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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Reifendrucks einer selbstfahrenden Bodenverdichtungsmaschine mit Luftbereifung, insbesondere einer Bodenverdichtungsmaschine, speziell einer Gummiradwalze oder einer Kombiwalze. Ferner betrifft die Erfindung eine solche selbstfahrende Bodenverdichtungsmaschine mit einer Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Selbstfahrende Bodenverdichtungsmaschinen mit Luftbereifung kommen unter anderem im Straßenbau, beispielsweise als Bodenverdichtungsmaschinen, zum Einsatz. Diese umfassen üblicherweise einen Maschinenrahmen, einen Fahrerstand und Fahreinrichtungen, wobei zumindest eine Fahreinrichtung zumindest ein Rad mit Luftbereifung aufweist. Selbstfahrende Bodenverdichtungsmaschinen sind nicht notwendigerweise autonome, also ohne Fahrer fahrende, Bodenverdichtungsmaschinen. Selbstfahrend im Sinne der Anmeldung bezieht sich darauf, dass die genannten Bodenverdichtungsmaschinen einen Antriebsmotor, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor oder ähnliches, der Teil eines Antriebsstranges zum Antreiben insbesondere der Fahreinrichtungen ist, aufweisen, somit aus eigenem Antrieb fahren können. Auch Sensoreinrichtungen zum Messen von Betriebsparametern, wie beispielsweise Fahrgeschwindigkeit oder Antriebsdrehzahl, der im Fahrbetrieb befindlichen Bodenverdichtungsmaschine sind bei selbstfahrenden Bodenverdichtungsmaschinen üblicherweise vorhanden, häufig beispielsweise zur Motorsteuerung und/oder Anzeige von Betriebsparametern, insbesondere Fahrbetriebsparametern an den Fahrer.
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Gattungsgemäße Bodenverdichtungsmaschinen, insbesondere Gummiradwalzen oder Kombiwalzen, werden im Straßenbau zum Verdichten des Bodenuntergrundes verwendet und weisen üblicherweise wenigstens eine Fahreinrichtung mit wenigstens einem Gummirad auf. Kombiwalzen umfassen eine Walzbandage in Kombination mit einem Gummiradsatz, Gummiradwalzen weisen dagegen ausschließlich Gummiräder als sowohl vordere als auch hintere Fahreinrichtungen auf. Die Verdichtung erfolgt beim Überfahren des Bodenuntergrundes insbesondere durch das Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine, welches auf den Rädern lastet und über die Auflagefläche der Räder auf den Boden übertragen wird. Um diese statische Verdichtungswirkung auf den Bodenuntergrund zu steigern, kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich zum Eigenleergewicht der Bodenverdichtungsmaschine diese vor Arbeitsbeginn mit zusätzlichem Ballast beschwert wird, um diese schwerer zu machen und damit den maschinengewichtsabhängigen statischen Verdichtungseffekt auf den Bodenuntergrund zu erhöhen. Die Wahl des Umfangs der Ballastierung kann beispielsweise von dem zu verdichtenden Untergrund bzw. der zu verdichtenden Untergrundschicht abhängen, beispielsweise dem Untergrundmaterial, der Schichtdicke der zu verdichtenden Schicht, der Temperatur etc. Bei solchen Bodenverdichtungsmaschinen kann es vorgesehen sein, dass das Maschinengewicht mit Hilfe der Ballastierung um ein Vielfaches des Maschinenleergewichtes gesteigert wird, so dass je nach Umfang der Ballastierung zwischen Leergewicht und maximaler Ballastierung beispielsweise eine Maschinengewichtspanne einer Maschine von grob ca. 5t bis ca. 30 t darstellbar ist. Auch die Art der Ballastierung ist variabel. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Maschine einen oder mehrere Flüssigkeitstanks mitführt, durch deren Befüllung, beispielsweise mit Wasser, eine zunehmende Ballastierung möglich ist. Ergänzend oder alternativ kann es vorgesehen sein, hierzu auf Schüttgut oder feste, beispielsweise plattenartige, Ballastierungsgewichte, beispielsweise aus einem Metall oder Beton, zurückzugreifen. Für das Erreichen des gewünschten Arbeitsergebnisses ist es nun einerseits wichtig, dass der durch das wenigstens eine Rad erzeugte Verdichtungs- und/oder Walkeffekt auf den Bodenuntergrund im gewünschten Bereich liegt. Gleichzeitig muss gewährleistet werden, dass beim Überfahren des Bodens durch die erfolgte Verdichtung keine Beschädigung des Bodenuntergrundes erfolgt, wie beispielsweise Furchen- und/oder Fahrspurenbildung. Furchen können beispielsweise dann entstehen, wenn der Reifendruck der Räder zu hoch ist und dadurch das Gewicht der Walze über eine zu kleine Auflagefläche auf dem Boden lastet und diesen beim Überfahren zu sehr eindrückt. Auf der anderen Seite darf der Reifendruck auch nicht zu niedrig sein, denn sonst würde sich das Gewicht auf einer zu großen Auflagefläche verteilen, so dass nur ein geringer Verdichtungseffekt erfolgen würde, was die Effizienz des Arbeitsprozesses deutlich mindert. Ferner würde die erhöhte Reibung bei zu geringem Reifendruck und zu großer Auflagefläche einen höheren Kraftstoffverbrauch und Reifenverschleiß zur Folge haben.
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Der Reifendruck spielt beim Betrieb gattungsgemäßer Bodenverdichtungsmaschinen somit eine zentrale Rolle. Der Reifendruck der Maschine sollte in Abhängigkeit vom Gewicht der Maschine so eingestellt werden, dass eine hohe Verdichtung erfolgt. Andererseits soll gleichzeitig gewährleistet werden, dass von der Bodenverdichtungsmaschine keine Furchen im Boden hinterlassen werden. Dadurch, dass sich die Ballastierung der Maschine zwischen einzelnen Einsätzen und/oder über den Arbeitsbetrieb hinweg, beispielsweise aufgrund des zunehmenden Kraftstoff- und Sprühwasserverbrauches, ändern kann bzw. vom Fahrer vor und/oder während des Einsatzes auf einer Baustelle geändert wird, können Schwankungen im optimalen Reifendruck auftreten. Den mit der Änderung der Ballastierung ändert sich das Maschinengewicht teils beträchtlich und damit die auf dem wenigstens einen Rad lastende Gewichtskraft. Eine weitere Einflussgröße hinsichtlich eines aktuell optimalen Reifendruckes kann zudem die Temperatur sein, sei es die Temperatur der Außenumgebung, des zu verdichtenden Bodenmaterials und/oder des wenigstens einen Rades selbst. Häufig schätzen die Fahrer derartiger Bodenverdichtungsmaschinen grob das aktuelle Maschinengewicht und stellen dann, häufig basiert auf subjektiven Erfahrungswerten, den Reifendruck ein.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 11 2012 004 404 T5 , ist es bekannt, das Maschinengewicht direkt mittels zusätzlich an der Maschine angebrachter Gewichtssensoren zu messen oder die Maschine vor dem Arbeitsbetrieb zu wiegen. Dieses Verfahren erfordert einen zusätzlichen apparativen Aufwand. Alternativ ist auch eine Gewichtsschätzung über Füllstandsensoren in Ballasttanks möglich, wie es beispielsweise aus der
EP 1 493 599 A2 für Erntemaschinen bekannt ist. Dieses Verfahren ist vergleichsweise unpräzise. Auch diese beiden Verfahren eignen sich somit nur bedingt, den Fahrer zu entlasten und über den Arbeitsprozess hinweg die Aufrechterhaltung eines optimalen Reifendrucks zu gewährleisten, um dadurch beispielsweise die Entstehung von Furchen im zu verdichtenden Bodenuntergrund zu vermeiden.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, das Arbeitsergebnis einer gattungsgemäßen selbstfahrenden Bodenverdichtungsmaschine zu verbessern. Hierdurch soll allerdings kein Mehraufwand für den Fahrer der Bodenverdichtungsmaschine erzeugt werden.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Verfahren und einer selbstfahrenden Bodenverdichtungsmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Konkret beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte:
- - Ermitteln des Gewichtes der Bodenverdichtungsmaschine oder des Teilgewichtes, das auf mindestens einem mit einem Ist-Reifendruck aufweisenden Rad lastet, unter Berücksichtigung mindestens eines vom Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine abhängigen und über einen Sensor erfassten Fahrbetriebsparameter der im Fahrbetrieb befindlichen Bodenverdichtungsmaschine;
- - Festlegen eines Sollreifendrucks anhand des ermittelten Gewichtes oder Teilgewichtes der Bodenverdichtungsmaschine;
- - Ermitteln des Ist-Reifendrucks mindestens einen Rades der Bodenverdichtungsmaschine;
- - Verändern des Ist-Reifendrucks des mindestens einen Rades, so dass sich der Ist-Reifendruck dem Sollreifendruck annähert.
