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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR OPERATING AN IN-TRANSIT MIXER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/200578
Kind Code:
A1
Abstract:
According to the invention, on the basis of the operating parameters detected when filling a mixing drum (1) driven by an electric motor (2), the future load of the electric motor (2) which would arise in further normal operation is determined, and a warning signal is emitted when an acceptable value is exceeded.

Inventors:
WÖRZLER DAVID (DE)
ZOHNER RAPHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/054571
Publication Date:
October 08, 2020
Filing Date:
February 21, 2020
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
B28C5/42
Foreign References:
EP2772339A12014-09-03
JPS588431A1983-01-18
DE102018205426A12019-10-17
DE102018208392A12019-11-28
EP0901017A21999-03-10
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieben eines Fahrmischers bei welchem ein elektrischer Motor (2) die Mischtrommel (1 ) antriebt dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb des elektrischen Motors Betriebsparameter detektiert werden und aus diesen Betriebsparameter die Belastung für einen weiteren Betrieb des Fahr mischers ermittelt wird und bei Überschreiten eines zuvor definierten zulässi gen Wertes ein Signal ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem die Steuer einrichtung den elektrischen Motor mit einer Solldrehzahl ansteuert und aus dem elektrischen Strom und der elektrischen Spannung ein Drehmoment er mittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einer Speicher einrichtung Belastungsdaten des elektrischen Motors (2) bei unterschiedlichen Drehzahlen und unterschiedlichen Beladungen der Mischtrommel (1) abgelegt sind und zur Ermittlung der Belastung verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor (2) so angesteuert wird, dass die Mischtrommel (1 ) eine definierte Drehzahl aufweist und dabei Betriebsdaten des elektrischen Motors überwacht werden und aus den Betriebsdaten des elektrischen Motors das Drehmoment ermittelt wird und bei Überschreiten eines zuvor definierten Drehmomentes ein Signal ausgegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Drehmomentes detektiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein akustisches oder visuelles Signal oder ein Datensignal ist

7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Signal draht los übertragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Daten zur weite ren Verwendung des Fahrmischers zur und auf der Baustelle aus einer Spei chereinrichtung entnommen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherein richtung die Daten von einem Zentralrechner des Betonwerkes erhält.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Speichereinrichtung über eine Eingabevorrichtung vom Fahrer eingegeben werden.

Description:
Verfahren zum Betrieben eines Fahrmischers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieben eines Fahrmischer nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Die EP 0 901 017 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung von Parametern eines Mischgutes in einer Mischtrommel eines Fahrmischers.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieben eines Fahrmischer weiter zu verbessern.

Der Fahrmischer für das erfindungsgemäße Verfahren weist einen elektrischen Motor auf, mittels welchem die Mischtrommel des Fahrmischers drehbar ist. Der elektrische Motor kann über ein Getriebe mit der Mischtrommel verbunden sein, es besteht je doch auch die Möglichkeit, dass der elektrische Motor direkt mit der Mischtrommel verbunden ist.

Indem ein elektrischer Motor zum Antrieb der Mischtrommel verwendet wird, besteht die Möglichkeit, den exakten Drehmomentverlauf, das maximale Drehmoment und die Beschleunigungen sowie die Drehzahlen an der Mischtrommel zu ermitteln. Dies ist bei Verwendung eines hydraulischen Antriebs nicht möglich, da die temperaturab hängige Viskosität des Hydraulikfluids und die Leckage im Hydraulikmotor eine exak te Ermittlung dieser Parameter nicht zulässt.

Aus den Betriebsparametern mit welchen der elektrische Motor betrieben wird lässt sich die Beschaffenheit und die Menge des Mischgutes bestimmen.

