DE102023106130A1

DE102023106130A1 - Mobile work machine with a chassis and a supporting frame

Info

Publication number: DE102023106130A1
Application number: DE102023106130.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Finzel
Original assignee: Wacker Neuson Linz GmbH
Current assignee: Wacker Neuson Linz GmbH
Priority date: 2023-03-13
Filing date: 2023-03-13
Publication date: 2024-09-19
Also published as: EP4442912A1

Abstract

Es wird eine mobile Arbeitsmaschine (7), insbesondere Radlader, Teleskoplader, Bagger oder dergleichen, mit einem Fahrwerk (21) und einem Tragrahmen (22), wobei der Tragrahmen (22) auf dem Fahrwerk (21) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Antriebseinheit zum Antreiben wenigstens eines Antriebselementes des Fahrwerks (21) vorgesehen ist, wobei der Tragrahmen (22) wenigstens eine Werkzeughaltevorrichtung (3) zum Halten eines Arbeitswerkzeugs (18) umfasst, wobei die Werkzeughaltevorrichtung (3) wenigstens eine um eine Schwenkachse verschwenkbare Tragvorrichtung (3) umfasst, wobei eine wenigstens eine Hydraulikflüssigkeit und eine Hydraulikleitung umfassende Hydraulikeinheit zum Betätigen und/oder Druckbeaufschlagen der Werkzeughaltevorrichtung (3) und/oder der Tragvorrichtung (3) und/oder des Arbeitswerkzeugs (18) und/oder des Antriebselementes vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei die Nachteile des Stands der Technik wenigsten teilweise verbessert werden, insbesondere ein gegenüber dem Stand der Technik erheblich schwingungsärmeres Arbeiten realisierbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens ein Tragrahmen-Schwingungssensor (15) zum Erfassen von Schwingungen des Tragrahmens (22) vorgesehen ist.

A mobile work machine (7), in particular a wheel loader, telescopic loader, excavator or the like, with a chassis (21) and a support frame (22) is proposed, the support frame (22) being arranged on the chassis (21), at least one drive unit being provided for driving at least one drive element of the chassis (21), the support frame (22) comprising at least one tool holding device (3) for holding a work tool (18), the tool holding device (3) comprising at least one support device (3) which can be pivoted about a pivot axis, a hydraulic unit comprising at least one hydraulic fluid and a hydraulic line being provided for actuating and/or pressurizing the tool holding device (3) and/or the support device (3) and/or the work tool (18) and/or the drive element, the disadvantages of the prior art being at least partially improved, in particular working with considerably less vibration can be achieved compared to the prior art. This is achieved according to the invention in that at least one support frame vibration sensor (15) is provided for detecting vibrations of the support frame (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader, Teleskoplader, Bagger, Dumper oder dergleichen, mit einem Fahrwerk und einem Tragrahmen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 18.The invention relates to a mobile work machine, in particular a wheel loader, telescopic loader, excavator, dumper or the like, with a chassis and a support frame according to the preamble of claim 1 and a method according to claim 18.

Stand der TechnikState of the art

Viele der aktuell auf Baustellen eingesetzten, mobilen Arbeitsmaschinen werden noch rein hydraulisch betrieben. Das bedeutet, dass die Maschinen, speziell bei kleineren Tonnagen von z.B. unter 15 Tonnen, üblicherweise rein manuell durch das Bedienpersonal bzw. den Fahrer gesteuert werden. Das Bedienpersonal muss sich jeweils auf das Verhalten und die Eigenheiten des Geräts einstellen. Gerade unerfahrene Personen oder Menschen mit geringerem motorischem Feingefühl in Bezug auf Arbeiten mit der Maschine, fällt dies teilweise sehr schwer.Many of the mobile work machines currently used on construction sites are still operated purely hydraulically. This means that the machines, especially those weighing less than 15 tonnes, are usually controlled purely manually by the operating personnel or driver. The operating personnel must adapt to the behaviour and characteristics of the device. This can be particularly difficult for inexperienced people or people with less motor sensitivity when working with the machine.

Vor allem auf Grund von Laständerungen im Arbeitsprozess neigen Arbeitsmaschinen bei manchen Situationen bzw. Arbeiten zu Schwingungen bzw. zum Aufschaukeln, wobei sich dies üblicherweise über die gesamte Maschine ausbreitet. Je nach Maschinentyp und -größe prägen sich die oszillierenden Bewegungen unterschiedlich aus und wirken unangenehm und sogar ermüdend auf das Bedienpersonal ein. Auch die Arbeitsmaschine bzw. einzelne Komponenten werden hierbei z.T. stark beansprucht, was deren Lebensdauer beinträchtigen kann.In some situations or when working, machines tend to vibrate or rock, particularly due to load changes during the work process. This usually spreads across the entire machine. Depending on the type and size of the machine, the oscillating movements have different characteristics and are unpleasant and even tiring for the operating personnel. The machine or individual components are also sometimes subjected to heavy strain, which can affect their service life.

Je nach Frequenz und Amplitude können die Schwingungen so groß werden, dass durch die Maschinenansteuerung des Bedienpersonals einen deutlich verstärkenden Faktor generiert wird und das Aufschaukeln nur durch das Loslassen der Bedienelemente beendet werden kann.Depending on the frequency and amplitude, the vibrations can become so large that the machine control of the operating personnel generates a significantly amplifying factor and the rocking can only be stopped by releasing the control elements.

Dies trifft sowohl z.B. bei Dumpern oder mobilen Arbeitsmaschinen mit Knick-/Rahmenlenkung als auch bei Baggern, Ladern etc. mit sog. Ober- und Unterwagen zu. Hierbei können entsprechende Schwingungen bzw. Relativbewegungen zwischen Unterwagen, Fahrwerk bzw. Rädern/Raupenketten und dem Oberwagen, Tragrahmen bzw. der Chassis oder zumindest der mit Luft gefüllten Räder in Bezug auf den Boden entstehen, die nachteilig sind.This applies, for example, to dumpers or mobile work machines with articulated/frame steering as well as to excavators, loaders, etc. with so-called upper and lower carriages. This can result in corresponding vibrations or relative movements between the undercarriage, chassis or wheels/crawler tracks and the upper carriage, supporting frame or chassis or at least the air-filled wheels in relation to the ground, which can be detrimental.

Verstärkt wird der Effekt, je höher der Maschinenschwerpunkt liegt, was gerade bei mobilen Arbeitsmaschinen wie Radladern, Teleskopladern, Baggern etc. mit einem Unterwagen und einem Oberwagen der Fall ist, z.B. EP 1 752 586 B1 , und umso weicher der Maschinenstand ist. Hierdurch leiden gerade die Feinfühligkeit und der Fahrkomfort der Maschine noch stärker,The effect is increased the higher the machine's centre of gravity is, which is particularly the case with mobile work machines such as wheel loaders, telehandlers, excavators etc. with an undercarriage and an upper carriage, e.g. EP 1 752 586 B1 , and the softer the machine stand is. This causes the sensitivity and driving comfort of the machine to suffer even more,

