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Dokumentenidentifikation DE4405000A1 24.08.1995
Titel Gewichtsmeßverfahren
Anmelder Wölfle GmbH, 88416 Ochsenhausen, DE
Erfinder Multer, Helmut, 88410 Bad Wurzach, DE;
Jost, Peter, 88416 Erlenmoos, DE
Vertreter Eisele, Dr. Otten & Dr. Roth, 88214 Ravensburg
DE-Anmeldedatum 17.02.1994
DE-Aktenzeichen 4405000
Offenlegungstag 24.08.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.1995
IPC-Hauptklasse G01G 5/04
IPC-Nebenklasse G01G 19/10   
Zusammenfassung Zur Bestimmung des Gewichts einer hydraulisch angehobenen Last (28) kann der in der Hydraulikflüssigkeit wirkende Druck gemessen werden. Zur Messung wird üblicherweise der Hydraulikzylinder (20) stillgesetzt und das Abklingen der auf das Stillsetzen einsetzenden Schwingung der Last (28) abgewartet. Aufgabe der Erfindung ist es, die Meßdauer eines derartigen Meßverfahrens zu verkürzen. Dies erfolgt dadurch, daß der Druckverlauf auf der Kolben- und auf der Stangenseite während einer oder mehrerer Schwingungsperioden abgetastet, daraus der jeweilige Mittelwert des Drucks ermittelt und aus der Differenz der beiden Mittelwerte unter Berücksichtigung der Flächen, auf den die Drücke wirken, das Gewicht der Last (28) berechnet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Gewichts einer hydraulisch angehobenen Last, beispielsweise des Gewichts einer Schaufelladung eines Baggers oder Radladers, des Gewichts eines Containers oder Behälters, der von einem Containerfahrzeug, einem Abrollkipper, einem Absetzkipper oder dgl. mit Hilfe einer hydraulisch angetriebenen Einrichtung aufnehmbar und absetzbar ist, des Gewichts der von einem Gabelstapler oder einer sonstigen, hydraulisch betätigten, mobilen oder stationären Hebeeinrichtung anhebbaren Last nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 30 20 323 A1 ist es bekannt, zur Bestimmung des Gewichts der Schaufelladung bei Baggern und Schaufelladern den Druck der Hydraulikflüssigkeit in einem Hydraulikzylinder, der einen Ausleger, an welchem eine Ladeschaufel befestigt ist, bei angehobener Schaufelladung in einer festgelegten Stellung des Auslegers zu messen und daraus das Gewicht der Schaufelladung zu bestimmen. Zur Druckmessung wird der Ausleger in die festgelegte Position angehoben und dann stillgesetzt. Durch das Stillsetzen wird eine Schwingbewegung des Auslegers mit der daran befestigten, beladenen Ladeschaufel ausgelöst, die einen mit gleicher Frequenz und synchron pulsierenden Druck in der Hydraulikflüssigkeit bewirkt. Zur Messung muß das Abklingen der Schwingung abgewartet werden, um einen Fehler bei der Gewichtsbestimmung durch die Druckschwankungen zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Gewichtsmeßverfahren vorzuschlagen, das eine nur kurze Unterbrechung der Hubbewegung erforderlich macht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Um die Schwingbewegung der angehobenen Ladung nach dem Stillsetzen des Hydraulikzylinders zu dämpfen, wird gemäß der Erfindung ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder (sog. Differentialdruckzylinder) verwendet, der zum Anheben der Ladung auf der Kolbenseite mit Druck beaufschlagt wird und dessen Kolben auf der Stangenseite mit einem Gegendruck beaufschlagbar ist, was zu einem "Einspanneffekt" des Kolbens führt; die Bewegung des Kolbens wird dadurch stärker gedämpft als bei einem Hydraulikzylinder, bei dem nur die Kolbenseite mit Druck beaufschlagt wird und bei dem kein Gegendruck auf der Stangenseite wirkt. Die Amplitude der Schwingung der angehoben Ladung nach dem Stillsetzen des Hydraulikzylinders wird dadurch verkleinert.

Wirken mehrere Hydraulikzylinder zum Anheben der Ladung parallel, so reicht es aus, die beiden Drücke in den gemeinsamen Leitungen zur Bestimmung des Gewichts der Ladung heranzuziehen.