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Das mindestens eine Rad ist somit mit einem gasförmigen Fluid befüllt, insbesondere Luft. Dazu umfasst das mindestens eine Rad einen umschlossenen Hohlraum und wenigstens ein Ventil in an sich bekannter Weise. Insbesondere handelt es sich bei dem mindestens einen Rad um ein Gummirad. Sämtliche Räder der Bodenverdichtungsmaschine können baugleich sein.
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Bei dem Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine bzw. dem Teilgewicht, das auf dem mindestens einen Rad lastet, handelt es sich um die physikalische Masse oder um die Gewichtskraft, da es in der Praxis keinen Unterschied macht, welche Größe verwendet wird. Bei der Masse der Bodenverdichtungsmaschine kann es sich ferner um die Gesamtmasse der Bodenverdichtungsmaschine inklusive oder ohne die Räder handeln. Genauso kann die Gewichtskraft der Bodenverdichtungsmaschine die Gesamtgewichtskraft, die auf dem Boden lastet, also inklusive der Räder, oder die Gewichtskraft, die auf allen Rädern lastet, also ohne die Räder, beinhalten. Da das Radgewicht (Masse bzw. Gewichtskraft) konstant und bekannt ist, kann dieses ohne weiteres im Verfahren bei der Ermittlung des Gewichtes der Bodenverdichtungsmaschine und dem Festlegen des Sollreifendrucks berücksichtigt werden. Das Teilgewicht ist der Teil des Gewichtes bzw. der Gewichtskraft der Bodenverdichtungsmaschine, das/die auf dem mindestens einen Rad lastet. Üblicherweise wird durch die Konstruktion der Maschine versucht, das Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine auf alle Räder der Bodenverdichtungsmaschine zu im Wesentlichen gleichen Teilen zu verteilen, um ein gleichmäßiges Einwirken aller Räder auf den Boden zu ermöglichen. Somit kann man im erfindungsgemäßen Verfahren in der Praxis vom Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine und der Anzahl der Räder zumindest näherungsweise auch auf das Teilgewicht bzw. die Teilgewichtskraft schließen, die auf dem wenigstens einen Rad lastet, schließen. Im Folgenden sollen bei der Formulierung Gewicht bzw. Teilgewicht alle in diesem Absatz beschriebenen Konstellationen berücksichtigt werden.
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Der Kern der Erfindung ist die Gewichtsermittlung im ersten Schritt des Verfahrens. Hierbei wird das Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine bzw. das Teilgewicht, das auf dem mindestens einen Rad lastet, über mindestens einen Fahrbetriebsparameter der fahrenden Bodenverdichtungsmaschine ermittelt. Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass Fahrbetriebsparameter mit dem aktuellen Maschinengewicht korrelieren und daher einen Rückschluss auf das aktuelle Maschinengewicht zulassen. Mit anderen Worten: Die Erfindung macht es sich zunutze, dass sich das Fahrverhalten der Maschine gewichtsabhängig ändert. Es wird nun ein Fahrbetriebsparameter im Fahrbetrieb ermittelt und vom aktuellen Fahrverhalten auf das Maschinengewicht rückgeschlossen. Fahrbetriebsparameter bezeichnen vorliegend somit diejenigen Betriebsparameter der Bodenverdichtungsmaschine, die Einfluss auf den Fahrbetrieb der Bodenverdichtungsmaschine nehmen. Fahrbetriebsparameter sind dabei insbesondere solche Fahrbetriebsparameter, die sich auf die Fahrgeschwindigkeit der Bodenverdichtungsmaschine auswirken, insbesondere mit einer Beschleunigung der Bodenverdichtungsmaschine korrelierende Fahrbetriebsparameter. Hierzu wird vorsorglich festgehalten, dass vorliegend auch ein Beschleunigen der Bodenverdichtungsmaschine aus dem Stand vom Fahrbetrieb mit umfasst ist, genauso wie Beschleunigungsvorgänge von einer Ausgangsgeschwindigkeit zu einer anderen Geschwindigkeit. Insbesondere soll im Fahrbetrieb wenigstens eine Beschleunigung, bevorzugt mehrere Beschleunigungen, vorkommen, also insbesondere der Antriebsmotor auf Zuglast beziehungsweise im Zugbetrieb betrieben werden. Andersherum: Bei den vorliegend relevanten Fahrbetriebsparametern handelt es sich um vom Maschinengewicht abhängige bzw. mit diesem korrelierende Fahrbetriebsparameter. Bevorzugt ist es dabei, wenn die Bodenverdichtungsmaschine sich über einen definierten Zeitraum d.h. über ein zeitlich definiertes Messintervall im Fahrbetrieb befindet, damit das Gewicht/Teilgewicht in erfindungsgemäßer Weise ermittelt werden kann. Die konkrete Dauer des Zeitintervalls hängt dabei vom praktischen Einsatzfall ab und ergibt sich im Wesentlichen aus eher messtechnischen Erwägungen, nämlich, ab wann ein ausreichend genaues Ergebnis des jeweiligen Betriebsparameters vorliegt. Fahrbetrieb beinhaltet hier auch das Anfahren aus dem Stillstand. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem zumindest einen Fahrbetriebsparameter somit um einen Parameter, der mit dem Fahrbetrieb assoziiert ist bzw. während des Fahrbetriebs messbar ist und gewichtsabhängig variiert, d.h. sich abhängig vom aktuellen Maschinengewicht im Vergleich zu einem anderen Maschinengewicht anders verhält bzw. entwickelt. Je nach Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine verändert sich der mindestens eine Fahrbetriebsparameter unter den gegebenen Betriebsbedingungen. In Folge kann anhand der Messung des mindestens einen Fahrbetriebsparameters auch das Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine oder das Teilgewicht, das auf dem mindestens einen Rad lastet, indirekt ermittelt werden.
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Da der mindestens eine Fahrbetriebsparameter über einen Sensor erfasst wird, ist es bevorzugt, dass es sich um einen Fahrbetriebsparameter handelt, der in gattungsgemäßen Bodenverdichtungsmaschine üblicherweise bereits vorhanden ist bzw. im konventionellen Maschinenbetrieb bereits bestimmt wird, vorliegend aber (auch) für die Gewichtsermittlung herangezogen wird. Somit ist es nicht nötig, wenn auch grundsätzlich möglich, einen zusätzlichen Sensor an der Bodenverdichtungsmaschine anzubringen, um speziell das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Dies spart vorteilhafterweise sowohl Ressourcen als auch Aufwand. Selbstverständlich können auch mehrere Fahrbetriebsparameter oder weitere, für die konkrete Ermittlung des Maschinengewichts gegebenenfalls notwendige und/oder die Genauigkeit der Gewichtsermittlung verbessernde, Parameter und Vorgaben berücksichtigt werden und in die Ermittlung des Maschinengewichts mit einbezogen werden. Es ist zudem auch möglich, dass der Fahrer vorab Werte/Parameter vorgibt, insbesondere an sich im Wesentlichen konstante Vorgaben. Dies können beispielsweise Daten zum Raddurchmesser, der Anzahl der Räder, Daten zu groben Ballastierungszuständen etc. sein.
