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Dokumentenidentifikation DE102005040355A1 13.04.2006
Titel Nutzlastüberlastungssteuersystem
Anmelder Caterpillar Inc., Peoria, Ill., US
Erfinder Aneloski, Randy G., Channahon, Ill., US;
Cler, Eric W., Peoria, Ill., US;
Dahl, Kristofor L., Homer Glen, Ill., US;
Li, Wei, Peoria, Ill., US
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 25.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005040355
Offenlegungstag 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse G01G 19/08(2006.01)A, F, I, 20060103, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E02F 9/24(2006.01)A, L, I, 20060103, B, H, DE   E02F 9/26(2006.01)A, L, I, 20060103, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Arbeitsmaschine kann ein Nutzlastüberlastungssteuersystem haben. Das System kann einen Nutzlastträger und einen Hubmechanismus aufweisen, der konfiguriert ist, um den Nutzlastträger anzuheben und abzusenken. Das System kann weiter einen Nutzlastmonitor aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Nutzlast in dem Nutzlastträger zu bestimmen. Das System kann auch eine Steuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um die bestimmte Nutzlast mit einer vorbestimmten maximalen Nutzlast zu vergleichen und selektiv den Hubvorgang des Nutzlastträgers durch den Hubmechanismus, basierend auf dem Vergleich von der bestimmten Nutzlast und der vorbestimmten maximalen Nutzlast, zu steuern.

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Nutzlastüberlastungssteuersystem und insbesondere auf ein den Hubvorgang abschaltendes Nutzlastüberlastungssteuersystem gerichtet.

Hintergrund

Erdbewegungsmaschinen, wie beispielsweise Lader, können bei der Bewegung von Erde, Felsen und anderen Materialien von einer Stelle zur anderen verwendet werden. Diese Maschinen können für eine spezielle maximale Nutzlast ausgelegt sein. Das Heben und Tragen von Nutzlasten über dieser maximalen Nutzlast kann gefährlich sein, weil das übermäßige Gewicht an einer erhöhten Position die Maschine instabil machen kann, insbesondere wenn man über unebene Oberflächen fährt. Zusätzlich können die Maschinenkomponenten, wie beispielsweise die Hubverbindung bzw. der Hubausleger versagen, weil sie nicht ausgelegt sein können, um regulär Nutzlasten über der maximalen Nutzlast handzuhaben, für die die Maschine ausgelegt ist. Auch wenn kein direkter Schaden durch eine Überlastung auftritt, können sich die Maschinenkomponenten schneller abnutzen.

Es sind Systeme konstruiert worden, um die Nutzlast bei Erdbewegungsmaschinen zu überwachen. Beispielsweise offenbart das US-Patent 6 211 471, ausgegeben an Rocke und Andere am 3. April 2001 ("das '471-Patent") einen Lader mit einer Nutzlastüberwachung. Das '471-Patent offenbart weiter, dass der Lader Material von der Schaufel ablassen kann, wenn die von dem Nutzlastmonitor bestimmte Nutzlast über einer bestimmten Größe ist. Jedoch ist die erwünschte Größe, über der das '471-Patent Material ablassen wird, nicht eine maximale Nutzlast für den Lader selbst sondern vielmehr für ein Lieferfahrzeug, welches der Lader beladen kann. Der Nutzlastmonitor addiert die Nutzlasten von jeder Schaufel und vergleicht die Gesamtmenge mit der maximalen Nutzlast des Lieferfahrzeuges. Wenn das Abladen der ximalen Nutzlast des Lieferfahrzeuges. Wenn das Abladen der gemessenen Nutzlast aus der Schaufel in das Lieferfahrzeug die maximale Nutzlast des Lieferfahrzeuges überschreiten würde, dann kann der Lader automatisch einen Teil der Nutzlast oder die gesamte Nutzlast in der Schaufel ablassen, um eine Überlastung des Lieferfahrzeuges zu vermeiden. Während das System des '471-Patentes eine Überlastung des Lieferfahrzeuges verhindern kann, bietet es daher keinen Schutz gegen die nachteiligen Effekte der Überladung des Laders selbst. Weiterhin verhindert das System des '471-Patentes nicht das Anheben einer Nutzlast, die die maximale Nenn-Nutzlast für den Lader überschreitet.