Zur Messung wird der Hydraulikzylinder während der Hubbewegung - dies könnte ebensogut während des Absenkens erfolgen - kurzzeitig stillgesetzt und der Druckverlauf der Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikzylinder sowohl auf der Kolbenseite als auch auf der Stangenseite entweder kontinuierlich gemessen oder zu diskreten Zeitpunkten, mehrmals während einer Schwingperiode, abgetastet; dieses Abtasten (darunter soll im folgenden auch das kontinuierliche Messen verstanden werden) erfolgt wohlgemerkt noch während der Schwingbewegung der Ladung, die durch das Stillsetzen des Hydraulikzylinders während der Hubbewegung ausgelöst worden ist, es wird also der durch diese Schwingbewegung verursachte, pulsierende Verlauf des Drucks der Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikzylinder abgetastet. Aus dem Druckverlauf läßt sich ein Druckverlaufszyklus ermitteln; evtl. können auch mehrere Zyklen ermittelt werden. Der Druckverlauf wird auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite gleichzeitig abgetastet. Sobald ein vollständiger Druckverlaufszyklus auf der Kolbenseite und auf Stangenseite gleichzeitig abgetastet worden ist, kann die Hubbewegung fortgesetzt werden.

Aus dem Druckverlaufszyklus wird der Mittelwert des Drucks der Hydraulikflüssigkeit auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite ermittelt. Der Mittelwert kann näherungsweise aus den Extremwerten des Drucks auf der Kolbenseite und aus den Extremwerten des Drucks auf der Stangenseite während eines oder während mehrerer vollständiger Druckverlaufszyklen berechnet werden, wobei zu einem Maximalwert auf der Kolbenseite ein Minimalwert auf der Stangenseite gehört und umgekehrt; es kann auch über den Druckverlauf eines Druckverlaufszyklusses integriert werden, um den jeweiligen Mittelwert zu berechnen. Die Differenz der Druckmittelwerte auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite ist dem Gewicht der angehobenen Ladung proportional, aus ihr kann unter Berücksichtigung der Kolbenfläche auf Kolben- und Stangenseite das Gewicht der Ladung errechnet werden.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Messung sehr schnell erfolgen kann, nämlich während der ersten vollständigen Schwingungsperiode, die auf das Stillsetzen des Hydraulikzylinders während der Hubbewegung folgt, so daß die Hubbewegung nur sehr kurz unterbrochen zu werden braucht; es muß nicht das Abklingen der Schwingbewegung abgewartet werden. Darüberhinaus ist die Messung sehr genau.

Weiterhin hat das erfindungsgemäße Meßverfahren den Vorteil, daß sie einfach an jeder beliebigen, mittels eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders betätigten Hubeinrichtung einsetzbar ist, da dazu lediglich ein Drucksensor für die Kolbenseite und ein Drucksensor für die Stangenseite am Hydrauliksystem der Hubeinrichtung angebracht werden muß. Auch bei einem nur einseitig wirkenden Kolben kann prinzipiell dieses Verfahren angewandt werden, da hier ebenso über ein oder mehrere Schwingperioden gemittelt werden kann.

Die am einfachsten zu bestimmenden Werte sind die Extremwerte des Druckverlaufs; zur näherungsweisen Berechnung der Druckmittelwerte bieten sich daher ein Druckmaximum und ein Druckminimum auf der Kolbenseite und das jeweils zugehörige Druckminimum und Druckmaximum auf der Stangenseite an. Diese werden, wie bereits ausgeführt, von der Schwingung der Ladung verursacht, die einander zugehörigen Extremwerte auf der Kolben- und der Stangenseite treten gleichzeitig oder allenfalls mit geringer zeitlicher Abweichung auf.

Da die Gewichtsmessung schnell erfolgen soll, wird vorzugsweise der erste und der zweite Extremwert gewählt. Da zu Beginn der Schwingung der Ladung, unmittelbar nach dem Stillsetzen des Hydraulikzylinders, der Schwingung nicht zuordenbare Druckspitzen auftreten, wird ein vollständiger Schwingungszyklus abgetastet, also beispielsweise vom ersten, eindeutig bestimmbaren Druckmaximum bis zum zweiten Druckmaximum, um eine unverfälschte und zuverlässige Gewichtsbestimmung zu gewährleisten.

