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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Lastkollektiven von hydrostatischen Maschinen und ein entsprechendes Steuergerät zur Ansteuerung der hydrostatischen Maschine.
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Aus der
DE 195 38 649 A1 ist es bekannt, mittels eines elektronischen Steuergeräts ein hydrostatisches System anzusteuern. Das elektronische Steuergerät ist hierzu so mit den Regelventilen des Kreislaufs verbunden, dass das eingestellte Fördervolumen der hydrostatischen Maschine eingestellt wird. Um die Steuersignale zur Ansteuerung der Stelleinrichtung erzeugen zu können, werden der elektronischen Steuereinheit Messsignale von Systemparametern übermittelt. Solche Systemparameter sind beispielsweise der eingestellte Schwenkwinkel der Maschine, der dem Hubvolumen und somit dem von der Pumpe erzeugten Förderstrom entspricht und ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Druckmittels. Bei dem bekannten Verfahren sowie dem bekannten Steuergerät wird dabei ausgehend von den Messwerten der Systemparameter lediglich ein Steuersignal erzeugt. Im Übrigen bleibt die in den Messwerten enthaltene Information über den Zustand der Maschinen ungenutzt. Andererseits wird bei der Auslegung von Maschinen sowie der Bestimmung von Kenngrößen zum Betrieb der Maschinen auf theoretische Lastkollektive zurückgegriffen, die in der Regel durch den Kunden zur Verfügung gestellt werden. Dabei ist ein Problem, dass selbst die Kunden das tatsächliche Lastkollektiv nur ungefähr abschätzen können. Die tatsächliche Belastung im Einsatz der hydrostatischen Maschine kann jedoch erheblich von dem theoretischen Lastkollektiv, auf dem die Auslegung der Anlage beruht, abweichen.
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Aus der
DE 10 2006 022 740 A1 ist eine Kreiselpumpenanordnung bekannt, bei welcher mittels Drucksensoren der Saug- und der Enddruck der Pumpe gemessen wird. Die während des Betriebs der Pumpe ermittelten Betriebsdaten werden in einer Speichervorrichtung gespeichert. Dabei wird u.a. ein Lastkollektiv als Histogramm gespeichert.
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Die
DE 10 2006 002 496 A1 zeigt ein Verfahren zum Speichern und Auswerten von Daten in einem Fahrzeug, wobei Lastkollektive gespeichert werden.
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Die
DE 195 04 050 C2 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung von Lastenzyklen von Tragkonstruktionen. Die Belastungen derartiger Tragwerkskonstruktion ändern sich über die Zeit weit weniger stark als die Belastungen einer hydraulischen Maschine.
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Die
DE 199 23 824 A1 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung von Belastungsdaten eines über einen Hydromotor angetriebenen Getriebes, wobei der Druck im Hydromotor gemessen wird. Es sollen insbesondere Lastkollektive berücksichtigt werden, die in einer bestimmten Norm definiert sind.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein mit der tatsächlichen Belastung im Betrieb besser übereinstimmendes Lastkollektiv zu erstellen.
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Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden zur Bestimmung des Lastkollektivs einer hydrostatischen Maschine ein oder mehrere Messwerte von Systemparametern erfasst. Diese Systemparameter werden durch ein Steuergerät, welches die hydrostatische Maschine ansteuert, eingelesen. Aus den eingelesenen Messwerten wird zumindest ein Lastkollektiv und/oder ein Zeitschrieb (d. h. eine zeitlich geordnete Auswahl an Messwerten) ermittelt und in einem Speicher des Steuergeräts abgespeichert. Damit steht zu jedem Zeitpunkt ein im realen Betrieb ermitteltes Lastkollektiv und/ oder Zeitschrieb zur Verfügung, welches beispielsweise bei der Ermittlung von neuen Anlagen oder neuen hydrostatischen Maschinen genutzt werden kann. Das Lastkollektiv bzw. der Zeitschrieb kann hierzu ausgelesen werden und ermöglicht somit nicht nur eine verbesserte Entwicklung neuer Anlagen, sondern kann auch im Schadensfall zur Erforschung der Schadensursache herangezogen werden. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich zu kontrollieren, ob die vom Kunden bei der Entwicklung oder Auslegung einer hydrostatischen Anlage angegebenen Lastkollektive die tatsächliche Belastung des Geräts im täglichen Betrieb widerspiegeln. Lastkollektive sind stark nutzerabhängig, so dass insbesondere zur Abwicklung von Gewährleistungsansprüchen die Kenntnis des tatsächlich aufgetretenen Lastkollektivs von Vorteil ist. Bei erfindungsgemäßen Kollektivbildungsverfahren handelt es sich vorzugsweise um Online-Tools, welche also im Betrieb verwendet werden können.