Die vorliegende Offenbarung ist auf eine oder mehrere Verbesserungen bei existierenden Nutzlastüberwachungssystemen gerichtet.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Arbeitsmaschinennutzlastüberlastungssteuersystem gerichtet. Das System kann einen Nutzlastträger und einen Hubmechanismus aufweisen, der konfiguriert ist, um den Nutzlastträger anzuheben und abzusenken. Das System kann weiter eine Nutzlastüberwachung (Nutzlastmonitor) aufweisen, um eine Nutzlast im Nutzlastträger zu bestimmen. Das System kann auch eine Steuervorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um die bestimmte Nutzlast mit einer vorbestimmten maximalen Nutzlast zu vergleichen und selektiv den Hubvorgang des Nutzlastträgers durch den Hubmechanismus basierend auf dem Vergleich zwischen der bestimmten Nutzlast und der vorbestimmten maximalen Nutzlast zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschinennutzlastüberlastung gerichtet. Das Verfahren kann aufweisen, eine Nutzlast zu bestimmen, die von einer Arbeitsmaschine in einem Nutzlastträger getragen wird, und die bestimmte Nutzlast mit einer vorbestimmten maximalen Nutzlast zu vergleichen. Der Hubvorgang des Nutzlastträgers kann selektiv basierend auf dem Vergleich gesteuert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine diagrammartige Darstellung einer Arbeitsmaschine gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.

2 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Nutzlastüberlastungsüberwachungssystems gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.

3 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerlogik gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung

Es wird nun im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf dieselben Teile oder die gleichen Teile zu beziehen.

1 zeigt eine Arbeitsmaschine 10 mit einer oder mehreren Traktionsvorrichtungen 12 mit einer Leistungsquelle 14, mit einem Nutzlastträger 16 und einem Hubmechanismus 18. Die Arbeitsmaschine 10 kann weiter eine Bedienerstation 20 aufweisen, die einen Bedienersitz 22, eine Hubsteuervorrichtung 24 und eine Warnanzeige 26 aufweisen kann. Die Arbeitsmaschine 10 kann auch eine Steuervorrichtung 28 aufweisen.

Obwohl die Arbeitsmaschine 10 als ein Radlader gezeigt ist, kann die Arbeitsmaschine 10 irgendeine Art einer Maschine sein, die konfiguriert ist, um eine Nutzlast anzuheben und zu tragen, wie beispielsweise Raupenlader, Gabelstapler, differentialgelenkte Maschinen und so weiter. Entsprechend können die Traktionsvorrichtungen 12 irgendeine Art von Traktionsvorrichtungen sein, wie beispielsweise Räder, wie in 1 gezeigt, Raupen, Bänder oder irgendwelche Kombinationen davon.

Der Nutzlastträger 16 kann eine Schaufel sein, wie in 1 gezeigt. Alternativ kann der Nutzlastträger 16 eine Plattform, Gabeln oder irgendwelche anderen Mittel sein, um eine Nutzlast zu tragen.

Der Hubmechanismus 18 kann eine Hubverbindung bzw. einen Hubausleger 30 aufweisen, wie in 1 gezeigt, oder andere Mittel zum Anheben und Absenken des Nutzlastträgers 16, wie beispielsweise ein System aus Rollen und (Draht-)Seilen, ein Kettenantrieb oder ein Cantilever- bzw. Hebelsystem. Die Hubverbindung 30 kann hydraulisch durch einen oder mehrere Hydraulikzylinder betätigt werden. Insbesondere kann die Hubverbindung 30 durch Betätigung eines hydraulischen Hubzylinders 32 angehoben werden. Eine gestrichelte Umrandung 34 zeigt die Position des Hubmechanismus 18 und des Nutzlastträgers 16 bei einer Hubhöhe von 100%, d.h. die höchste Position, auf die der Hubzylinder 32 die Hubverbindung bzw. den Hubausleger 30 anheben kann. Eine Höhe 36 stellt die Höhe des Nutzlastträgers 16 bei einer Hubhöhe von 100% dar, obwohl die Höhe des Nutzlastträgers 16 von anderen Punkten auf dem Nutzlastträger 16 gemessen werden kann.