Aus den Daten der Betriebsparameter ist es möglich die zukünftige Belastung des Antriebstranges zu ermitteln. Eine im Betonwerk mit Mischgut befüllte Mischtrommel muss zum Entladeort transportiert werden und am Entladeort wird die Mischtrommel wieder entleert. Die Fahrstrecke und die Art der Entladung kann entweder vom Fahr zeugführer beispielsweise auch in Verbindung mit einem Navigationsgerät in eine elektronische Steuereinheit eingegeben werden, oder bereits von einem System, welches die Bestellungen bearbeitet an die elektronische Steuereinheit übermittelt werden. Somit ist der elektronischen Steuereinheit nicht nur die Menge und Beschaf fenheit des Mischgutes, sondern auch noch der Einsatzort und weitere Parameter, beispielsweise die Entladeart in Krankübel oder Betonpumpe oder andere bekannt. Ebenso besteht die Möglichkeit aus den Daten zu definieren, ob während der Trans portfahrt agitiert, somit die Trommel gedreht werden muss oder nicht.

Es besteht somit die Möglichkeit die Zukünftige Belastung des Antriebsstranges zu berechnen, bevor der Fahrmischer das Betonwerk verlassen hat. Erkennt die elekt ronische Steuereinheit, dass zulässige Parameter des Antriebsstranges überschritten werden, so gibt die elektronische Steuereinheit ein Signal aus. Eine Überlastung des Fahrmischers und ein Ausfall des Fahrmischers kann somit unterbunden werden. Erkennt die elektronische Steuereinheit, dass der elektrische Motor beim agitieren und anschließenden Entleeren überhitzen würde, so kann die elektronische Steuer einheit dem Fahrzeugführen dies anzeigen und entsprechende Abkühlphasen Vor schlägen in welchen der Antrieb der Trommel stillgesetzt wird.

Somit besteht die Möglichkeit aus den Betriebsparametern bei Beladen der Trommel auf dem Betonwerk den kommenden Belastungszyklus vorauszu berechnen und ent sprechende Signale der Zulässigkeit oder einer Warnung auszugeben.

Um die Betriebsparameter und somit die Menge und die Zusammensetzung des Mischgutes zu bestimmen kann der elektrische Motor, welcher die Mischtrommel an triebt, entsprechend angesteuert werden.

Es ist möglich, den elektrischen Motor so anzusteuern, dass die Mischtrommel einen zuvor definierten Drehwinkel annimmt und in diesem Drehwinkel dann zum Stillstand gebracht wird und gehalten wird. Dadurch wird das Mischgut in der Mischtrommel, beispielsweise der Beton, an der Innenwand der Trommel mitgenommen und fließt beim Stillstand der Trommel wieder zurück. Indem die Veränderung des Drehmo ments mit welchem die Mischtrommel gehalten wird, auch Flaltedrehmoment ge nannt, somit das Drehmoment, welches am elektrischen Motor wirkt, über der Zeit detektiert wird, kann die Fließfähigkeit des Mischgutes ermittelt werden.

Indem die Mischtrommel gezielt beschleunigt wird und hierbei das vom elektrischen Motor zu erbringende Drehmoment ermittelt wird, kann das Massenträgheitsmoment des Mischgutes gemeinsam mit der Mischtrommel ermittelt werden. Da das Massen trägheitsmoment der Mischtrommel auch bei leerer Mischtrommel bekannt ist, be steht die Möglichkeit, über die Ermittlung des Massenträgheitsmomentes des Misch- gutes auf die Masse des Mischgutes, welche sich in der Trommel befindet, zu schlie ßen. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Trommel aus dem Stillstand zu beschleuni gen oder die Trommel aus einer zuvor definierten Drehzahl weiter zu beschleunigen.

Das von dem elektrischen Motor zu erzeugende Drehmoment kann auch über die aufgenommene elektrische Leistung ermittelt werden. Ebenso kann ein elektrischer Motor so angesteuert werden, dass die Mischtrommel zuvor definierte Drehpositio nen einnimmt und in diesen gehalten wird.

Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere Messungen mit verschiedenem Mischgut in der Trommel durchzuführen und in einer Speichereinheit die Gewichte des Mischgu tes sowie das Fließverhalten des Mischgutes zu den gemessenen Parametern des elektrischen Motors abzulegen, um später durch Vergleich dieser Parameter mit den gemessenen Werten der Leistungsaufnahme des elektrischen Motors zu bestimmen, um welches Mischgut mit welcher Fließfähigkeit und Masse es sich handelt.