Aufgabe und Vorteile der ErfindungObject and advantages of the invention

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber, eine mobile Arbeitsmaschine bzw. ein Verfahren vorzuschlagen, wobei die Nachteile des Stands der Technik wenigsten teilweise verbessert werden, insbesondere ein gegenüber dem Stand der Technik erheblich schwingungsärmeres Arbeiten realisierbar ist.The object of the invention is, in contrast, to propose a mobile work machine or a method, wherein the disadvantages of the prior art are at least partially improved, in particular, work can be carried out with considerably less vibration than in the prior art.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer mobilen Arbeitsmaschine bzw. einem Verfahren der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 17 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.This object is achieved, starting from a mobile work machine or a method of the type mentioned in the introduction, by the features of claim 1 or 17. Advantageous embodiments and further developments of the invention are possible through the measures mentioned in the subclaims.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader, Teleskoplader, Bagger, Dumper oder dergleichen, mit einem Fahrwerk und einem Tragrahmen dadurch aus, dass der Tragrahmen auf dem Fahrwerk angeordnet ist, wobei wenigstens eine Antriebseinheit zum Antreiben wenigstens eines Antriebselementes des Fahrwerks, z.B. eines Antriebsrades und/oder Kettenfahrwerks, vorgesehen ist, wobei der Tragrahmen wenigstens eine Werkzeughaltevorrichtung zum Halten eines Arbeitswerkzeugs, z.B. Greif-/Schaufel, Gabel, Vibrationselement, Fräse, Räumschild oder dergleichen, umfasst, wobei der Tragrahmen insbesondere eine Fahrerkabine und/oder einen Fahrersitz für eine Bedienperson umfasst, wobei die Werkzeughaltevorrichtung wenigstens eine um eine Schwenkachse verschwenkbare Tragvorrichtung, z.B. Hubarm und/oder Teleskopausleger, umfasst, wobei eine wenigstens eine Hydraulikflüssigkeit, insb. Hydrauliköl, und eine Hydraulikleitung umfassende Hydraulikeinheit zum Betätigen und/oder Druckbeaufschlagen der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung und/oder des Arbeitswerkzeugs und/oder des Antriebselementes vorgesehen ist und dass wenigstens ein Tragrahmen-Schwingungssensor zum Erfassen von Schwingungen des Tragrahmens vorgesehen ist.Accordingly, a mobile work machine according to the invention, in particular a wheel loader, telescopic loader, excavator, dumper or the like, with a chassis and a support frame is characterized in that the support frame is arranged on the chassis, wherein at least one drive unit is provided for driving at least one drive element of the chassis, e.g. a drive wheel and/or crawler chassis, wherein the support frame comprises at least one tool holding device for holding a work tool, e.g. a grab/shovel, fork, vibration element, milling machine, dozer blade or the like, wherein the support frame in particular comprises a driver's cabin and/or a driver's seat for an operator, wherein the tool holding device comprises at least one support device pivotable about a pivot axis, e.g. a lifting arm and/or telescopic boom, wherein a hydraulic unit comprising at least one hydraulic fluid, in particular hydraulic oil, and a hydraulic line is provided for actuating and/or pressurizing the tool holding device and/or the support device and/or the work tool and/or the drive element. and that at least one support frame vibration sensor is provided for detecting vibrations of the support frame.

Mit Hilfe der Erfindung können in vorteilhafter Weise diverse Nachteile des Stands der Technik beseitigt bzw. verringert werden. So können beispielsweise Schwingungen des Tragrahmens/Oberwagens in Bezug auf die Umgebung, wie z.B. der Baustelle und/oder des Gravitationsfeldes der Erde etc., und/oder Schwingungen des Tragrahmens/Oberwagens als (periodische und/oder wiedergehrende bzw. sich wiederholende) Positions-/Lageänderungen und/oder Schwingungen des Tragrahmens/Oberwagens relativ zwischen zwei Komponenten der Arbeitsmaschine, insb. der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung wie z.B. des Trag-/Hubarms und/oder Teleskopauslegers, erfasst werden.With the help of the invention, various disadvantages of the prior art can be eliminated or reduced in an advantageous manner. For example, vibrations of the support frame/superstructure in relation to the environment, such as the construction site and/or the gravitational field of the earth, etc., and/or vibrations of the support frame/superstructure as (periodic and/or recurring or repeating) position/location changes and/or vibrations of the Support frame/superstructure relative between two components of the work machine, in particular the tool holding device and/or the support device such as the support/lifting arm and/or telescopic boom.

Beispielsweise ist der Tragrahmen-Schwingungssensor als Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung und/oder als Gyrosensor zum Erfassen einer Drehbewegung und/oder als Drehratensensor zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit und/oder der Tragrahmen-Schwingungssensor als Inertialsensor-Einheit bzw. inertiale Messeinheit (IMU) mit mehreren Tragrahmen-Schwingungssensoren und/oder Inertialsensoren ausgebildet ist.For example, the support frame vibration sensor is designed as an acceleration sensor for detecting an acceleration and/or as a gyro sensor for detecting a rotational movement and/or as a yaw rate sensor for detecting a rotational speed and/or the support frame vibration sensor is designed as an inertial sensor unit or inertial measuring unit (IMU) with several support frame vibration sensors and/or inertial sensors.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der Tragrahmen-Schwingungssensor als Inertialsensor-Einheit mit wenigstens einem Beschleunigungssensor zur Erfassung einer linearen und/oder rotatorischen Beschleunigung und/oder mit wenigstens einem Drehratensensor zur Erfassung einer Rotationsgeschwindigkeit bzw. Rotation ausgebildet. Die Inertialsensor-Einheit bzw. eine inertiale Messeinheit, d.h. sog. IMU, umfasst in vorteilhafter Weise eine räumliche Kombination mehrerer Tragrahmen-Schwingungssensoren bzw. Inertialsensoren wie Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren. Zur Erfassung ggf. aller sechs möglichen kinematischen Freiheitsgrade umfasst die Inertialsensor-Einheit bzw. IMU in vorteilhafter Weise drei jeweils zueinander orthogonal stehende Beschleunigungssensoren bzw. Translationssensoren für die Erfassung der translatorischen Bewegung in x- bzw. y- bzw. z-Achse und/oder in vorteilhafter Weise drei orthogonal zueinander angebrachten Drehratensensoren bzw. sog. „Gyroskopische Sensoren“ für die Erfassung rotierender bzw. kreisender Bewegungen in x- bzw. y- bzw. z-Achse. Vorliegend kann jedoch auch eine Inertialsensor-Einheit bzw. inertiale Messeinheit verwendet werden, die nicht alle sechs möglichen kinematischen Freiheitsgrade bzw. nicht alle drei x- bzw. y- bzw. z-Achsen umfasst. Gegebenenfalls sind auch nur zwei orthogonale Achsen ausreichend.In a particular development of the invention, the support frame vibration sensor is designed as an inertial sensor unit with at least one acceleration sensor for detecting a linear and/or rotational acceleration and/or with at least one yaw rate sensor for detecting a rotational speed or rotation. The inertial sensor unit or an inertial measuring unit, i.e. so-called IMU, advantageously comprises a spatial combination of several support frame vibration sensors or inertial sensors such as acceleration sensors and/or yaw rate sensors. In order to record all six possible kinematic degrees of freedom, if necessary, the inertial sensor unit or IMU advantageously comprises three acceleration sensors or translation sensors that are orthogonal to one another for recording the translational movement in the x-, y- or z-axis and/or advantageously three rotation rate sensors or so-called “gyroscopic sensors” that are orthogonal to one another for recording rotating or circular movements in the x-, y- or z-axis. In this case, however, an inertial sensor unit or inertial measuring unit can also be used that does not include all six possible kinematic degrees of freedom or not all three x-, y- or z-axes. If necessary, just two orthogonal axes are sufficient.

Die Inertialsensor-Einheit bzw. IMU liefert/generiert in vorteilhafter Weise z.B. als Signale bzw. Messwerte/Parameter vorzugsweise drei lineare Beschleunigungswerte für die translatorische Bewegung und/oder drei Winkelgeschwindigkeiten für die Drehraten.The inertial sensor unit or IMU advantageously supplies/generates, for example, as signals or measured values/parameters, preferably three linear acceleration values for the translational movement and/or three angular velocities for the rotation rates.

Vorteilhafterweise ist der Tragrahmen-Schwingungssensor als mikro-elektro-mechanische Inertialsensor-Einheit mit wenigstens einem mikro-elektro-mechanischen Beschleunigungssensor zur Erfassung der linearen und/oder rotatorischen Beschleunigung und/oder mit wenigstens einem mikro-elektro-mechanischen Drehratensensor zur Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit/Rotation ausgebildet. Hiermit kann eine besonders Platz sparende Bauweise realisiert werden, was die Integrationsfähigkeit und die Resilienz gegen Beschädigungen etc. verbessert.The support frame vibration sensor is advantageously designed as a micro-electro-mechanical inertial sensor unit with at least one micro-electro-mechanical acceleration sensor for detecting the linear and/or rotational acceleration and/or with at least one micro-electro-mechanical yaw rate sensor for detecting the rotation speed/rotation. This enables a particularly space-saving design to be realized, which improves the integration capability and resilience against damage, etc.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist der Tragrahmen-Schwingungssensor als Drucksensor zum Erfassen eines Hydraulikdrucks der Hydraulikeinheit und/oder als Aktuator-Positionssensor zum Erfassen eines Hydraulik-Aktuators der Hydraulikeinheit ausgebildet. Hiermit können in vorteilhafter Weise einerseits Schwingungen des Hydraulikdrucks bzw. des Hydrauliksystems erfasst werden, die durch ein Schwingen z.B. der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung und/oder des Arbeitswerkzeugs im Hydrauliksystem erfassbar werden. Andererseits kann mit Hilfe des Positionssensors z.B. die Position einer Kolbenstange eines Hydraulikzylinders und dadurch deren Schwingung erfasst werden, die ebenfalls durch ein Schwingen z.B. der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung und/oder des Arbeitswerkzeugs generiert wird.In an advantageous variant of the invention, the support frame vibration sensor is designed as a pressure sensor for detecting a hydraulic pressure of the hydraulic unit and/or as an actuator position sensor for detecting a hydraulic actuator of the hydraulic unit. This advantageously allows vibrations of the hydraulic pressure or the hydraulic system to be detected, which can be detected by vibrations of, for example, the tool holding device and/or the support device and/or the work tool in the hydraulic system. On the other hand, the position sensor can be used to detect, for example, the position of a piston rod of a hydraulic cylinder and thus its vibration, which is also generated by vibrations of, for example, the tool holding device and/or the support device and/or the work tool.