Die Hubsteuervorrichtung 24 kann einen oder mehrere Hebel, Knöpfe, Schalter, Pedale und so weiter aufweisen, die betriebsmäßig mit dem Hubmechanismus 18 gekoppelt sind. Die Hubsteuervorrichtung 24 kann betriebsmäßig mit dem Hubzylinder 32 durch ein elektrohydraulisches Steuersystem gekoppelt sein, durch ein hydromechanisches Steuersystem, oder durch irgendeine andere Art eines Steuersystems. Die Hubsteuervorrichtung 24 kann an irgendeiner geeigneten Stelle an der Arbeitsmaschine 10 gelegen sein. Beispielsweise kann die Hubsteuervorrichtung 24 ein Hebel sein, wie in 1 gezeigt, der auf oder nahe dem Bedienersitz 22 innerhalb der Bedienerstation 20 montiert ist.

Mit Bezug auf 2 kann das Nutzlastüberlastungssteuersystem die Steuervorrichtung 28 aufweisen, die konfiguriert sein kann, um Informationen von mehreren Quellen aufzunehmen, wie beispielsweise von einer oder mehreren der Hubsteuervorrichtungen 24, einen Nutzlastmonitor 38, einen Hubmechanismuspositionssensor 40, einen Maschinenfahrtrichtungssensor 42 und einen Fahrtgeschwindigkeitssensor 44. Die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um eine oder mehrere Komponenten der Arbeitsmaschine 10 zu steuern, wie beispielsweise eine Warnanzeige 26, einen Hubzylinder 32 und ein Hubstopp-Elektromagnetventil 46.

Die Nutzlastüberwachung 38 kann irgendein Sensor oder ein System sein, der oder das konfiguriert ist, um eine Nutzlast innerhalb des Nutzlastträgers 16 zu bestimmen. Beispielsweise kann der Nutzlastmonitor 38 einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die konfiguriert sind, um den Hydraulikdruck innerhalb des Hubzylinders 32 zu messen. Der Nutzlastmonitor 38 kann einen solchen Druck innerhalb des Hubzylinders 32 über ein Hubsegment aufzeichnen, beispielsweise zwischen 30–60% der vollen Hubhöhe. Der Nutzlastmonitor 38 kann eine Kurve aus diesen Druckauslesungen einrichten und sie mit einer ähnlichen Steuerkurve vergleichen, die Drücke anzeigt, die während der gleichen 30–60% des Hubvorgangs mit einer bekannten Nutzlast erzeugt wurden. Die Steuerkurve kann durch Vergleich von Zylinderdrücken während eines Hubvorgangs einer leeren Schaufel mit jenen eines Hubvorgangs mit einer bekannten Nutzlast aufgebaut werden.

Der Hubmechanismuspositionssensor 40 kann irgendein Sensor oder Mechanismus sein, der konfiguriert ist, um die Höhe des Hubmechanismus 18 zu bestimmen. Beispielsweise kann der Hubmechanismuspositionssensor 40 einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die konfiguriert sind, um die Ausfahrlänge des Hubzylinders 32 zu bestimmen, welche mit der Höhe der Hubverbindung bzw. des Hubauslegers 30 in Beziehung stehen kann.

Der Maschinenfahrtrichtungssensor 42 kann irgendein Sensor oder Mechanismus sein, der konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob die ausgewählte Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 10 vorwärts, rückwärts oder neutral ist. Beispielsweise kann der Maschinenfahrtrichtungssensor 42 mit einem Auswahlschalter assoziiert sein, der konfiguriert ist, um die Fahrtrichtung der Maschine auszuwählen. Alternativ kann der Maschinenfahrtrichtungssensor 42 ein Sensor sein, der mit dem Getriebe der Arbeitsmaschine 10 assoziiert ist, der bestimmt, ob ein Vorwärtsgang oder ein Rückwärtsgang in Eingriff ist, oder ob das Getriebe auf Neutral ist. Ein Ausgangssignal aus dem Maschinenfahrtrichtungssensor 42 kann an die Steuervorrichtung 28 übertragen werden.

