weil die Daten zur Ermittlung der Lüftersolldrehzahl, insbesondere der gemittelte Lastfaktor sowie die gemittelte Umgebungstemperatur der Antriebseinheit, sofort aus dem Speicher abrufbar sind, falls durch die Steuerung eine kritische Betriebstemperatur des Kühlsystems und/oder der Antriebseinheit erfasst wurde.
Zur Erstellung der Stellgröße ist der Regeleinheit eine maximale Lüftersolldrehzahl zuleitbar, wenn die Steuerung erfasst, dass eine der Betriebstemperaturen des Kühlsystems und/oder der Antriebseinheit eine obere Grenzwerttemperatur erreicht, bzw. diese übertrifft. Dies ermöglicht eine maximale Kühlleistung, damit sich die betroffene Betriebstemperatur wieder unterhalb der Grenzwerttemperatur einstellt. Ebenso ist es möglich, dass durch die Steuerung eine minimale Lüftersolldrehzahl der Regeleinheit zur Erstellung der Stellgröße zur Verfügung gestellt wird, wenn die Steuerung erfasst, dass die Antriebseinheit im Leerlauf ist. Dadurch kann der Lüfter geschont werden und es wird verhindert, dass unnötig Kraftstoff verbraucht wird.
Vorzugsweise umfasst die Viskokupplung einen Sensor, der eine Lüfteristdrehzahl umfasst. In einer weiteren Ausführungsform ist die Regeleinheit dazu ausgebildet, basierend auf einer Differenz zwischen der Lüfteristdrehzahl und der Lüftersolldrehzahl die Stellgröße zu bilden, mit der die Viskokupplung ansteuerbar ist. Der Sensor kann ein Füllstandsensor zur Erfassung des Ölstands in der Viskokupplung sein, wobei es durch den Ölstand und die anliegende Antriebsdrehzahl der Antriebseinheit möglich ist die Lüfteristdrehzahl zu ermitteln. Ebenso gut kann der Sensor ein Bewegungssensor sein, der dazu ausgebildet ist, die Lüfteristdrehzahl direkt zu ermitteln. Der Sensor kann kostengünstig in der Viskokupplung verbaut werden.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatischen Regeln und Steuern eines Kühlsystems einer Baumaschine durch eine Viskokupplung. Dabei ist die Viskokupplung antriebseitig mit einer Antriebseinheit und abtriebseitig mit einem Lüfter des Kühlsystems verbunden, wobei erfindungsgemäß die Viskokupplung in Abhängigkeit unterschiedlicher Betriebsparameter so geregelt wird, dass sich abtriebseitig an der Viskokupplung eine bestimmte Lüfterdrehzahl einstellt.
Die eingangs erwähnten technischen Vorteile der Erfindung treffen auch bei dem verwendeten Verfahrung zu.
Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen automatischen Lüfterdrehzahlregelung für eine Baumaschine,
Fig. 2: eine detaillierte Darstellung der Steuerung,
Fig. 3: ein Diagramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Lüfterdrehzahlregelung darstellt, sowie
Fig. 4: eine Lüftersolldrehzahlverlauf in Abhängigkeit der Nenndrehzahl der Antriebseinheit.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Baumaschine 1 mit einem Kühlsystem 2 und mit einer Antriebseinheit 3. Das Kühlsystem 2 umfasst eine Viskokupplung 4, die abtriebseitig mit einem Lüfter 5 verbunden ist. Der Lüfter 5 ist zur Erzeugung eines Kühlluftstroms vorgesehen, der Kühlmedien wie Ladeluft, Kühlwasser und Hydrauliköl kühlt.
Die Viskokupplung 4 ist antriebseitig mit einem Motor 6 der Antriebseinheit 3 verbunden. Das Kühlsystem 2 umfasst des weiteren eine Steuerung 7, welche zur Erfassung einer Umgebungstemperatur 8 und/oder einer Ansaugtemperatur 9 der Antriebseinheit 3 vorgesehen ist. Wahlweise ist die Steuerung 7 zur Erfassung der Temperatur der zu kühlenden Medien, also einer Ladelufttemperatur 10, einer Kühlwassertemperatur 11, und/oder einer Hydrauliktemperatur 12 vorgesehen.
