WO2020157046A1 - Mobile arbeitsmaschine und verfahren zum betreiben einer solchen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Hydraulikbagger, die einen Motor zum Antreiben der mobilen Arbeitsmaschine, eine hydraulische Leistungserzeugungseinheit, die mit dem Motor gekoppelt und dazu ausgelegt ist, ein hydraulisches Volumen in Abhängigkeit einer Drehzahl des Motors zu fördern, und mehrere Hydraulikelemente umfasst, die mit dem geförderten Volumen der hydraulischen Leistungserzeugungseinheit betätigbar sind und verschiedenen Funktionen der mobilen Arbeitsmaschine zugeordnet sind. Die Maschine ist gekennzeichnet durch ein Steuergerät zum Erkennen einer bestimmten Arbeitsweise der mobilen Arbeitsmaschine, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit der erkannten bestimmten Arbeitsweise die Solldrehzahl des Motors einzustellen.

Description

Mobile Arbeitsmaschine und Verfahren zum Betreiben einer solchen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere einen Hydraulikbagger, und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen.

Bei aktuellen mobilen hydraulischen Arbeitsmaschinen (z.B. Hydraulikbagger für den Tagebaueinsatz) erfolgt der Antrieb über einen Dieselmotor bei einer konstant geregelten Abtriebsdrehzahl. Dieser Motor treibt in der Regel ein Verteilergetriebe an, auf welchem hydraulische Pumpen angeordnet sind. Durch die Steuerung des Hydraulikfluid-Stromes, welcher von den Pumpen generiert wird, erfolgt eine Verteilung der hydraulischen Leistung auf die entsprechenden Abtriebe, die hydraulische Zylinder und/oder hydraulische Motoren darstellen können.

Basierend auf dem Einsatz der mobilen Arbeitsmaschinen werden unterschiedliche, meist zyklische Arbeiten durchgeführt. Hier gehören unter anderem (beispielhaft anhand eines Baggers) Graben, Fahren, Arbeitsvorbereitung, Heben und Drehen. Während diesen Phasen besteht ein unterschiedlicher Leistungsbedarf, dessen Anpassung in der Regel durch die Steuerung der Hydraulik erfolgt. Abhängig vom hydraulischen Steuerungskonzept werden hier mehr oder weniger Verluste erzeugt, welche einerseits vom Steuerungsprinzip, aber andererseits auch von Reibungsverlusten in Leitungen und Wirkungsgraden der Komponenten bestimmt werden. Diese Verluste verringern den Gesamtwirkungsgrad der Maschine und es muss aufgrund der Umwandlung in Wärme eine zusätzliche Kühlleistung aufgebracht werden.

Aktuell gibt es im Stand der Technik Ansätze, die die dynamische Anpassung der Leistung eines Dieselmotors der mobilen Arbeitsmaschine basierend auf der geforderten Ausgangsleistung verfolgen. Hierzu wird die Drehzahl des Dieselmotors betrachtet. Wird der Motor belastet und die Drehzahl fällt unter einen Grenzwert, wird das Leistungskennfeld über die Einspritzung so angepasst, dass bei einer geringen Drehzahl ein höheres Drehmoment und somit eine höhere Ausgangsleistung erreicht werden kann (vgl. DE 11 2016 000 049 T5). Hierbei kommen für den Einsatz eines Motors unterschiedliche Leistungskennfelder zum Einsatz, welche abhängig von der notwendigen Ausgangsleistung gewählt werden.

Weiterhin wird in der US 8,538,645 B2 ein Ansatz verfolgt, der das momentan geforderte Antriebsmoment mit dem noch verfügbaren Abtriebsmoment des Dieselmotors vergleicht. Sinkt die Differenz unter einen Schwellenwert, wird die Drehzahl des Dieselmotors angehoben und somit eine erhöhte Ausgangsleistung ermöglicht. Parallel zu diesem Vorgang erfolgt noch die Anpassung der Übersetzung eines kontinuierlich verstellbaren Getriebes (CVT).

Es ist nun das Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte mobile Arbeitsmaschine zu schaffen, die ein energieeffizienteres Arbeiten ermöglicht und auch die Betriebskosten senkt. Dies gelingt mit einer mobilen Arbeitsmaschine nach dem Anspruch 1 und mit dem Verfahren zum Betätigen einer mobilen Arbeitsmaschine nach dem Anspruch 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Der Anspruch 1 beschreibt eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Hydraulikbagger, die einen Motor zum Antreiben der mobilen Arbeitsmaschine, eine hydraulische Leistungserzeugungseinheit, die mit dem Motor gekoppelt und dazu ausgelegt ist, ein hydraulisches Volumen in Abhängigkeit einer Drehzahl des Motors zu fördern, und mehrere Hydraulikelemente umfasst, die mit dem geförderten Volumen der hydraulischen Leistungserzeugungseinheit betätigbar sind und verschiedenen Funktionen der mobilen Arbeitsmaschine zugeordnet sind. Die Maschine ist gekennzeichnet durch ein Steuergerät zum Erkennen einer bestimmten Arbeitsweise der mobilen Arbeitsmaschine, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit der erkannten bestimmten Arbeitsweise die Solldrehzahl des Motors einzustellen.