Der Fahrtgeschwindigkeitssensor 44 kann irgendein Sensor oder Mechanismus sein, der konfiguriert ist, um die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 relativ zum Untergrund zu bestimmen. Beispielsweise kann der Fahrtgeschwindigkeitssensor 44 ein Raddrehzahlsensor sein. Alternativ kann der Fahrtgeschwindigkeitssensor 44 ein Sensor sein, der mit dem Getriebe assoziiert ist, der die Drehzahl von einer oder mehreren Getriebekomponenten anzeigt. Für die Zwecke dieser Offenbarung wird die Fahrtgeschwindigkeit in dem Zusammenhang bezeichnet, dass die Vorwärts-Fahrtgeschwindigkeit positiv ist, und die Rückwärts-Fahrtgeschwindigkeit negativ ist.

Die Steuervorrichtung 28 kann irgendeine Verarbeitungsvorrichtung sein, die konfiguriert ist, um Informationen von Quellen aufzunehmen, wie beispielsweise den Komponenten der Arbeitsmaschine 10. Die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um Befehle von der Hubsteuervorrichtung 24 aufzunehmen. Die Steuervorrichtung 28 kann auch konfiguriert sein, um Informationen über die Relativhöhe des Hubmechanismus 18 von dem Hubmechanismuspositionssensor 40 aufzunehmen. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 28 konfiguriert sein, um ein Signal von dem Maschinenfahrtrichtungssensor 42 aufzunehmen, welches anzeigt, welche Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 10 ausgewählt ist, und eine Fahrtgeschwindigkeit von dem Fahrtgeschwindigkeitssensor 44. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 28 konfiguriert sein, um eine Nutzlastmessung oder Nutzlastberechnung von der Nutzlastüberwachung 38 aufzunehmen.

Die Steuervorrichtung 28 kann auch konfiguriert sein, um Komponenten der Arbeitsmaschine 10 ansprechend auf Informationen zu steuern, die von den Quellen aufgenommen wurden, die oben besprochen wurden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 28 konfiguriert sein, um die Höhe des Hubmechanismus 18 durch Regelung der Ausfahrlänge des Hubzylinders 32 zu steuern. Die Steuervorrichtung 28 kann auch konfiguriert sein, um die Warnanzeige 26 auszulösen, um eine Warnnachricht ansprechend auf Informationen anzuzeigen, die sie empfängt. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 28 das Hubstopp-Elektromagnetventil 46 aktivieren, um die Ausfahrbewegung und/oder die Leistung des Hubzylinders 32 zu begrenzen. Durch Begrenzung der Leistung des Hubzylinders 32 beim Ausfahren kann die Steuervorrichtung 28 eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus 18 aufprägen. Diese Steuerung kann davon abhängen, ob gewisse Bedingungen erfüllt werden, wie durch die Informationen bestimmt, die von der Steuervorrichtung 28 aufgenommen wurden. Eine beispielhafte Steuerlogik, der die Steuervorrichtung 28 folgen kann, wird genauer unten besprochen.

Die Steuervorrichtung 28 kann einen Speicher aufweisen oder mit einem Speicher assoziiert sein, der konfiguriert sein kann, um Daten zu speichern, die zur zukünftigen Analyse oder Anwendung gesammelt wurden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 28 Informationen speichern, wie beispielsweise die Anzahl der Überladungen, die tatsächlichen Gewichte dieser Überladungen, und ob eine Hubgrenze in jedem Fall eingerichtet wurde oder nicht. Diese Daten können über Funksignale oder andere Kommunikationsmittel zu einem zentralen Verarbeitungszentrum oder Überwachungszentrum gesandt werden (beispielsweise zum Hauptquartier der Eigentümerfirma). Alternativ können die Daten durch Download von einer Steuervorrichtung 28 über eine getrennte tragbare Einheit aufgenommen werden, wie beispielsweise ein Laptop oder PDA (persönlicher digitaler Assistent).