Darüber hinaus kann in vorteilhafte Weise der Tragrahmen-Schwingungssensor wenigstens einen Empfänger und/oder Sender zum Empfangen und/oder Senden von elektromagnetischen Wellen und/oder elektromagnetischer Strahlung, insb. optische, Radar-, Ultraschall-, Infrarot-, Laser-Wellen/Strahlung oder Kamera, umfassen und/oder der Tragrahmen-Schwingungssensor als Positionssensor, insb. GPS-Sensor, zum Erfassen einer Position/Lage und/oder Winkel und/oder Höhe des Tragrahmens ausgebildet werden. So kann beispielsweise eine Kamera die Umgebung erfassen und hierbei ein Schwingen des Tragrahmens ermitteln, nämlich dadurch, dass z.B. ein erfasster Gegenstand und/oder Kontrast oder dergleichen im erfassten Bild/Bereich schwingt bzw. periodisch seine Lage verändert. Auch kann der Positionssensor bzw. GPS-Sensor die schwingende bzw. periodische Veränderung der Lage/Ausrichtung/Position des Tragrahmens und damit dessen Schwingen erfassen.Furthermore, the support frame vibration sensor can advantageously comprise at least one receiver and/or transmitter for receiving and/or transmitting electromagnetic waves and/or electromagnetic radiation, in particular optical, radar, ultrasound, infrared, laser waves/radiation or camera, and/or the support frame vibration sensor can be designed as a position sensor, in particular a GPS sensor, for detecting a position/location and/or angle and/or height of the support frame. For example, a camera can detect the environment and thereby determine a vibration of the support frame, namely by, for example, a detected object and/or contrast or the like in the detected image/area vibrating or periodically changing its position. The position sensor or GPS sensor can also detect the vibrating or periodic change in the location/alignment/position of the support frame and thus its vibration.

Grundsätzlich reicht es für die meisten Anwendungsfälle aus, wenn der Tragrahmen-Schwingungssensor keine sehr große Auflösung bzw. Genauigkeit der Schwingungserfassung aufweist. So sind z.B. erst Schwingungen mit Amplituden/Auslenkungen von ggf. mehr als ca. 1 bis 2cm von größerem Nachteil bzw. störend. Beispielsweise ist die Genauigkeit eines GPS-Sensors derzeit bei ca. 2cm, so dass kleinere bzw. wenig/nicht störende Schwingungen nicht erfasst werden, was kein Nachteil für die Arbeitsmaschine bzw. den Fahrer bedeuten kann. Größere bzw. sehr nachteilige Schwingungen des Tragrahmens mit z.T. über 2cm bzw. ggf. ca. 15cm großer Amplitude/Auslenkung werden dagegen in vorteilhafter Weise erfassbar. So kann ggf. auf besonders teure Sensoren mit vergleichsweise hoher Sensitivität verzichtet werden.In principle, it is sufficient for most applications if the support frame vibration sensor does not have a very high resolution or accuracy of vibration detection. For example, only vibrations with amplitudes/deflections of more than approx. 1 to 2 cm are of greater disadvantage or disturbing. For example, the accuracy of a GPS sensor is currently around 2 cm, so that smaller or less/non-disturbing vibrations are not recorded, which cannot be a disadvantage for the work machine or the driver. Larger or very disadvantageous vibrations of the support frame, sometimes over 2 cm or possibly approx. Amplitudes/deflections of up to 15 cm can be detected in an advantageous manner. This means that particularly expensive sensors with comparatively high sensitivity can be dispensed with.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Oberwagen-Differenzwinkel-Sensor zum Erfassen eines Differenzwinkels des Oberwagens in Bezug auf den Unterwagen vorgesehen. Hiermit kann in vorteilhafter Weise ein Verdrehen/Winkel bzw. die Lage/Position des Oberwagens in Bezug auf den Unterwagen erfasst werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, da Schwingungen des Tragrahmens/Oberwagens meist längs der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung schwingen bzw. deren Amplitude ausgerichtet sind. Durch den vorteilhaften Oberwagen-Differenzwinkel-Sensor kann nun diese Ausrichtung in Bezug auf den Unterwagen erfasst werden, was von Vorteil ist.In a special embodiment of the invention, an upper carriage differential angle sensor is provided for detecting a differential angle of the upper carriage in relation to the undercarriage. This can advantageously be used to detect a twist/angle or the position of the upper carriage in relation to the undercarriage. This is of particular importance because vibrations of the support frame/upper carriage usually oscillate along the tool holding device and/or the support device or their amplitude is aligned. The advantageous upper carriage differential angle sensor can now detect this alignment in relation to the undercarriage, which is advantageous.

Vorteilhafterweise ist eine elektrische und/oder elektronische und/oder hydraulische Kontrolleinheit zur elektrischen und/oder elektronischen und/oder hydraulischen Kontrolle der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung und/oder des Arbeitswerkzeugs und/oder des Antriebselementes vorgesehen und/oder ist wenigstens ein Bedienelement, insb. Fußpedal, Handhebel, sog. Joystick, Tastatur, Touchscreen und/oder Touchpad oder dergleichen, zum manuellen Bedienen/Betätigen von einer Bedienperson vorgesehen. Hiermit kann die mobile Arbeitsmaschine in vorteilhafter Weise gesteuert bzw. kontrolliert werden, insb. durch die Bedienperson bzw. den Fahrer.Advantageously, an electrical and/or electronic and/or hydraulic control unit is provided for electrical and/or electronic and/or hydraulic control of the tool holding device and/or the carrying device and/or the work tool and/or the drive element and/or at least one operating element, in particular a foot pedal, hand lever, so-called joystick, keyboard, touchscreen and/or touchpad or the like, is provided for manual operation/actuation by an operator. This allows the mobile work machine to be controlled or monitored in an advantageous manner, in particular by the operator or the driver.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Kontrolleinheit in Abhängigkeit eines Sensorsignals des Tragrahmen-Schwingungssensors und/oder des Oberwagen-Differenzwinkel-Sensors zur Beeinflussung eines Bediensignals des Bedienelementes, insb. zur Eliminierung und/oder Filterung des Sensorsignals vom Bediensignal ausgebildet. Hiermit kann in die Kontrolle bzw. Steuerung der Arbeitsmaschine und/oder deren Komponenten wie z.B. des Tragarmes etc. eingegriffen und diese in vorteilhafter Weise beeinflussen. So können die Schwingungen des Tragrahmens, die mit dem erfindungsgemäßen Tragrahmen-Schwingungssensor erfassbar sind, reduziert bzw. beseitigt werden. Gegebenenfalls werden die Schwingungen bzw. Sensorsignale vom Kontroll-/Bediensignal des Bedienelementes in vorteilhafter Weise zumindest teilweise eliminiert bzw. herausgefiltert, so dass möglichst das „eigentliche" Bediensignal bzw. der Wunsch des Fahrers dem Hydrauliksystem und somit dem Hydraulik-Aktuator möglichst unverfälscht zugeführt wird. Dies verbessert die Kontrolle/Steuerung der Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung und/oder reduziert bzw. beseitigt das nachteilige Aufschwingen des Tragrahmens in vorteilhafter Weise.In a special development of the invention, the control unit is designed to influence an operating signal of the operating element, in particular to eliminate and/or filter the sensor signal from the operating signal, depending on a sensor signal from the support frame vibration sensor and/or the upper carriage difference angle sensor. This makes it possible to intervene in the control or monitoring of the working machine and/or its components such as the support arm etc. and to influence them in an advantageous manner. In this way, the vibrations of the support frame, which can be detected with the support frame vibration sensor according to the invention, can be reduced or eliminated. If necessary, the vibrations or sensor signals from the control/operating signal of the operating element are advantageously at least partially eliminated or filtered out, so that the "actual" operating signal or the driver's request is fed to the hydraulic system and thus to the hydraulic actuator as unadulterated as possible. This improves the control/management of the work machine according to the invention and/or advantageously reduces or eliminates the disadvantageous swinging of the support frame.

