WO2011032811A1 - Verfahren und steuergerät zur bestimmung der höhe eines mit einem schwenkelement ausgerüsteten arbeitsgerätes - Google Patents

Verfahren und steuergerät zur bestimmung der höhe eines mit einem schwenkelement ausgerüsteten arbeitsgerätes Download PDF

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WO2011032811A1
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pressure
pivoting element
working height
height
working
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PCT/EP2010/062379
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Matthias Moerbe
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Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F9/00—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes
    • B66F9/06—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes movable, with their loads, on wheels or the like, e.g. fork-lift trucks
    • B66F9/075—Constructional features or details
    • B66F9/0755—Position control; Position detectors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels
    • G01C5/06—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels by using barometric means

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a variable working height of a device equipped with a pivoting device in which to achieve the working height, a linear movement is performed by the pivoting element of the crane-like implement and a control device for performing the method.
  • a pivoting element for example an excavator with an excavator bucket or a crane truck with a boom, move the pivoting element by means of hydraulic cylinders.
  • a displacement measuring device can be arranged on each hydraulic cylinder, which measures the linear movement of the hydraulic cylinder.
  • Rotary and pivotal movements are detected by means of control devices which have a corresponding sensor.
  • a plurality of rotation rate and acceleration sensors are arranged in the control unit for this purpose, which is arranged on the pivot arm of the working device.
  • the invention is based on the object to provide a method and a control device for determining a variable working height of a equipped with a pivoting device working device, which allows accurate results in determining the working height even in harsh environmental conditions.
  • the object is achieved in that the determination of the working height by the determination of a pressure difference, which results from the amount of difference in height of the pivoting element, takes place.
  • This has the advantage that an accurate determination of the working height of the implement is possible without environmental conditions adversely affect the measurement result. Due to the formation of a differential pressure, the measurement result is independent of the absolute air pressure. The differential pressure thus corresponds to a linear change in movement, which can be easily determined by means of a trigonometric function.
  • the working height achieved by the linear movement of the pivoting element is determined from the difference between a reference pressure representing a reference position of the pivoting element and a pressure measured in the working height reached by the pivoting element.
  • the reference pressure corresponds to the mechanical rest position of the implement, from which the working height is calculated.
  • Such a reference pressure is re-determined for each implement, since the different tools are structurally different.
  • the reference pressure is determined from a pressure difference, which results when taking a mechanical zero position by the pivot member by two pressure measurements at two different positions of the pivot arm, said pressure difference represents the position zero of the working height of the pivot member.
  • the two positions of the pivoting element, on which the two pressure measurements are carried out are located at the opposite ends of the pivoting element.
  • the zero position of the working height is determined the more accurately, the farther the two measuring points are from each other. It is advantageous if the two pressure measurements are carried out at the different points of the pivoting element at the same time, since then it can be assumed that the environmental conditions are the same at both measuring points.
  • the zero height of the pivot element corresponding reference pressure is determined, then carried out the change in height by the longitudinal movement of the pivot member of the implement from its mechanical zero position and then measured the pressure which occurs at the free end of the movable pivot element, wherein from the at glassbeweglichen end of Schwenkiatas measured pressure and the reference pressure, the difference is formed, which corresponds to the working height of the implement.
  • the working device is not limited in its mobility and can perform the work required by him without restrictions.
  • the pressure measurements are carried out during the normal working process and allow by means of immediately available measurement results a flexible control of the pivoting element of the working device. Also, by the operator of the implement a zero point definition at each operating point is possible.
  • a barometric pressure is measured at each pressure measurement. This has the advantage that ambient atmospheric disturbances do not affect the pressure measurement.
  • a rotational and / or pivotal movement which carries out the pivoting element in the plane defined by the working height, is determined. Thus, not only the exact working height of the pivoting element, but the exact position of the freely movable borrowed end of the pivoting element is determined. Thus, it is precisely known at any time which movement the pivoting element performs.
  • the reference pressure and the pressure measured at the freely movable end of the pivoting element are forwarded to a control unit which determines the working height of the pivoting element of the working device.