Das Hubstopp-Elektromagnetventil 46 kann konfiguriert sein, um den Fluss des hydraulischen Strömungsmittels zu verhindern oder in anderer Weise zu begrenzen, welches mit dem Hubzylinder 32 assoziiert ist. Wenn man dies so tut, kann das Hubstopp-Elektromagnetventil 46, wenn es aktiviert wird, verhindern, dass der Hubzylinder 32 ausfährt. Beispielsweise kann das Hubstopp-Elektromagnetventil 46 konfiguriert sein, um den Fluss des hydraulischen Pilot- bzw. Vorsteuerströmungsmittels abzuschneiden, abzuleiten oder in anderer Weise zu steuern, welches das Öffnen des hydraulischen Hauptventils für den Hubzylinder 32 steuert. Daher kann der Hubzylinder 32 egal welche Höhe aufrechterhalten, auf die er angehoben wurde, bevor das Hubstopp-Elektromagnetventil 46 aktiviert wurde. Dies kann irgendeine Steuereingabe von der Hubsteuervorrichtung 24 übersteuern, die in anderer Weise eine Ausfahrbewegung des Hubzylinders 32 zur Folge haben könnte.

Die Arbeitsmaschine 10 kann mehr als ein Hubstopp-Elektromagnetventil 46 aufweisen, insbesondere wenn der Hubmechanismus 18 mehr als einen Hubzylinder 32 aufweist. Weiterhin kann die Arbeitsmaschine 10 einen anderen Mechanismus aufweisen (einen anderen als ein Hubstopp-Elektromagnetventil), um den Hub des Hubmechanismus 18 zu begrenzen.

Die Warnanzeige 26 kann an irgendeiner geeigneten Stelle an der Arbeitsmaschine 10 gelegen sein, wie beispielsweise auf einem Armaturenbrett in der Bedienerstation 20 (siehe 1). Die Warnanzeige 26 kann ein Monitorschirm sein, wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre (CRT = cathode ray tube), eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder ein Plasmamonitor, und kann zusätzliche Informationen neben Nutzlastüberladungswarnungen und/oder Anweisungen anzeigen. Alternativ kann die Warnanzeige 26 ein oder mehrere Anzeigelichter aufweisen, die im Fall einer Nutzlastüberladung leuchten können. Die Warnanzeige 26 kann auch hörbare Warnungen verwenden, falls geeignet.

Die Warnanzeige 26 kann konfiguriert sein, um eine Warnnachricht anzuzeigen, die anzeigt, dass eine Nutzlastüberlastung detektiert worden ist. Die Warnanzeige 26 kann auch konfiguriert sein, um Anweisungen bezüglich möglicher Handlungen anzuzeigen, die unternommen werden können, um die Nutzlast zu eliminieren. Wenn beispielsweise eine Nutzlastüberlastung detektiert worden ist, und die Arbeitsmaschine 10 in einer Weise betrieben worden ist, wo es wünschenswert wäre, eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus 18 aufzuprägen und/oder die Nutzlast im Nutzlastträger 16 zu verändern, dann kann die Warnanzeige 26 eine Anweisungsnachricht anzeigen, wie beispielsweise "NUTZLAST REDUZIEREN, AUSLEGER ABSENKEN". Diese Art von Nachricht kann den Bediener informieren, dass die Maschine überlastet ist und dass es unter den gegenwärtigen Bedingungen wünschenswert ist, den Nutzlastträger 16 abzusenken und/oder einen Teil der Nutzlast abzuladen.

Wenn jedoch eine Nutzlastüberlastung detektiert worden ist und die Arbeitsmaschine 10 in einer Weise betrieben wird, die es nicht wünschenswert machen würde, die Nutzlast zu verändern oder eine Hubgrenze aufzuprägen, dann kann die Warnanzeige 26 einfach eine Warnnachricht anzeigen, wie beispielsweise "NUTZLASTÜBERLASTUNG", um den Bediener zu informieren, dass die Arbeitsmaschine 10 eine Nutzlast über der Größe trägt, für die die Maschine ausgelegt ist. Diese Art von Nachricht kann den Bediener dahingehend informieren, dass die Maschine überlastet ist, was somit anzeigt, dass es wünschenswert sein kann, zusätzliche Sorgfalt walten zu lassen, während man die gegenwärtige Nutzlast handhabt.

Eine beispielhafte Steuerlogik für die Steuervorrichtung 28 ist in 3 veranschaulicht und wird genauer im folgenden Abschnitt besprochen.