Beispielsweise ist die Kontrolleinheit als Rückkopplungsunterdrückungseinheit zum Unterdrücken von Rückkopplungen der Schwingungen des Tragrahmens ausgebildet. Hiermit können die bislang auftretenden Rückkopplungen unterbunden oder zumindest reduziert werden, die bislang durch das Schwingen des Tragrahmens und damit des Fahrers bzw. der Kabine und den hierdurch induzierten Auswirkungen/Kräften auf die Hand und/oder den Fuß des Fahrers/Bedieners und dadurch auf das Bedienelement bzw. den Joystick etc. generiert wurden und störten.For example, the control unit is designed as a feedback suppression unit to suppress feedback from the vibrations of the support frame. This can prevent or at least reduce the feedback that previously occurred due to the vibration of the support frame and thus the driver or the cabin and the effects/forces induced by this on the hand and/or foot of the driver/operator and thus on the control element or the joystick, etc.

Vorteilhafterweise ist die Kontrolleinheit in Abhängigkeit eines Sensorsignals des Tragrahmen-Schwingungssensors und/oder des Oberwagen-Differenzwinkel-Sensors als elektrische und/oder elektronische und/oder hydraulische Dämpfungseinheit zum Dämpfen der Schwingungen des Tragrahmens ausgebildet. So können die Schwingungen des Tragrahmens, die mit dem erfindungsgemäßen Tragrahmen-Schwingungssensor erfassbar sind, gedämpft bzw. abgemildert werden.The control unit is advantageously designed as an electrical and/or electronic and/or hydraulic damping unit for damping the vibrations of the support frame depending on a sensor signal from the support frame vibration sensor and/or the upper carriage difference angle sensor. In this way, the vibrations of the support frame, which can be detected with the support frame vibration sensor according to the invention, can be dampened or mitigated.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Kontrolleinheit derart ausgebildet, dass die Frequenz und/oder die Amplitude/Auslenkung und/oder die Phasenlage der Schwingung des Tragrahmens veränderbar ist. So können z.B. unerwünschte Schwingungen des Tragrahmens und/oder der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung und/oder des Arbeitswerkzeugs oder anderer Komponenten der Arbeitsmaschine in vorteilhafter Weise abgeschwächt bzw. gedämpft oder zumindest für den Bediener/Fahrer bzw. die Arbeitsmaschine verbessert werden. So sind beispielsweise niedere Frequenzen und/oder deutlich kleinere Amplituden für den Fahrer oder die Maschine weniger nachteilig bzw. störend/schädlich. All dies verbessert den Betrieb bzw. die Kontrolle/Steuerung der Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung und/oder reduziert bzw. beseitigt nachteiliges Aufschwingen des Tragrahmens in vorteilhafter Weise.In an advantageous variant of the invention, the control unit is designed in such a way that the frequency and/or the amplitude/deflection and/or the phase position of the vibration of the support frame can be changed. For example, undesirable vibrations of the support frame and/or the tool holder and/or the support device and/or the work tool or other components of the work machine can be advantageously weakened or dampened or at least improved for the operator/driver or the work machine. For example, lower frequencies and/or significantly smaller amplitudes are less disadvantageous or disruptive/harmful for the driver or the machine. All of this improves the operation or control of the work machine according to the invention and/or advantageously reduces or eliminates disadvantageous swinging of the support frame.

Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen der Schwingungen des Tragrahmens vorgesehen. Diese Dämpfungsvorrichtung dämpft wirkungsvoll die Schwingungen des Tragrahmens. Gegebenenfalls weist die Dämpfungsvorrichtung in vorteilhafter Weise wenigstens ein Dämpfungselement auf, womit die Schwingungen des Tragrahmens gedämpft bzw. reduziert werden können. Beispielsweise umfasst die Dämpfungsvorrichtung wenigstens die elektrische und/oder elektronische und/oder hydraulische Dämpfungseinheit. Hiermit kann in vorteilhafter Weise eine aktive Dämpfung bzw. Kontrolle/Steuerung der Schwingungen des Tragrahmens mittels der Kontrolleinheit und/oder Dämpfungseinheit verwirklicht werden.Advantageously, at least one damping device is provided for damping the vibrations of the support frame. This damping device effectively dampens the vibrations of the support frame. If necessary, the damping device advantageously has at least one damping element, with which the vibrations of the support frame can be dampened or reduced. For example, the damping device comprises at least the electrical and/or electronic and/or hydraulic damping unit. This advantageously enables active damping or control/regulation. The vibrations of the supporting frame can be controlled by means of the control unit and/or damping unit.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst die Dämpfungsvorrichtung wenigstens die Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung und/oder des Arbeitswerkzeugs und/oder ein Heckgewicht und/oder ein auswechselbares Tragrahmen-Dämpfungsgewicht des Tragrahmens. So können diese Komponenten als Dämpfungselement ausgebildet werden. Zum Beispiel wird die Lage bzw. Position und/oder die Ausrichtung/Anordnung der Werkzeughaltevorrichtung und/oder der Tragvorrichtung und/oder des Arbeitswerkzeugs und/oder des Heckgewichts und/oder des auswechselbares Tragrahmen-Dämpfungsgewichts des Tragrahmens verändert bzw. verstellt. Dies kann in vorteilhafter Weise längs eines Verstellweges und/oder um eine Drehachse und/oder mehrfach und/oder periodisch vorgesehen/durchgeführt werden, um in vorteilhafter Weise die Schwingungen des Tragrahmens wenigstens teilweise zu dämpfen bzw. zu reduzieren.In an advantageous variant of the invention, the damping device comprises at least the tool holding device and/or the support device and/or the work tool and/or a rear weight and/or a replaceable support frame damping weight of the support frame. These components can thus be designed as a damping element. For example, the location or position and/or the orientation/arrangement of the tool holding device and/or the support device and/or the work tool and/or the rear weight and/or the replaceable support frame damping weight of the support frame is changed or adjusted. This can advantageously be provided/carried out along an adjustment path and/or around an axis of rotation and/or multiple times and/or periodically in order to advantageously at least partially dampen or reduce the vibrations of the support frame.

Alternativ oder in Kombination zu der/den vorgenannten Varianten kann die Dämpfungsvorrichtung wenigstens die Antriebseinheit und/oder das Antriebselement und/oder eine Arbeitsmaschinen-Stütze, insb. ein Raum-/Planierschild und/oder sog. Pratzen oder dergleichen, und/oder ein auswechselbares Unterwagen-Dämpfungsgewicht des Unterwagens umfassen. So können diese vorteilhaften Komponenten des Unterwagens zur Dämpfung bzw. Reduzierung der Schwingungen des Tragrahmens herangezogen bzw. verwendet werden. Zum Beispiel kann die Arbeitsmaschine vor und zurück fahren, z.T. mehrfach bzw. periodisch, um die Schwingungen des Tragrahmens zu dämpfen.Alternatively or in combination with the above-mentioned variant(s), the damping device can comprise at least the drive unit and/or the drive element and/or a work machine support, in particular a dozer blade and/or so-called claws or the like, and/or a replaceable undercarriage damping weight of the undercarriage. These advantageous components of the undercarriage can thus be used to dampen or reduce the vibrations of the support frame. For example, the work machine can move back and forth, sometimes several times or periodically, in order to dampen the vibrations of the support frame.