  • the evaluation of the pressure measurements in the control unit allows precise control of the implement.
  • a further development of the invention relates to a control device for determining a variable working height of a working device equipped with a pivoting element, in which a linear movement is performed by the pivoting element of the working device to achieve the working height.
  • a control device for determining a variable working height of a working device equipped with a pivoting element, in which a linear movement is performed by the pivoting element of the working device to achieve the working height.
  • means are provided which determine the working height by determining a pressure difference, which results from the amount of height difference of the pivoting element. An accurate determination of the working height of the implement is thus possible without environmental conditions adversely affect the measurement result. Due to the formation of a differential pressure, the measurement result is independent of the absolute air pressure.
  • a barometric pressure sensor is connected to a computing unit, which determines the difference between the, the reference position of the pivot member representing reference pressure and the pressure, which was measured in the, reached by the pivot member working height to determine the working height of the pivot member of the implement.
  • Using a barometric pressure sensor allows the determination of the long-term external pressure. Turbulences that generate short-term pressure changes are ignored. The influence of the temperature can also be included in the calculations as a correction variable in the working area as a long-term correction.
  • the, corresponding to the zero position of the working height reference pressure in the arithmetic unit is stored. The reference pressure must therefore be determined only once at the beginning of the operation and can then be used again in the course of the operation constantly.
  • the barometric pressure sensor is preceded by a pressure connection for the ambient air, which is preferably arranged in a housing wall of the control unit.
  • a pressure connection prevents a brief change in pressure due to air movements, such as wind, so that only the quasi-static barometric pressure is measured by the pressure sensor.
  • the pressure connection is designed as a membrane or as a labyrinth.
  • the arithmetic unit is connected to at least one motion sensor, in particular a rotation rate or acceleration sensor, and / or a temperature sensor. With the help of the motion sensors, the exact position of the free end of the pivoting element is determined in a detected working height.
  • An inventive working device with a pivoting element comprises at least two control devices for determining a variable working height of the pivoting element, wherein each control device at a different position on the
  • Pivoting element is arranged and each control unit is connected via a communication system with a central control unit.
  • the central control unit By the central control unit, the individual control devices and thus the movements of the implement are coordinated.
  • Figure: 1 crane truck with variably adjustable working height 2 shows an exemplary embodiment of a control unit which is fastened to the crane vehicle
  • Figure 3 Schematic representation for determining the working height
  • FIG. 4 Embodiment for the electrical interconnection of several control devices that are attached to the crane vehicle
  • FIG. 1 shows a working device with a variable working height. It is a crane truck 1, which has a boom 2, which is adjustable in its length. The boom 2 is anchored at one end movable with the crane truck 1, while the front end rests freely movable on the cab of the crane truck 1. On the mobile with the crane truck
  • a crank means is arranged, by means of which the boom 2 can be raised, so that the freely movable end of the boom 2 detaches from the cab of the crane truck 1.
  • a first control unit 3 is arranged.
  • a second control unit 4 is located at the base of the boom 2, where the boom 2 is movably connected to the crane truck 1.
  • a third control device 5 is arranged on a suspension, which is installed at the freely movable end of the boom 2. All three control units 3, 4, 5 have an identical structure, based on the
  • Control unit 3 is to be explained with the aid of Figure 2.
  • the control unit 3 has a central computer 6, which is connected to a temperature sensor 7 and a barometric pressure sensor 8. Furthermore, the central computer 6 leads to three rotation rate sensors 9, 10, 11 and to three acceleration sensors 12, 13, 14.
  • the barometric pressure sensor 8 is a micromechanical pressure sensor with a high sensitivity.
  • the pressure sensor 8 is opposite to a membrane 15 which is embedded in the housing wall 16 of the control unit 3.
  • the membrane 15 has the task of compensating for short-term pressure changes in the environment of the control unit 3, so that the pressure sensor 8 measures only the barometric pressure.
  • the output 17 of the central ners 6 leads to a not shown in this figure 2 communication system.
  • the freely movable end of the jib 2 lies in its rest position on the driver's cab of the crane truck 1.