Die Erfindung ermöglicht eine variable Anpassung der Drehzahl des Motors, der vorteilhafterweise ein Dieselmotor ist, abhängig von der momentan notwendigen hydraulischen Leistung in der jeweiligen Arbeitsphase. Hierdurch wird der geförderte Volumenstrom der der hydraulischen Leistungserzeugungseinheit bzw. der Hydraulikpumpen, welcher sich proportional zur Antriebsdrehzahl verhält, entsprechend der notwendigen Leistung angepasst. Durch den verringerten Volumenstrom werden Drossel- und Leistungsverluste reduziert sowie der Motor innerhalb seines Betriebskennfeldes im Bereich besserer Wirkungsgrade betrieben.

Durch diese Adaptierung der Antriebsdrehzahl der Leistungserzeugungseinheit wird ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad der Maschine sowie eine verringerter Verbrauch von Kraftstoff erreicht.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die (Diesel-)Motordrehzahl so anzupassen, dass nur der Volumenstrom erzeugt wird, welcher in der entsprechenden Arbeitsweise der Maschine notwendig ist. Dieser Ansatz soll hier betrachtet werden. Bisher war es so, dass basierend auf dem Einsatz der Maschine und deren unterschiedlichen Arbeitsweisen, der maximal zur Verfügung stehende Volumenstrom meist nicht benötigt wird. Dieses führt im Stand der Technik einerseits zu erhöhten Leitungsverlusten zwischen Erzeugung des Volumenstroms bis zur Aufteilung dessen, andererseits muss der nicht benötigte Volumenstrom zu einem Tank abgeführt werden um eine gewünschte Geschwindigkeit der Hydraulikelemente zu erzeugen. Es werden also vermeidbare Verluste generiert und nicht notwendige hydraulische Leistung erzeugt. Im Anspruch 1 wird eine Bestimmung oder auch eine eingehende Analyse der Betätigung der Maschine vorgenommen, welche in der Regel zu einem Großteil aus festen zyklischen Abläufen entspricht. Durch die Analyse dieser Phasen lässt sich die notwendige hydraulische Antriebsleistung sowie die damit verbundene notwendige Verfahrgeschwindigkeit der Hydraulikelemente für jede Phase einer spezifischen durch die mobile Arbeitsmaschine verrichteten Arbeit bestimmen. Basierend auf dieser Analyse lässt sich nun eine entsprechende Abtriebsdrehzahl des Motors und die entsprechende benötigte Antriebsleistung bestimmen, welche zur Erzeugung der entsprechenden Geschwindigkeiten zum Betätigen der Hydraulikelemente notwendig ist. Vorzugsweise werden hierbei die Grenzen durch die verfügbare Leistung des Motors mit einem festen Kennfeld gegeben.

So kann vorgesehen sein, dass bei dem Motor zum Antrieb einer mobilen Arbeitsmaschine (insbesondere Hydraulikbagger für den Tagebaueinsatz) eine konstante Solldrehzahl vorgegeben wird. Innerhalb des festen Motorkennfeldes (Drehzahl über Leistung) wird von der Motorsteuerung eine Einspritzung von Kraftstoff so vorgenommen, dass über einen gewissen Drehzahlbereich die Nennleistung des Motors erreicht werden kann.

Wird nun mit dem Bagger in einer bestimmten Phase ausschließlich gefahren, wird diese bestimmte Arbeitsweise durch das Steuergerät erkannt und der Motor mit einer anderen Drehzahl betrieben, als es der Fall wäre, wenn die mobile Arbeitsmaschine an einer Position ruhig steht und bspw. lediglich eine Grabbewegung mit einem Baggerarm ausführt. Der Motor wird in Bezug auf seine Solldrehzahl an die jeweils erkannte Arbeitsweise angepasst. Für ein Fahren der Maschine kann bspw. ein hoher Volumenstrom und eine geringe Kraft vorgesehen sein, so dass der Betriebspunkt des Motors entlang seiner Kennfeldlinie von Leistung über Drehmoment dort betrieben wird, an dem die Drehzahl sehr hoch ist, wobei die Leistung hierbei zweitrangig ist. Anders ist dies bei einem Graben eines Baggers, da hier eine möglichst hohe Kraft mittels der Baggerschaufel zur Verfügung stehen muss, damit diese auch in besonders hartes Erdreich eindringen kann. Da der hierfür benötigte Kolbenhub und der damit einhergehende erforderliche Volumenstrom offensichtlich sehr viel geringer ist als beim Verfahren des Baggers, gilt es nun den Motor so einzustellen, dass der Volumenstrom der von ihm angetriebenen Leistungserzeugereinheit maximale Kraft aufweist, wohingegen die Menge des Volumenstrom von eher untergeordneter Bedeutung ist. Daher ist es von Vorteil, wenn der Motor bei der Arbeitsweise„Graben“ bei einer Drehzahl betrieben wird, die in der Nähe oder beim Drehmomentmaximum des Motors liegt. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät dazu ausgelegt ist, jedwede Betätigung und/oder inneres Steuersignal der mobilen Arbeitsmaschine zu analysieren, um aus den so aufgenommenen Informationen auf das Vorliegen einer bestimmten Arbeitsweise (Graben, Fahren, Schwenken des Oberwagens, etc.) zu schließen.

Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die bestimmte Arbeitsweise einen festen zyklischen Ablauf einer Betätigungsreihenfolge der mehreren Hydraulikelemente aufweist und das Steuergerät dazu ausgelegt ist, während einer erkannten bestimmten Arbeitsweise die Solldrehzahl des Motors je nach aktueller Zyklusphase des zyklischen Ablaufs einzustellen.

Oftmals ist es so, dass mobile Arbeitsmaschinen zyklische Betätigungsreihenfolgen unterschiedlicher Arbeitsschritte durchführen. Für einen Hydraulikbagger ist es bspw. typisch, dass dieser im Arbeitseinsatz Erdreich auf einen Transporter auflädt. Hierbei wird also zuerst eine Grabbewegung mit der Schaufel der Baggers ausgeführt, die befüllte Schaufel angehoben und gleichzeitig der Oberwagen des Baggers verdreht, so dass die befüllte Schaufel oberhalb der zu beladenden Transporterfläche steht. Dann wird die beladene Schaufel entleert und im Anschluss daran die leere Baggerschaufel zurückgeschwenkt, um in einer räumlich ähnlichen Position wie die erste Grabbewegung einen weiteren Grabhub auszuführen. Die Schritte dieses Vorgangs werden oftmals in hoher Anzahl wiederholt und nur durch geringe Variationen geändert. So kann der Bagger vor einem Graben in eine bessere Position verfahren werden, jedoch ändert sich der grundsätzliche zyklische Ablauf des Vorgangs typischerweise nicht. Wird also eine solche zyklische Abfolge einer Betätigungsreihenfolge durch das Steuergerät erkannt, wird der Motor in Bezug auf seine Abtriebsdrehzahl an die jeweilige Phase des Zyklus angepasst.

Ohne den Erfindungsgedanken in seiner Allgemeinheit beschränken zu wollen, wird nachfolgend eine beispielhafte Erläuterung für verschiedene Phasen im Betrieb der Maschine dargelegt. So wird eine hohe Kraft für die Grabbewegung benötigt, wobei aufgrund der überschaubaren Menge an notwendigen Hydraulikfluid-Volumenstrom bei dieser Bewegung eine geringe Drehzahl des Motors bei hohem Drehmoment gewählt werden kann. Das Rückschwenken zum Graben der Oberwagenrotation wirkt nicht gegen irgendwelche äußeren Widerstände (wie das Erdreich oder dergleichen). Die Zylinderbewegungen (Leerbewegungen) bedürfen jedoch eines größeren Volumenstroms an Hydraulikfluid. Es bietet sich hier also an, im Motorlinien-Kennfeld (bspw. Drehmoment über Drehzahl) den Fokus auf eine höhere Drehzahl zu legen, damit genug Volumenstrom generiert wird, wobei das erforderliche Drehmoment keine Maximalwerte aufweisen muss. Analoge Überlegungen werden für jede Phase angestellt, so dass in jeder davon die optimale Antriebsdrehzahl des Motors zugeordnet werden kann und das Betreiben in unwirtschaftlichen Bereichen des Motors während einer solchen Phase unterbleibt. Dies führt zu beträchtlichen Einsparpotentialen, die realisiert werden können, da der Motor in jeder Phase mit der dafür optimalen Drehzahl gefahren wird. Voraussetzung hierfür ist natürlich, dass das Steuergerät den aktuellen Betrieb als bestimmte Arbeitsweise erkennt.

Weiter kann es nach der vorliegenden Erfindung von Vorteil sein, wenn der feste zyklische Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrere Zyklusphasen umfasst, die einem Arbeitsvorgang der Maschine zuordenbar sind, wobei vorzugsweise die mehrere Zyklusphasen des Arbeitsvorgangs Graben, Heben, Drehen, Heben und Drehen, Ausladen, Rückschwenken, Fahren und/oder Arbeitsvorbereitung umfassen. So kann es möglich sein, ein Umschalten zwischen den Phasen schneller zu erkennen und die mobile Arbeitsmaschine noch effizienter zu betreiben, da nicht jede Phase des Zyklus separat für sich genommen auf ein Neues erkannt werden muss. Es ist mit hoher Wahrscheinlichkeit bereits vorab klar, welche Phase sich als nächstes anschließen wird.