Es kann ebenso das Integral des Druckverlaufs über den ersten oder über mehrere vollständige Druckverlaufszyklen auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite zur Errechnung des Gewichts der Ladung herangezogen werden. Dies erhöht zwar den Rechenaufwand etwas, hat aber den Vorteil, daß Reibungseinflüsse der Hubeinrichtung bei der Berechnung des Gewichts der Ladung eliminiert werden: Die Reibungskraft in Gelenken und Führungen der Hubeinrichtung wirkt stets der Bewegungsrichtung entgegen, sie wirkt daher über die halbe Schwingungsdauer, nämlich wenn die Ladung in eine Richtung schwingt, in einer Richtung und während der anderen halben Schwingungsdauer in entgegengesetzter Richtung; dieser Reibungseinfluß erhöht bzw. erniedrigt den Druck der Hydraulikflüssigkeit sowohl auf der Kolbenseite als auch auf der Stangenseite: Bei der Integration des Drucks über einen vollständigen Druckverlaufszyklus heben sich die durch Reibung verursachten Erhöhungen und Verringerungen des Drucks gegeneinander auf.

Das vorstehend zum Einfluß der Reibung auf das Meßergebnis Ausgeführte gilt sinngemäß auch für die bei der Schwingung der Ladung auftretenden Beschleunigungskräfte; auch diese werden bei der Errechnung des Gewichts der Ladung eliminiert, wenn zur Berechnung des Druckmittelwerts über den Druckverlauf während eines oder mehrerer vollständiger Druckverlaufszyklen integriert wird. Besonders genau ist es, wenn zum Beispiel die Mittelwerte von aufeinander folgenden Perioden verglichen werden und erst bei Abweichungen kleiner als für die Gewichtsauflösung notwendig, ein Mittelwert aus diesen beiden letzten Mittelwerten gebildet und zur Gewichtsberechnung verwendet wird.

Vorzugsweise wird die Hubbewegung des Hydraulikzylinders automatisch wieder freigegeben, nachdem der Hydraulikzylinder zur Messung stillgesetzt und der Druckverlauf auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite abgetastet worden ist, so daß eine Bedienperson die Hubbewegung nach der Messung sofort wieder fortsetzen kann.

Sofern der Hydraulikzylinder beispielsweise auf den Ausleger eines Baggers oder eines Radladers wirkt, an dem eine Ladeschaufel hydraulisch schwenkbar angebracht ist, sollte der Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem auf den Ausleger wirkenden Hydraulikzylinder, und nicht in dem die Ladeschaufel schwenkenden Hydraulikzylinder gemessen werden, da jede Schaufelladung unterschiedlich in der Ladeschaufel verteilt sein kann, wodurch sich deren Schwerpunkt in der Ladeschaufel verändert. Diese Schwerpunktsverschiebung bei gleichem Gewicht der Ladung hat bei dem wesentlich kürzeren Hebelarm der Ladeschaufel einen größeren Einfluß auf das Ergebnis der Berechnung des Gewichts der Ladung als bei dem wesentlich längeren Hebelarm des Auslegers, da eine unterschiedliche Verteilung der Ladung in der Ladeschaufel den Druck im Hydraulikzylinder der Ladeschaufel stärker beeinflußt als den Druck im Hydraulikzylinder für den Ausleger.

Bei der Berechnung des Gewichts der Ladung muß die Winkelstellung von Ladeschaufel und Ausleger, während der Druck abgetastet wird, berücksichtigt werden. Um die Berechnung des Gewichts aus den Abtastwerten zu vereinfachen, werden Ausleger und Ladeschaufel zur Messung in eine genau definierte Stellung, die sogenannte Wägestellung, gebracht und der Hydraulikzylinder bei Ereichen dieser Wägestellung stillgesetzt. Dazu sind sogenannte Näherungsschalter vorgesehen, die am Ausleger und an der Ladeschaufel angebracht sind und die ein Signal geben, wenn der Ausleger in Bezug auf das Gestell beispielsweise eines Baggers oder eines Radladers und die Ladeschaufel in Bezug auf den Ausleger eine bestimmte Winkelstellung, nämlich die Wägestellung einnehmen, um daraufhin den jeweiligen Hydraulikzylinder still zu setzen. Bei rein translatorisch anhebenden Hebeeinrichtungen, also beispielsweise an Gabelstaplern oder hydraulischen Hebebühnen, ist der Hydraulikdruck unabhängig von der augenblicklichen Hubhöhe, so daß in jeder Stellung gemessen werden kann und es keine bestimmte Wägestellung gibt.