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Bei dem mindestens einen Fahrbetriebsparameter kann es sich insbesondere um einen Fahrantriebsparameter handeln. Ein Fahrantriebsparameter bezeichnet einen Fahrbetriebsparameter aus dem Antriebsstrang der Bodenverdichtungsmaschine. Ein Fahrantriebsparameter kann ein Drehmomentparameter bzw. Drehmomentwert sein, insbesondere das an einem Teil des Antriebsstrangs, insbesondere Fahrantriebsstrangs, aktuell anliegende Drehmoment, beispielsweise das Drehmoment des Antriebes, insbesondere konkret der Kurbelwelle, und/oder das Raddrehmoment des mindestens einen Rades und/oder das Drehmoment eines antriebsdrehmomentübertragenden Elementes, beispielsweise eine Welle, eines Getriebes etc. Der Antriebsstrang bezeichnet denjenigen Getriebeabschnitt, über den das vom Antrieb erzeugte Antriebsdrehmoment an das wenigstens eine Rad übertragen wird. Umfasst der Antrieb der Bodenverdichtungsmaschine einen Elektromotor, kann der mindestens eine Betriebsparameter beispielsweise auch die Spannung und/oder Stromstärke des Elektromotors sein. Umfasst der Antrieb der Bodenverdichtungsmaschine einen Hydromotor, kann der mindestens eine Betriebsparameter auch der Fluiddruck oder der Fluiddruckabfall oder Fluiddruckanstieg des den Hydromotor antreibenden Hydraulikfluids sein. Der Hintergrund dieser Weiterbildung ist der Zusammenhang, dass das für eine gegebene Geschwindigkeitsänderung erforderlich Drehmoment vom Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine abhängt. Je schwerer die Bodenverdichtungsmaschine aufgrund der aktuellen Ballastierung ist, desto größer ist das für Geschwindigkeitsänderungen aufzubringende Drehmoment. Dazu ist es möglich, das Drehmoment direkt zu ermitteln oder mit dem aktuellen Drehmoment korrelierende Betriebsparameter, wie beispielsweise eine Spannung und/oder Stromstärke bzw. deren Abfall an einem Elektromotor, der an einem Hydromotor anliegende Hydraulikfluiddruck bzw. -druckabfall. Auch der Rückgriff auf einen mit dem aktuellen Antriebsdrehmoment korrelierenden Betriebsparameter ist möglich.
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Auch die Ermittlung der Beschleunigung der Bodenverdichtungsmaschine kann ein zu berücksichtigender Fahrbetriebsparameter sein, wobei hier insbesondere positive Beschleunigungen umfasst sind, also Phasen, in denen der Antriebsmotor im Zugbetrieb ist. Je schwerer die Bodenverdichtungsmaschine ist bzw. je größer das Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine ist, desto größer ist der erforderliche Energieaufwand, um die Maschine zu beschleunigen. Es ist somit möglich, aus einer Korrelation der Beschleunigung der Bodenverdichtungsmaschine und der für diese Geschwindigkeitsänderung aufzubringenden Energie beziehungsweise des Antriebsdrehmoments einen Rückschluss auf das Maschinengewicht zu ziehen. Der Vorteil dieser Herangehensweise liegt darin, dass das Maschinengewicht aus Fahrbetriebsparametern, wie hier beispielsweise der Beschleunigung und einer Momentenangabe, beispielsweise einem Drehmoment, aus dem Fahrbetrieb der Bodenverdichtungsmaschine abgeleitet werden kann, ohne dass eine tatsächliche und vergleichsweise aufwändige direkte Messung des Maschinengewichts erfolgt. Dies erlaubt insbesondere auch das erneute Ermitteln des Maschinengewichts im laufenden Fahr- bzw. Arbeitsbetrieb, so dass Anpassungen an Gewichtsänderungen der Maschine aufgrund des laufenden Betriebs, beispielsweise durch das Aufbrauchen von Wasser und/oder Kraftstoff, ohne Unterbrechungen im laufenden Arbeitsprozess möglich sind. Es versteht sich, dass neben der unmittelbaren Ermittlung einer Beschleunigung diese auch aus der Fahrgeschwindigkeit und/oder Fahrgeschwindigkeitsänderung über ein Zeitintervall hinweg abgeleitet werden kann.
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Je nach Ausbildung des Getriebestrangs und/oder der jeweiligen Messstelle kann der Fahrbetriebsparameter ergänzend oder alternativ auch aus einer Drehzahl eines Teiles des Antriebsstranges, beispielsweise die Drehzahl einer Kurbelwelle oder sonstigen drehenden Teils des Antriebsstrangs, und/oder die Raddrehzahl des mindestens einen Rades abgeleitet werden. Beispielsweise kann auch ein Übersetzungsverhältnis aus Raddrehzahl und Antriebsmotordrehzahl als Faktor in die Berechnung des Maschinengewichts mit einfließen.
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Um die Präzision des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu verbessern, ist es möglich, weitere Betriebsparameter und/oder Betriebsfaktoren ergänzend oder alternativ zu berücksichtigen. Beispielsweise ist es möglich, Lageinformationen der Bodenverdichtungsmaschine in die Ermittlung des Maschinengewichts mit einzubeziehen. Hierzu ist es allgemein bekannt auf geeignete Lagesensoren, vorliegend insbesondere zur Ermittlung der Horizontallage der Bodenverdichtungsmaschine, zurückzugreifen. Auf diese Weise können Unschärfen in der Gewichtsermittlung durch Bergauf- und/oder Bergabfahrten und/oder Schräglagen der Bodenverdichtungsmaschine quer zur Längsachse (d.h. quer zur Vorwärtsrichtung) eliminiert werden. Unter Betriebsfaktoren werden dagegen statische, maschineninterne Vorgaben verstanden, die sich in verschiedenen Betriebszuständen der Bodenverdichtungsmaschine nicht ändern. Dies können beispielsweise der Raddurchmesser, die Anzahl der Räder etc. sein.
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Entsprechend kann es sich bei dem Sensor, mittels dessen der mindesten eine Fahrbetriebsparameter erfasst wird, beispielsweise um einen Drehmomentsensor und/oder einen Drehzahlsensor und/oder einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder ein Spannungsmessgerät und/oder ein Strommessgerät und/oder ein Fluiddruckmesssensor handeln. Bei dem Drehmomentsensor und dem Drehzahlsensor kann es sich um Sensoren, die an mindestens einem Rad angebracht sind, um die Raddrehzahl bzw. das Raddrehmoment zu erfassen, handeln. Bei dem Drehmomentsensor und dem Drehzahlsensor kann es sich auch um Sensoren handeln, die am Antriebsstrang angebracht sind, um die Drehzahl bzw. das Drehmoment eines Teiles des Antriebsstranges zu messen. Zu diesem Zweck können die Sensoren beispielsweise am Antrieb, insbesondere an einem Schwungrad des Antriebs, an der Antriebswelle und/oder am Getriebe des Antriebsstranges angebracht sein. Der Fluiddruckmesssensor zur Messung des Fluiddrucks bzw. der Fluiddruckänderung eines Hydromotors kann beispielsweise derart im Hydrauliksystem positionierte sein, dass er den aktuellen Fluiddruck am Pumpeneingang und/oder am Pumpenausgang und/oder am Hydromotoreingang und/oder -ausgang und/oder in der Fluidleitung ermittelt.