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Das Steuergerät weist hierzu einen Speicher auf, in dem die erzeugten Lastkollektive und/oder Zeitschriebe abspeicherbar sind. Mit dem Speicher ist eine Auswerteeinheit zur Erzeugung des Lastkollektivs bzw. des Zeitschriebs verbunden, wobei die Auswerteeinheit aus den über eine Schnittstelle des Steuergeräts eingelesenen Systemparametern das Lastkollektiv bzw. den Zeitschrieb ermittelt.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Steuergeräts ausgeführt.
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Problematisch bei der beschriebenen Verwendung der Messwerte, die im laufenden Betrieb ohnehin ständig erzeugt werden, um die Steuersignale des Steuergeräts ermitteln zu können, ist es, dass die dadurch anfallende Menge an Messwerten in der Regel durch die vergleichsweise kleinen Speicher, die in Steuergeräten verfügbar sind, nicht in ihrer Gesamtheit abgespeichert werden können. Es erfolgt daher eine Reduzierung der gesamten zur Verfügung stehenden Messdaten. Eine erste Reduzierung ist bereits dadurch erreicht, dass anstelle aller tatsächlich auftretenden Messwerte lediglich ein oder mehrere Lastkollektive und/oder ein oder mehrere Zeitschriebe abgespeichert werden. Damit geht zwar eine Information über tatsächlich über den Zeitverlauf auftretende Belastungen verloren, Lastkollektive bzw. Zeitschriebe genügen jedoch in der Regel, um Rückschlüsse auf den tatsächlichen Einsatz ziehen zu können. Anstelle von Lastkollektiven können auch Zeitschriebe und/oder reduzierte Zeitschriebe abgespeichert bzw. zwischengespeichert und verwendet werden.
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Auch in anderer Hinsicht ist eine Reduzierung der genutzten Messwerte möglich. Neben einer Nutzung beispielsweise nur jedes zehnten Messwerts zur Bildung des Lastkollektivs bzw. Zeitschriebs ist es dabei bevorzugt, zur Bildung des Lastkollektivs bzw. des Zeitschriebs nur innerhalb eines bestimmten Zeitfensters liegende Messwerte zu verwenden. Dieses Zeitfenster ist ein gleitendes Zeitfenster, wobei das Lastkollektiv bzw. der Zeitschrieb dann aus dem innerhalb des Zeitfensters liegenden Messwerten gebildet wird, wenn ein Triggerereignis vorliegt. Ein solches Triggerereignis kann beispielsweise das Auftreten eines überhöhten Arbeitsleitungsdrucks sein, da in diesem Fall eine außergewöhnliche Belastung der hydrostatischen Maschine zu vermuten ist. Das Auftreten eines überhöhten Arbeitsleitungsdrucks wird durch Vergleich der Messwerte mit einem Grenzwert für den gemessenen Systemparameter ermittelt. Bei unterschiedlichen Systemparametern können dabei unterschiedliche Grenzwerte eingesetzt werden. Im Falle des zulässigen Arbeitsleitungsdrucks ist das Triggerereignis das Überschreiten dieses oberen Grenzwerts für den Arbeitsleitungsdruck.
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In vergleichbarer Weise kann jedoch auch eine untere Grenze mit dem tatsächlichen Messwert verglichen werden. Eine solche untere Grenze ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn eine bestimmte Größe nicht unter ein Mindestmaß absinken darf. Als Beispiel wäre hierbei der Speisedruck einer Speisepumpe zu nennen. Liegt ein solches Triggerereignis vor, so werden die Messwerte, die innerhalb eines definierbaren Zeitfensters vor dem Eintreffen des Triggerereignisses liegen, zur Bildung des Lastkollektivs herangezogen. Als Triggerereignis kann grundsätzlich jedes Überschreiten bzw. Unterschreiten von Grenzwerten durch Messwerte verwendet werden. Ein Abschalten bzw. Notabschalten der Maschine kann ebenfalls als Triggerereignis verwendet werden.
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Ein Triggersignal kann also durch das Über- oder Unterschreiten von Messwerten ausgelöst werden. Ebenso kann auch eine Abschaltung, insbesondere eine Notabschaltung der hydrostatischen Maschine ein Triggersignal auslösen, die Lastkollektive können auch ständig gebildet werden. Im Fall eines Triggerereignisses (z. B. einer Notabschaltung) ist dabei nicht nur die Ermittlung eines Lastkollektivs, sondern es sind vor allem auch Zeitschriebe aus dem Zwischenspeicher aus der kurz davor liegenden Zeit interessant.
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Ganz allgemein kann das Lastkollektiv durch ein Klassierverfahren ermittelt werden. Solche sind z. B. das MAX-Wert Klassierverfahren oder die Häufigkeitszählung (z. B. drehzahlsynchron).