Wie oben bereits erläutert, ist es dadurch möglich, für jeden der mehreren Arbeitsvorgänge die dazu passende optimale Drehzahl am Motor vorzusehen. Im entsprechenden Kennlinienfeld kann derjenige Punkt gewählt werden, der in Bezug auf den benötigten Volumenstrom des Hydraulikfluids pro Zeit und die erforderliche Kraft optimal ist. Die anfallenden Verluste reduzieren sich somit auf ein Minimum.

Nach einer Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Funktionen der Maschine, denen mindestens ein jeweiliges Hydraulikelement zugeordnet ist, Graben, Heben, Drehen, Ausladen, Schwenken und/oder Fahren umfassen.

Ein Hydraulikelement kann dabei aus einem Hydraulikzylinder oder einem Hydraulikmotor bestehen. So wird typischerweise für das Bewegen eines Baggerarms ein Hydraulikzylinder und für das Verfahren eines Baggers ein Hydraulikmotor eingesetzt, die beide mit dem Volumenstrom der hydraulischen Leistungserzeugereinheit betätigt werden.

Nach der Erfindung kann zwischen Motor und hydraulischer Leistungserzeugungseinheit ein Verteilergetriebe vorgesehen sein, das vom Motor angetrieben ist und die hydraulische Leistungserzeugungseinheit antreibt, wobei vorzugsweise das Verteilergetriebe eine feste Übersetzung aufweist.

Durch den Antrieb eines Verteilergetriebes, welches meist mit einer festen Übersetzung zum Einsatz kommt, ist die Antriebsdrehzahl der hydraulischen Leistungserzeugung zu der Drehzahl des Motors proportional. Durch den Antrieb von Hydraulikmotoren bzw. Hydraulikzylindern mit diesem Volumenstrom, ist ebenfalls auch deren Verstellgeschwindigkeit proportional zur Abtriebsdrehzahl des Motors. Die Steuerung der Geschwindigkeit der Hydraulikzylinder wird in der Regel durch eine Aufteilung des von der hydraulischen Leistungsversorgung gelieferten Volumenstroms vorgenommen.

Die Auslegung der Maschinenkomponenten erfolgt in der Regel basierend auf einer maximal gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit der Hydraulikelemente. Diese bestimmt einerseits die Übersetzung des Verteilergetriebes zwischen Motor und hydraulischer Leistungserzeugung, andererseits auch die Dimensionierung deren maximalen Schluckvolumens.

Vorzugsweise kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die hydraulische Leistungserzeugungseinheit ein System zur Ausgabe eines konstanten Volumenstroms ist, dessen Ausgangsvolumenstrom vorzugsweise proportional zu einer Antriebsdrehzahl der hydraulischen Leistungserzeugungseinheit ist.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die hydraulische Leistungserzeugereinheit eine Aufteilungsvorrichtung aufweist, um eine Betätigungsgeschwindigkeit der mehreren Hydraulikelemente durch eine Aufteilung des Ausgangsvolumenstrom vorzunehmen, wobei vorzugsweise ein Tank zur Aufnahme eines nicht zum Zuführen an die mehreren Hydraulikelemente benötigten Ausgangsvolumenstroms vorgesehen ist.

Die Aufteilungsvorrichtung kann dabei unterschiedliche Mengen des von der Leistungserzeugungseinheit generierten Fluidstroms an unterschiedliche der mehreren Hydraulikelemente leiten, um die Betätigungsgeschwindigkeit der Hydraulikelemente zu variieren. Ist der an die Hydraulikelemente zu leitende Volumenstrom kleiner als der vorhandene von der Leistungserzeugungseinheit ausgegebene Volumenstrom, kann die nicht benötigte Menge an einen Tank zurückgeführt werden, der als Reservoir für die Leistungserzeugungseinheit dient. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Steuergerät ferner dazu ausgelegt, den Motor mit einer Nominaldrehzahl zu betreiben, sofern eine bestimmte Arbeitsweise der mobilen Arbeitsmaschine nicht erkannt worden ist. So wird sichergestellt, dass die mobile Arbeitsmaschine für nicht erkannte Arbeitsweisen ihre tatsächliche Leistungsfähigkeit bereithält und einen Betrieb mit ihrer nominalen Ausgangsleistung zulässt.