Sofern die Hubeinrichtung mobil, d. h. an einem Fahrzeug angebracht, ist, muß auch die Lage der Hubeinrichtung in Bezug auf eine Horizontalebene bei der Berechnung des Gewichts der Ladung berücksichtigt werden oder das Fahrzeug muß zur Gewichtsmessung in Horizontallage gebracht werden.

Zum Tarieren, also zum Einstellen des Nullpunkts, wird vor der Gewichtsmessung einer Ladung eine Gewichtsmessung ohne Ladung durchgeführt.

Die Differenz zwischen Druckmittelwert auf der Kolbenseite und dem Druckmittelwert auf der Stangenseite ist, wie bereits ausführlich dargelegt, dem Gewicht der Ladung proportional; der Proportionalitätsfaktor ist abhängig von den Hebelverhältnissen, den Winkelstellungen von Ausleger und Ladeschaufel, von deren Gewicht und Schwerpunktslage, von der Kolbenfläche und der Querschnittsfläche der Stange. Um diese Größen in der Wägestellung nicht bestimmen und daraus den Proportionalitätsfaktor errechnen zu müssen, wird dieser Proportionalitäts- oder Skalierfaktor dadurch ermittelt, daß zwei Gewichtsmessungen in der Wägestellung mit zwei bekannten, unterschiedlichen Gewichten durchgeführt werden; der Skalierfaktor errechnet sich aus den bei diesen beiden Messungen ermittelten Druckmittelwerten einfach mit einer linearen Gleichung. Besonders günstig ist es, hierzu für eine Messung die leere Schaufel, also Gewicht = Null, zu verwenden.

Ein Druckmaximum auf der Kolbenseite tritt grundsätzlich gleichzeitig mit einem Druckminimum auf der Stangenseite auf und umgekehrt, da diese Extremwerte von der Schwingung der Ladung verursacht werden, die über die Kolbenstange und den Kolben gleichzeitig auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite des Hydraulikzylinders wirkt, allerdings in entgegengesetztem Sinn, d. h. auf der einen Seite druckerhöhend und auf der anderen Seite druckmindernd. Das Kriterium der Gleichzeitigkeit kann zur Überprüfung der Gewichtsmessung herangezogen werden: Sofern die Extremwerte auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite nicht innerhalb eines engen zeitlichen Toleranzfensters aufgetreten sind, liegt eine Fehlmessung vor; die Messung muß in diesem Fall wiederholt werden.

Für eichfähige Waagen ist die Einhaltung eines vorgegebenen Wägebereichs vorgeschrieben, d. h. eine zu wiegende Ladung muß ein festgelegtes Mindestgewicht haben und darf ein festgelegtes Höchstgewicht nicht überschreiten. Sofern das erfindungsgemäße Gewichtsmeßverfahren zusammen mit einer Hubeinrichtung als geeichte Waage verwendet wird, ist bei jeder Messung zu prüfen, ob das errechnete Gewicht der Ladung in dem vorgegebenen Wägebereich liegt, und die Messung ist als unzulässig abzuweisen, wenn der Wägebereich unter- oder überschritten worden ist.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Radlader zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Anwendung des Verfahrens;

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung des Meßprinzips; und

Fig. 4 ein Druckverlaufsdiagramm.

Der in Fig. 1 gezeigte Radlader 10 weist einen, um eine horizontale Achse quer zur Fahrtrichtung schwenkbaren Ausleger 12 mit einer daran schwenkbar befestigten Ladeschaufel 14 auf. Zum Anheben und Absenken des Auslegers 12 ist ein Paar, parallel wirkender, hydraulischer Hubzylinder 16 und zum Schwenken der Ladeschaufel 14 ein Paar parallel wirkender, hydraulischer Schwenkzylinder 18 vorgesehen. Alle diese Hydraulikzylinder 16, 18 sind doppelt wirkende, sogenannte Differentialzylinder.