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Lastkollektiv jedoch mittels des sogenannten Rainflow-Verfahrens als Klassierverfahren ermittelt. Alternativ können jedoch auch andere Verfahren, z. B. Häufigkeitszählungen (z. B. drehzahlsynchron), verwendet werden. Es kann also ein Rainflow-Verfahren und/oder eine drehzahlsynchrone Häufigkeitszählung verwendet werden. Ein anderes mögliches Klassierverfahren ist das sog. MAX-Wert-Verfahren.
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Das Steuergerät weist zur vorübergehenden Speicherung der Messwerte des Zeitfensters einen Zwischenspeicher auf, der auch Bestandteil des Speichers sein kann. In diesem Zwischenspeicher werden die aus der Schnittstelleneinheit eingelesenen und zwischengespeicherten Messwerte zyklisch überschrieben, so dass sich ein insgesamt gleitendes Zeitfenster ergibt. Die Messwerte, welche innerhalb dieses gleitenden Zeitfensters liegen, sind in dem Zwischenspeicher abgelegt und jederzeit abrufbar.
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Eine solche Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Steuergerät eine sogenannte On-Board-Einheit ist. Solche OnBoard-Einheiten sind aufgrund ihrer Integration in die jeweilige hydrostatische Einheit nicht mit beliebig viel Speichervolumen ausrüstbar. Hier ist es besonders wichtig, dass die zu verarbeitende Datenmenge und vor allen Dingen die zu speichernden Daten überschaubar bleiben.
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Es sind jedoch auch Anwendungen denkbar, bei denen ein externes Steuergerät verwendet wird. Die Busanbindung kann über Profibus oder Profinet realisiert sein.
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Die Daten in dem Zwischenspeicher sind vorzugsweise über einen Speicherverwaltungsabschnitt in einem dauerhaften Speicherbereich abspeicherbar. Sowohl Zwischenspeicher als auch dauerhafter Speicherbereich können Bestandteil eines Speichers sein. Liegt ein Triggerereignis, z. B. ein Über- bzw. Unterschreiten von Messwerten oder ein Abschalten oder Notabschalten der Maschine, vor, so ist es bevorzugt, die tatsächlichen Messwerte zur nachfolgenden Auswertung zur Verfügung zu haben. Hierzu wird bei Vorliegen eines Triggerereignisses durch den Speicherverwaltungsabschnitt das Zeitfenster ausgelesen und die darin enthaltenen Messwerte in dem dauerhaften Speicherbereich abgelegt. Der Speicherverwaltungsabschnitt ist vorzugsweise mit der Auswerteeinrichtung verbunden, durch die dem Speicherverwaltungsabschnitt ein Triggersignal zuführbar ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Steuergeräts ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften hydrostatischen Antriebs;
- 2 eine Schnittdarstellung durch eine On-Board-Einheit als Steuergerät;
- 3 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des Aufbaus des Steuergeräts; und
- 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes hydrostatisches System am Beispiel eines Fahrantriebs. Der Fahrantrieb 1 umfasst eine hydrostatische Maschine, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Pumpeneinheit 2 ist. Mit der Pumpeneinheit 2 ist im geschlossenen hydraulischen Kreislauf ein Hydromotor 3 verbunden. Sowohl die Hydropumpeneinheit 2 als auch der Hydromotor 3 sind hinsichtlich ihres Hubvolumens einstellbar. Beide Maschinen sind vorzugsweise als Axialkolbenmaschinen in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise ausgeführt.
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Grundsätzlich ist die Erfindung auch auf hydrostatische Radialkolbenmaschinen, Zahnradmaschinen oder ähnliche hydrostatische Verdrängereinheiten anwendbar. Die Pumpeneinheit 2 umfasst eine Hauptpumpe 4 und eine Speisepumpe 4'. Die Hauptpumpe 4 ist über eine erste Arbeitsleitung 6 und eine zweite Arbeitsleitung 7 im geschlossenen hydraulischen Kreislauf mit dem Hydromotor 3 verbunden. Die Hauptpumpe 4 und die Speisepumpe 4' werden über eine gemeinsame Antriebswelle 5 angetrieben.
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Mit der gemeinsamen Antriebswelle 5 ist eine nicht dargestellte primäre Antriebsmaschine verbunden. Die primäre Antriebsmaschine ist in der Regel als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt.
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Der Hydromotor 3 weist eine Abtriebswelle 8 auf, die in nicht dargestellter Weise mit einer angetriebenen Achse des Fahrzeugs, das durch den Fahrantrieb 1 angetrieben wird, verbunden ist.