Industrielle Anwendbarkeit

Das offenbarte Nutzlastüberlastungssteuersystem kann auf Arbeitsmaschinen anwendbar sein, wie beispielsweise auf Lader und Gabelstapler, um gewisse Nutzlastbehandlungsvorgänge der Maschinen zu begrenzen. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus 18 aufgeprägt werden. Das Aufprägen von solchen Grenzen kann auf irgendeinem erwünschten Betriebszustand der Arbeitsmaschine 10 basieren. Beispielsweise können für gewissen Anwendungen die Grenzen nur aufgeprägt werden, wenn die Maschine in einem vorbestimmten Bewegungszustand arbeitet (beispielsweise Rückwärtsfahrt oder stationär). Für andere festgelegte Bewegungen (beispielsweise eine Vorwärtsbewegung) können Betriebsgrenzen aufgegeben werden, falls erwünscht.

Zusätzlich oder alternativ kann das Nutzlastüberlastungssteuersystem ein Nutzlastüberlastungswarnsignal in dem Fall ausgeben, dass ein Nutzlastüberlastungszustand detektiert wird. Dieses Warnsignal kann an den Bediener der Arbeitsmaschine unabhängig von der Anwendung von irgendwelchen erwünschten betrieblichen Grenzen der Maschine geliefert werden.

Das offenbarte System kann auch als ein Lernwerkzeug für unerfahrene Bediener dienen, um die Betriebscharakteristiken der Arbeitsmaschine zu lernen. Beispielsweise kann das System Bedienern dabei helfen, zu lernen, welche Arten von Bedingungen einen Nutzlastüberlastungszustand zur Folge haben können. Das System kann auch Bedienern dabei helfen, zu lernen, welche Arten von Betriebsvorgängen geeignet sein können, wenn ein Überlastungszustand vorhanden ist.

3 veranschaulicht eine beispielhafte Steuerlogik für das offenbarte System. Im Schritt 48 kann die Steuervorrichtung 28 eine Nutzlastüberlastungssteuerroutine beginnen. Im Schritt 50 und im Schritt 52 kann die Steuervorrichtung 28 bestimmen, ob irgendein zuvor existierender Überlastungszustand vorhanden ist (dies wird genauer im Detail unten besprochen). Falls nicht, kann die Steuervorrichtung 28 dann voranschreiten, um die Höhe der Hubverbindung 30 unter Verwendung des Hubmechanismuspositionssensors 40 zu bestimmen und die bestimmte Hubhöhe mit einer vorbestimmten Hubhöhengrenze vergleichen (Schritt 54). Die vorbestimmte Grenze kann ein spezieller Prozentsatz der vollen Hubhöhe sein (beispielsweise 60% Hubhöhe), über dem es nicht wünschenswert sein kann, den Nutzlastträger 16 anzuheben, falls dieser überladen ist. Wenn die Höhe des Auslegers bzw. der Verbindung auf oder unter der vorbestimmten Grenze ist, dann kann die Routine sich schleifenförmig zurück zum Anfang bewegen (Schritt 56).

Wenn die Verbindungs- bzw. Auslegerhöhe die vorbestimmte Grenze überschreitet, dann kann die Steuervorrichtung 28 eine Nutzlast bestimmen (Schritt 58), und zwar unter Verwendung von Informationen vom Nutzlastmonitor 38. Im Schritt 60 kann die Steuervorrichtung 28 die erwünschte Nutzlast mit einer erwünschten maximalen Nutzlast vergleichen, wie beispielsweise der Nenn-Nutzlast für die Maschine oder mit einem speziellen Prozentsatz über der Nenn-Nutzlast (beispielsweise 120% der Nenn-Nutzlast oder 95% der Nenn-Nutzlast). Wenn die bestimmte Nutzlast auf oder unter der erwünschten maximalen Nutzlast ist, dann kann sich die Routine schleifenförmig zurück zum Anfang bewegen (Schritt 56). Wenn die bestimmte Nutzlast größer ist als die erwünschte maximale Nutzlast, kann die Steuervorrichtung 28 dann bestimmen, ob eine Vorwärtsrichtung ausgewählt ist (Schritt 62), und zwar unter Verwendung des Maschinenfahrtrichtungssensors 42. Wenn eine Vorwärts-Richtung nicht ausgewählt ist (beispielsweise ist Neutral oder die Rückwärtsrichtung ausgewählt), dann kann die Steuervorrichtung 28 bestimmen, ob die Fahrtgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 größer als Null ist (Schritt 64), und zwar unter Verwendung von Informationen von dem Fahrtgeschwindigkeitssensor 44. Wenn entweder eine Vorwärts-Richtung ausgewählt ist, oder die Fahrtgeschwindigkeit größer als Null ist, dann kann es nicht wünschenswert sein, eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus 18 aufzuprägen. In einem solchen Fall kann ein Überlastungszustand auf "1" gesetzt werden (Schritt 66), und die Warnanzeige 26 kann eine erste Warnnachricht anzeigen, wie beispielsweise "NUTZLASTÜBERLASTUNG" (Schritt 68).