Grundsätzlich ist das auswechselbare Tragrahmen-Dämpfungsgewicht und/oder das auswechselbare Fahrwerk-Dämpfungsgewicht von großem Vorteil, gerade bei Arbeiten, von denen bekannt ist bzw. bei denen zu erwarten ist, dass der Tragrahmen in Schwingung versetzt wird. So kann eine Betriebsphase mit auswechselbarem Tragrahmen- und/oder Fahrwerk-Dämpfungsgewicht vorgesehen werden, die lediglich temporär bzw. von begrenzter Dauer ist. Für den Normalbetrieb ist/sind diese auswechselbaren Dämpfungsgewichte nicht zu verwenden. Zum Beispiel ist bekannt, dass diverse Radbagger bei immer wiederkehrenden Arbeiten zur Räumung eines Wasser-/Straßengrabens oder dergleichen bislang in Schwingung gerät. Hierfür kann das auswechselbare Tragrahmen-/Fahrwerk-Dämpfungsgewicht an der Arbeitsmaschine befestigt/fixiert werden und nach durchgeführter Arbeit dies wieder entfernt werden, ggf. ist/sind das/die Tragrahmen-/Fahrwerk-Dämpfungsgewichte werkzeuglos lösbar anordenbar bzw. fixierbar und wieder entfernbar.In principle, the replaceable support frame damping weight and/or the replaceable chassis damping weight are of great advantage, especially for work where it is known or expected that the support frame will vibrate. In this way, an operating phase with replaceable support frame and/or chassis damping weight can be planned which is only temporary or of limited duration. These replaceable damping weights cannot be used for normal operation. For example, it is known that various wheel excavators have previously started to vibrate during recurring work to clear a water/road ditch or similar. For this purpose, the replaceable support frame/chassis damping weight can be attached/fixed to the work machine and removed again after the work has been carried out. If necessary, the support frame/chassis damping weight(s) can be arranged or fixed and removed again without tools.

Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Heckgewicht-Verstelleinheit zum Verstellen des Heckgewichtes vorgesehen. Hiermit kann das Heckgewicht z.B. hydraulisch und/oder elektrisch verstellt bzw. bewegt werden, wodurch sich in vorteilhafter Weise ggf. die Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz des Tragrahmens bzw. der Arbeitsmaschine verändert. Hiermit kann eine Dämpfung bzw. Beendigung der Schwingungen des Tragrahmens erreicht werden.Advantageously, at least one rear weight adjustment unit is provided for adjusting the rear weight. This allows the rear weight to be adjusted or moved hydraulically and/or electrically, for example, which advantageously changes the natural frequency or resonance frequency of the support frame or the working machine. This can dampen or stop the vibrations of the support frame.

Beispielsweise ist die Heckgewicht-Verstelleinheit als Abstandsverstelleinheit zum Verstellen, insb. Vergrößern und/oder Verkleinern, eines Abstandes des Heckgewichtes in Bezug auf die Werkzeughaltevorrichtung und/oder Tragvorrichtung und/oder das Arbeitswerkzeug ausgebildet. Auch hiermit kann eine vorteilhafte Beeinflussung der Schwingungen des Tragrahmens verwirklicht werden, insb. eine Reduktion/Dämpfung der Schwingungen des Tragrahmens.For example, the rear weight adjustment unit is designed as a distance adjustment unit for adjusting, in particular increasing and/or decreasing, a distance of the rear weight in relation to the tool holding device and/or support device and/or the work tool. This can also be used to advantageously influence the vibrations of the support frame, in particular to reduce/damp the vibrations of the support frame.

Grundsätzlich kann ein vorteilhaftes Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte/-bestandteile aufweisen, nämlich dass die Schwingungen des Tragrahmens bestimmt werden und dass eine Rückkopplung von Schwingungen des Tragrahmens auf ein Bedienelement, insb. über den Körper einer Bedienperson, erkannt werden und/oder dass eine Unterdrückung oder Dämpfung der Rückkopplung auf das Bedienelement von einer Kontrolleinheit veranlasst wird, um ein Aufschwingen zu verhindern, und/oder dass wenigsten teilweise eine Unterdrückung oder Begrenzung oder Dämpfung oder Filterung von Ansteuersignalen eines Bedienelementes von der Kontrolleinheit veranlasst wird und/oder dass eine aktive/passive Dämpfung der Schwingungen des Tragrahmens mittels wenigstens eines Dämpfungselementes verwendet wird und/oder dass wenigstens eine Verstellung oder Schwingung des Dämpfungselementes von der Kontrolleinheit veranlasst wird.In principle, an advantageous method can have the following method steps/components, namely that the vibrations of the support frame are determined and that feedback of vibrations of the support frame to an operating element, in particular via the body of an operator, is detected and/or that a suppression or damping of the feedback to the operating element is initiated by a control unit in order to prevent oscillation, and/or that at least partial suppression or limitation or damping or filtering of control signals of an operating element is initiated by the control unit and/or that active/passive damping of the vibrations of the support frame is used by means of at least one damping element and/or that at least one adjustment or vibration of the damping element is initiated by the control unit.

Generell kann die Beeinflussung bzw. Reduktion/Dämpfung der Schwingungen des Tragrahmens z.B. in mehrere Teilaspekte gliedert werden, die gemeinsam, aber auch einzeln von Vorteil sein können. So umfasst sich in vorteilhafter Weise ein Teilaspekt z.B. mit einer Identifikation und der Unterdrückung von Ansteuer-/ Signalen des Bedienelementes, die die Maschine besonders schwingungsanfällig machen können. Ein zweiter Teilaspekt könnte eine aktive Dämpfung der Tragrahmenschwingungen u.a. mit gezielten und geeigneten Aktor-Eingriffen in die Maschinendynamik darstellen. Als dritter Teilaspekte ist z.B. eine Erkennung ungewollter Rückkopplungen von Schwingungen auf das/die Bedienelemente über den Körper des Bedienpersonals wie v.a. über die Arme oder Beine und/oder eine Unterdrückung oder Beseitigung/Filterung dieser Anteile bei der Maschinenbedienung, um ein Aufschwingen zu verhindern. Dadurch können unerwünschte Anteile bzw. Schwingungen des Tragrahmens abgeschwächt oder unterdrückt werden.In general, the influence or reduction/damping of the vibrations of the support frame can be divided into several sub-aspects, which can be advantageous together or individually. For example, one sub-aspect advantageously includes the identification and suppression of control signals/signals from the operating element that can make the machine particularly susceptible to vibrations. A second sub-aspect could be an active damping of the support frame vibrations, including with targeted and suitable actuator interventions in the machine dynamics. A third sub-aspect is, for example, the detection of unwanted feedback of vibrations to the operating element(s) via the body of the operating personnel, such as via the arms or legs, and/or the suppression or elimination/filtering of these components when operating the machine in order to to prevent oscillation. This allows undesirable components or vibrations of the supporting frame to be weakened or suppressed.

Zum Beispiel beim ersten Teilaspekt kann in vorteilhafter Weise eine Erfassung bzw. Vermessung der Maschinendynamik bzw. des Einflusses der verschiedenen, insb. hydraulischen Aktoren/Aktuatoren auf die Schwingungen und Bewegungen der Maschine vorgesehen werden. Auch kann das Verhalten in verschiedenen Arbeitspositionen erfasst und analysiert werden. Die hierbei gewonnen Daten bzw. Signale können anschließend bzw. sodann mit verschiedenen Verfahren in vorteilhafter Weise verarbeitet werden, um z.B. eine passende bzw. vorteilhafte Vorfilterung, z.B. sog. Input Shaping, Frequency Shaping, Tiefpass-, Hochpass-Filter, PWM oder dergleichen, der Ansteuer- bzw. Bedienungselementsignale zu erhalten/generieren. Möglichst werden hierbei die/alle Ansteuer-/Signale in vorteilhafter Weise vor-/gefiltert bzw. verändert, um z.B. Frequenz- oder Signalanteile, die zu problematischen Schwingungen führen könnten, zu unterdrücken bzw. herauszufiltern.For example, in the first sub-aspect, it is advantageous to record or measure the machine dynamics or the influence of the various, particularly hydraulic, actuators on the vibrations and movements of the machine. The behavior in different working positions can also be recorded and analyzed. The data or signals obtained in this way can then be advantageously processed using various methods, for example to obtain/generate a suitable or advantageous pre-filtering, e.g. so-called input shaping, frequency shaping, low-pass, high-pass filter, PWM or the like, of the control or operating element signals. If possible, the/all control/signals are advantageously pre-filtered or changed in order to suppress or filter out frequency or signal components that could lead to problematic vibrations.