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Grundsätzlich ist es möglich, den/die Sensor/en an das Bordnetz der Bodenverdichtungsmaschine zur Versorgung mit elektrischer Energie anzuschließen. Es ist allerdings auch möglich, zur Energieversorgung auf einen vom Bordnetz autarken Ansatz zurückzugreifen, beispielsweise mithilfe geeigneter Akkumulatoren und/oder Generatoren, die Energie aus Bewegungen der Bodenverdichtungsmaschine ableiten, wie beispielsweise ein Lineargenerator etc.
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Grundsätzlich kann das Verfahren unter Rückgriff auf eine computergestützte Verarbeitung der ermittelten Betriebsparameter und -faktoren erfolgen. Dazu kann es vorgesehen sein, dass beispielsweise ein Ermittlungsalgorithmus vorgesehen ist, der aus dem oder den verfügbaren Betriebsparametern aufgrund der vorstehend beschriebenen Korrelation mit dem Maschinengewicht und gegebenenfalls sonstigen Vorgaben das aktuelle Maschinengewicht ermittelt und darauf basierend den aktuell optimalen Sollreifendruck ermittelt. Es kann ergänzend oder alternativ auch vorgesehen sein, dass hierzu auf ein oder mehrere hinterlegte Kennfelder oder ähnliches zurückgegriffen wird. Konkret kann es vorgesehen sein, dass der Sollreifendruck beispielsweise mittels einer vorgegebenen Wertetabelle aus zulässigen Reifendrücken und dazu korrespondierenden Gewichten, wie sie vorstehend beschrieben wurden, festgelegt werden. Zur Festlegung des Sollreifendrucks kann das ermittelte Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine oder des Teilgewichtes, das auf dem mindestens einen Rad lastet, mit den vorgegebenen Gewichtswerten der Tabelle bzw. einem Kennfeld verglichen werden. Hierbei kann der zum ermittelten Gewicht/Teilgewicht gleichgroße bzw. ähnlichste Wert aus der Tabelle bzw. Kennlinie ausgewählt werden, um den laut Tabelle oder Kennlinie dazu passenden Reifendruck zu ermitteln. Dieser ermittelte Reifendruck wird somit als Sollreifendruck festgelegt.
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Im Anschluss wird der ermittelte Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades verändert, so dass er sich dem Sollreifendruck annähert. Gemäß einem typischen Regelvorgang wird der Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades dazu beispielsweise mit dem Sollreifendruck verglichen. Hierbei wird beispielsweise die Differenz aus Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades und Sollreifendruck ermittelt und sollte diese ungleich 0 sein wird der Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades verändert, so dass er sich dem Sollreifendruck annähert. Dieser Vorgang kann für mindestens ein Rad und demnach auch für alle Räder erfolgen. Um den Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades zu messen kann beispielsweise ein Reifendrucksensor verwendet werden. Dieser Reifendrucksensor kann an mindestens einem Rad angebracht sein. Systeme, mit denen bei derartigen Bodenverdichtungsmaschinen eine Reifendruckänderung im fahrenden Betrieb erreicht werden kann, sind beispielsweise aus der
DE112012004404T5 bekannt, auf die in diesem Zusammenhang Bezug genommen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine bzw. das Teilgewicht, das auf mindestens einem Rad lastet, beispielsweise zumindest näherungsweise gemäß folgender Formel ermittelt: m = MA * k * dx/a. Dabei ist m die Masse (bzw. gemäß vorstehender Ausführungen vorliegend äquivalent das Gewicht), die auf mindestens einem Rad lastet und/oder das Gesamtgewicht der Maschine, MA ist das Drehmoment des Antriebs der Bodenverdichtungsmaschine, k ist eine Konstante, die vorgegebenen Berechnungsgrößen, wie beispielsweise den Radius des Rades, berücksichtigen kann und ist beispielsweise dessen Kehrwert. dx bezeichnet eine Drehzahl oder ein Drehzahlverhältnis, in das beispielsweise Drehzahl des Antriebs bzw. eines Teils des Antriebs, beispielsweise der Kurbelwelle, eines Antriebsdrehmoment übertragenden Getriebeteils oder ähnliches, die Drehzahl des Rades etc. einfließen können. Beispielsweise kann es sich hierbei um das Übersetzungsverhältnis aus Raddrehzahl und Antriebsmotordrehzahl handeln. a ist die Beschleunigung der Bodenverdichtungsmaschine, beispielsweise direkt über einen Beschleunigungssensor gemessen oder aus der Fahrgeschwindigkeit ermittelt, beispielsweise mithilfe eines Geschwindigkeitssensors und/oder eines Drehzahlsensors und beispielsweise einem Zeitglied etc. Somit wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel das Drehmoment MA des Antriebs mittels eines Drehmomentsensors erfasst. Ferner wird bevorzugt die Beschleunigung a mittels eines Beschleunigungssensors erfasst. Alternativ kann die Fahrgeschwindigkeit v mittels eines Geschwindigkeitssensors, die Fahrzeit t mittels eines Zeiterfassungsgerätes (Zeitglied) erfasst werden und die Beschleunigung aus der Fahrgeschwindigkeitsänderung pro Zeiteinheit t berechnet werden. Drehzahlen des wenigstens einen Rades oder sonstiger Elemente können mittels eines Drehzahlsensors erfasst werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Drehmoment MA des Antriebsmotors sowie die Motordrehzahl direkt über den CAN-Bus des elektronisch geregelten Dieselmotors ausgelesen, der diese Werte typischerweise bereits ermittelt und bereithält. Darüber hinaus wird die Raddrehzahl bevorzugt bei Nutzung eines hydraulischen Fahrantriebs direkt aus dem Drehzahlsensor des Hydraulikmotors gewonnen, der ebenfalls bereits standardmäßig in diesen vorhanden ist. Auf diese Weise sind sämtliche zu bestimmenden Werte bereits vorhanden oder können aus vorhandenen Werten bestimmt werden, so dass zur Umsetzung der Erfindung kein zusätzlicher Sensor notwendig ist.
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Die Beschleunigung der Bodenverdichtungsmaschine kann innerhalb eines bestimmten Messzeitfensters erfasst werden. Dabei kann sowohl eine Beschleunigung während des Anfahrens aus dem Stand oder eine Beschleunigen im fahrenden Zustand der Bodenverdichtungsmaschine erfasst werden. Da das Drehmoment des Antriebsmotors typischerweise nur im Zugbetrieb bestimmbar ist, kommen vorliegend bevorzugt positive Beschleunigungen in Betracht. Im Fall, dass das Drehmoment des Antriebsmotor auch in Fahrzuständen mit negativer Beschleunigung bestimmbar ist, kann die Erfindung auch mit negativen Beschleunigungen durchgeführt werden. In diesem Fall umfasst der Fahrbetriebszustand auch ein Bremsen der Bodenverdichtungsmaschine. Derartige Situationen ergäben sich beispielsweise bei einem Elektromotor mit vollständiger Rekuperation von Bremsenergie.
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Eine weitere zu berücksichtigende Größe kann die Temperatur sein. Da der Druck im Inneren des wenigstens einen Rades auch stark temperaturabhängig ist, kann es sinnvoll sein, eine Temperaturgröße in das vorliegende Verfahren mit einfließen zu lassen. Dazu kann es vorgesehen sein, dass die Temperatur des Bodens, die Temperatur des wenigstens einen Rades und/oder die Außentemperatur mittels jeweils eines geeigneten Temperatursensors gemessen wird und dass das Festlegen des Sollreifendrucks auch in Abhängigkeit von der/den ermittelten Temperatur/-en erfolgt. Die Temperatur des Rades kann dabei die Temperatur des Radmantels und/oder der Luft im Inneren des Rades sein.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Lage der Maschine ermittelt und bei der Bestimmung des Maschinengewichts mit berücksichtigt wird. Beispielsweise können ein Längs- und/oder ein Querneigungssensor vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, zu ermitteln, ob sich die Maschine aktuell auf einer horizontal verlaufenden Fläche bewegt oder beispielsweise bergauf oder bergab fährt (was letztlich Auswirkungen auf das Verhältnis von beispielsweise Antriebsdrehmoment und Beschleunigung hätte, wodurch Ungenauigkeiten bei der Ermittlung des Maschinengewichts auftreten können). Die Steuereinrichtung kann nun derart ausgebildet sein bzw. das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeführt werden, dass eine Gewichtsermittlung entweder die Horizontallage bzw. aktuelle Abweichung davon bei der Ermittlung des Maschinengewichts mit berücksichtigt oder eine Gewichtsermittlung beispielsweise solange verhindert, bis eine zumindest hinreichende Horizontalausrichtung der Maschine gewährleistet ist. Dies kann dem Fahrer signalisiert werden.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass dem im Fahrstand befindlichen Fahrer auf einer Anzeigevorrichtung zumindest einer der folgenden Parameter angezeigt wird:
- - das ermittelte Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine oder das ermittelte Teilgewicht, das auf dem mindestens einen Rad lastet;
- - der ermittelte Sollreifendruck;
- - der ermittelte Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades;
- - die Differenz aus Ist-Reifendruck und Sollreifendruck;
- - die Veränderung des Ist-Reifendrucks zum Sollreifendruck;
- - ob das Verfahren aktiv ist.