Aus Fig. 2 sind Anordnung und Wirkungsweise eines Hubzylinders 17 und eines Schwenkzylinders 19 an einer anderen Ausführungsform eines Auslegers 13 mit einer Ladeschaufel 15, der schwenkbar an einem Gestell 11 eines im übrigen nicht dargestellten Radladers befestigt ist, ersichtlich. Sowohl Fig. 1 als auch Fig. 2 zeigen den Ausleger 12, 13 und die Ladeschaufel 14, 15 in einer sog. möglichen Wägestellung.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens dient Fig. 3, die einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 20 mit einem Kolben 22 und einer Kolbenstange 24 zeigt. Auf einer Tragplatte 26 der Kolbenstange 24 ist als Ladung ein Gewicht 28 abgestellt. An einen Hydraulikschlauch 30 zur Beaufschlagung der sog. Kolbenseite des Kolbens 22 mit, Hydraulikflüssigkeit ist ein Drucksensor 32 angeschlossen, an einen weiteren Hydraulikschlauch 31 zur Beaufschlagung der Stangenseite des Kolbens 22 mit Hydraulikflüssigkeit ist ein weiterer Drucksensor 33 angeschlossen. Die beiden Drucksensoren 32, 33 wandeln den jeweils in der Hydraulikflüssigkeit herrschenden Druck in ein elektrisches Signal um, das in einer elektronischen Meßwerterfassung- und Auswerteeinheit verarbeitet werden kann. Der in Fig. 3 dargestellte Hydraulikzylinder 20 kann einer der in Fig. 1 oder 2 dargestellten Hub- oder Schwenkzylinder 16 bis 19 sein; bei zwei parallel wirkenden Zylindern genügt eine Messung in den gemeinsamen Leitungen der Zylinder. Das Prinzip des im folgenden anhand des in Fig. 3 dargestellten Hydraulikzylinders 20 beschriebene Gewichtsmeßverfahren funktioniert an den in Fig. 1 und 2 dargestellten Hub- und Schwenkzylindern 16 bis 19 in gleicher Weise; in Fig. 1 und 2 sind allerdings die Hebelverhältnisse und die Winkelstellungen der Ladeschaufeln 14, 15 und der Ausleger 12, 13 sowie deren Gewicht und Schwerpunktslage bei der Berechnung des Gewichts einer Ladung zu berücksichtigen, wodurch das Verfahren weniger anschaulich und die Berechnung aufwendiger wird. Grundsätzlich ändert sich das Gewichtsmeßverfahren dadurch nicht.

Der Hydraulikzylinder 20 aus Fig. 3 hebt das Gewicht 28 an und wird dann zur Gewichtsmessung stillgesetzt. Der Kolben 22 mit der Kolbenstange 24, der Halteplatte 26 und dem Gewicht 28 bildet ein schwingungsfähiges System, das durch die Hydraulikflüssigkeit im Hydraulikzylinder 20 und durch die Reibung des Kolbens 22 und der Kolbenstange 24 an dem Hydraulikzylinder 20 gedämpft wird. Durch das Stillsetzen des Hydraulikzylinders 20 während der Hubbewegung wird eine gedämpfte Schwingbewegung des schwingenden Systems 22, 24, 26, 28 eingeleitet, die aufgrund der Dämpfung abklingt. Der mittels der Drucksensoren 32, 33 abgetastete Druckverlauf sowohl auf der Kolbenseite (PK) als auch auf der Stangenseite (PSt) ist in Fig. 4 dargestellt. Zu Beginn der Hubphase steigt der Druck sowohl auf der Kolben- als auch auf der Stangenseite stufenartig an. Der Druck auf der Stangenseite ist während des Anhebens nahezu konstant, wogegen der Druck auf der Kolbenseite stark pulsieren kann wie Fig. 4 zeigt.

Zum Zeitpunkt t&sub0; wird der Hydraulikzylinder 20 stillgesetzt, was zu einer Druckspitze auf der Kolbenseite, hier als Druckminimum, und auf der Stangenseite, hier als Druckmaximum, führt. Auf diese Extremwerte folgen relativ starke Druckänderungen mit hoher Frequenz, die der Schwingung des Schwingungssystems 22, 24, 26, 28 nicht zuordenbar sind.