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Zur Einstellung des Schwenkwinkels der Pumpeneinheit 2 und damit zur Einstellung des Fördervolumens der Hauptpumpe 4 ist eine Verstellvorrichtung 9 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 9 wirkt mit einem Verstellmechanismus der Hauptpumpe 4 zusammen. An der Verstellvorrichtung 9 ist eine sogenannte OBE unmittelbar angeordnet. Wie es durch die strichpunktierte Linie, die die Pumpeneinheit 2 kennzeichnet, angegeben ist, ist sowohl die Verstellvorrichtung 9 als auch die dort angeordnete OBE, die ein Steuergerät 10 bildet, in die Pumpeneinheit 2 integriert. Neben kurzen Kabelwegen, die die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung reduzieren, hat das den Vorteil, dass auch unmittelbar auf einer Leiterplatte des Steuergeräts 10 ein Teil der relevanten Systemparameter der Pumpeneinheit 2 erfasst werden können. Dies wird nachfolgend noch erläutert.
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Das Steuergerät 10 ist mit einem übergeordneten, zentralen Steuergerät 11 verbunden. Sowohl das Steuergerät 10 als auch das übergeordnete Steuergerät 11 sind zudem mit einem Bussystem 12 verbunden. Über das Bussystem 12 können nicht nur die einzelnen Steuergeräte, die in dem hydrostatischen System vorhanden sind, miteinander kommunizieren. Es ist darüber hinaus auch möglich, Bediensignale, die ein Bediener beispielsweise über ein Fahrpedal 13 oder einen Joystick 14 zur Bedienung einer nicht dargestellten Arbeitshydraulik gibt, dem jeweils betreffenden Steuergerät zuzuführen. Exemplarisch ist ein weiterer Bedienhebel 15 zum Steuern des Fahrantriebs 1 und ein noch weiterer Bedienhebel 16 zur Steuerung z. B. einer weiteren Arbeitshydraulik vorgesehen.
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In der schematischen Darstellung der 1 sind exemplarisch einige Messwertaufnehmer zur Erfassung unterschiedlicher Systemparameter gezeigt. Beispielsweise kann der Arbeitsdruck in dem geschlossenen hydraulischen Kreislauf mittels eines ersten Druckaufnehmers 17 und eines zweiten Druckaufnehmers 18 erfasst werden. Die erhaltene Information ist dabei nicht auf die absoluten Drücke beschränkt, sondern in dem Steuergerät 10 kann auch die Druckdifferenz ermittelt werden. Dies kann beispielsweise zur Ermittlung einer Leistungsaufnahme einer durch eine Dieselbrennkraftmaschine angetriebenen Pumpeneinheit 2 erforderlich sein.
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Weiterhin ist ein dritter Druckaufnehmer 19 vorgesehen, durch den der in einem Speisesystem durch die Speisepumpe 4' erzeugte Druck gemessen wird. Ein weiterer Druck dessen Messwerte ausgewertet werden kann, zu dem in der 1 ein entsprechender Druckaufnehmer nicht dargestellt ist, kann der Saugdruck sein, der dem Druck des Druckmittels auf der Ansaugseite der Speisepumpe 4' entspricht. Eine weitere Druckgröße, die Aufschluss über das Einsatzverhalten und die Betriebsbedingungen der Hydropumpe liefern kann, ist der Gehäusedruck, der im Inneren des Gehäuses der Pumpeneinheit 2 gemessen wird. All die durch die Druckaufnehmer ermittelten Messwerte werden an das Steuergerät 10 übermittelt.
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Zur Erfassung der Drehzahlen in einem hydrostatischen System wie beispielsweise dem dargestellten Fahrantrieb 1 der 1 ist ein erster Drehzahlsensor 20 an der Antriebswelle 5 der Hauptpumpe 4 vorgesehen. Darüber hinaus kann auch die Drehzahl der Abtriebswelle 8 durch einen zweiten Drehzahlsensor 21 erfasst werden.
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Weiterhin wird, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 noch erläutert wird, unmittelbar in dem Steuergerät 10 der eingestellte Schwenkwinkel der Hauptpumpe 4 erfasst. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise bei Verwendung einer OBE erfolgen, indem auf der Leiterplatte des Steuergeräts 10 ein Winkelsensor angeordnet ist. Da die OBE in die Pumpeneinheit 2 integriert ist und dort vorzugsweise direkt an der Verstellvorrichtung 9 angeordnet ist, kann somit ohne das Erfordernis einer Kabelführung der Schwenkwinkel und damit das eingestellte Fördervolumen beziehungsweise der sich zusammen mit der Drehzahl ergebende Volumenstrom ermittelt werden. In gleicher Weise kann unmittelbar auf der Leiterplatte des Steuergeräts 10 ein Temperatursensor angeordnet sein, durch den die Temperatur der Pumpeneinheit 2 ermittelt wird.