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Dies dient der erleichterten Bedienung durch den Fahrer beziehungsweise der erleichterten Kontrolle des Fahrers über die Maschine.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl manuell, beispielsweise von einem Bediener bzw. Fahrer der Maschine, ausgelöst bzw. initiiert werden als auch ergänzend oder alternativ automatisch aktiviert werden. Beispielsweise kann das Verfahren bei jedem Losfahren der Bodenverdichtungsmaschine aus dem Stand selbsttätig aktiviert werden. Alternativ kann das Verfahren im Fahrbetrieb in vorgegebenen Zeitabständen und/oder nach bestimmten zurückgelegten Wegstrecken und/oder in Abhängigkeit von ermittelten Temperaturdifferenzen bzw. -schwankungen aktiviert werden. Ferner kann das Verfahren auch nach jeder Ballastierung bzw. Ballastierungsänderung und dem darauffolgenden erstmaligen Losfahren der Bodenverdichtungsmaschine aktiviert werden.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt ebenfalls mit einer selbstfahrenden Bodenverdichtungsmaschine mit Luftbereifung, bevorzugt mit einer Bodenverdichtungsmaschine, speziell einer Gummiradwalze oder einer Kombiradwalze, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Eine gattungsgemäße selbstfahrende Bodenverdichtungsmaschine mit zumindest teilweiser Luftbereifung, insbesondere eine Gummiradwalze oder eine Kombiwalze, umfasst einen Maschinenrahmen, einen Fahrerstand, vordere und hintere Fahreinrichtungen, wobei von den Fahreinrichtungen wenigstens ein luftbereiftes Rad umfasst ist, einen Antriebsmotor, insbesondere einen Dieselverbrennungsmotor, ganz besonders als Teil eines hybriden Antriebssystems, einen Antriebsstranges, der vom Antrieb zur Verfügung gestellte Antriebsenergie in an sich bekannter Weise an die Fahreinrichtungen weiterleitet, sowie wenigstens eine Sensoreinrichtung zum Messen mindestens eines Fahrbetriebsparameters der im Fahrbetrieb befindlichen Bodenverdichtungsmaschine. Sämtliche zum erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale, Wirkungen und Vorteile gelten in übertragenem Sinn auch für die erfindungsgemäße Bodenverdichtungsmaschine und umgekehrt. Es wird lediglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die jeweils anderen Ausführungen Bezug genommen.
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Die Bodenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine Reifendruckregelanlage bzw. zumindest Reifendruckeinstellanlage, mit der der Reifendruck des wenigstens einen luftbereiften Rades von der Maschine selbst verstellbar ist, d.h. ohne zusätzliche externe, mit der Maschine nicht mitgeführte Einrichtungen. Derartige Reifendruckregelanlagen sind an sich bekannt, beispielsweise aus der
DE112012004404T5 und der
EP1493599A2 . Häufig umfassen derartige Reifendruckregelanlagen ein Steuerventil, über das dem luftbereiften Rad Luft zugeführt und/oder aus diesem abgelassen werden kann, um den Reifendruck zu erhöhen oder zu senken. Ferner kann eine solche Reifendruckanlage als Druckquelle einen Kompressor und/oder einen Drucklufttank aufweisen. Es ist ferner bekannt, einen Drucksensor, beispielsweise in einer Leitung und/oder im luftbereiften Rad vorzusehen, um den aktuellen Druckwert des luftbereiften Rades bestimmen zu können. Ferner kann eine geeignete Steuereinrichtung vorgesehen sein, die einerseits den ermittelten aktuellen Druckwert erhält (und somit in Signalverbindung mit dem Drucksensor steht) und andererseits beispielsweise zur manuellen und/oder automatischen Steuerung des Steuerventils ausgebildet ist, um den Druckwert auf einen gewünschten Druckwert hin einzustellen. Die Erfindung betrifft ganz besonders eine Gummiradwalze, die ausschließlich luftbereifte Räder aufweist.
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Wesentlich ist nun, dass die Bodenverdichtungsmaschine erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung umfasst, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung bildet somit die Schnittstelle zwischen der Ermittlung des wenigstens einen Fahrbetriebsparameters und der Steuerung und/oder Regelung des Reifendruckes. Zu den einzelnen Verfahrensschritten sowie bevorzugten Weiterbildungen wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen. Im Vergleich zu konventionellen Systemen ist der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung somit ein Maschinengewichtsbestimmungsschritt zugeordnet, wobei die Gewichtsermittlung in vorstehend beschriebener Weise unter Berücksichtigung wenigstens eines Fahrbetriebsparameters erfolgt. Die Bodenverdichtungsmaschine wird somit nicht gewogen, sondern es wird mit Hilfe der Steuereinrichtung ein Rückschluss auf das Maschinengewicht auf Grundlage wenigstens eines Fahrbetriebsparameters, insbesondere beispielsweise des an einer Stelle des Antriebssystems für eine bestimmte Beschleunigung aufzubringenden Antriebsdrehmoments, bzw. auf Grundlage des aktuellen Fahrverhaltens der Maschine unter den gegebenen Betriebsbedingungen, getroffen. Damit kann das „Wiegen“ der Maschine auf elegante Weise umgangen werden und gleichzeitig eine für eine Reifendruckregelung hinreichend genaue Aussage über das aktuelle Maschinengewicht getroffen werden. Ein weiterer großer Vorteil liegt darin, dass die Ermittlung im laufenden Fahrbetrieb durchgeführt und somit beispielsweise auch ohne Verzögerung oder erhöhten Aufwand im laufenden Arbeitsbetrieb durchgeführt werden kann. Betriebsbedingte Gewichtsänderungen, beispielsweise aufgrund Treibstoff- und Betriebsmittelverbrauch, können somit ohne Unterbrechung des Arbeitsbetriebes ermittelt und berücksichtigt werden.