Wie durch die Fig. 1 gezeigt wird, ist der Lüfter 5 nicht starr oder mit einem Hydraulikmotor, sondern mit Hilfe der am Motor 6 befestigten Viskokupplung 4 antreibbar. Eine Lüfteristdrehzahl 13 ist durch einen Sensor 31 erfassbar, welcher in der Viskokupplung 4 integriert ist. Die Lüfteristdrehzahl 13 ist von der Viskokupplung 4 an die Steuerung 7 übertragbar.
Ein weiterer Bestandteil der Steuerung 7 ist eine Regeleinheit 14. Die Regeleinheit 14 ist dazu vorgesehen, eine Stellgröße 15 an die Viskokupplung 4 zu senden.
Ebenso zeigt die Fig. 1, dass die Steuerung 7 mit dem Motor 6 der Antriebseinheit 3 verbunden ist, sowie dazu ausgebildet ist, eine Nenndrehzahl 16 und/oder einen Lastfaktor 17 des Motors 6 der Antriebseinheit 3 zu erfassen. Die Steuerung 7 ist dazu im Stande, mittels der erfassten Signale 8, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 17 oder zumindest mittels einer bestimmten Auswahl dieser die Stellgröße 15 zu erzeugen.
Ebenfalls umfasst die Steuerung 7 ein Kennfeld 18, welches zur Ermittlung einer Lüftersolldrehzahl mittels des erfassten Lastfaktors und der erfassten Umgebungstemperatur 8, bzw. der Ansaugtemperatur 9 vorgesehen ist. Des weiteren umfasst die Steuerung 7 Mittel 19, die zu einer Mittelwertbildung der erfassten Signale 8, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 17 vorgesehen sind. Hierbei ist die Steuerung 7 dazu ausgebildet, mehrere Werte jeder Messgröße mit der Anzahl 2 bis 1000 sowie mit einer Abtastrate von 10 msec bis 360 sec zu erfassen. Aus diesen Werten ist ein Mittelwert mit einer festen Abtastrate im Bereich von 10 msec bis 360 sec ableitbar. Vorzugsweise erfolgt eine Erfassung von 20 Werten mit einer Abtastrate von 1 sec. Ebenso ist es vorstellbar, dass eine alternative Mittelung durch einen gleitenden Mittelwert, geometrische Mittel, harmonische Mittel, quadratische Mittel bzw. durch kubische Mittel durchführbar ist.
Damit bei Änderungen der Lüfterdrehzahlvorgabe keine hörbaren Geräuschunterschiede entstehen, umfasst die Steuerung 7 eine Rampenfunktion 20, um Drehzahlsprünge am Lüfter zu dämpfen. Liegt ein neuer Drehzahlsollwert für den Lüfter 5 an, ist dieser durch eine schrittweise Verstellung der Lüftersolldrehzahl mit einer vorher definierten Steigung gezielt anfahrbar. Um zu vermeiden, dass der Bediener den Eindruck eines Drehzahlsprungs erhält, ist die Steigung der Rampenfunktion im Wesentlichen flach ausgebildet. Andererseits ist vorgesehen, dass die Steigung der Rampenfunktion 20 nicht zu flach ausfällt, um eine Überhitzung des Kühlsystems 2 zu verhindern. Die Steigung der Rampenfunktion 20 ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 Umdrehungen/sec bis 200 Umdrehungen/sec eingestellt. Vorteilhaft ist, wenn die Steigung der Rampenfunktion bei 12 Umdrehungen/sec liegt.
Des weiteren umfasst die Steuerung 7 einen Speicher 21, der dazu ausgebildet ist, die Eingangsgrößen der Steuerung 7, nämlich die Umgebungstemperatur 8, die Ansaugtemperatur 9, die Ladelufttemperatur 10, die Kühlwassertemperatur 11, die Hydrauliköltemperatur 12, die Lüfteristdrehzahl 13, die Dieselmotornenndrehzahl 16 und/oder den Lastfaktor 17 zu speichern. Insbesondere sind im Speicher 21 gemittelte Werte der Umgebungstemperatur 8 sowie gemittelte Werte des Lastfaktors 17 ablegbar, um bei Bedarf von der Steuerung 7 abgerufen zu werden. Wahlweise ist der Speicher 21 zur Zwischenspeicherung der Eingangssignale vorgesehen.