Mit diesen Daten aus den Betriebsparametern kann die Beschaffenheit des Mischgu tes, beispielsweise des Betons, auf einfache Weise ermittelt und dokumentiert wer den, indem beispielsweise die Daten während des Betriebs des Fahrmischers ge speichert werden. Des Weiteren ist es zur Optimierung des Mischvorgangs vorteil haft, wenn die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Mischtrommel die jeweilige Beladung der Mischtrommel sowie die Viskosität und somit die Fließfähigkeit des eingesetzten Mischgutes, beispielsweise Betons, kennt und bis zur Entleerung über wachen kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass aus diesen Daten der be nötigte Energiebedarf reduziert werden kann, da beispielsweise ein bereits optimal gemischtes Mischgut nicht mehr so intensiv aufgemischt werden muss. Die Steue rung erkennt den Zustand des Mischgutes und kann das Aufmischen des Mischgutes entsprechend ansteuern.

Des Weiteren ist es möglich, dass die Vorrichtung erkennt, ob ein Beton bereits be ginnt auszuhärten oder viel zu zäh eingefüllt ist. Eine mögliche Überlastung des An triebs kann dadurch verhindert werden. Es besteht die Möglichkeit, dass dann dem Fahrzeugführer ein Signal übermittelt wird. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, dass bereits beim Einfüllen oder Einziehen des Mischgutes in die Mischtrommel die Daten über den Zustand des Mischgutes doku mentiert und gespeichert werden. Diese gespeicherten Daten können dann während der Fahrt zur Baustelle und auf der Baustelle durch weitere Messungen mittels des elektrischen Motors ergänzt werden.

Indem als Antriebsmotor für die Mischtrommel ein elektrischer Motor verwendet wird, besteht die Möglichkeit der exakten Drehzahlerfassung der exakten Positionierung der Mischtrommel und der exakten Ermittlung der Leistungsaufnahme, wodurch re produzierbare Auslenkungen der Mischtrommel aus der Ruhelage in einen definier ten Drehwinkel möglich sind. Dadurch ist es möglich, die Zusammensetzung des Mischgutes ausschließlich durch Detektieren der über den elektrischen Motor erfass bare Daten und Vergleichen dieser Daten mit gespeicherten Daten zu ermitteln.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, während einer gleichmäßigen Drehung der Mischtrommel Drehzahlsprünge zu detektieren und mittels dieser detektierten Drehzahlsprünge Rückschlüsse auf den Beladungszu stand zu erhalten. Es besteht die Möglichkeit, aus dem Quotient aus der Differenz des statischen Drehmoments zum dynamischen Drehmoment sowie aus der Winkel beschleunigung der Mischtrommel das Massenträgheitsmoment zu ermitteln und somit eine Aussage zur Beladung der Mischtrommel treffen zu können. Es besteht die Möglichkeit, über das Trägheitsmoment und bekannter Geometrie der Misch trommel die eingefüllte Masse des Mischguts zu ermitteln. Hierbei besteht die Mög lichkeit, mittels eines dimensionslosen relativen Zahlenwerts die Betonmasse zu er mitteln. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, mittels gespeicherter Kennfelder o- der Erfahrungswerte oder physikalischer Formeln die tatsächliche Masse des Misch gutes zu ermitteln. Hierbei ist eine Kennlinie bzw. ein Kennfeld an die jeweilige Trommelausführung, somit die Geometrie und die Form der Spirale der Trommel, gekoppelt. Ist die Masse des Mischgutes bekannt, lässt dies zusammen mit dem Drehmoment, welches der elektrische Motor zum Drehen der Mischtrommel benötigt, einen Rückschluss über die Steifigkeit des Mischgutes zu. Durch gezieltes Drehen der Mischtrommel aus der Schwerpunktslage heraus und darauf folgend ein Festhai- ten, bis das Mischgut in der Trommel wieder nach unten gelaufen ist, lassen Rück schlüsse über das Fließverhalten bzw. die Viskosität des Mischgutes zu. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, den Verlauf des Haltedrehmomentes über der Zeit zu detek- tieren. Je schneller das Drehmoment abfällt, desto schneller fließt das Mischgut ab bzw. sammelt sich am Boden der Mischtrommel. Hierbei besteht die Möglichkeit, die detektierten Werte mit zuvor gespeicherten Werten in Tabellen oder Kennfeldern zu vergleichen und hieraus Rückschlüsse auf das Fließverhalten zu ziehen.