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Die Steuereinrichtung erhält demnach einen Input an erfassten Sensordaten, insbesondere des wenigstens einen Fahrbetriebsparameters, das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt und auf der Grundlage des damit ermittelten Maschinengewichts wird ein Output von der Steuereinrichtung generiert, der insbesondere eine Sollvorgabe für den gewünschten Reifendruck enthält. Der Input beinhaltet somit beispielsweise den zur (Teil-)Gewichtsermittlung benötigten mindestens einen Fahrbetriebsparameter der im Fahrbetrieb befindlichen Bodenverdichtungsmaschine und vorzugsweise auch den Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades. Ferner kann auch die erfasste Temperatur des Bodens oder die erfasste Temperatur des mindestens einen Rades, beispielsweise des Radmantels oder der Luft im Inneren des Rades, ein zumindest ergänzender Input der Steuervorrichtung sein. Auch können ergänzend oder alternativ weitere Faktoren berücksichtigt werden, insbesondere solche, die kennzeichnend für den aktuellen Betriebszustand, speziell hinsichtlich Antrieb und Fahrbetrieb, sind. Ausgehend von den jeweils geeigneten Messsensoren, welche den wenigstens einen Fahrbetriebsparameter und gegebenenfalls weitere Parameter, wie den Ist-Reifendruck und beispielsweise die Temperatur, erfassen, wird der Input somit an die Steuereinrichtung gesendet. Bevorzugt werden zur Messung der genannten Größen Sensoren verwendet, die in gattungsgemäßen Bodenverdichtungsmaschinen, insbesondere zur Messung der Betriebsparameter der im Fahrbetrieb befindlichen Bodenverdichtungsmaschine, bereits vorhanden sind. Dies kann insbesondere beispielsweise ein Drehmomentsensor sein, der ein Antriebsdrehmoment am Antriebsmotor und/oder im Antriebsstrang ermittelt. Ein solcher Drehmomentsensor wird beispielsweise häufig bereits zur Motorsteuerung genutzt und ist somit in vielen Fällen bereits vorhanden. Bei elektronisch geregelten Dieselmotoren wird das Antriebsdrehmoment bereits bestimmt, beispielsweise über die Einspritzmenge. Auch die Motordrehzahl wird bereits bestimmt und steht über den CAN-Bus des Antriebsmotors einer elektronischen (Daten-)Verarbeitung zur Verfügung. Gleiches gilt für einen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensor. Diese sind häufig bereits zur Anzeige des aktuellen Fahrverhaltens der Bodenverdichtungsmaschine an den Fahrer vorhanden und deren Messwerte werden häufig ebenfalls bereits beispielsweise im Rahmen der Motorsteuerung und/oder des Energiemanagementsystems der Maschine genutzt. Alternativ können natürlich auch separate, zusätzliche Messsensoren additiv vorgesehen sein, die speziell nur im Umfang des vorstehend beschriebenen Verfahrens genutzt werden, insbesondere beispielsweise zur Messung des Ist-Reifendrucks und/oder von Temperaturen, wie Außenumgebung, Reifen- und/oder Bodenoberfläche. Ergänzend oder alternativ können auch ein oder mehrere Lagesensoren umfasst sein, die Lageinformationen, insbesondere hinsichtlich Längs- und/oder Querneigung der Maschine, ermitteln und an die Steuereinrichtung übermitteln. Bei dem Output kann es sich somit insbesondere um eine Steuerungsvorgabe der handeln, dass der Ist-Reifendruck dem vorgegebenen Soll-Reifendruck angenähert wird.
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Bevorzugt kann eine Reifendruckeinstellanlage bzw. Reifendruckregelanlage als Teil der Bodenverdichtungsmaschine vorgesehen sein, die derart ausgebildet ist, dass mit ihrer Hilfe der Ist-Reifendruck des mindestens einen Rades verändert werden kann. Die Reifendruckeinstellanlage enthält demnach den Output, den die Steuereinrichtung generiert, um den Reifendruck des mindestens einen Rades einzustellen. Somit steuert die Steuereinrichtung die Reifendruckeinstellanlage basierend auf dem durchgeführten Verfahren zum Regeln des Reifendrucks. Wie vorstehend bereits beschrieben, umfasst eine solche Reifendruckeinstellanlage üblicherweise wenigstens ein Steuerventil und eine Druckluftquelle, wie beispielsweise einen Kompressor. Es versteht sich, dass die Reifendruckeinstellanlage derart ausgebildet sein kann, dass eine individuelle Reifendruckregelung aller vorhandenen luftbereifter Räder möglich ist.
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Weiterhin umfasst die Bodenverdichtungsmaschine bevorzugt eine Schalteinrichtung, mittels derer die Durchführung des Verfahrens manuell aktiviert oder initiiert und/oder deaktiviert werden kann. Hierbei erhält die Steuervorrichtung den Input zum Starten des Verfahrens. Möglich ist auch, dass der Bediener mittels der Schalteinrichtung ein Signal gibt, dass die Maschine neu ballastiert wurde. Hierauf bezogen kann dann das Verfahren in Abständen wie vorstehend beschrieben vorgenommen werden. Auch eine Ausbildung der Steuereinrichtung derart, dass die Initiierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeitbasiert und/oder wegstreckenabhängig erfolgt, ist möglich.
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Bei der Bodenverdichtungsmaschine handelt es sich besonders bevorzugt um eine Gummiradwalze mit je wenigstens zwei, insbesondere je wenigstens drei, vorderen und hinteren luftbereiften Rädern. Besonders optimal ist es, wenn die Bodenverdichtungsmaschine ausschließlich luftbereifte Räder umfasst.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Seitenansicht einer Bodenverdichtungsmaschine zur Asphaltverdichtung, konkret eine Gummiradwalze;
- 2 eine Vorderansicht einer Bodenverdichtungsmaschine zur Asphaltverdichtung, konkret eine Gummiradwalze;
- 3 ein Verfahrensablaufdiagramm zum Regeln des Reifendrucks;
- 4 eine Detailansicht einer Steuervorrichtung;
- 5 ein Zeit-Geschwindigkeit-Beschleunigung-Antriebsdrehmoment-Diagramm;
- 6 ein Vergleichsdiagramm vom Beschleunigungsverhalten der Maschine bei verschiedenen Maschinengewichten bei gegebenen Antriebsdrehmomenten; und
- 7 Gewicht-Reifendruck-Diagramm.
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Gleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Sich wiederholende Elemente sind zum Teil nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet;
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In 1 und 2 ist eine selbstfahrende Bodenverdichtungsmaschine 1, konkret eine Gummiradwalze, mit einem Maschinenrahmen 3, einem Fahrstand 2, vorderen und hinteren Fahreinrichtungen 5 und 6 mit luftbereiften Rädern 8, und einem Antriebsmotor 4 dargestellt. Bei dem Antriebsmotor 4 kann es sich um einen Dieselverbrennungsmotor oder sonstigen Motor zur Erzeugung von Antriebsenergie handeln. Auch die Ausbildung als Hybridsystem ist möglich. Angedeutet ist in 1 ferner ein Antriebsstrang 10, der die vom Antriebsmotor 4 erzeugte Antriebsenergie auf ein oder mehrere der vorhandenen Räder überträgt. Dieser Antriebsstrang kann mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder auch kombiniert ausgebildet sein. Mithilfe des Antriebsstrangs wird somit vom Antriebsmotor 4 erzeugte Antriebsenergie letztlich in eine Drehbewegung der Räder umgesetzt und dadurch der Maschinenvorschub erreicht.
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Ferner ist in 1 eine Steuereinrichtung 9 dargestellt. Die Steuereinrichtung 9 kann beispielsweise in Signalverbindung mit dem Antriebsmotor 4 stehen, beispielsweise über einen CAN-Bus, und von diesem über geeignete Sensordaten, beispielsweise Daten zu Fahrbetriebsparametern, wie beispielsweise das Antriebsdrehmoment, der Drehzahl etc., erhalten. Dazu können ein oder mehrere geeignete Sensoren 11 vorhanden sein. Ergänzend oder alternativ kann die Steuereinrichtung Fahrbetriebsparameter auch aus dem Antriebsstrang 10 mithilfe eines oder mehrerer der Sensoren 12 erhalten, wie beispielsweise Drehmoment-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsdaten. Ebenfalls ergänzend oder alternativ kann die Steuereinrichtung auch von einem oder mehreren Sensoren 13 Fahrbetriebsparameter von einem oder mehreren der Räder 8 und/oder deren Lagerung erhalten, wie beispielsweise Drehmoment-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsdaten. Es können zudem Temperaturdaten, wie beispielsweise die Temperatur der Bodenoberfläche und/oder eines oder mehrerer Räder 5, 6, mithilfe eines geeigneten Temperatursensors 13 erfasst und an die Steuereinrichtung 9 übermittelt werden. Ferner können ein oder mehrere Drucksensoren 14 vorhanden sein, die den Ist-Reifendruck eines oder mehrerer der luftbefüllten Räder 5, 6 messen und an die Steuerungsvorrichtung übermitteln. Ferner kann eine Reifendruckregelanlage 15 vorgesehen sein, die die Veränderung des Fülldruckes eines, mehrerer oder aller der Räder 5, 6 ermöglicht. Der Aufbau und die Funktionsweise einer Reifendruckregelanlage 15 an sich sind bekannt. So kann eine geeignete Druckquelle (zum Beispiel ein Kompressor) in luftleitender Verbindung mit den Rädern stehen. Ferner können geeignete Steuerventile vorgesehen sein, über die eine Befüllung und/oder ein Ablassen von Luft aus einem, mehreren oder allen der luftbereiften Räder 5, 6 möglich ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Lagesensoren 18 vorhanden sind und in Signalverbindung mit der Steuereinrichtung 9 stehen. Mithilfe der Lagesensoren 18 kann beispielsweise die Längs- und/oder Querneigung der Maschine gegenüber einer horizontalen Referenzfläche ermittelt werden.