Die Fig. 2 zeigt die Funktionsweise der Steuerung 7. Die Steuerung 7 umfasst eine Auswertelogik 22, die eingangs an der Regeleinheit 14 angeordnet ist. Die Auswertelogik 22 ist dazu vorgesehen, dass die Lüfterdrehzahl möglichst unbemerkt vom Bediener veränderbar ist. Durch die Auswertelogik 22 ist das Regelverhalten der Viskokupplung 4 auf das Drehzahlverhalten der Baumaschine 1 abstimmbar. Für die Erzeugung der Stellgröße 15 ist die Regeleinheit 14 mit einer Linearisierung 23 sowie mit einem nachgeschalteten P-Regler 24, der wahlweise als PI- oder PID-Regler ausgeführt sein kann, ausgestattet. Die Linearisierung 23 legt die Regelfaktoren Kp, Ki oder Ka fest, die in Abhängigkeit der Eingangsgrößen, wie beispielsweise der Lüfteristdrehzahl 13 und der Nenndrehzahl 16 konstant oder veränderbar sind. Vorzugsweise werden die Regelfaktoren mittels festgelegter Kennlinien an die Betriebspunkte der Viskokupplung 4 angepasst.
Um eine Überhitzung des Kühlsystems 2 zu verhindern, umfasst die Auswertelogik 22 ein erstes Logikglied 25, welches dazu ausgebildet ist, zu überwachen, ob die Temperaturen 10, 11, 12 des Kühlsystems 2 einen oberen Grenzwert erreichen, bzw. überschritten haben. Bei Erreichen bzw. beim Überschreiten der oberen Grenztemperatur wird durch das erste Logikglied 25 der Regeleinheit 14 eine Lüftersolldrehzahl übermittelt, welche der erfassten Nenndrehzahl des Motors 6 der Antriebseinheit 3 entspricht. Damit die Regeleinheit 14 nicht hektisch reagiert, wird die Lüftersolldrehzahl durch die Rampenfunktion 20 gedämpft. Bei der Feststellung einer überhitzten Maschine ist die Steuerung 7 dazu ausgebildet, durch eine optionale Nachlaufzeit 31 die maximale Lüfterdrehzahl auch bei Unterschreiten der Grenztemperatur für eine gewisse Zeit aufrechtzuerhalten. Außerdem ist das erste Logikglied 25 alternativ (nicht dargestellt) dazu ausgebildet, die Betriebstemperaturen des Kühlsystems 2 dahingehend zu überprüfen, ob diese eine untere Grenztemperatur erreichen, bzw. diese unterschreiten. Ist dies der Fall, dann wird der Regeleinheit 14 durch das erste Logikglied 25 eine Lüftersolldrehzahl weitergeleitet, die einer Schleppdrehzahl der Antriebseinheit 3 entspricht.
Außerdem zeigt die Fig. 2, dass die Auswertelogik 22 ein zweites Logikglied 26 umfasst. Das zweite Logikglied 26 ist dazu ausgebildet, die Nenndrehzahl 16 der Antriebseinheit 3 zu erkennen, beziehungsweise zu erfassen, ob ein Nenndrehzahlwechsel stattgefunden hat. Erfasst die Steuerung 7 die Nenndrehzahl 16 der Antriebseinheit 3, wird in einem weiteren dritten Logikglied 27 der Auswertelogik 22 überprüft, ob eine optionale Einschaltverzögerung 28 abgelaufen ist. Die Einschaltverzögerung 28 wird bei einem Wechsel der Nenndrehzahl 16 der Antriebseinheit 3 aktiv geschalten, sodass für ein vorbestimmtes Zeitintervall, nämlich die Einschaltverzögerung 28, zunächst noch die Schleppdrehzahl als Lüftersolldrehzahl der Regeleinheit 14 zugeleitet wird. Ist die Einschaltverzögerung 28 abgelaufen, werden das erste, das zweite sowie das dritte Logikglied 25, 26, 27 so geschalten, dass zwischen der Regeleinheit 14 und dem Speicher 21 eine Verbindung entsteht, sodass aus dem Speicher 21 die gemittelten Werte abrufbar sind, um eine spezifische Lüftersolldrehzahl zu ermitteln. Die Lüftersolldrehzahl ist durch Vergleich gemittelter und abgespeicherter Werte des Lastfaktors 17 und der Umgebungstemperatur 8 aus dem Kennfeld 18 ermittelbar. Die ermittelte Lüftersolldrehzahl kann durch die Rampenfunktion 20 auf eine gedämpfte Art und Weise an die Regeleinheit 14 weitergegeben werden, damit die Regeleinheit 14 nicht hektisch reagiert.