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Als weitere Temperatur kann die Temperatur des Lecköls im Gehäuse der Pumpeneinheit 2 erfasst werden. Hierzu ist wiederum ein in der 1 ebenfalls nicht dargestellter zusätzlicher Temperatursensor erforderlich. Zusätzlich zu den Drücken in der ersten Arbeitsleitung 6 und der zweiten Arbeitsleitung 7 ist es bevorzugt, dass auch die Temperatur des Druckmittels in dem geschlossenen Kreislauf erfasst wird. Hierzu wird auf der Hochdruckseite, die allerdings im dargestellten Ausführungsbeispiel eines Fahrantriebs wechseln kann, die Temperatur erfasst. Um für beide Fahrtrichtungen und damit Förderrichtungen der Hauptpumpe 4 die Temperatur auf der Hochdruckseite zu erfassen, sind vorzugsweise wiederum zwei Temperatursensoren vorgesehen, die in der ersten Arbeitsleitung 6 beziehungsweise der zweiten Arbeitsleitung 7 angeordnet sind. Mittels weiterer Sensoren sind auch noch andere für das System kritische Größen erfassbar. So kann ein Sensor vorgesehen sein, um die die in dem Druckmittel vorhandene Verschmutzung zu überwachen. Darüber lässt sich ein Rückschluss auf die Ölqualität im hydrostatischen System ermitteln. Die angegebenen Systemparameter sind nicht abschließend, sondern lediglich beispielhaft ausgeführt. Z. B. können auch Magnetströme von z. B. elektroproportionalen Steuereinheiten einer Verstellvorrichtung erfasst und verwendet werden.
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In der 2 ist ein Schnitt durch einen Teil der Verstellvorrichtung 9 der Pumpeneinheit 2 gezeigt, um die Anordnung des Steuergeräts 10 als OBE zu verdeutlichen.
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Das gesamte Steuergerät 10 ist in einem durch einen ersten Gehäuseteil 20 und einen Deckel 21 ausgebildeten Gehäuseraum angeordnet. Das erste Gehäuseteil 20 ist unmittelbar an der Verstellvorrichtung 9 angeordnet, so dass über einen Rückführhebel 22 die Position der Verstellvorrichtung 9 und damit eine Information über das eingestellte Verdrängungsvolumen der Hauptpumpe 4 auf eine Welle 23 übertragen werden kann. Das Steuergerät 10 umfasst eine Leiterplatte 24, die in dem ersten Gehäuseteil 20 angeordnet ist. Unter anderem ist auf dieser Leiterplatte 24 ein Sensor 25 angeordnet, durch den eine Verdrehung der Welle 23 erfasst werden kann. Der Sensor kann beispielsweise als Hallsensor ausgebildet sein und die Drehung eines in eine Nut der Welle 23 eingesetzten Magneten 26 erfassen und so das eingestellte Fördervolumen der Hauptpumpe 4 ermitteln. Auf der Leiterplatte 24 sind weitere elektronische Komponenten 27 angeordnet, deren einzelne Funktionen beziehungsweise Abschnitte nachfolgend noch unter Bezugnahme auf die 3 erläutert werden. Ferner ist mit der Leiterplatte 24 eine Steckerbaugruppe verbunden, welche Anschlussstifte 28 aufweist. Diese Anschlussstifte 28 dienen der elektrischen Kontaktierung des Steuergeräts 10 mit einem Bussystem 12 oder auch mit weiteren Messwertaufnehmern, die nicht unmittelbar in das Steuergerät 10 integriert sein können. Beispiele für solche weiteren Messwertaufnehmer wurden bereits unter Bezugnahme auf die 1 erläutert.
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In der 3 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts 10 dargestellt. Das erfindungsgemäße Steuergerät 10 weist eine Schnittstelleneinheit 30 auf. Der Schnittstelleneinheit 30 werden, wie es durch die Pfeile 32 dargestellt ist, die Messsignale der Messwertaufnehmer zugeführt. Ferner sind innerhalb des Steuergeräts 10 weitere Messwertaufnehmer vorhanden. So ist auch der Winkelsensor 25 mit der Schnittstelleneinheit 30 verbunden. Als weiterer Sensor ist ein Temperatursensor 33 vorgesehen, der insbesondere bei einer On-Board-
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Einheit als Steuergerät 10 unmittelbar auf die Leiterplatte 24 des Steuergeräts 10 angeordnet sein kann und dort ohne das Erfordernis einer externen Leitungsführung aufgrund der Anordnung an der hydrostatischen Maschine 2 unmittelbar Aufschluss über die dort herrschenden Betriebstemperaturen bietet.
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Die Schnittstelleneinheit 30, bei der alle ankommenden Messwerte zusammenlaufen, ist mit dem zentralen Rechenabschnitt 31 verbunden. Der zentrale Rechenabschnitt 31 ist, wie schon bei bekannten Steuergeräten dazu vorgesehen, aus den Messwerten für die Systemparameter Steuersignale zu erzeugen. Die so erzeugten Steuersignale werden von der zentralen Recheneinheit 31 an einen Steuersignalausgang 38 weitergeleitet. Der Steuersignalausgang 38 enthält beispielsweise Endstufen, um die damit verbundenen Magnete im Falle von elektroproportionalen Steuerungen der Verstellvorrichtung 9 ansteuern zu können.