Die Erfindung kann vorzugsweise Sensoren zum Erfassen eines Zustands der verschiedenen Funktionen der mobilen Arbeitsmaschine vorsehen, wobei Signale der Sensoren zusammen mit Steuersignalen für die Maschine dem Steuergerät zur Verfügung stehen, um eine bestimmte Arbeitsweise der mobilen Arbeitsmaschine zu erkennen. Dabei können die Steuersignale sämtliche interne und externe Signale zum Betätigen der Arbeitsmaschine umfassen, die einen Rückschluss auf den Betrieb der Arbeitsmaschine erlauben.

Ferner kann dabei der Rückschluss auf eine Arbeitsweise erfolgen, indem die ausgeführten Betätigungen der Maschine mit einem im Steuergerät vorhandenen Satz an bekannten Arbeitsweisen verglichen werden und, wenn eine Übereinstimmung mit einer davon erkannt worden ist, der Motor auf den für die erkannte Arbeitsweise optimalen Betriebspunkt gesetzt wird, bzw. die Solldrehzahl angepasst wird. Der Satz an Arbeitsweisen kann dem Steuergerät extern zugeführt worden sein, oder auch durch eine Analyse der bisherigen Betätigungen der Arbeitsmaschine durch das Steuergerät selbst erfolgen. Auch ist denkbar, dass der Führer der Arbeitsmaschine über ein Eingabeterminal eine bestimmte Arbeitsweise in dem Steuergerät anlegt. In der Regel dürfte der eher umfangreiche Satz an unterschiedlichen Arbeitsweisen aber bereits voreingestellt in dem Steuergerät abgelegt sein, so dass eine Analyse der Betätigung der Maschine bzw. ein Erkennen einer bestimmten Arbeitsweise ohne Zutun des Maschinenführers erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Hydraulikbaggers, wobei in dem Verfahren die Betätigung der Maschine auf eine bestimmte Arbeitsweise hin untersucht wird, und wenn eine solche bestimmte Arbeitsweise erkannt worden ist, die Solldrehzahl des Motors in Abhängigkeit der erkannten bestimmten Arbeitsweise eingestellt wird, wobei vorzugsweise die bestimmte Arbeitsweise einen festen zyklischen Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrerer Hydraulikelemente der Maschine aufweist.

Dabei wird beim Betrieb der Maschine diese daraufhin analysiert, ob eine bekannte Arbeitsweise mit ihr durchgeführt wird. Diese Arbeitsweisen sind vorzugsweise durch ein bestimmtes Muster von Betätigungen der mehreren Hydraulikelemente oder nur eines Hydraulikelements charakterisiert und erlauben vorzugsweise einen Rückschluss auf eine Vielzahl von noch folgenden -meist zyklischen- Betätigungen der Maschine, so dass der (Diesel-)Motor in einem dafür optimalen Punkt seines Kennfeldes betrieben wird.

Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass nach einem Start der Maschine der Motor solange mit einer Nominaldrehzahl betrieben wird, bis eine bestimmte Arbeitsweise erkannt worden ist und die Solldrehzahl des Motors in Abhängigkeit der erkannten bestimmten Arbeitsweise eingestellt wird, und dieser Zustand solange beibehalten wird, bis eine andere bestimmte Arbeitsweise erkannt worden ist, so dass die Solldrehzahl des Motors in Abhängigkeit der erkannten anderen bestimmten Arbeitsweise eingestellt wird und/oder keine bestimmte Arbeitsweise mehr erkannt worden ist, so dass wieder die Nominaldrehzahl eingestellt wird.

Nach einem Start der Maschine läuft der Motor demnach mit seiner Nominaldrehzahl, so dass genügend Leistung für eine anspruchsvolle Tätigkeit vorliegt, die keiner bestimmten Arbeitsweise zugeordnet werden kann. Als Arbeitsweise kommt dabei das Fahren, Graben, Schwenken, Rückschwenken, Arbeitsvorbereitung der mobilen Arbeitsmaschine oder dergleichen in Betracht. Natürlich kann auch eine Kombination der genannten Funktionen bzw. eine bestimmte Abfolge eine bestimmte Arbeitsweise darstellen. Ein typischer Fall wäre bspw. das Heben eines Baggerarms und das gleichzeitige Drehen des Oberwagens.

Erst wenn eine bestimmte Arbeitsweise erkannt worden ist, wird die Drehzahl in einen dafür optimalen Bereich abgesenkt oder angehoben, so dass ein energetischer Effizienzgewinn gegenüber dem Normalbetrieb realisiert werden kann.