Gleichzeitig wird der aktuelle Lastfaktor 17 und die aktuelle Umgebungstemperatur 8 in dem Speicher 21 abgelegt, sodass diese Werte bei einem folgenden Wechsel in die Nenndrehzahl der Baumaschine 1 zur Verfügung stehen. Ebenso kann es zur Abspeicherung gemittelter Werte kommen.
Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Verfahrens zur Lüfterdrehzahlregelung. Zunächst wird überprüft, ob sich der Motor 6 der Antriebseinheit 3 im Betrieb befindet. Wird dies bejaht, überprüft die Steuerung, ob eine der Betriebstemperaturen 10, 11, 12 des Kühlsystems 2 eine obere Grenztemperatur erreicht hat bzw. diese überschritten hat. Ist dies der Fall, dann setzt die Steuerung 7 die Lüfterdrehzahl gleich mit der Nenndrehzahl des Motors 6. Gleichzeitig wird die Nachlaufzeit aktiviert und die Einschaltverzögerung 28 deaktiviert. Damit die gesetzte Lüftersolldrehzahl keine hektische Reaktion der Regeleinheit 14 hervorruft, wird die Lüftersolldrehzahl zunächst mit der Rampenfunktion 20 gedämpft. Separat wird der aktuelle Lastfaktor 17 und Umgebungstemperatur 8 und/oder Ansaugtemperatur 9 nach einer optionalen Mittelwertbildung 19 in dem Speicher 21 abgelegt, damit der aktuelle Zustand der Antriebseinheit bei Verlassen der Grenztemperaturen der Steuerung 7 zur Verfügung steht. Der gedämpfte Lüftersolldrehzahlwert wird als Stellgröße 15 an die Viskokupplung 4 übergeben. Folglich wird der Ölstand der Viskokupplung 4 so geregelt, dass sich die gewünschte Lüftersolldrehzahl beim Lüfter 5 einstellt.
Alternativ dazu kann bei eingeschaltetem Motor 6 durch die Steuerung 7 festgestellt werden, dass keine der Betriebstemperaturen 10, 11, 12 des Kühlsystems 2 eine obere Grenztemperatur erreicht hat.
Nach einer Überhitzung, wenn die Temperaturmessung gerade keine Überhitzung mehr feststellt, wird die Lüftersolldrehzahl für eine Nachlaufzeit auf Nenndrehzahl belassen. Stellt die Steuerung 7 nicht fest, dass eine der Betriebstemperaturen die obere Grenztemperatur erreicht und die Nachlaufzeit nach einer Überhitzung abgelaufen ist, also dass sich die Betriebstemperaturen des Kühlsystems 2 unterhalb der Grenztemperaturen befinden und die Zeit der Nachlaufphase verstrichen ist, dann wird die Betriebssituation des Motors 6 überprüft. Befindet sich dieser nicht in Nenndrehzahl, wird die Lüftersolldrehzahl gleich der Schleppdrehzahl der Viskokupplung gesetzt. Nach aktivieren der Einschaltverzögerung 28 wird aus der Solldrehzahl in der Regeleinrichtung 14 die Stellgröße für die Viskokupplung generiert. Die Viskokupplung wird derart geregelt, dass sich beim Lüfter die Schleppdrehzahl einstellt.