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Die Schnittstelleneinheit 30 ist ferner mit einem Speicher 34 verbunden. Der Speicher 34 enthält einen Zwischenspeicher 35 sowie einen dauerhaften Speicherbereich 36. Die in der Schnittstelleneinheit 30 ankommenden Messwerte der einzelnen Systemparameter werden in dem Zwischenspeicher 35 abgespeichert. Der Zwischenspeicher 35 enthält lediglich eine begrenzte Speicherkapazität und wird bei Erreichen der Kapazitätsgrenze zyklisch durch die neu ankommenden Messwerte überschrieben. Damit stehen in dem Zwischenspeicher 35 Messwerte für ein begrenztes Zeitfenster zur Verfügung. Dieses gleitende Zeitfenster wird anschließend zur Weiterverarbeitung und zur Bestimmung der Lastkollektive herangezogen.
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Generell ist es zur Online-Generierung von Lastkollektiven, wie sie hier beschrieben sind, auch möglich, die Schnittstelleneinheit 30 unmittelbar mit der Auswerteeinrichtung 37 zu verbinden. In diesem Fall werden durch die Schnittstelleneinheit 30 sämtliche verfügbaren Messwerte der Auswerteeinrichtung 37 übergeben. Die Auswerteeinrichtung 37 kann dann aus allen verfügbaren Messdaten die Lastkollektivermittlung durchführen.
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In der 3 wird jedoch das bevorzugte Ausführungsbeispiel geschildert, bei dem nur ein gleitendes Zeitfenster zur Datenbildung herangezogen wird.
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Die Analyseeinrichtung ist zu diesem Zweck mit dem Zwischenspeicher 35 verbunden. Aus dem Zwischenspeicher 35 werden die Messwerte der Analyseeinrichtung 37 zugeführt. Die Analyseeinrichtung 37 erzeugt mittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise das Rainflow-Verfahren, ein Lastkollektiv und speichert dieses in dem dauerhaften Speicherbereich 36 ab. Damit liegt in dem dauerhaften Speicherbereich 36 entweder im letztgenannten Ausführungsbeispiel ein Lastkollektiv des letzten gültigen Zeitfensters oder aber bei direktem Einlesen sämtlicher Messwerte aus der Schnittstelleneinheit 30 ein Gesamtlastkollektiv vor.
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Darüber hinaus kann, da die Auswerteeinrichtung 37 permanent die Messwerte des gleitenden Zeitfensters einliest, auch eine Speicherung der aktuellen Messwerte des Zeitfensters erfolgen. Dies geschieht dann, wenn ein Triggerereignis eintritt. Ein solches Triggerereignis kann, wie es vorstehend bereits beschrieben wurde, beispielsweise das Überschreiten eines Grenzwerts oder das Unterschreiten eines Grenzwerts oder das Abschalten bzw. Notabschalten der Maschine sein. Bevorzugt werden dabei für alle überwachten Systemparameter Grenzwerte festgelegt und durch Vergleich der aktuellen Messwerte mit diesen Grenzen überwacht. Wird ein oberer Grenzwert durch den Messwert für den zugeordneten Systemparameter überschritten oder ein unterer Grenzwert für den zugeordneten Systemparameter durch den entsprechenden Messwert unterschritten, so wird durch die Auswerteeinrichtung ein Triggersignal abgegeben. Ein durch ein Triggerereignis erzeugtes Triggersignal wird einem Speicherverwaltungsabschnitt 40 zugeführt. Der Speicherverwaltungsabschnitt 40 steuert daraufhin die Speichereinheit 34 so an, dass die in dem Zeitfenster, also dem Zwischenspeicher 35 gehaltenen Messwerte ganz oder zumindest teilweise als Zeitschrieb in dem dauerhaften Speicherbereich 36 abgelegt werden. In dem dauerhaften Speicherbereich 36 steht dabei genügend Speicherkapazität zur Verfügung, auch bei mehrfachem Auftreten eines Triggerereignisses, die zugehörigen Messwerte zu speichern. Somit wird in jedem Fall der Überschreitung einer festgelegten Grenze, die beispielsweise die Kenndaten der hydrostatischen Maschine enthält, der Systemzustand durch Abspeichern der Messwerte zusammen mit der Entwicklung innerhalb des Zeitfensters ganz oder zumindest teilweise abgespeichert. Dies erlaubt eine erheblich verbesserte Schadensanalyse.