Beim o.g. zweiten Teilaspekt der aktiven Dämpfung der Tragrahmenschwingungen können in vorteilhafter Weise mehrere Ansätze einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Allen nachfolgenden gemein ist hierbei die Messung bzw. Erfassung der auftretenden Schwingungen und/oder die Isolation der ungewollten/unerwünschten bzw. nachteiligen Anteile. Zur Dämpfung der Schwingungen bzw. Signale wird in vorteilhafter Weise aktiv mit Aktoren/Aktuatoren eingegriffen. Je nach Ausführung kann das eine einzelne oder eine Kombination folgender Möglichkeiten sein:

a.) Eingriff z.B. mittels sog. Hauptaktoren der Maschine, z.B. Armzylinder eines Baggers. Dabei kann das Ansteuerungssignal der Aktoren, z.B. Linear-, Dreh- und/oder Schwenkantriebe, mit einem Dämpfungsanteil kombiniert werden, der die auftretenden Schwingungen kompensiert. Das System kommt möglichst ohne zusätzliche Aktoren aus und lässt sich einfach integrieren.
b.) Eingriff beispielswiese mittels der Maschinenabstützung, z.B. Planierschild bzw. Pratzen bei einem Bagger. Bei auftretenden Maschinenschwingungen werden gezielt die Maschinenabstützungen angesteuert, um die Schwingungen aktiv zu dämpfen.
c.) Eingriff beispielswiese mittels zusätzlichem Ballastgewicht an einer Maschinenabstützung, z.B. Zusatzballastgewicht am Planierschild. Zur Dämpfung können hiermit in vorteilhafter Weise Gegenschwingungen durch gezieltes bewegen des Zusatzgewichtes induziert werden, die der störenden Schwingung entgegen wirken.
d.) Eingriff z.B. mittels verstellbarem bzw. aktuierbarem Heckgewicht. Hierbei kann ein Heckgewicht verwendet bzw. eingesetzt werden, das möglichst mittels zusätzlicher Aktuatoren in seiner Position verändert werden kann. So können ähnlich zum Eingriff c) entspr. vorteilhafte Gegenschwingungen induziert werden, die in vorteilhafter Weise die Gesamtschwingung der Maschine dämpfen.
e.) Ein Eingriff mit Hilfe von Kompensationsbewegungen, die über das Fahrwerk bzw. das/die Antriebselemente, wie z.B. die Laufräder etc., induziert werden, um insgesamt einen ruhigeren Maschinenstand zu erzielen. Hierzu kann der Fahrantrieb bzw. die Antriebseinheit gezielt angesteuert werden, um z.B. kleine Ausgleichsbewegungen zu fahren, beispielsweise um nur wenige Zentimeter automatisiert hin und her zu fahren.

In the second aspect of active damping of the support frame vibrations mentioned above, several approaches can advantageously be used individually or in combination with one another. What all of the following have in common is the measurement or recording of the vibrations that occur and/or the isolation of the unwanted/undesirable or disadvantageous components. To dampen the vibrations or signals, it is advantageous to actively intervene with actuators. Depending on the design, this can be a single or a combination of the following options:

a.) Intervention, e.g. using so-called main actuators of the machine, e.g. arm cylinders of an excavator. The control signal of the actuators, e.g. linear, rotary and/or swivel drives, can be combined with a damping component that compensates for the vibrations that occur. The system works as well without additional actuators as possible and is easy to integrate.
b.) Intervention, for example, using the machine support, e.g. dozer blade or outriggers on an excavator. When machine vibrations occur, the machine supports are specifically controlled in order to actively dampen the vibrations.
c.) Intervention, for example, by means of additional ballast weight on a machine support, e.g. additional ballast weight on the dozer blade. For damping purposes, counter-vibrations can be advantageously induced by moving the additional weight in a targeted manner, which counteracts the disturbing vibration.
d.) Intervention, e.g. by means of an adjustable or actuatable rear weight. A rear weight can be used or installed, the position of which can be changed using additional actuators. In this way, similar to intervention c), advantageous counter-vibrations can be induced, which advantageously dampen the overall vibration of the machine.
e.) An intervention using compensating movements that are induced via the chassis or the drive element(s), such as the wheels, etc., in order to achieve a quieter machine overall. For this purpose, the drive or the drive unit can be specifically controlled in order to make small compensating movements, for example to move back and forth automatically by just a few centimeters.

Der o.g. dritte Teilaspekt der Rückkopplungsunterdrückung versucht möglichst die Ansteuer-/Signale in vorteilhafte, gewollte Anteile und nicht-gewollte, durch Schwingungen angeregte Anteile zu klassifizieren. Es werden nach erfolgter Unterteilung möglichst nur die sinnvollen bzw. vorteilhaften Anteile an die Maschinensteuerung und/oder die Aktuatoren, Ventile etc. weiter geleitet. Die Erkennung erfolgt beispielsweise durch einen Vergleich von gemessenen bzw. erfassten Tragrahmenschwingungen und der Ansteuer-/Signale des entspr. Bedienelementes. Aufgrund der zeitlichen Abfolge, ggf. zuerst Schwingung dann Steuersignaländerung oder umgekehrt, und der Kenntnis der Kopplungen bzw. Auswirkungen der Schwingungen auf den Körper bzw. die Gliedmaßen des Bedienpersonals, kann in vorteilhafter Weise ein Aufschwingen über das Bedienpersonal verhindert bzw. vermindert werden.The third aspect of feedback suppression mentioned above attempts to classify the control signals into beneficial, desired parts and undesirable parts caused by vibrations. After the division has been made, only the sensible or beneficial parts are passed on to the machine control and/or the actuators, valves, etc. Detection is carried out, for example, by comparing measured or recorded support frame vibrations and the control signals of the corresponding control element. Due to the temporal sequence, possibly first vibration then control signal change or vice versa, and knowledge of the couplings or effects of the vibrations on the body or limbs of the operating personnel, oscillations can be prevented or reduced in an advantageous manner.

Grundsätzlich ist zur Umsetzung der Schwingungsvermeidung- bzw. -minderung für die zuvor beschriebenen Ansätze bzw. Teilaspekte möglichst eine spezielle Steuerungs-/Kontrolleinheit zur Umsetzung vorzusehen.In principle, in order to implement the vibration prevention or reduction for the approaches or partial aspects described above, a special control/monitoring unit should be provided if possible.

Generell können mehrere Vorteile für das Bedienpersonal verwirklicht werden. Zum einen kann die Maschinenbedienung stark vereinfacht werden und diese ist dadurch auch für ungeübtes Bedienpersonal schneller erlernbar. Dies führt sowohl bei erfahrenen als auch bei ungeübten Personen zu weniger kognitiven als auch körperlichen Belastungen. Dies ermöglicht zudem ein effizienteres Arbeiten und bessere Arbeitsergebnisse. Auch die Langzeitbelastung für die Fahrer wird durch die Reduktion der Schwingungen verringert. Ein weiterer Vorteil ist die Erhöhung der erzielten Genauigkeit beim Arbeiten mit der Maschine gemäß der Erfindung. Durch verringerte Schwingungen wird auch das Arbeitswerkzeug ruhiger geführt und geschont.In general, several advantages can be achieved for the operating personnel. Firstly, machine operation can be made much easier and can therefore be learned more quickly even by inexperienced operators. This leads to less cognitive and physical strain for both experienced and inexperienced people. This also enables more efficient work and better work results. The long-term strain on the drivers is also reduced by reducing vibrations. Another advantage is the increase in the accuracy achieved when working with the machine according to the invention. Reduced vibrations also mean that the work tool can be guided more smoothly and protected.

Die besonderen Vorteile der Erfindung ergeben sich im Wesentlichen aus der Erfassung von nachteiligen Maschinenschwingungen und verbessern sich noch zusätzlich bei Kombination mit einer aktiven Unterdrückung dieser ungewollten Schwingungen.The particular advantages of the invention essentially result from the detection of adverse machine vibrations and are further improved when combined with an active suppression of these unwanted vibrations.

AusführungsbeispielExample

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below with reference to the figures.

Im Einzelnen zeigt:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung einer mobilen Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht einer ersten, mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Raupen-Bagger, gemäß der Erfindung,
3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten, mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Raupen-Bagger, gemäß der Erfindung,
4 eine schematische Seitenansicht einer dritten, mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Rad-Bagger, gemäß der Erfindung,
5 eine schematische Seitenansicht einer vierten, mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Rad-Bagger, gemäß der Erfindung und
6 eine schematische Seitenansicht einer fünften, mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere Raupen-Bagger, gemäß der Erfindung.