Liegt hingegen die Nenndrehzahl am Antriebssystem 3 vor, erfolgt eine Abfrage über den Ablauf der Einschaltverzögerung 28. Solange die Einschaltverzögerung 28 aktiv ist, wird diese heruntergezählt und dem Solldrehzahlwert mit der sich anschließenden Regeleinheit 14 die Schleppdrehzahl als Sollwert übermittelt. Trifft hingegen die Bedingung über die abgelaufene Einschaltverzögerung 28 zu, wird mit Hilfe gespeicherter Werte von Lastfaktor 17, und Umgebungstemperatur 8 aus dem hinterlegten Kennfeld 18 ein Lüftersolldrehzahlwert generiert und mit der Rampenfunktion 20 gedämpft. Im Anschluss wird in den Speicher 21 der aktuelle Zustand der Antriebseinheit abgelegt, damit diese Werte der Steuerung für eine erneute Lüftersolldrehzahlgenerierung aus dem Kennfeld 18 zur Verfügung stehen. Der aus dem Kennfeld generierte Solldrehzahlwert wird der Regeleinrichtung 14 übergeben, sodass sich am Lüfter die Solldrehzahl einstellt.
In Fig. 4 ist ein typischer Drehzahlverlauf einer erfindungsgemäßen Baumaschine 1 dargestellt. Dabei kommt es zum Wechsel zwischen Leerlaufphasen 29, in denen die Baumaschine 1 steht, und Einbau- bzw. Transportphasen, bei denen der Motor 6 der Antriebseinheit 3 mit der Nenndrehzahl 16 betrieben wird. Je nach Nenndrehzahl 16 des Motors 6 und damit der Eingangsdrehzahl an der Viskokupplung 4 erfolgt eine Einstellung der in der Auswertelogik 22 vorhandenen Logikglieder 25, 26, 27, um der Regeleinheit 14 eine für die Betriebssituation der Baumaschine angepasste Lüftersolldrehzahl zu übermitteln. Bei einer niedrigen Eingangsdrehzahl an der Viskokupplung 4 läßt sich die Viskokupplung 4 nur geringfügig auf eine vorbestimmte Lüftersolldrehzahl regeln. Folglich ist es insbesondere während Leerlaufphasen der Fall, dass die Lüftersolldrehzahl auf die Schleppdrehzahl, also die minimal mögliche Drehzahl der Viskokupplung, abgesenkt wird. Auf eine Lüfterdrehzahlvorgabe kann während Leerlaufphasen bewusst verzichtet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Viskokupplung 4 komplett ausgekuppelt und der Lüfter bei Drehzahlsprüngen nicht mitbeschleunigt wird, da sich in der Viskokupplung nur wenig Öl beim Beschleunigungsvorgang befindet.
Falls aus dem Leerlauf 29 ein Drehzahlsprung 30 auf eine Nenndrehzahl 16 der Antriebseinheit 3 stattfindet, also bei einem Wechsel der Baumaschine aus dem Leerlauf in den Einbau, läuft nach dem Erfassen der Nenndrehzahl 16 zunächst eine zeitliche Einschaltverzögerung 28 ab, bevor eine Vorgabe der Lüftersolldrehzahl durch die Steuerung 7 erfolgt. Die Einschaltverzögerung 28, nach der die Regeleinheit 14 die Lüftersolldrehzahl empfängt und daraus die Stellgröße 15 erzeugt, richtet sich nach dem Überschwingverhalten der Viskokupplung 4 und kann im Bereich von 0,1 bis 10 Sekunden liegen. Vorzugsweise durchläuft die Einschaltverzögerung 28 3 Sekunden.
Indem der Drehzahlsprung 30 stattfindet, sind der letzte aktive Lastzustand sowie die letzte Umgebungstemperatur 8 aus dem Speicher 21 abrufbar und sind durch die Verwendung des Kennfelds 18 in die Lüftersolldrehzahl umwandelbar. Anschließend werden aus dem aktuellen Lastfaktor 17 und der aktuellen Umgebungstemperatur 8 Mittelwerte aus aufgezeichneten Messwerten mit vorgegebener Abtastrate gebildet. Diese Mittelwerte werden in dem Speicher 21 abgelegt und stehen für den nächstfolgenden Zyklus, in dem eine erneute Drehzahlvorgabe erfolgt, zur Verfügung.