  • the boom 2 is mounted slightly obliquely to the rotatable end of the boom. In order to determine the starting point for the determination of the working height, which is considered to be the zero point h1, two become in the described position
  • a pressure measurement is carried out with the pressure sensor 8 4 at the rotatable end of the boom 2, while the second pressure measurement takes place with the pressure sensor 8 3 at the free end of the boom 2.
  • the boom 2 After determination of the reference pressure, the boom 2 is swung out. In this case, not only the angle to the crane truck 1 but also the length d of the boom 2 is changed, as indicated in Figure 3 with the arrow. If the freely movable end of the boom 2 has reached its working height h 2, a pressure measurement is again carried out with the pressure sensor 8 3 in the control unit 3. From the reference pressure and the pressure measured last with the control unit 3, a pressure difference ⁇ is formed, that of the height difference
  • Ah h2 - h1 is proportional.
  • the rotation rate sensors 9, 10 and 1 1 and the acceleration sensors 12, 13, 14 are used, which sense pivoting and rotating movements of the boom end, which will pass on to the central computer 6 for evaluation.
  • the signal evaluation takes place synchronously with the movement of the boom 2 in the room.
  • the explanation of the operation of the control units 3 and 4 can be analogously transferred to an interaction of the other control units 3 and 5 or 4 and 5.
  • the control units 3, 4 and 5 are functionally integrated into a system, as shown in FIG.
  • all three control units 3, 4, 5 are connected via a communication system 18 with a central control 19 of the crane truck 1, which evaluates the sensor signals and coordinates the processes in the movement of the boom 1, whereby several control units 3, 4, 5 in the calculation of Position of the free end of the boom 2 can be included.
  • the communication system 18 is designed as a bus system, for example as CAN or Flexray. This bus system allows the data exchange between the control units 3, 4, 5 and the central controller 19, whereby the measurement results of the mechanical zero point of the boom 2 in the form of the reference pressure to all control units 3, 4, 5 can be forwarded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes, bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch ein Schwenkelement (2) des Arbeitsgerätes (1) ausgeführt wird. Um auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse bei der Bestimmung der Arbeithöhe zu ermöglichen, erfolgt die Ermittlung der Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz (Δp), welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied (Δh) des Schwenkelementes (2) ergibt.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN UND STEUERGERÄT ZUR BESTIMMUNG DER HÖHE EINES MIT EINEM SCHWENKELEMENT AUSGERÜSTETEN ARBEITGERÄTES
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes, bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch das Schwenkelement des kranähnlichen Arbeitsgerätes ausgeführt wird und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
Mit einem Schwenkelement ausgerüstete Arbeitsgeräte, beispielsweise ein Bagger mit einer Baggerschaufel oder ein Kranwagen mit einem Ausleger, bewegen das Schwenkelement mittels Hydraulikzylindern. Um die lineare Position des Schwenkelementes genau zu ermitteln, kann an jeden Hydraulikzylinder eine Wegmesseinrichtung angeordnet werden, die die lineare Bewegung des Hydraulikzylinders misst. In der rauen Umgebung von Baumaschinen unterliegen solche Wegmesseinrichtungen einer starken Verschmutzung, die zu Ungenauigkeiten bei der Messung des zurück gelegten Weges des Hydraulikzylinders führen.