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Im Fahrstand 3 kann ferner eine mit der Steuereinrichtung 9 in Signalverbindung stehende Eingabe- und/oder Anzeigeeinrichtung 16 vorgesehen sein, über die beispielsweise Daten, insbesondere konstante Daten, wie beispielsweise ein Raddurchmesser, Sollwerte für beispielsweise den Reifendruck etc., Ballastierungsvorgaben, eingegeben werden können und/oder die Durchführung des nachstehend noch näher beschriebenen Verfahrens initiiert werden kann und/oder beispielsweise zwischen verschiedenen Betriebsmodi der Steuereinrichtung 9 (beispielsweise zwischen „zeitabhängig“ oder „wegstreckenabhängig“) gewählt werden kann. Ergänzend oder alternativ können dem im Fahrstand befindlichen Fahrer Informationen angezeigt werden, wie beispielsweise der Aktivitätsstatus der Steuereinrichtung 9, aktuelle Messwerte, aktuelle Ermittlungswerte, insbesondere Gewichtswerte, Ballastierungsangaben, Füllstände etc. Mithilfe vorgegebener Ballastierungsvorgaben, beispielsweise von groben Füllständen von befüllten Ballastkammern und/oder der Angabe von aufgenommenen Beschwerungselementen, ist es beispielsweise auch möglich, eine Plausibilitätskontrolle der von der Steuereinrichtung 9 ermittelten Gewichtswerte durchzuführen und/oder die Steuereinrichtung 9 derart auszubilden, dass diese selbsttätig eine solche Plausibilitätskontrolle durchführt. Konkret kann hier beispielsweise geprüft werden, ob ein Widerspruch zwischen den vom Fahrer eingegebenen Gewichtsangaben und den von der Steuereinrichtung 9 ermittelten Gewichtsangaben besteht (beispielsweise das Maschinengewicht als leichter ermittelt wird, als es mit den vom Fahrer vorgegebenen Ballastierungsvorgaben eigentlich der Fall sein dürfte).
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Solche Gummiradwalzen sind typischerweise zum Verdichten im Straßenbau vorgesehen, insbesondere zum Verdichten von Asphaltmatten, wobei sie im Betrieb über einen zu verdichtenden Boden 7 fahren. Vor dem Arbeitsbetrieb kann die Bodenverdichtungsmaschine 1 mit Ballast beladen werden. Je höher die Ballastierung der Maschine ist, desto größer ist der auf den Bodenuntergrund wirkende statische Verdichtungseffekt. Typische Größenordnungen der Ballastierung von speziell Gummiradwalzen können es ermöglichen, dass die Maschine eine Gewichtsspanne von ca. 5t (Leergewicht) bis ca. 30t (maximale Betankung und Ballastierung) abdecken kann. Das Gewicht G1 bzw. die Masse der Bodenverdichtungsmaschine 1 lastet auf den Rädern 8. Zusammen mit dem Eigengewicht der Räder wird das Gesamtgewicht G über die Räder an den Boden weitergegeben bzw. diese üben eine entsprechende vertikal nach unten gerichtete Gewichtskraft auf den Bodenuntergrund aus. Diese Gewichtsübertragung sowie ein von den Rädern 8 ausgehender Knet- und Walkeffekt führen beim Überfahren des Bodens 7 in und entgegen der Vorwärtsrichtung f zu einer Verdichtung des Bodenmaterials. Üblicherweise werden diese Maschinen reversierend eingesetzt. Um ein homogenes Verdichtungsergebnis zu gewährleisten, ist es wichtig, den Reifendruck der Räder 8 in Abhängigkeit vom Gewicht G1/G der Bodenverdichtungsmaschine 1 einzustellen. Die gezeigte Maschine ermöglicht es nun mithilfe der Steuereinrichtung 9, dass das Gewicht G1/G der Bodenverdichtungsmaschine im Fahrbetrieb ermittelt und auf Grundlage dieser Gewichtsermittlung ein Reifendruck für die Räder 8 so eingestellt wird, dass ein guter Verdichtungseffekt erzielt wird ohne dass dabei Unregelmäßigkeiten, wie beispielsweise Furchen, im Boden entstehen.
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3 veranschaulicht Details des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugter Weiterbildungen. Das Verfahren wird insbesondere von der Steuereinrichtung 9 durchgeführt, insbesondere unter Berücksichtigung des wenigstens einen Fahrbetriebsparameters und ggf. weiterer Eingaben bzw. Eingangssignale („Input“). Ziel des in 3 veranschaulichten Verfahrens ist es, den Reifendruck in Abhängigkeit vom Gewicht G der Bodenverdichtungsmaschine zu regeln, wobei die Ermittlung des aktuellen Maschinengewichts insbesondere auch unter Einbeziehung des Fahrbetriebs der Maschine durch die Steuereinrichtung 9 erfolgt. Auf der Grundlage des ermittelten Maschinengewichts (Schritt s1) kann die Steuereinrichtung 9 einen Soll-Reifendruckwert festlegen (Schritt s2), beispielsweise unter Rückgriff auf ein entsprechendes Maschinengewicht-Reifendruck-Kennfeld und/oder anderweitig hinterlegte Soll-Reifendruckwerte, und unter Berücksichtigung wenigstens eines aktuellen Ist-Reifendruckwertes (Ermitteln desselben im Schritt s3) Steuersignale generieren, insbesondere für eine Reifendruckregelanlage, um den aktuellen Ist-Reifendruckwert des wenigstens einen luftbereiften Rades an den Soll-Reifendruck anzunähern (Schritt s4). Dies kann für wenigstens ein luftbereiftes Rad individuell, für mehrere oder all luftbereifte Räder jeweils individuell oder auch gruppiert oder sämtliche Räder allumfassend ablaufen.
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Wenn die Bodenverdichtungsmaschine 1 aus dem Stand oder im bereits fahrenden Zustand (beides wird vorliegend als „Fahrbetrieb“ bezeichnet) beschleunigt, wird der wenigstens eine Fahrbetriebsparameter der im Fahrbetrieb befindlichen Maschine über einen dafür an der Bodenverdichtungsmaschine angeordneten Sensor (in 3 nicht gezeigt) erfasst und an die Steuereinrichtung 9 übermittelt.