Dieser automatischen Lüftersolldrehzahlregelung liegt die Annahme zugrunde, dass sich während eines Einbauvorgangs die durchschnittliche Auslastung der Antriebseinheit 3 nur unwesentlich ändert. Bei einem erneuten Wechsel aus dem Einbaubetrieb in den Leerlauf wird die Lüftersolldrehzahl gleich der Schleppdrehzahl eingestellt. Dabei bleiben der letzte Lastzustand und die letzte Umgebungstemperatur bei der Nenndrehzahl 16 im Speicher 21 verfügbar.
Ändert sich hingegen der Auslastungsgrad des Motors 6, also der Lastfaktor 17, wird folglich der Kühlluftstrom angepasst. Um größere Drehzahlsprünge am Lüfter 5 zu vermeiden, wird die durch das Kennfeld 18 ermittelte Lüftersolldrehzahl durch die Rampe 20 mit einer vorher festgelegten Steigung vorgegeben. Die dadurch ermittelte Lüftersolldrehzahl dient als Eingang für die Regeleinheit 14 der Viskokupplung 4. Die dadurch entstehende Lüfterdrehzahlvorgabe ist in der Fig. 4 gestrichelt dargestellt.
Baumaschinen, wie Straßenfertiger oder Beschicker, benötigen den maximalen Kühlluftvolumenstrom nur bei extremen Arbeitsbedingungen mit sehr hohen Umgebungstemperaturen sowie bei sehr hohen Motorauslastungen. Dieser Betriebszustand tritt allerdings selten auf, so dass die Lüfterdrehzahl bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen reduziert werden kann und somit zu einem geringeren Geräuschniveau an der Baumaschine führt. Wird der Lüfter nicht am maximalen Auslegungspunkt der Baumaschine betrieben, lässt sich durch die reduzierte Lüfterdrehzahl Kraftstoff einsparen. Verglichen mit einem hydraulisch angetriebenen Lüfter hat die Viskokupplung bei der Drehzahlreduzierung des Lüfters geringere Verluste, sodass das System mit Viskokupplung einen besseren Gesamtwirkungsgrad aufweist. Bisher wird in Straßenfertigern, bedingt durch das Drehzahlprofil keine geregelte Viskokupplung eingesetzt. Ein großer Vorteil einer gesteuerten Lüfterdrehzahl besteht in der Reaktionszeit auf eine mögliche Überhitzung der Maschine. Da der Lastfaktor und die Umgebungstemperatur zu dem Zeitpunkt des Aufheizvorgangs der Kühlmedien bereits gespeichert vorliegen, lässt sich die Lüfterdrehzahl vor einem Temperaturanstieg im Kühler einregeln. Somit werden Totzeiten im System Motor-Kühler-Lüfter umgangen, da vor einer möglichen Überhitzung der richtige Luftstrom durch den Kühler einstellbar ist.

Claims

Baumaschine (1) in Form eines Straßenfertigers oder Beschickers mit automatischer Lüfterdrehzahlregelung, umfassend eine Antriebseinheit (3) und ein Kühlsystem (2) mit einem Lüfter (5), um einen Kühlluftstrom zu erzeugen, wobei das Kühlsystem (2) des Weiteren eine regelbare Viskokupplung (4) umfasst, die antriebsseitig mit der Antriebseinheit (3) und abtriebsseitig mit dem Lüfter (5) verbunden ist, und wobei das Kühlsystem (2) eine Steuerung (7) umfasst, die mit der Viskokupplung (4) verbunden ist und mit der Antriebseinheit (3) verbunden ist, um einen Lastfaktor (17) zu erfassen, wobei die Steuerung (7) dazu ausgebildet ist, eine Umgebungstemperatur (8) der Antriebseinheit (3) zu erfassen,
wobei die Steuerung (7) Mittel (19) umfasst, die dazu ausgebildet sind, einen Mittelwert des erfaßten Lastfaktors (17) und der erfaßten Umgebungstemperatur (8) zu errechnen, um mit diesen die Viskokupplung (4) zu regeln,
wobei die Steuerung (7) einen Speicher (21) umfasst, aus dem gemittelte Werte des Lastfaktors (17) und gemittelte Werte der Umgebungstemperatur (8) zur Erzeugung der Lüftersolldrehzahl abrufbar sind,
wobei die Steuerung (7) ein Kennfeld (18) umfasst und dazu ausgebildet ist, die Lüftersolldrehzahl angesichts der abgespeicherten gemittelten Werte des Lastfaktors (17) und der Umgebungstemperatur (8) mittels des Kennfelds (18) zu generieren, und
wobei die Steuerung (7) eine Regeleinheit (14) umfasst, die mit der Viskokupplung (4) verbunden ist und mittels der Lüftersolldrehzahl eine Stellgröße (15) erzeugt, durch die die Viskokupplung (4) ansteuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Wechsel aus einem Einbaubetrieb in einen Leerlauf der letzte Lastzustand und die letzte Umgebungstemperatur bei der Nenndrehzahl im Speicher (21) verfügbar bleiben.
Baumaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) dazu ausgebildet ist, mindestens eine Betriebstemperatur des Kühlsystems (2) zu erfassen.
Baumaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Betriebstemperatur des Kühlsystems (2) eine Temperatur der Ladeluft (10), des Hydrauliköls (11) und/oder des Kühlwassers (12) ist.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) dazu ausgebildet ist, eine Betriebstemperatur der Antriebseinheit (3), nämlich eine Ansaugtemperatur (9) zu erfassen.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) mit der Antriebseinheit (3) verbunden ist, um eine Nenndrehzahl der Antriebseinheit (3) zu erfassen.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (19) dazu ausgebildet sind, einen Mittelwert der erfaßten Betriebstemperaturen (10, 11, 12) des Kühlsystems (2), der Ansaugtemperatur (9) der Antriebseinheit (3) und/oder der erfaßten Nenndrehzahl (16) zu errechnen.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftersolldrehzahl maximal ist, wenn die Steuerung (7) erfaßt, dass eine der Betriebstemperaturen (10, 11, 12) einen oberen Grenzwert erreicht.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftersolldrehzahl minimal ist, wenn die Steuerung (7) erfaßt, dass eine der Betriebstemperaturen (10, 11, 12) einen unteren Grenzwert erreicht.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftersolldrehzahl minimal ist, wenn die Steuerung (7) erfaßt, dass die Antriebseinheit (3) im Leerlauf ist.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskokupplung (4) einen Sensor (31) umfasst, der eine Lüfteristdrehzahl (13) erfaßt.
Baumaschine nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) eine Rampenfunktion (20) aufweist, mittels welcher die generierte Lüftersolldrehzahl gedämpft, mit einer vorbestimmten Steigung der Regeleinheit (14) zuführbar ist.
Verfahren zum automatischen Regeln und Steuern eines Kühlsystems (2) einer Baumaschine (1) in Form eines Straßenfertigers oder Beschickers durch eine Viskokupplung (4), die antriebsseitig mit einer Antriebseinheit (3) und abtriebsseitig mit einem Lüfter (5) des Kühlsystems (2) verbunden ist, wobei die Viskokupplung (4) in Abhängigkeit unterschiedlicher Betriebsparameter so geregelt wird, dass sich abtriebsseitig an der Viskokupplung (4) eine bestimmte Lüfterdrehzahl einstellt, und wobei eine Steuerung (7) einen Lastfaktor (17) sowie eine Umgebungstemperatur (8) der Antriebseinheit (3) erfasst, und wobei Mittel (19) der Steuerung (7) einen Mittelwert des erfassten Lastfaktors (17) und der erfassten Umgebungstemperatur (8) errechnen, um mit diesen die Viskokupplung (4) zu regeln, wobei die Steuerung (7) von ihr erzeugte gemittelte Werte des Lastfaktors (17) und der Umgebungstemperatur aus einem Speicher (21) bezieht, anhand welcher Werte sie mittels eines Kennfelds (18) eine Lüftersolldrehzahl generiert, welche sie einer Regeleinheit (14) zuführt, wobei die Regeleinheit (14) anhand der Lüftersolldrehzahl eine Stellgröße (15) zur Ansteuerung der Viskokupplung (4) erzeugt, wobei bei einem Wechsel aus einem Einbaubetrieb in einen Leerlauf der letzte Lastzustand und die letzte Umgebungstemperatur bei der Nenndrehzahl im Speicher (21) verfügbar bleiben.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) mittels einer Rampenfunktion (20) die Lüftersolldrehzahl gedämpft, mit einer vorbestimmten Steigung der Regeleinheit (14) zuführt.