Bei Start der Maschine wird der Dieselmotor mit der Nominaldrehzahl betrieben, welche der Drehzahl entspricht, mit welcher die Verfahrgeschwindigkeit erreicht werden kann, die als Grundlage für die Auslegung der Maschine dient. Wird nun eine Arbeitsweise erkannt, die vorzugsweise aus einer Auswertung von Sensor- sowie Steuerungssignalen erfolgt, welcher eine vorher definierte Antriebsdrehzahl zugeordnet ist, wird die Solldrehzahl des Motors entsprechend beeinflusst. Durch eine kontinuierliche Überwachung der Arbeit der Maschine wird zurück auf die Nominaldrehzahl gewechselt, wenn keine definierte Arbeitsweise erkannt wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Maschine bei einer nicht vorher definierten bzw. nicht erkannten Arbeitsweise, mit ihrer nominalen Ausgangsleistung betrieben werden kann.

Hierbei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass eine bestimmte Arbeitsweise der Maschine durch einen festen zyklischen Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrerer Hydraulikelemente der Maschine charakterisiert ist, wobei vorzugsweise während einer erkannten bestimmten Arbeitsweise die Solldrehzahl des Motors je nach aktueller Zyklusphase des zyklischen Ablaufs eingestellt wird.

Es wird die Drehzahl also derart in Abhängigkeit der erkannten Arbeitsweise eingestellt, dass die in der Arbeitsweise ausgeführten Arbeitsphasen mit einem für sie optimalen Drehzahlwert des Motors ausgeführt werden.

Nach einer weiteren Fortbildung des Verfahrens umfasst der feste zyklische Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrere Zyklusphasen, die einem Arbeitsvorgang der Maschine zugeordnet sind, wobei vorzugsweise die mehrere Zyklusphasen des Arbeitsvorgangs Graben, hieben, Drehen, Heben und Drehen, Ausladen, Rückschwenken, Fahren und/oder Arbeitsvorbereitung umfassen und jeder Zyklusphase eine jeweilige Solldrehzahl Motors zugeordnet ist.

Die Erfindung betrifft zudem eine mobile Arbeitsmaschine, die nach einer der vorgestellten Varianten des Verfahrens betrieben wird und/oder vorrichtungsseitig nach einer der oben vorgestellten Varianten ausgebildet ist. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1 : die Aneinanderreihung mehrerer Phasen einer bestimmten Arbeitsweise, welche durch verschiedene Arbeitsvorgänge definiert ist,

Fig. 2: die Darstellung einer beispielhaften Antriebsdrehzahl in einem

Motorkennfeld eines zum Antrieb der Maschine genutzten Dieselmotors,

Fig. 3: eine Darstellung der Aneinanderreihung zyklischer Arbeitsvorgänge, und

Fig. 4: ein Ablaufdiagramm, das den Wechsel der Solldrehzahl des Motors darstellt.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm bei dem eine Solldrehzahl des Motors, vorzugsweise des Dieselmotors über der Zeit aufgetragen ist. Je nach erkanntem Arbeitsvorgang der mobilen Arbeitsmaschine wird eine dazu passende Solldrehzahl des Motors eingestellt. Die Arbeitsvorgänge können dabei unter anderem „Graben“, „Heben und Drehen“,„Ausladen“, „Rückschwenken“, „Fahren“, „Arbeitsvorbereitung“, etc. sein, wobei die Erfindung selbstverständlich hierauf nicht beschränkt ist.

Erkennt das Steuergerät in einer dieser Phasen eine bestimmte Arbeitsweise, also bspw.„Graben“, wird die notwendige hydraulische Antriebsleistung sowie die damit verbundene notwendige Verfahrgeschwindigkeit der Hydraulikzylinder bestimmt, sodass basierend auf dieser Analyse bzw. Erkennung sich nun eine entsprechende Abtriebsdrehzahl des Dieselmotors (z.B. Antriebsdrehzahl A, B,C und D) und die entsprechende benötigte Antriebsleistung bestimmen lässt, welche zur Erzeugung der entsprechenden Geschwindigkeiten notwendig ist. Die Grenzen hierbei werden durch die verfügbare Leistung des (Diesel-)Motors mit festem Kennfeld gegeben.

Die Anordnung beispielhafter Antriebsdrehzahlen ist in dem Motorkennfeld in Fig. 2 dargestellt, welche abhängig von der Zyklusphase dem (Diesel-)Motor als Antriebsdrehzahl vorgegeben werden. Zur Erkennung der Zyklusphase werden unterschiedliche Sensoren sowie Steuerungssignale innerhalb der Maschine überwacht.