Um die genaue Position des Schwenkelementes zu bestimmen, müssen neben den linearen Bewegungen auch Dreh- und Schwenkbewegungen bestimmt werden. Dreh- und Schwenkbewegungen werden mittels Steuergeräten erfasst, die eine entsprechende Sensorik aufweisen. So sind zu diesem Zweck mehrere Drehraten- und Beschleunigungssensoren in dem Steuergerät angeordnet, welches an dem Schwenkarm des Arbeitsgerätes angeordnet ist. Mittels geeigneter Modellrechnungen und den bekannten Hebellängen des Schwenkarmes wird die Bewegung des Arbeitsgerätes genau gerechnet. Ist das Arbeitsgerät aber so konstruiert, dass die Hebellängen des Schwenkarmes veränderbar sind, ist eine solche Modellrechnung aus Drehrate und Beschleunigungswerten nicht mehr anwendbar.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein Steuergerät zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes anzugeben, welches auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse bei der Bestimmung der Arbeithöhe ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ermittlung der Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz, welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied des Schwenkelementes ergibt, erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine genaue Bestimmung der Arbeitshöhe des Arbeitsgerätes möglich ist, ohne dass Umgebungsbedingungen das Messergebnis negativ beeinflussen. Durch die Bildung eines Differenzdruckes ist das Messergebnis unabhängig vom absoluten Luftdruck. Der Differenzdruck entspricht somit einer linearen Bewegungsänderung, welche mit Hilfe einer trigonometrischen Funktion einfach ermittelt werden kann.
Vorteilhafterweise wird die durch die lineare Bewegung des Schwenkelementes erreichte Arbeitshöhe aus der Differenz zwischen einem, eine Referenzposition des Schwenkelementes repräsentierenden Referenzdruck und einem Druck bestimmt, welcher in der, durch das Schwenkelement erreichten Arbeitshöhe gemessen wird. Der Referenzdruck entspricht dabei der mechanischen Ruheposition des Arbeitsgerätes, ab welcher die Arbeitshöhe berechnet wird. Ein solcher Referenzdruck wird für jedes Arbeitsgerät neu ermittelt, da die verschiedenen Arbeitsgeräte konstruktiv unterschiedlich aufgebaut sind.
In einer Ausgestaltung wird der Referenzdruck aus einem Druckunterschied bestimmt, welcher sich bei Einnahme einer mechanischen Nullposition durch das Schwenkelement durch zwei Druckmessungen an zwei verschiedenen Positionen des Schwenkarmes ergibt, wobei dieser Druckunterschied die Position Null der Arbeitshöhe des Schwenkelementes repräsentiert. Diese Methode ist insbesondere bei kranähnlichen Arbeitsgeräten von Vorteil, bei welchen sich der Schwenkarm über eine größere Ausdehnung erstreckt und wo sich die frei bewegliche Spitze des Schwenkelementes in einer anderen Höhenposition befindet, als das drehbar mit einem Träger verbundene Ende des Schwenkelementes. Langzeitliche Druckänderungen werden durch die Bestimmung des Referenzdruckes kompensiert.
In eine Weiterbildung befinden sich die beiden Positionen des Schwenkelementes, an welchem die beiden Druckmessungen durchgeführt werden, an den entgegengesetzten Enden des Schwenkelementes. Die Nullposition der Arbeithöhe wird umso genauer bestimmt, je weiter die beiden Messpunkte voneinander entfernt sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn die beiden Druckmessungen an den verschiedenen Stellen des Schwenkelementes zum selben Zeitpunkt ausgeführt werden, da dann davon ausgegangen werden kann, dass die Umgebungsbedingungen an beiden Messstellen gleich sind.
Vorteilhafterweise wird der, der Arbeitshöhe Null des Schwenkelementes entsprechende Referenzdruck bestimmt, anschließend die Höhenänderung durch die Längsbewegung des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes aus seiner mechanischen Nullposition ausgeführt und danach der Druck gemessen, welcher am frei beweglichen Ende des Schwenkelementes auftritt, wobei aus dem am freibeweglichen Ende des Schwenkelementes gemessenen Druck und dem Referenzdruck die Differenz gebildet wird, welcher der Arbeitshöhe des Arbeitsgerätes entspricht. Durch die Anwendung einer Druckmessung zur Bestimmung der Arbeitshöhe ist das Arbeitsgerät in seiner Beweglichkeit nicht eingeschränkt und kann die von ihm geforderten Arbeitsabläufe ohne Einschränkungen ausführen. Die Druckmessungen werden während des normalen Arbeitsablaufes durchgeführt und erlauben mittels sofort vorhandener Messergebnisse eine flexible Steuerung des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes. Ebenfalls ist durch den Be- diener des Arbeitsgerätes eine Nullpunktdefinition an jedem Arbeitspunkt möglich.