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Der Speicher 34 ist mit einer Speicherschnittstelle 39 des Steuergeräts 10 verbunden. Über die Speicherschnittstelle 39 kann beispielsweise ein Wartungsgerät an das Steuergerät 10 angeschlossen werden und die in dem dauerhaften Speicherbereich 36 abgelegten Messwerte, Zeitschriebe und Lastkollektive auslesen. Dies ermöglicht die Analyse eines Schadenshergangs oder die Verwendung der so ermittelten Lastkollektive für die weitere Entwicklung neuer Anlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für die bevorzugte Ausführung eines Steuergeräts 10 in Form einer OBE. Anstelle der in der 3 dargestellten Schnittstelle an dem Steuergerät 10, welche im Fall einer OBE möglicherweise schwierig zu realisieren ist, kann auch der die Speicherschnittstelle 39 mit einem übergeordneten Steuergerät, wie es in der 1 mit dem Bezugszeichen 11 versehen war, verbunden sein. Das Bussystem 12 verfügt in der Regel über eine externe Schnittstelle, über die Diagnosegeräte an das hydrostatische System angeschlossen werden können. Somit kann ein Servicetechniker auch bei einer unzugänglich verbauten hydrostatischen Einheit, die in der Speichereinheit 34 abgelegten Messdaten auslesen.
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Generell ist das Verfahren auf hydrostatische Maschinen anwendbar. Besonders bevorzugt wird der Einsatz jedoch im Hinblick auf Hydropumpen, die als Axialkolbenmaschinen ausgeführt sind.
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In der 4 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Zunächst wird in Schritt 50 mindestens ein Systemparameter gemessen. Dieser Messwert wird in Schritt 51 durch das Steuergerät 10 eingelesen. Wie es vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 3 erläutert wurde, kann auch eine Mehrzahl von Messwerten eingelesen werden. Die Auswahl der Messwerte wird dabei vorzugsweise durch die zur Steuerung der hydrostatischen Maschine ohnehin erfassten Messdaten festgelegt. Dies spart die Anordnung zusätzlicher Sensoren. Da die Messdaten zur Erzeugung der Steuersignale ohnehin dem Steuergerät 10 zugeführt werden, werden erfindungsgemäß die Verfahrensschritte zur Bildung des Lastkollektivs in dem Steuergerät 10 durchgeführt. Dies spart Verkabelungsaufwand und insbesondere vergleichsweise teure Sensoren, die andernfalls für eine separate Ermittlung von Lastkollektiven benötigt würden.
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Die eingelesenen Messwerte werden anschließend ganz oder zumindest teilweise in Schritt 52 zwischengespeichert. Hierzu werden sie dem Zwischenspeicher 35 zugeführt. Durch die Analyseeinrichtung 37 werden obere/untere Grenzwerte eingelesen. Diese Grenzwerte sind für jeden Systemparameter individuell abgelegt und vorzugsweise in dem dauerhaften Speicherbereich 36 gespeichert. Mit diesen Grenzwerten werden jeweils die neu erfassten Messwerte, die zuletzt in dem Zwischenspeicher 35 abgespeichert wurden, verglichen. Nach dem Vergleich in Schritt 54 verzweigt sich das Verfahren, je nachdem ob in Schritt 55 eine Grenzwertüber- oder -unterschreitung festgestellt wurde. Wird keine Über- oder Unterschreitung des zugeordneten Messwerts des Systemparameters durch den entsprechenden Messwert festgestellt, so wird aus den Messwerten das Lastkollektiv ermittelt. Die Ermittlung des Lastkollektivs kann dabei, wie es bereits erläutert wurde, entweder aus der Gesamtheit der erfassten Messwerte oder aber z. B. aus den Messwerten des letzten aktualisierten Zeitfensters erfolgen.
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Wird dagegen in Schritt 55 festgestellt, dass ein Grenzwert über- bzw. unterschritten und/oder die Maschine (not-)abgeschaltet wurde, so wird ein Triggersignal in Schritt 56 erzeugt. Dieses Triggersignal wird durch die Auswerteeinrichtung 37 erzeugt und an den Speicherverwaltungsabschnitt 40 übermittelt. In Schritt 57 werden dann veranlasst durch den Speicherverwaltungsabschnitt 40 die Messdaten des Zeitfensters, die in dem Zwischenspeicher 35 abgelegt sind, ganz oder zumindest teilweise in den dauerhaften Speicher 36 übernommen und dort abgespeichert. Auch im Falle, dass eine Grenzwertüber- oder -unterschreitung festgestellt wurde, wird das Lastkollektiv in Schritt 58 ermittelt.