Zum Zeitpunkt t&sub1; beginnt dann ein erster, vollständiger, der Schwingung des Schwingungssystems 22, 24, 26, 28 zuordenbarer Druckverlaufszyklus, an den sich zum Zeitpunkt t&sub2; weitere Druckverlaufszyklen mit abnehmender Amplitude anschließen. Zum Zeitpunkt t&sub1; erreicht der Druck auf der Kolbenseite PK ein erstes Maximum nach dem Stillsetzen des Hydraulikzylinders 20, zum Zeitpunkt t&sub2; erreicht der Druck auf der Kolbenseite PK ein zweites Maximum; der Druck auf der Stangenseite PSt erreicht zum Zeitpunkt t&sub1; ein erstes Minimum, zum Zeitpunkt t&sub2; ein zweites Minimum.

Zur Bestimmung der Gewichtskraft des Gewichts 28 wird der Druckverlauf auf der Kolbenseite PK und auf der Stangenseite PSt ab dem Zeitpunkt t&sub0; des Stillsetzens des Hydraulikzylinders 20 abgetastet und das erste Druckmaximum, das erste Druckminimum und das zweite Druckmaximum auf der Kolbenseite aus dem Druckverlauf ermittelt. Nachdem das zweite Druckmaximum festgestellt worden ist, steht ein vollständiger Druckverlaufszyklus fest, der zusammen mit dem gleichzeitig ablaufenden Druckverlaufszyklus auf der Stangenseite zur Berechnung der Gewichtskraft des Gewichts 28 herangezogen wird. Die Hubbewegung des Hydraulikzylinders 20 kann nach Beendigung dieses ersten vollständigen Druckverlaufszyklusses fortgesetzt werden. Bei Stillsetzung über Hubendabschaltung wird diese nun automatisch wieder freigegeben.

Die Gewichtskraft des Gewichts 28 ist der Differenz der Mittelwerte der beiden Drücke auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite proportional und läßt sich daher einfach errechnen, wobei die Kolbenfläche, die mit dem Druck auf der Kolbenseite PK beaufschlagt wird, und die Kolbenfläche abzüglich der Querschnittsfläche der Kolbenstange 24, die mit dem Druck auf der Stangenseite PSt beaufschlagt wird, zu berücksichtigen sind. Den Mittelwert des Drucks während eines Drucksverlaufszyklusses erhält man durch Integration über die Zykluszeit; näherungsweise kann auch der Mittelwert von erstem Druckmaximum und erstem Druckminimum auf der Kolbenseite bzw. zwischen erstem Druckminimum und erstem Druckmaximum auf der Stangenseite für den jeweiligen Druckmittelwert angesetzt werden.

Die zur Gewichtsmessung notwendige Mindestmeßzeit, während der der Hydraulikzylinder 20 stillgesetzt werden muß, ist nur wenig länger als die Zykluszeit t&sub2;-t&sub1;, die gleichlang wie die Periodendauer der Schwingung des schwingungsfähigen Systems 22, 24, 26, 28 ist. Das Rastermaß in Fig. 4 in horizontaler Richtung (Zeitachse) ist 0,5 Sekunden, die Zykluszeit beträgt etwa 80% davon, also etwa 0,4 Sekunden. Die Hubbewegung kann ungefähr 0,75-0,8 Sekunden nach dem Stillsetzen (t&sub0;) fortgesetzt werden. Diese Zykluszeit ändert sich mit dem Gewicht 28 und ist für jede Hubeinrichtung verschieden, das Gewichtsmeßprinzip ist jedoch stets gleich. Bei herkömmlichen Gewichtsmeßverfahren muß das Abklingen der Schwingung des schwingungsfähigen Systems 22, 24, 26, 28 abgewartet werden, was, wie aus Fig. 4 ersichtlich, sieben bis acht Schwingungszyklen und damit eine fünf bis sechsmal längere Meßdauer erfordert, als das erfindungsgemäße Gewichtsmeßverfahren.

Die Gewichtsmessung einer Schaufelladung einer Ladeschaufel 14, 15, die an einem Ausleger 12, 13 befestigt ist (Fig. 1 und 2) erfolgt nach dem anhand Fig. 3 beschriebenen Prinzip; die Berechnung des Gewichts ist aufwendiger, da die Winkelstellungen der Hydraulikzylinder 16 bis 19, der Ausleger 12, 13 und der Ladeschaufel 14, 15 sowie die jeweiligen Hebelverhältnisse in der Wägestellung und deren Gewicht und Schwerpunktslage bei der Berechnung des Gewichts der Ladung aus den abgetasteten Druckverläufen auf der Kolben- und der Stangenseite berücksichtigt werden müssen. Ein grundsätzlicher Unterschied besteht nicht, das Gewicht der Ladung ist der Druckdifferenz der Druckmittelwerte auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite proportional.