Die Phase 4 der Fig. 1 zeigt dabei ein Solldrehzahl A, das ausweislich der Fig. 2 für eine hohe Drehzahl des Motors bei geringer Leistung steht. Diese Drehzahl bietet sich demnach beispielsweise für ein Rückschwenken des Oberwagens der Maschine an, da hierfür hohe Mengen eines Fluidvolumenstroms notwendig sind und gleichzeitig die erforderliche Kraft nicht übermäßig hoch sein muss. Anders ist dies bspw. bei Drehzahl C in Phase 3, hier wird bei maximaler Leistung eine mittlere Drehzahl angelegt, die also einen mittleren Volumenstrom und gleichzeitig eine sehr hohe Kraft des geförderten Volumenstroms vereint. Dies eignet sich für kraftintensive Aufgaben, die gleichzeitig einen mittleren Volumenstrom des Fluids in den Hydraulikelementen erfordern. In Phase 2 der Fig. 2 wird hingegen eine höhere Drehzahl des Motors eingestellt, so dass der dabei ausgeführte Arbeitseinsatz einen höheren Volumenstrom an Hydraulikfluid erfordert wie in Phase 3, jedoch nicht die sehr hohe Kraft dieser Phase erreicht. Schließlich kann man dem Kennfeld entnehmen, dass die Leistung an diesem Punkt B trotz höherer Drehzahl des Motors gleich der Leistung im Punkt C ist, so dass also im Punkt B der Motor ein geringeres Drehmoment aufweisen muss, was wiederum eine geringere (Druck-) Kraft oder Verdrängungskraft des Volumenstroms bewirkt. Somit eignet sich dieser auch wiederum für einen ganz spezifische Arbeit der Maschine. Wird also eine Arbeitsweise wie Graben, Ausladen, Rückschwenken, oder dergleichen erkannt, wird die dafür optimale Solldrehzahl für den Motor eingestellt.

Fig. 3 zeigt einen Wechsel der Solldrehzahl bei einer sich zyklisch wiederholenden Arbeitsaufgabe, die sich in mehrere Betätigungen der Maschine unterteilen lässt.

Die Fig. 3 weist dabei die identische Bezeichnung der Koordinatenachsen wie die Fig. 1 auf und zeigt mehrere Zyklen Z1 , Z2, Z3 einer zyklisch verrichteten Arbeit der Maschine.

So wird in jedem Zyklus Z1 , Z2, Z3 dieselbe Abfolge von Arbeiten durch die Maschine ausgeführt. In der Phase 1 wird gegraben, also bspw. die Schaufel eines Baggers mit Erdreich befüllt. Flierzu ist die maximale Kraft vonnöten, sodass dies mit der Drehzahl C geschieht. Ein Blick auf Fig. 2 zeigt, dass diese Drehzahl des Motors mehr Kraft liefert als die anderen Drehzahlwerte A, B oder D.

Im Anschluss daran wird der Oberwagen verschwenkt und die gefüllte Schaufel gehoben. In Phase 3 wird die Schaufel geöffnet und das darin befindliche Erdreich abgeladen bevor in Phase 4 die Maschine wieder in einen Zustand unmittelbar von einem erneuten„Graben“ verbracht wird. Danach beginnt der Zyklus von vorne.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm für das Verfahren der vorliegenden Erfindung. Dabei kann das Steuergerät der Maschine dazu ausgelegt sein, den darin aufgeführten Ablauf umzusetzen.

In Fig. 4 ist das Ablaufdiagramm zum Wechsel der Solldrehzahl des Motors dargestellt. Beim Start der Maschine wird der Motor mit der Nominaldrehzahl betrieben, welche der Drehzahl entspricht, mit welcher die Verfahrgeschwindigkeit erreicht werden kann, die als Grundlage für die Auslegung der Maschine dient. Wird nun, basierend auf den Sensor- sowie Steuerungssignalen eine Arbeitsweise erkannt, welcher eine vorher definierte Antriebsdrehzahl zugeordnet ist, wird die Solldrehzahl des Motors entsprechend beeinflusst. Durch die kontinuierliche Überwachung der Arbeit der Maschine wird zurück auf die Nominaldrehzahl gewechselt, wenn keine definierte Arbeitsweise erkannt wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Maschine bei einer nicht vorher definierten bzw. nicht erkannten Arbeitsweise, mit ihrer nominalen Ausgangsleistung betrieben werden kann.

Claims

Ansprüche

1 . Mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Hydraulikbagger, umfassend:

einen Motor zum Antreiben der mobilen Arbeitsmaschine,

eine hydraulische Leistungserzeugungseinheit, die mit dem Motor gekoppelt und dazu ausgelegt ist, ein hydraulisches Volumen in Abhängigkeit einer Drehzahl des Motors zu fördern, und

mehrere Hydraulikelemente, die mit dem geförderten Volumen der hydraulischen Leistungserzeugungseinheit betätigbar sind und verschiedenen Funktionen der mobilen Arbeitsmaschine zugeordnet sind,

gekennzeichnet durch

ein Steuergerät zum Erkennen einer bestimmten Arbeitsweise der mobilen

Arbeitsmaschine, wobei

das Steuergerät dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit der erkannten bestimmten Arbeitsweise die Solldrehzahl des Motors einzustellen.