Als weitere Größe besteht die Möglichkeit, das Anfahrdrehmoment, somit der Spit zenwert aus dem Stillstand der Trommel und im weiteren Verlauf der Rückgang des Drehmoments zum Drehen der Mischtrommel auf einen stationären Wert zu detektie- ren. Auch hieraus kann die Fließgrenze ermittelt werden.

Es besteht die Möglichkeit, die Messungen, somit die Detektierung dieser Parameter, während der Transportfahrt durchzuführen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Messungen ausschließlich bei Stillstand des Fahrmischers durchzuführen, um Störungen durch die Bewegung des Fahrmischers zu eliminieren. Die ermittelten Pa rameter lassen Rückschlüsse zu, inwiefern das Mischgut ausreichend aufgemischt ist. Ebenso wird erkannt, ob das Mischgut langsam beginnt auszuhärten. Hierbei steigt das statische Drehmoment an und die Fließfähigkeit nimmt ab. Es besteht die Möglichkeit, ab einem zuvor definierten Wert automatisch zusätzlich Flüssigkeit oder andere Verzögerersubstanzen zuzugeben oder dem Fahrer ein Signal auszugeben.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, mittels eines Temperatursensors am Äußeren der Trommel oder im Inneren der Trommel zusätzliche Parameter mit zu berücksichtigen, um den Einfluss auf die Viskosität und somit die Fließgeschwindigkeit des Betons zu kompensieren.

Durch einen Temperatursensor im elektrischem Motor lässt sich die Erwärmung des elektrischen Motors überwachen.

In einer weiteren Ausgestaltungsform besteht die Möglichkeit, zusätzlich mittels eines Lagesensors zu erfassen, ob sich der Fahrmischer in der Horizontalen befindet oder ob der Fahrmischer am Hang steht. Diese Werte können als Korrekturfaktor in die Ermittlung der Fließfähigkeit und der Masse mit einfließen.

Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.

Die einzige Figur zeigt einen Fahrmischer mit einer Mischtrommel 1 . Der Fahrmi scher weist eine Mischtrommel 1 auf, welche mittels eines elektrischen Motors 2 im Drehsinne antreibbar ist. Zwischen dem elektrischen Motor 2 und der Mischtrommel 1 kann ein gezeigtes Untersetzungsgetriebe 3 angeordnet sein. Mit dem elektrischen Motor 2 ist eine elektronische Steuereinheit verbunden, welche Parameter des elektrischen Motors 2 und weitere Sensoren, beispielsweise eines Drehzahlsensors detektiert. Die Drehzahlen der Mischtrommel 1 können durch Drehzahlsensoren am elektrischen Motor 2 oder an der Mischtrommel zu detektiert werden. Mittels Detekti on der Zeit kann ermittelt werden, wie lange das Mischgut bereits in der Trom mel ist. Mittels des Drehzahlsensors kann ermittelt werden, wie viele Umdrehungen die Mischtrommel beim Befüllen oder vom Befüllen bis zum vollständigen Entleeren durchgeführt hat. Durch Detektieren der elektrischen Leistung kann ermittelt werden, mittels welchem Drehmoment die Mischtrommel 1 angetrieben wird. Durch Verbin dung dieser Daten mit der Detektion der Zeit kann die Drehbeschleunigung der Mischtrommel 1 ermittelt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass die elektronische Steuerung die Mischtrommel bis zu einem definierten Drehwinkel verdreht, bei spielsweise aus der Ruhelage um exakt 90°. In dieser Position kann dann das Hal tedrehmoment der Mischtrommel 1 ermittelt werden und Rückschlüsse auf die Fließ fähigkeit des Mischguts erfolgen.