Um diese Winkel- und Hebelverhältnisse nicht bei jeder Messung berücksichtigen zu müssen, wird die Last immer in eine Wägestellung angehoben und die Hydraulikzylinder 16 bis 19 werden bei Erreichen der Wägestellung zur Messung stillgesetzt. Dazu sind nicht dargestellte Näherungsschalter am Ausleger 12, 13 und an der Ladeschaufel 14, 15 vorgesehen, die in einer bestimmten Winkelstellung des Auslegers 12, 13 zum Radlader 10 bzw. zum Gestell 11 und bei einer bestimmten Winkelstellung der Ladeschaufel 14, 15 in Bezug auf den Ausleger 12, 13 ein Signal geben, das zum Stillsetzen der jeweiligen Hydraulikzylinder 16 bis 19 dient.

Zum Tarieren, also zum Einstellen des Nullpunkts, werden der Ausleger 12, 13 und die leere Ladeschaufel 14, 15 in die Wägestellung gebracht und es wird eine Messung durchgeführt. Um den Proportionalitätsfaktor (Skalierfaktor) zwischen dem Gewicht der Ladung und der Differenz der Mittelwerte des Drucks auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite zu ermitteln, werden zwei Messungen mit zwei unterschiedlichen, bekannten Gewichten, wobei eines davon die leere Schaufel sein kann, in der Ladeschaufel 14, 15 durchgeführt; der Skalierfaktor, der für alle Messungen gilt, läßt sich dann mit einer linearen Gleichung einfach berechnen. Es ist also nicht notwendig, die Winkelstellung des Auslegers 12, 13 und der Ladeschaufel 14, 15 in der Wägestellung, das Gewicht und die Schwerpunktslage von Ausleger 12, 13 und Ladeschaufel 14, 15 und die Hebelarme, mit denen die Hydraulikzylinder 16 bis 19 angreifen, zu kennen, um das Gewicht einer Ladung aus den abgetasteten Druckverläufen berechnen zu können. Lediglich die Durchmesser von Kolben und Stange müssen bekannt sein, um daraus die wirksamen Flächen berechnen zu können.

Zur Gewichtsmessung der Ladung 34 in einer Ladeschaufel 14, 15, die an einem Ausleger 12, 13 befestigt ist, ist vorzugsweise der Druckverlauf auf der Kolben- und auf der Stangenseite des Hubzylinders 16, 17 abzutasten und nicht der Druckverlauf im Schwenkzylinder 18, 19 für die Ladeschaufel 14, 15, und zwar aus folgendem Grund: Die Ladung 34 kann, wie in Fig. 2 mit Strichlinien dargestellt, in der Ladeschaufel 15 verschieden verteilt sein. Damit verändert sich der Schwerpunkt der Ladung 34. Mit dieser Schwerpunktsverlagerung ändert sich auch der Hebelarm, mit dem die Ladung 34 in der Ladeschaufel 15 auf den Schwenkzylinder 19 wirkt, was, bei gleichem Gewicht, zu einer Änderung der Druckverhältnisse im Schwenkzylinder 19 führt, die scheinbar unterschiedliche Gewichte vortäuschen. Diese Schwerpunktsverlagerung in Bezug auf den Hebelarm ist ein vielfaches größer, wenn zur Gewichtsmessung die Druckverhältnisse im Schwenkzylinder 19 herangezogen werden, als wenn die Druckverhältnisse im Hubzylinder 17 herangezogen werden, für den der Hebelarm durch den Ausleger 13 wesentlich größer ist, so daß der Meßfehler größer ist, wenn am Schwenkzylinder 19 anstatt am Hubzylinder 17 gemessen wird.

Bei rein translatorisch wirkenden Hubeinrichtungen, also beispielsweise bei Gabelstaplern oder stationären Hebebühnen, wie sie vereinfacht in Fig. 3 dargestellt sind, sind die Druckverhältnisse auf der Kolbenseite und der Stangenseite unabhängig von der jeweiligen Hubhöhe, so daß in jeder Höhe gemessen werden kann, d. h. daß es keine bestimmte Wägestellung gibt.