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Das Bussystem kann besonders bevorzugt ein sogenannter CAN-Bus sein. Gleichzeitig kann bei Erreichen eines definierten Lastkollektivs eine Warnung an den Bediener erfolgen, dass eine kritische Belastungsgrenze für die hydrostatische Maschine erreicht ist. Das besondere an dem vorliegenden Steuergerät sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dass im realen Betrieb aus den Messwerten, die ohnehin zur Steuerung der Maschine erfasst werden, gleichzeitig ein Lastkollektiv gebildet wird. Dieses Lastkollektiv ist dabei hinsichtlich der Praxisnähe von erheblich größerer Bedeutung als die in der Theorie bei der Entwicklung vorab bestimmten.
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Anstelle der Bildung des Lastkollektivs mittels des Rainflow-Verfahrens ist es auch möglich, die einzelnen Messwerte, die durch die Sensoren erfasst werden, in Messwertbereiche zu klassieren.
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Hierzu werden die Systemparameter in Messwertbereiche unterteilt. Beispielsweise kann für den Druck ein erster Bereich von 0 bis 100 bar, ein zweiter von 101 bis 200 bar, ein dritter von 201 bis 300 bar und ein vierter Bereich ab 301 bar unterteilt sein. Es werden dann zur Bildung des Lastkollektivs lediglich die Verweildauern der entsprechenden Messwerte innerhalb der einzelnen Bereiche erfasst. Um nicht die exakte Zeitdauer erfassen zu müssen, wird es dabei bevorzugt, dass das Erfassen der Messwerte zyklisch erfolgt, so dass lediglich ein Zähler für jeden der Bereiche vorgesehen werden muss. Liegt ein Messwert in einem der Bereiche, so wird der zugehörige Zähler um 1 erhöht.
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Das Lastkollektiv kann dabei entweder unmittelbar einen einzelnen Messwert bzw. einen einzelnen Systemparameter betreffen oder aber die Kombination von mehreren, z. B. zwei, drei, vier oder gar mehr, Systemparametern. So können beispielsweise die Systemparameter „Druck“ und „Schwenkwinkel“ zu einem Lastkollektiv bzw. einer Verbundklassierung verarbeitet werden. Weiterhin kann der Systemparameter „Drehzahl“ mit dem weiteren Systemparameter „Druck“ und/oder „Schwenkwinkel“ ebenfalls zu einem weiteren Lastkollektiv verarbeitet werden. Auf diese Weise ist das Verfahren, dass vorstehend lediglich für ein Lastkollektiv erläutert wurde, auch parallel zur Bildung mehrerer Lastkollektive geeignet.
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Dabei kann insbesondere aus den Systemparametern „Drehzahl“ und „Druck“ auch eine Vibrationsbelastung ermittelt werden. Die Ermittlung solcher Vibrationsbelastungen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Steuergerät 10 unmittelbar an der Maschine im Sinne einer OBE angeordnet ist. Elektronische Bauteile zeigen ein kritisches Ausfallverhalten insbesondere im Hinblick auf Vibrationsbelastungen sowie Temperaturverläufe.
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Die insgesamt gewonnenen Daten können besonders vorteilhaft auch zur Ausbildung eines Prüfprofils bei der Abnahme von hydrostatischen Maschinen eingesetzt werden.
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Die Lastkollektive, insbesondere wenn sie sämtliche Messwerte berücksichtigen, können auch dazu verwendet werden, eine zweistufige Alarmierung durchzuführen. So kann bei Erreichen eines ersten Grenzwerts durch das Lastkollektiv zunächst ein Warnhinweis ausgegeben werden. Dieser kann in Form einer Warnlampe unmittelbar dem Bediener der mobilen Arbeitsmaschine, in der die hydrostatische Maschine angeordnet ist, realisiert sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, ein Notsignal zu erzeugen, welches dann beispielsweise auch an eine die Einsätze der Maschine koordinierende Zentrale übermittelt werden kann.
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Insbesondere zur Erfassung der Vibrationsbelastung der Steuerelektronik des Steuergeräts 10 wird bevorzugt auf der Platine des Steuergeräts 10 ein Beschleunigungssensor angeordnet. Dieser kann, wie es vorstehend schon für den Winkelsensor 25 und den Temperatursensor 33 gezeigt worden war, auf der Leiterplatte 24 angeordnet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, insbesondere sind einzelne Merkmale der dargestellten Erfindung in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.
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Das Ausführungsbeispiel, anhand dessen die Erfindung näher erläutert ist, ist ein Fahrantrieb, also eine Anwendung aus der Mobilhydraulik. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Steuergerät können darüber hinaus auch im Zusammenhang mit hydrostatischen Maschinen, insbesondere Hydropumpen verwendet werden, die in stationären Anlagen wie Pressen, Kunststoffspritz- und Druckgießmaschinen, Werkzeugmaschinen, Walzwerken usw. eingesetzt sind. In diesen Fällen treibt anstelle eines Dieselmotors meist ein Elektromotor die Hydropumpe an.