Befindet sich der Fahrmischer zum Beladen im Betonwerk, so fährt der Fahmischer mit leerer Mischtrommel 1 unter den Mischturm. Der elektrische Motor 2 wird so an gesteuert, dass die Mischtrommel 1 in der Drehrichtung angetrieben wird, in welcher das Mischgut zum Trommelboden gefördert wird. Der elektrische Motor wird hierbei so angesteuert, dass er eine zuvor definierte Drehzahl, beispielsweise 14 Umdre hungen pro Minute erreicht, somit drehzahlgesteuert. Nun wird die Mischtrommel 1 vom Mischturm mit Mischgut befüllt. Hierbei werden die Betriebsparameter des elektrischen Motors, sowie deren Veränderung detektiert und überwacht. Dies wird auch als Lasterfassung bezeichnet.

In einer Speichereinrichtung sind Belastungsdaten von unterschiedlichen Drehzahlen der Mischtrommel 1 und unterschiedlichen Beladungen und unterschiedlichen Visko sität des Mischguts abgelegt.

Entweder während die Mischtrommel 1 vom Mischturm mit Mischgut befüllt wird oder nachdem die Mischtrommel befüllt wurde, wird die Belastung für den geplanten Be trieb des Fahrmischers berechnet. Dieser geplante Betrieb kann die Fahrt zur Bau stelle mit drehender Mischtrommel 1 oder ohne drehende Mischtrommel 1 und oder das aufmischen des Mischgutes auf der Baustelle und oder unterschiedliche Entleer arten der Mischtrommel sein. Beispielsweise kann das Mischgut in Krankübel oder einer Betonpumpe oder nur über die Schurre entleert werden.

Die Definition der geplanten weiteren Verwendung des Fahrmischers und somit der Betriebsarten des elektrischen Motors 2 kann entweder durch eine Eingabe des Fah rers erfolgen, oder ist bereits durch die Bestellung im Betonwerk übertragen worden oder basiert auf Erfahrungswerten. Erfahrungswerte können beispielsweise die Drehzahl beim agitieren von 3 Umdrehungen pro Minute und die Zeit und die Dreh zahl von beispielsweise 14 Umdrehungen pro Minute zum Entleeren der Mischtrom mel sein. Es besteht auch die Möglichkeit Daten über die Strecke zur Baustelle von einem Navigationsgerät zu erhalten.

Ergibt die Berechnung des weiteren geplanten Betriebs, dass der Antrieb, beispiels weise der elektrische Motor 2 überlastet oder überhitzt wird oder das geforderte Drehmoment nicht erreichen kann, so gibt die elektrische Steuerung ein Warnsignal aus. Dieses Warnsignal kann akustisch, visuell oder auch nur als elektronische Da ten ausgegeben werden. Nun kann der Fahrer, oder der Betreiber des Betonwerks oder eine Steuerung eine weitere Entscheidung treffen. Diese Entscheidung kann beispielsweise während der Befüllung des Fahrmischers die Reduzierung der Menge des Mischgutes sein, oder die Veränderung der Viskosität des Mischgutes oder bei drohender Überhitzung des elektrischen Motors 2 eine zusätzliche Abkühlphase. Er kennt die elektrische Steuereinrichtung, dass die elektrische Energie der Batterie des Fahrmischers nicht ausreicht das Mischgut auf der Baustelle vollständig zu entleeren, so kann auch eine notwendige Ladung der Batterie angezeigt werden.

Der elektrische Motor ist vorzugsweise als Drehstrommotor ausgebildet und wird von einer Leistungselektronik angesteuert.

Bezuqszeichen Mischtrommel

Motor

Untersetzungsgetriebe