In detail:

1 a schematic block diagram of a control of a mobile work machine according to the invention,
2 a schematic side view of a first mobile working machine, in particular a crawler excavator, according to the invention,
3 a schematic side view of a second mobile working machine, in particular a crawler excavator, according to the invention,
4 a schematic side view of a third mobile working machine, in particular a wheel excavator, according to the invention,
5 a schematic side view of a fourth mobile working machine, in particular a wheel excavator, according to the invention and
6 a schematic side view of a fifth mobile working machine, in particular a crawler excavator, according to the invention.

In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung einer mobilen Arbeitsmaschine 7 abgebildet, wobei ein Bedienelement 1 bzw. Joystick 1 zur manuellen Betätigung eines hydraulischen Aktors 2 wie z.B. eines Arbeitszylinders 10 bis 13 z.B. eines Greif- bzw. Hubarmes 3 oder Planierschildes 4 oder eines Heckgewichtes 5 oder eines Pratzen 6 eines Baggers 7 gemäß 2 bis 6.In 1 is a schematic block diagram of a control of a mobile working machine 7, wherein an operating element 1 or joystick 1 for the manual actuation of a hydraulic actuator 2 such as a working cylinder 10 to 13, e.g. a gripping or lifting arm 3 or a dozer blade 4 or a rear weight 5 or a claw 6 of an excavator 7 according to 2 to 6 .

Das Bedienelement 1 bzw. der Joystick 1 generiert in vorteilhafter Weise ein Steuersignal für eine Kontrolleinheit 8 bzw. ein Steuergerät 8 bzw. sog. ECU 8, die/das zudem ein Sensorsignal eines Tragrahmen-/Oberwagen-Schwingungssensors 15 erhält. Das Steuergerät 8 bzw. sog. ECU 8 kann diverse Verarbeitungsschritte durchführen. Hierbei kann zum Beispiel eine Filterung bzw. Vorfilterung des/der Sensorsignale vorgenommen werden. Als Vorfilterung kann z.B. ein sog. Input Shaping und/oder Frequency Shaping, u.a. vorgesehen werden. Die Signale werden in vorteilhafter Weise z.B. so vorgefiltert, um möglichst Frequenz- oder Signalanteile, die zu problematischen Schwingungen führen können, zu unterdrücken. Beispielhaft ist in 1 zudem ein hydraulisches Steuerventil 16 dargestellt, das ein bearbeitetes Steuersignal erhält, um den Zylinder 2 zu steuern.The control element 1 or the joystick 1 advantageously generates a control signal for a control unit 8 or a control device 8 or so-called ECU 8, which also receives a sensor signal from a support frame/superstructure vibration sensor 15. The control device 8 or so-called ECU 8 can carry out various processing steps. For example, a filtering or pre-filtering of the sensor signal(s) can be carried out. Pre-filtering can be provided, for example, by so-called input shaping and/or frequency shaping, among other things. The signals are advantageously pre-filtered, for example, in order to suppress as far as possible frequency or signal components that can lead to problematic vibrations. An example is shown in 1 Also shown is a hydraulic control valve 16 which receives a processed control signal to control the cylinder 2.

Gegebenenfalls ist ein weiterer elektrischer und/oder elektronischer Arbeits-/Programmschritt wie z.B. eine separate, zweite Kontrolleinheit 9 und/oder ein hydraulisch-elektrisches Steuergerät vorhanden. Gegebenenfalls kann hierbei eine sog. Pulsweidenmodulation oder dergleichen verwirklicht werden.If necessary, a further electrical and/or electronic work/program step is present, such as a separate, second control unit 9 and/or a hydraulic-electric control device. If necessary, a so-called pulse width modulation or the like can be implemented here.

Für eine aktive Dämpfung der Tragrahmen-/Oberwagenschwingungen können mehrere Ansätze verwendet werden (vgl. 2 bis 6). Allen gemein ist die Messung und Erfassung der auftretenden Schwingungen mit Hilfe des Sensors 15 und die Dämpfung bzw. Reduzierung der Schwingungen, z.B. wird hierzu ggf. eine Isolation der ungewollten Anteile vorgenommen. Zur Dämpfung dieser ungewollten Anteile/Signale wird z.B. aktiv mit Aktoren eingegriffen. Je nach Ausführung kann das eine Einzelne oder eine Kombination nachfolgenden Beispiele sein.Several approaches can be used for active damping of the supporting frame/superstructure vibrations (see 2 to 6 ). What they all have in common is the measurement and recording of the vibrations that occur using the sensor 15 and the damping or reduction of the vibrations, e.g. by isolating the unwanted components if necessary. To dampen these unwanted components/signals, active intervention is carried out using actuators, for example. Depending on the design, this can be a single example or a combination of the following examples.

In 2 ist eine mobile Arbeitsmaschine 7 bzw. ein Bagger 7 schematisch dargestellt. Der Bagger 7 umfasst ein Fahrwerk 21 bzw. einen Unterwagen 21 mit einem Fahrantrieb bzw. einem Raupenantrieb. Oberhalb des Unterwagens 21 ist ein Tragrahmen 22 bzw. Oberwagen 22 drehbar angeordnet, der einen nicht näher dargestellten elektrischen und/oder hydraulischen und/oder verbrennungstechnischen Antriebsmotor, eine Fahrerkabine 19 etc. und im Wesentlichen die eigentliche Arbeitsfunktion umfasst, nämlich den Hubarm 3 mit einem Arbeitswerkzeug 18.In 2 a mobile work machine 7 or an excavator 7 is shown schematically. The excavator 7 comprises a chassis 21 or an undercarriage 21 with a travel drive or a crawler drive. Above the undercarriage 21, a support frame 22 or upper carriage 22 is arranged rotatably, which comprises an electric and/or hydraulic and/or combustion drive motor (not shown in detail), a driver's cabin 19, etc. and essentially the actual working function, namely the lifting arm 3 with a working tool 18.

Hier erfolgt der Eingriff mittels der sog. Hauptaktoren der Maschine, z.B. Armzylinder 10 bis 13 des Baggers 7. Hierbei wird das Ansteuerungssignal der Aktoren bzw. Zylinder 10 bis 13 und/oder z.B. Linear-, Dreh- und/oder Schwenkantriebe, z.B. mit einem Dämpfungsanteil kombiniert, der die auftretenden Schwingungen kompensiert. Die ungewollten Schwingungen werden z.B. durch einfaches/einmaliges Verstellen eines oder mehrerer der Zylinder 10 bis 13 oder durch z.B. Gegenschwingungen durch gezieltes Bewegen des Greif-/Hubarmes 3 bzw. der Zylinder 10 bis 13 reduziert/gedämpft bzw. eliminiert. Die ECU steuert hierbei entspr. eines oder mehrere Hydraulikventile 16, 17 oder dergleichen.Here, the intervention takes place by means of the so-called main actuators of the machine, e.g. arm cylinders 10 to 13 of the excavator 7. The control signal of the actuators or cylinders 10 to 13 and/or e.g. linear, rotary and/or swivel drives is combined with a damping component, which compensates for the vibrations that occur. The unwanted vibrations are reduced/damped or eliminated, e.g. by simply/once adjusting one or more of the cylinders 10 to 13 or by, e.g. counter-vibrations by specifically moving the gripping/lifting arm 3 or the cylinders 10 to 13. The ECU controls one or more hydraulic valves 16, 17 or the like accordingly.

Das System gemäß 2 kommt ohne zusätzliche Aktoren aus und lässt sich ohne großen Aufwand in bisherige Arbeitsmaschinen wie Bagger 7 etc. integrieren.The system according to 2 does not require any additional actuators and can be easily integrated into existing work machines such as Bagger 7 etc.

Beispielsweise gemäß 3 erfolgt ein anderer bzw. zweiter Eingriff mittels einer Maschinenabstützung, z.B. Planierschild 4 und/oder eines sog. Pratzen 6. Bei auftretenden Maschinenschwingungen werden gezielt die Maschinenabstützungen 4, 6 angesteuert, um die Schwingungen aktiv zu dämpfen.For example, according to 3 another or second intervention is carried out using a machine machine support, e.g. dozer blade 4 and/or a so-called outrigger 6. If machine vibrations occur, the machine supports 4, 6 are specifically controlled in order to actively dampen the vibrations.