Die erforderliche Meßzeit wird zusätzlich dadurch verkürzt, daß in dem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 20 ein Gegendruck auf der Stangenseite zu dem Druck auf der Kolbenseite wirkt, was zu einem "Einspanneffekt" des Kolbens 22 führt, der die Schwingungsperiode des schwingungsfähigen Systems 22, 24, 26, 28, und damit die Zykluszeit des Druckverlaufs verkürzt.

Die genaueste Gewichtsbestimmung erhält man, wenn jeweils die Mittelwerte aufeinanderfolgender Perioden bestimmt und verglichen werden und erst bei Unterschreitung einer maximal zugelassenen Differenz der Mittelwert aus den beiden letzten Perioden genommen wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Gewichtsmeßverfahren zur Bestimmung des Gewichts einer mittels eines Hydraulikzylinders angehobenen Ladung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (16-20) ein doppelt wirkender Zylinder ist, daß der Hydraulikzylinder (16-20) zur Messung während einer Hubbewegung kurzzeitig stillgesetzt wird, daß der Druckverlauf in der Hydraulikflüssigkeit des stillgesetzten Hydraulikzylinders (16-20) auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite mittels zweier Drucksensoren (32, 33) kontinuierlich gemessen oder zu diskreten Zeitpunkten abgetastet und aus dem Druckverlauf ein Druckverlaufszyklus ermittelt wird, daß aus den beiden Druckverlaufszyklen der Druckmittelwert auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite berechnet wird, und daß aus der Differenz der beiden Druckmittelwerte unter Berücksichtigung der wirksamen Flächen die Hubkraft bzw. das Gewicht der Ladung errechnet wird.
  2. 2. Gewichtsmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelwert näherungsweise aus einem Druckmaximum und aus einem Druckminimum, die aufeinanderfolgen, berechnet wird, wobei jeweils einander zugehörige Druckmaxima und Druckminima auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite verwendet werden.
  3. 3. Gewichtsmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelwert durch Integration des Druckverlaufs auf der Kolbenseite bzw. auf der Stangenseite über einen oder mehrere vollständige Druckverlaufszyklen ermittelt wird.
  4. 4. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelwerte von aufeinanderfolgenden Perioden ermittelt und verglichen werden und erst bei Unterschreitung einer maximal zugelassenen Differenz der Mittelwert aus den beiden letzten Perioden genommen wird.
  5. 5. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbewegung des Hydraulikzylinders (16-20) automatisch wieder freigegeben wird, wenn ein oder mehrere Druckverlaufszyklen ermittelt worden sind.
  6. 6. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (16-20) auf einen Ausleger (12, 13) wirkt, an dessen einem Ende die Ladung (34) anbringbar ist.
  7. 7. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Näherungsschalter vorgesehen ist, der ein Signal gibt, wenn der Ausleger (12, 13) eine festgelegte Stellung einnimmt, und daß dieses Signal zum Stillsetzen des Hydraulikzylinders (16-20) während des Anhebens der Ladung (34) und zum Starten der Messung verwendet wird.
  8. 8. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Messen des Gewichts einer Ladung (34) eine Messung ohne Ladung (34) durchgeführt wird und dabei die Druckmittelwerte auf der Kolbenseite und auf der Stangenseite ermittelt werden.
  9. 9. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Skalierfaktor ermittelt wird durch Messung zweier bekannter, unterschiedlicher Gewichte, wobei eines davon auch das Gewicht Null (leere Schaufel) sein kann.
  10. 10. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Übereinstimmung der auf der Kolbenseite und der auf der Stangenseite abgetasteten Druckverläufe geprüft wird.
  11. 11. Gewichtsmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß geprüft wird, ob das bei einer Messung errechnete Gewicht eine Minimallast unterschreitet oder eine Maximallast überschreitet.
  12. 12. Fahrzeug zur Durchführung des Gewichtsmeßverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (10, 11) eine Horizontallagemeßeinrichtung zur Bestimmung seiner Lage in bezug auf eine Horizontalebene aufweist und diese zur Korrektur des Gewichts benützt wird.






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