In einer Ausgestaltung wird bei jeder Druckmessung ein barometrischer Druck gemessen. Dies hat den Vorteil, dass atmosphärische Störungen der Umgebung die Druckmessung nicht beeinflussen. In einer Weiterbildung wird bei erreichter Arbeitshöhe eine Dreh- und/oder Schwenkbewegung, welche das Schwenkelement in der von der Arbeitshöhe aufgespannten Ebene ausführt, bestimmt. Damit wird nicht nur die genaue Arbeitshöhe des Schwenkelementes, sondern die genaue Position des frei beweg- liehen Endes des Schwenkelementes bestimmt. Somit ist zu jedem Zeitpunkt genau bekannt, welche Bewegung das Schwenkelement ausführt.
Vorteilhafterweise werden der Referenzdruck und der am freibeweglichen Ende des Schwenkelementes gemessene Druck an ein Steuergerät weitergeleitet, das die Arbeitshöhe des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes bestimmt. Die Auswertung der Druckmessungen im Steuergerät erlaubt eine genaue Steuerung des Arbeitsgerätes.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes, bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch das Schwenkelement des Arbeitsgerätes ausgeführt wird. Um auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse bei der Bestimmung der Arbeithöhe zu ermöglichen, sind Mittel vorhanden, die die Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz, welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied des Schwenkelementes ergibt, ermitteln. Eine genaue Bestimmung der Arbeitshöhe des Arbeitsgerätes ist somit möglich, ohne dass Umgebungsbedingungen das Messergebnis negativ beeinflussen. Durch die Bildung eines Differenzdruckes ist das Messergebnis unabhängig vom absoluten Luftdruck.
Vorteilhafterweise ist ein barometrischer Drucksensor mit einer Recheneinheit verbunden, die zur Bestimmung der Arbeitshöhe des Schwenkelementes des Arbeitsgerätes die Differenz zwischen dem, die Referenzposition des Schwenkelementes repräsentierenden Referenzdruck und dem Druck, welcher in der, durch das Schwenkelement erreichten Arbeitshöhe gemessen wurde, ermittelt. Die
Verwendung eines barometrischen Drucksensors erlaubt die Bestimmung des Langzeitaußendruckes. Verwirbelungen, welche kurzfristige Druckänderungen erzeugen, bleiben unberücksichtigt. Der Einfluss der Temperatur kann als Korrekturgröße im Arbeitsraum auch als Langzeitkorrektur in die Berechnungen ein- bezogen werden. In einer Ausgestaltung ist der, der Position Null der Arbeitshöhe entsprechende Referenzdruck in der Recheneinheit abgespeichert. Der Referenzdruck muss somit nur einmal bei Beginn des Arbeitsvorganges bestimmt werden und kann dann im Verlaufe des Arbeitsvorganges ständig wieder genutzt werden.
In einer Weiterbildung ist dem barometrischen Drucksensor ein Druckanschluss für die Umgebungsluft vorgelagert, welcher vorzugsweise in einer Gehäusewandung des Steuergerätes angeordnet ist. Ein solcher Druckanschluss verhindert eine kurzzeitige Druckänderung durch Luftbewegungen, wie beispielsweise Wind, so dass von dem Drucksensor nur der quasi statische barometrische Druck gemessen wird.
Vorteilhafterweise ist der Druckanschluss als Membran oder als Labyrinth ausgebildet ist. Durch solche konstruktiv einfachen und kostengünstigen Mittel werden Druckänderungen durch Verwirbelungen sicher verhindert.
In einer Ausgestaltung ist die Recheneinheit mit mindestens einem Bewegungssensor, insbesondere einem Drehraten- oder Beschleunigungssensor, und/oder einem Temperatursensor verbunden. Mit Hilfe der Bewegungssensoren wird die genaue Position des freien Endes des Schwenkelementes in einer erfassten Arbeitshöhe bestimmt.
Ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät mit einem Schwenkelement umfasst mindestens zwei Steuergeräte zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe des Schwenkelementes, wobei jedes Steuergerät an einer anderen Position an dem
Schwenkelement angeordnet ist und jedes Steuergerät über ein Kommunikationssystem mit einer Zentralsteuereinheit verbunden ist. Durch die Zentralsteuereinheit werden die einzelnen Steuergeräte und somit die Bewegungsabläufe des Arbeitsgerätes koordiniert.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt: Figur: 1 Kranwagen mit variabel einstellbarer Arbeitshöhe Figur 2: Ausführungsbeispiel für ein Steuergerät, welches an dem Kranfahrzeug befestigt ist
Figur 3: Prinzipdarstellung zur Bestimmung der Arbeitshöhe
Figur 4: Ausführungsbeispiel für die elektrische Verschaltung von mehreren Steuergeräten, die an dem Kranfahrzeug befestigt sind
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt ein Arbeitsgerät mit einer variablen Arbeitshöhe. Dabei handelt es sich um einen Kranwagen 1 , welcher einen Ausleger 2 aufweist, der in seiner Länge verstellbar ist. Der Ausleger 2 ist mit seinem einen Ende beweglich mit dem Kranwagen 1 verankert, während das vordere Ende frei beweglich auf dem Fahrerhaus des Kranwagens 1 aufliegt. An dem beweglich mit dem Kranwagen
1 verbundenen Ende des Auslegers 2 ist eine Kurbeleinrichtung angeordnet, mittels welcher der Ausleger 2 angehoben werden kann, so dass sich das freibewegliche Ende des Auslegers 2 von dem Fahrerhaus des Kranwagens 1 löst. An dem frei beweglichen Ende des Auslegers 2 ist ein erstes Steuergerät 3 ange- ordnet. Ein zweites Steuergerät 4 befindet sich an der Basis des Auslegers 2, wo der Ausleger 2 beweglich mit dem Kranwagen 1 verbunden ist. An einer Aufhängung, welche an dem frei beweglichen Ende des Auslegers 2 installiert ist, ist ein drittes Steuergerät 5 angeordnet. Alle drei Steuergeräte 3, 4, 5 haben einen identischen Aufbau, der anhand des
Steuergerätes 3 mit Hilfe von Figur 2 erläutert werden soll. Das Steuergerät 3 besitzt einen Zentralrechner 6, welcher mit einem Temperatursensor 7 und einem barometrischer Drucksensor 8 verbunden ist. Des Weiteren führt der Zentralrechner 6 an drei Drehratensensoren 9, 10, 1 1 sowie an drei Beschleuni- gungssensoren 12, 13, 14. Der barometrische Drucksensor 8 ist ein mikromechanischer Drucksensor mit einer hohen Empfindlichkeit. Dem Drucksensor 8 liegt eine Membran 15 gegenüber, die in die Gehäusewandung 16 des Steuergerätes 3 eingelassen ist. Die Membran 15 hat die Aufgabe, kurzzeitige Druckänderungen in der Umgebung des Steuergerätes 3 auszugleichen, damit der Druck- sensor 8 nur den barometrischen Druck misst. Der Ausgang 17 des Zentralrech- ners 6 führt an ein in dieser Figur 2 nicht weiter dargestelltes Kommunikationssystem.
Mit Hilfe von Figur 3 soll die Bestimmung der Arbeitshöhe h des Auslegers 2 des Kranwagens 1 erläutert werden. Anstelle der Steuergeräte 3 und 4 werden nur die in den Steuergeräten 3 und 4 enthaltenen Drucksensoren 83 und 84 betrachtet. Mit 83 wird der Drucksensor bezeichnet, welcher im Steuergerät 3 angeordnet ist, während der Drucksensor, der im Steuergerät 4 angeordnet ist, mit 84 gekennzeichnet ist.