Ein weiterer, dritter Eingriff kann mittels zusätzlichem Ballastgewicht 20 an einer Maschinenabstützung 4, z.B. Zusatzballastgewicht 20 am Planierschild 4 (vgl. 4) und/oder am Heck des Oberwagens 22 mittels Zusatzgewicht 5 realisiert werden (vgl. 6). Bereits das Vorhandensein des/der Zusatzgewichte 5, 20 kann zur Dämpfung führen. Allerdings werden hierbei möglichst z.B. Gegenschwingungen durch gezieltes Bewegen des Zusatzgewichtes 5, 20 induziert, die der störenden, mittels des Sensors 15 ermittelter und ggf. vom Steuergerät 8 gefilterter Schwingung entgegen wirkt.A further, third intervention can be carried out by means of additional ballast weight 20 on a machine support 4, e.g. additional ballast weight 20 on the dozer blade 4 (cf. 4 ) and/or at the rear of the superstructure 22 by means of additional weight 5 (cf. 6 ). The presence of the additional weight(s) 5, 20 can already lead to damping. However, counter-vibrations are induced as far as possible by deliberately moving the additional weight 5, 20, which counteracts the disturbing vibration determined by the sensor 15 and possibly filtered by the control unit 8.

Der Eingriff gemäß 5 wird z.B. über Kompensationsbewegungen realisiert, die über das Fahrwerk induziert werden, um einen ruhigeren Maschinenstand zu erzielen. The intervention according to 5 is realized, for example, via compensating movements that are induced via the chassis in order to achieve a quieter machine stand.

Hierzu wird ein Fahrantrieb 18 gezielt angesteuert, um kleine Ausgleichsbewegungen zu fahren, z.B. wenige Zentimeter vor und wieder zurück, ggf. periodisch.For this purpose, a travel drive 18 is specifically controlled in order to make small compensating movements, e.g. a few centimeters forwards and backwards, if necessary periodically.

Ein weiterer, vorteilhafter Eingriff kann gemäß 6 z.B. mittels aktuierbarem bzw. verstellbarem Heckgewicht 5 realisiert werden. Hierbei wird das Heckgewicht 5 derart eingesetzt, dass mittels zusätzlicher, nicht näher dargestellter Aktuatoren bzw. Hydraulikzylinder oder dergleichen das Heckgewicht 5 in seiner Position, insb. in Bezug auf die Schwingungsquelle, d.h. den Hubarm 3 bzw. das Werkzeug 18, verändert werden kann. Hiermit können ähnlich zu den Varianten gemäß 2 oder 4 Gegenschwingungen induziert werden, die die Gesamtschwingung der Maschine dämpfen.Another beneficial intervention can be 6 eg by means of an actuatable or adjustable rear weight 5. The rear weight 5 is used in such a way that the position of the rear weight 5, in particular in relation to the source of vibration, ie the lifting arm 3 or the tool 18, can be changed by means of additional actuators or hydraulic cylinders or the like (not shown in detail). This can be used in a similar way to the variants according to 2 or 4 Counter vibrations are induced, which dampen the overall vibration of the machine.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1752586 B1 [0006]

Claims

Mobile work machine (7), in particular wheel loader, telescopic loader, excavator, dumper or the like, with a chassis (21) and a support frame (22), wherein the support frame (22) is arranged on the chassis (21), wherein at least one drive unit is provided for driving at least one drive element of the chassis (21), e.g. a drive wheel and/or crawler chassis, wherein the support frame (22) comprises at least one tool holding device (3) for holding a work tool (18), e.g. grab/shovel, fork, vibration element, milling machine, dozer blade or the like, wherein the support frame (22) in particular comprises a driver's cabin (19) and/or a driver's seat for an operator, wherein the tool holding device (3) comprises at least one support device (3) pivotable about a pivot axis, e.g. lifting arm and/or telescopic boom, wherein a hydraulic unit comprising at least one hydraulic fluid, in particular hydraulic oil, and a hydraulic line for actuating and/or pressurizing the tool holding device (3) and/or the support device (3) and/or the working tool (18) and/or the drive element is provided, characterized in that at least one support frame vibration sensor (15) is provided for detecting vibrations of the support frame (22).

Working machine after Claim 1 , characterized in that the support frame vibration sensor (15) is designed as an acceleration sensor for detecting an acceleration.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the support frame vibration sensor (15) is designed as a gyro sensor for detecting a rotational movement and/or as a rotation rate sensor for detecting a rotational speed.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the support frame vibration sensor (15) is designed as an inertial measuring unit, in particular a so-called IMU, with several support frame vibration sensors and/or inertial sensors.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the support frame vibration sensor (15) is designed as a pressure sensor for detecting a hydraulic pressure of the hydraulic unit and/or as an actuator position sensor for detecting a hydraulic actuator of the hydraulic unit.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the support frame vibration sensor (15) comprises at least one receiver and/or transmitter for receiving and/or transmitting electromagnetic waves and/or electromagnetic radiation, in particular optical, radar, ultrasound, infrared, laser waves/radiation or camera, and/or that the support frame vibration sensor is designed as a position sensor, in particular a GPS sensor, for detecting a position/location and/or angle and/or height of the support frame.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the chassis (21) is designed as an undercarriage (21) and the support frame (22) as an upper carriage (22), wherein an upper carriage adjustment unit is provided for adjusting, in particular rotating, the upper carriage (22) in relation to the undercarriage (21) and wherein the support frame vibration sensor (15) is designed as an upper carriage vibration sensor (15).

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that an upper carriage difference angle sensor is provided for detecting a difference angle of the upper carriage (22) with respect to the undercarriage (21).

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical and/or electronic and/or hydraulic control unit (8) is provided for electrical and/or electronic and/or hydraulic control of the tool holding device (3) and/or the support device (3) and/or the work tool (18) and/or the drive element and/or that at least one operating element (1) is provided for manual operation/actuation by an operator.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (8) is designed to influence an operating signal of the operating element (1), in particular to eliminate and/or filter the sensor signal from the operating signal, depending on a sensor signal from the support frame vibration sensor (15) and/or the upper carriage difference angle sensor, wherein in particular the control unit (8) is designed as a feedback suppression unit for suppressing feedback of the vibrations of the support frame (22) and/or upper carriage (22).

Working machine according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (8) in dependence on a sensor signal of the support frame vibration sensor (15) and/or the superstructure difference angle sensor is designed as an electrical and/or electronic and/or hydraulic damping unit for damping the vibrations of the support frame (22) and/or superstructure (22).

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one damping device (3, 4, 5, 6, 20) is provided for damping the vibrations of the support frame (22) and/or upper carriage (22).

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the damping device comprises at least the electrical and/or electronic and/or hydraulic damping unit.

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the damping device comprises at least the tool holding device (3) and/or the support device (3) and/or the work tool (18) and/or a rear weight (5) and/or a replaceable support frame/upper carriage damping weight (5) of the support frame (22) and/or upper carriage (22).

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the damping device comprises at least the drive unit and/or the drive element and/or a work machine support (4, 5), in particular a clearing/dozer blade, so-called claws or the like, and/or a replaceable chassis/undercarriage damping weight (20) of the chassis (21) and/or undercarriage (21),

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one rear weight adjusting unit is provided for adjusting a rear weight (5).

Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rear weight adjustment unit is designed as a distance adjustment unit for adjusting, in particular increasing and/or reducing, a distance of the rear weight (5) in relation to the tool holding device (3) and/or carrying device (3) and/or the work tool (18).

Method for operating a mobile work machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one support frame vibration sensor (15) is used to detect vibrations of the support frame (22).

Method according to the aforementioned claim, characterized in that the vibrations of the support frame (22) and/or upper carriage (22) are determined and that feedback of vibrations of the support frame (22) and/or upper carriage (22) to an operating element (1), in particular via the body of an operator, is detected and/or that a suppression or damping of the feedback to the operating element (1) is initiated by a control unit (8) in order to prevent oscillation, and/or that at least partial suppression or limitation or damping or filtering of control signals of an operating element (1) is initiated by the control unit (8) and/or that an active/passive damping of the vibrations of the support frame (22) and/or upper carriage (22) is used by means of at least one damping element (3, 4, 5, 6, 20) and/or that at least one adjustment or vibration of the damping element (3, 4, 5, 6, 20) initiated by the control unit (8).