2. Maschine nach Anspruch 1 , wobei die bestimmte Arbeitsweise einen festen zyklischen Ablauf einer Betätigungsreihenfolge der mehreren Hydraulikelemente aufweist und das Steuergerät dazu ausgelegt ist, während einer erkannten bestimmten Arbeitsweise die Solldrehzahl des Motors je nach aktueller Zyklusphase des zyklischen Ablaufs einzustellen.

3. Maschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der feste zyklische Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrere Zyklusphasen umfasst, die einem Arbeitsvorgang der Maschine zuordenbar sind, wobei vorzugsweise die mehrere Zyklusphasen des Arbeitsvorgangs Graben, Heben, Drehen, Heben und Drehen, Ausladen, Rückschwenken, Fahren und/oder Arbeitsvorbereitung umfassen.

4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funktionen der Maschine, denen mindestens ein jeweiliges Hydraulikelement zugeordnet ist, Graben, Heben, Drehen, Ausladen, Rückschwenken und/oder Fahren umfassen.

5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Motor und hydraulischer Leistungserzeugungseinheit ein Verteilergetriebe vorgesehen ist, das vom Motor angetrieben ist und die hydraulische Leistungserzeugungseinheit antreibt, wobei vorzugsweise das Verteilergetriebe eine feste Übersetzung aufweist.

6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hydraulische Leistungserzeugungseinheit ein System zur Ausgabe eines Volumenstroms ist, dessen Ausgangsvolumenstrom vorzugsweise proportional zu einer Antriebsdrehzahl der hydraulischen Leistungserzeugungseinheit ist.

7. Maschine nach Anspruch 6, wobei die hydraulische Leistungserzeugereinheit eine Aufteilungsvorrichtung aufweist, um eine Betätigungsgeschwindigkeit der mehreren Hydraulikelemente durch eine Aufteilung des Ausgangsvolumenstrom vorzunehmen, wobei vorzugsweise ein Tank zur Aufnahme eines nicht zum Zuführen an die mehreren Hydraulikelemente benötigten Ausgangsvolumenstroms vorgesehen ist.

8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät ferner dazu ausgelegt ist, den Motor mit einer Nominaldrehzahl zu betreiben, sofern eine bestimmte Arbeitsweise der mobilen Arbeitsmaschine nicht erkannt worden ist.

9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Sensoren zum Erfassen eines Zustands der verschiedenen Funktionen der mobilen Arbeitsmaschine, wobei Signale der Sensoren zusammen mit Steuersignalen für die Maschine dem Steuergerät zur Verfügung stehen, um eine bestimmte Arbeitsweise der mobilen Arbeitsmaschine zu erkennen.

10. Verfahren zum Betreiben einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Hydraulikbaggers, wobei in dem Verfahren:

die Betätigung der Maschine auf eine bestimmte Arbeitsweise hin untersucht wird, und

wenn eine solche bestimmte Arbeitsweise erkannt worden ist, die Solldrehzahl des Motors in Abhängigkeit der erkannten bestimmten Arbeitsweise eingestellt wird, wobei vorzugsweise

die bestimmte Arbeitsweise einen festen zyklischen Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrerer Hydraulikelemente der Maschine aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ferner:

nach einem Start der Maschine der Motor solange mit einer Nominaldrehzahl betrieben wird, bis eine bestimmte Arbeitsweise erkannt worden ist und die Solldrehzahl des Motors in Abhängigkeit der erkannten bestimmten Arbeitsweise eingestellt wird, und

dieser Zustand solange beibehalten wird, bis eine andere bestimmte Arbeitsweise erkannt worden ist, so dass die Solldrehzahl des Motors in Abhängigkeit der erkannten anderen bestimmten Arbeitsweise eingestellt wird und/oder keine bestimmte Arbeitsweise mehr erkannt worden ist, so dass wieder die Nominaldrehzahl eingestellt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11 , wobei eine bestimmte Arbeitsweise der Maschine durch einen festen zyklischen Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrerer Hydraulikelemente der Maschine charakterisiert ist, wobei vorzugsweise während einer erkannten bestimmten Arbeitsweise die Solldrehzahl des Motors je nach aktueller Zyklusphase des zyklischen Ablaufs eingestellt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei der feste zyklische Ablauf einer Betätigungsreihenfolge mehrere Zyklusphasen umfasst, die einem Arbeitsvorgang der Maschine zugeordnet sind, wobei vorzugsweise die mehrere Zyklusphasen des Arbeitsvorgangs Graben, Heben, Drehen, Heben und Drehen, Ausladen, Rückschwenken, Fahren und/oder Arbeitsvorbereitung umfassen und jeder Zyklusphase eine jeweilige Solldrehzahl des Motors zugeordnet ist.

14. Mobile Arbeitsmaschine mit einem Verfahren zum Betreiben einer mobilen Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13.

15. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 14, wobei die Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.