Wie bereits zu Figur 1 erläutert, liegt das frei bewegliche Ende des Auslegers 2 in seiner Ruheposition auf dem Fahrerhaus des Kranwagens 1 auf. Allerdings ist der Ausleger 2 zum drehbaren Ende des Auslegers etwas schräg gelagert. Um nun den Ausgangspunkt für die Bestimmung der Arbeitshöhe zu ermitteln, wel- eher als Nullpunkt h1 betrachtet wird, werden in der beschriebenen Position zwei
Druckmessungen durchgeführt. Eine Druckmessung erfolgt dabei mit dem Drucksensor 84 am drehbaren Ende des Auslegers 2, während die zweite Druckmessung mit dem Drucksensor 83 am frei beweglichen Ende des Auslegers 2 erfolgt. Der Unterschied zwischen diesen beiden gemessenen Druckwerten wird auf die Höhe h1 = 0 kalibriert und bildet somit einen Referenzdruck.
Nach der Bestimmung des Referenzdruckes wird der Ausleger 2 ausgeschwenkt. Dabei wird nicht nur der Winkel zum Kranwagen 1 sondern auch die Länge d des Auslegers 2 verändert, wie es in Figur 3 mit dem Pfeil angedeutet ist. Hat das frei bewegliche Ende des Auslegers 2 seine Arbeitshöhe h2 erreicht, wird wieder eine Druckmessung mit dem Drucksensor 83 im Steuergerät 3 durchgeführt. Aus dem Referenzdruck und dem zuletzt mit dem Steuergerät 3 gemessenen Druck wird eine Druckdifferenz Δρ gebildet, die der Höhendifferenz
Ah = h2 - h1 proportional ist. Durch Anwendung einer Kosinus-Funktion wird nun unter Kenntnis der Länge des Auslegers in der Ruheposition und dem Winkel, mit welchem der Ausleger 2 verschwenkt wird, die Arbeitshöhe des Auslegers 2 errechnet.
Um die genaue Position des frei beweglichen Endes des Auslegers 2 in der Ebe- ne zu bestimmen, welche von dessen frei beweglichen Ende aufgespannt wird, werden die Drehratensensoren 9, 10 und 1 1 sowie die Beschleunigungssensoren 12, 13, 14 eingesetzt, welche Schwenk- und Drehbewegungen des Auslegerendes sensieren, die an den Zentralrechner 6 zur Auswertung weitergeben werden. Die Signalauswertung erfolgt synchron zur Bewegung des Auslegers 2 im Raum. Die Erläuterung der Funktionsweise an den Steuergeräten 3 und 4 kann analog auch auf ein Zusammenwirken der anderen Steuergeräte 3 und 5 oder 4 und 5 übertragen werden.
Die Steuergeräte 3, 4 und 5 sind funktional in ein System integriert, wie es in Fi- gur 4 dargestellt ist. Dabei sind alle drei Steuergeräte 3, 4, 5 über ein Kommunikationssystem 18 mit einer Zentralsteuerung 19 des Kranwagens 1 verbunden, welche die Sensorsignale auswertet und die Abläufe in der Bewegung des Auslegers 1 koordiniert, wodurch mehrere Steuergeräte 3, 4, 5 in die Berechnung der Position des freien Endes des Auslegers 2 einbezogen werden können. Das Kommunikationssystem 18 ist als Bussystem, beispielsweise als CAN oder Flex- ray ausgebildet. Dieses Bussystem erlaubt den Datenaustausch zwischen den Steuergeräten 3, 4, 5 und der Zentralsteuerung 19, wobei auch die Messergebnisse des mechanischen Nullpunktes des Auslegers 2 in Form des Referenzdruckes an alle Steuergeräte 3, 4, 5 weitergeleitet werden können.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem
Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes, bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch ein Schwenkelement (2) des Arbeitsgerätes (1 ) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz (Δρ), welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied (Ah) des Schwenkelementes (2) ergibt, erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die durch die lineare Bewegung des Schwenkelementes (2) erreichte Arbeitshöhe aus der Differenz zwischen einem, eine Referenzposition des Schwenkelementes (2) repräsentierenden Referenzdruck und einem Druck bestimmt wird, welcher in der, durch das Schwenkelement (2) erreichten Arbeitshöhe (h2) gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck aus einem Druckunterschied bestimmt wird, welcher sich bei Einnahme einer mechanischen Nullposition (h1 ) durch das Schwenkelement (2) durch zwei Druckmessungen an zwei verschiedenen Positionen des