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4 zeigt die Steuereinrichtung 9, mittels derer das oben genannte Verfahren zum Regeln des Reifendrucks der Räder 8 in Abhängigkeit vom Gewicht G/G1 der Bodenverdichtungsmaschine durchgeführt wird, in stark vereinfachter Form. Die Steuereinrichtung 9 erhält Inputsignale und sendet Outputsignale bzw. Steuersignale aus. Sowohl Inputsignale als auch Outputsignale können aus mehreren Signalen oder auch aus jeweils einem Signal bestehen. Der Gewichtsermittlungs- und Regelvorgang der 3 findet innerhalb der Steuervorrichtung 9 statt, die mittels des durch den Regelvorgang generierten Outputs eine Reifendruckeinstellanlage steuert. Diese Reifendruckeinstellanlage stellt basierend auf dem Output der Steuereinrichtung 9 den Reifendruck der Räder 8 ein. Die Steuereinrichtung 9 kann auch als Teil der Reifendruckregelanlage ausgebildet sein. Der Input I1 besteht beispielsweise aus den erfassten Betriebsparametern des Verfahrensschritts s1, beispielsweise einem Drehmomentsignal aus dem Antriebsstrang und/oder einem Beschleunigungssignal und/oder einem Geschwindigkeitssignal und/oder einem Zeitsignal. Der Input I2 besteht beispielweise aus dem in Verfahrensschritt s3 erfassten Ist-Reifendruck. Beide Inputsignale I1 und I2 werden von Ihren jeweiligen Sensoren bzw. Sensoreinrichtungen an die Steuereinrichtung übermittelt. Bei dem Output O1 handelt es sich beispielsweise um die Information inwieweit der Ist-Reifendruck verändert wird, so dass er sich dem Sollreifendruck annähert.
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5 veranschaulicht beispielhaft, zu beispielsweise welchen Zeitpunkten bzw. in welchen Zeitfenstern Betriebsparameter zum Zwecke des Verfahrensschrittes s1 gemessen werden können und wie sich diese bei einem bestimmten Maschinengewicht verhalten. In der Mitte ist der Fahrbetriebsparameter der Beschleunigung des Fahrzeugs gezeigt. Alternativ kann auch beispielsweise auch die Geschwindigkeit bzw. deren Änderung über ein Zeitintervall der Beschleunigung a, so kann beispielsweise die Beschleunigung a oder die Geschwindigkeit v pro Zeit t innerhalb des Zeitfensters t1 bis t2, der Anfahrt der Bodenverdichtungsmaschine, und/oder t3 bis t4, einer Beschleunigung im fahrenden Betrieb, und/oder t5 bis t6, beim Abbremsen der Maschine mit einer negativen Beschleunigung, insbesondere beispielsweise über die Motorbremse, gemessen werden. Das Verhalten der Maschine in beispielsweise diesen Betriebsphasen hängt zu einem wesentlichen Teil auch von dem Maschinengewicht ab. So beschleunigt eine schwerere Maschine bei gleichem Antriebsdrehmoment langsamer als eine vergleichsweise langsamere Maschine. Genauso ist die Bremsverzögerung bzw. negative Beschleunigung, beispielsweise beim Abbremsen der Maschine über die Motorbremse, bei einer schwereren Maschine gegenüber einer leichteren Maschine geringer. Auch in Phasen mit keiner Beschleunigung ist die Gewichtsermittlung möglich, da auch dann ein gewichtsabhängiges Drehmoment aus dem Antriebsstrang zur Aufrechterhaltung einer gegebenen Fahrgeschwindigkeit erforderlich ist. Die Verwendung von Phasen negativer Beschleunigung setzt voraus, dass auch in diesen das Drehmoment bestimmbar ist, welches zum Bremsen notwendig ist. Dies wird bei normalen Dieselmotoren nicht bestimmt, so dass die Phasen negativer Beschleunigung nur in Spezialfällen zur Berechnung herangezogen werden können, beispielsweise bei einem Elektromotor mit vollständiger Rekuperation. Der Vollständigkeit halber sind die Phasen negativer Beschleunigung vorliegend dennoch beschrieben.
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Die Auslösung der Messintervalle zur Bestimmung des Maschinengewichts kann vom Fahrer manuell initiiert werden und/oder beispielsweise durch die Steuereinrichtung 9, beispielsweise ausgelöst durch die Betriebssituation (beispielsweise „Anfahren“) und/oder zeitgesteuert und/oder Wegstreckengesteuert, wobei die Steuereinrichtung 9 beispielsweise dann derart programmiert sein kann, dass sie eine Ermittlung des Maschinengewichts erst dann vornimmt, wenn eine dafür optimal geeignete Betriebssituation vorliegt.
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6 skizziert zur näheren Veranschaulichung des Zusammenhangs von Maschinengewicht und Beschleunigung das Beschleunigungsverhalten bei ein und demselben Maschinengewicht bei verschiedenen Antriebsdrehmomenten M1, M2 und M3. Es versteht sich, dass die Beschleunigung der Maschine größer ausfällt, je höher das aufgewendete Antriebsdrehmoment ist. Ein vergleichbarer Zusammenhang ergibt sich dann, wenn verschiedene Maschinengewichte betrachtet werden. Dann fällt die Beschleunigung bei einem gegebenen Antriebsdrehmoment mit steigendem Maschinengewicht bzw. steigender Ballastierung kleiner aus. Dieser mindestens eine Fahrbetriebsparameter wird in Folge zur Ermittlung des Gewichtes G der Bodenverdichtungsmaschine verwendet (s1). Aus dem Ermittelten Gewicht G wird ein zum Gewicht G korrespondierender Sollreifendruck festgelegt. Zur Festlegung des Sollreifendrucks wird beispielsweise auf eine vorher in der Steuereinrichtung hinterlegte Tabelle oder Kennlinie aus Gewicht und Reifendruck oder vergleichbares zurückgegriffen.
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Eine beispielhafte Kennlinie aus Gewicht G der Bodenverdichtungsmaschine und Reifendruck p ist beispielsweise in 7 veranschaulicht. Gmin und Gmax geben jeweils das minimale Gewicht (Leergewicht der Maschine) und das maximale Gewicht (maximale Ballastierung und volle Betriebsmittel- und Treibstofftanks) an, welches eine Bodenverdichtungsmaschine 1 nach der Ballastierung haben darf, um im Arbeitsbetrieb verwendet zu werden. Gmax beschränkt das Gewicht der Bodenverdichtungsmaschine 1 somit hinsichtlich der Verkehrssicherheit und Furchenbildung. Bei einem Gewicht höher als Gmax kann eine Furchenbildung trotz Reifendruckregelung nicht mehr vermieden werden. Dies kann beispielsweise auch von der Steuereinrichtung 9 ermittelt, erkannt und dem Fahrer, beispielsweise optisch, akustisch und/der über einen Eingriff in Maschinenfunktionen (beispielsweise aktive Drosselung der Fahrgeschwindigkeit, Blockieren des Anfahrens etc.), signalisiert werden.
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In Bezug auf das in 3 veranschaulichte Verfahren kann es alternativ auch vorgesehen sein, dass bei der Festlegung des Sollreifendrucks die Temperatur des Bodens und/oder des mindestens einen Rades ermittelt werden (s5), welche dann ebenfalls bei der Sollreifendruckfestlegung berücksichtigt wird (s2'). Somit wird der Reifendruck nicht nur in Abhängigkeit vom Gewicht G/G1 sondern auch von der Temperatur des Bodens und/oder der Räder angepasst. Zu diesem Zweck kann in der Steuereinrichtung eine Tabelle bzw. ein Kennfeld aus Gewicht, Reifendruck und Temperatur hinterlegt sein. Um den Reifendruck gemäß dem Sollreifendruck zu regeln wird zunächst der Ist-Reifendruck der Räder 8 über einen beispielsweise an den Rädern 8 angebrachten Sensor (nicht gezeigt) ermittelt. Der Ist-Reifendruck wird in Folge soweit verändert, dass er sich dem Sollreifendruck annähert. Sind Ist- und Sollreifendruck hingegen identisch wird keine Änderung des Ist-Reifendrucks vorgenommen. Auch die Erfassung und Berücksichtigung von Lageparametern, beispielsweise Längs- und/oder Querneigung, ist möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112012004404 T5 [0005, 0020, 0029]
- EP 1493599 A2 [0005, 0029]