Schwenkelementes (2) ergibt, wobei dieser Druckunterschied die Position Null (h1 ) der Arbeitshöhe des Schwenkelementes (2) repräsentiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Positionen des Schwenkelementes (2), an welchem die beiden Druckmessungen durchgeführt werden, an den entgegengesetzten Enden des
Schwenkelementes (2) befinden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der, der Arbeitshöhe Null (h1 ) des Schwenkelementes (2) entsprechende Referenzdruck bestimmt wird und anschließend die Höhenänderung (Ah) durch die Längsbewegung des Schwenkelementes (2) des Arbeitsgerätes (1 ) aus seiner mechanischen Nullposition erfolgt und danach der Druck gemessen wird, welcher am frei beweglichen Ende des Schwenkelementes (2) auftritt, wobei aus dem am freibeweglichen Ende des Schwenkelementes (2) gemessenen Druck und dem Referenzdruck die Differenz gebildet wird, welche der Arbeitshöhe des Arbeitsgerätes (1 ) entspricht.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Druckmessung ein barometrischer Druck gemessen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei erreichter Arbeitshöhe eine Dreh- und/oder Schwenkbewegung, welche das Schwenkelement (2) in der Ebene der Arbeitshöhe ausführt, bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdruck und der am freibeweglichen Ende des Schwenkelementes (2) gemessene Druck an ein Steuergerät (3, 4, 5) weitergeleitet werden, das die Arbeitshöhe des Schwenkelementes (2) des Arbeitsgerätes (1 ) bestimmt.
Steuergerät zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe eines mit einem Schwenkelement ausgerüsteten Arbeitsgerätes (1 ), bei welchem zur Erzielung der Arbeitshöhe eine lineare Bewegung durch ein Schwenkelement (2) des Arbeitsgerätes (1 ) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (83, 84, 3, 4, 5, 19) vorhanden sind, die die Arbeitshöhe durch die Bestimmung einer Druckdifferenz (Δρ), welche sich aus dem zurückgelegten Höhenunterschied (Ah)des Schwenkelementes (2) ergibt, ermitteln.
0. Steuergerät nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein barometrischer Drucksensor (83, 84) mit einer Recheneinheit (6) verbunden ist, die zur Bestimmung der Arbeitshöhe des Schwenkelementes (2) des Arbeitsgerätes (1 ) die Differenz zwischen dem, die Referenzposition des Schwenkelementes (2) repräsentierenden Referenzdruck und dem Druck, welcher in der, durch das Schwenkelement (2) erreichten Arbeitshöhe (h2) gemessen wurde, ermittelt.
1 1 . Steuergerät nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der, der Arbeitshöhe Null (h1 ) entsprechende Referenzdruck in der Recheneinheit (6) abgespeichert ist.
12. Steuergerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen 9 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem barometrischen Drucksensor (83, 84) ein Druckanschluss (15) für die Umgebungsluft vorgelagert ist, welcher vorzugsweise in einer Gehäusewandung (16) des Steuergerätes (3, 4, 5) angeordnet ist.
13. Steuergerät nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckanschluss (15) als Membran oder als Labyrinth ausgebildet ist.
14. Steuergerät nach Anspruch 10 oder 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (6) mit mindestens einem Bewegungssensor, insbesondere einem Drehraten (9, 10, 1 1 ) oder Beschleunigungssensor (12, 13, 14) und/oder einem Temperatursensor (7) verbunden ist.
15. Arbeitsgerät mit einem Schwenkelement dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Steuergeräte (3, 4, 5) zur Bestimmung einer variablen Arbeitshöhe des Schwenkelementes (2) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen 9 bis 14 vorhanden sind und jedes Steuergerät (3, 4, 5) an einer anderen Position an dem Schwenkelement (2) angeordnet ist, wobei jedes Steuergerät (3, 4, 5) über ein Kommunikationssystem (18) mit einer Zentralsteuereinheit (19) verbunden ist.
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