Die erste Warnnachricht und der Nutzlastüberlastungszustand können durch Absenken der Hubverbindung bzw. des Hubauslegers 30 unter eine vorbestimmte Reset- bzw. Rücksetzhöhe zurückgesetzt werden (d.h. abgeschaltet werden), wie beispielsweise auf eine Hubhöhe von 30%. Im Schritt 70 kann die Steuervorrichtung 28 bestimmen, ob die Ausleger- bzw. Verbindungshöhe unter der Reset-Höhe ist. Falls nicht, dann fährt die Routine fort, die Warnnachricht anzuzeigen, und kann sich schleifenförmig zurück zum Start bewegen (Schritt 56). Wenn die Ausleger- bzw. Verbindungshöhe unter der Reset-Höhe ist, dann kann der Überlastungszustand auf "0" zurückgesetzt werden (Schritt 72), die erste Warnnachricht kann zurückgesetzt werden (Schritt 74) und die Routine kann sich schleifenförmig zurück zum Start bewegen (Schritt 56).

Wiederum mit Bezug auf den Schritt 70 kann eine negative Antwort darauf bewirken, dass sich die Routine schleifenförmig zurück zum Start bewegt, wenn der Ausleger bzw. die Verbindung nicht unter die vorbestimmte Reset-Höhe abgesenkt worden ist, wenn die Routine diesen Schritt ausführt, wobei der Überlastungszustand gleich "1" sein wird und daher wird die Ausführung des Schrittes 50 eine Umgehung von einem Teil der Routine zur Folge haben und geradlinig zum Schritt 70 weiterspringen.

Mit Bezug auf 64 kann die Steuervorrichtung 28, wenn bestimmt wird, dass die Vorwärts-Fahrtgeschwindigkeit kleiner oder gleich Null ist, dann das Hubstopp-Elektromagnetventil 46 aktivieren (Schritt 76), was somit eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus 18 aufprägt. Im Schritt 78 kann ein Überlastungszustand auf "2" gesetzt werden. Zusätzlich kann die Warnanzeige 26 initialisiert werden, um eine zweite Warnnachricht anzuzeigen, wie beispielsweise "NUTZLAST REDUZIEREN, AUSLEGER ABSENKEN" (Schritt 80).

Das Hubstopp-Elektromagnetventil 46 kann durch das Absenken der Hubverbindung bzw. des Hubauslegers 30 unter die vorbestimmte Hubgrenze deaktiviert werden. Im Schritt 82 kann die Steuervorrichtung 28 bestimmen, ob die Ausleger- bzw. Verbindungshöhe unter der vorbestimmten Grenze ist. Falls nicht, kann die Steuervorrichtung 28 das Hubstopp-Elektromagnetventil 46 aktivieren, wenn es noch nicht aktiviert ist (Schritt 84), und die Routine fährt fort, die zweite Warnnachricht anzuzeigen. Wenn die Verbindung bzw. der Ausleger unter der vorbestimmten Grenze ist, dann kann die Steuervorrichtung 28 das Hubstopp-Elektromagnetventil deaktivieren (Schritt 86), was somit die Hubgrenze wegnimmt. Jedoch ist an diesem Punkt ein Nutzlastüberlastungszustand immer noch vorhanden (Überlastungszustand = 2), so dass die Hubgrenze immer noch vorhanden ist. Wenn die Routine schleifenförmig zurück zum Start bewegt wurde und zum Schritt 52 voranschreitet, der nachfragt, ob der Überlastungszustand gleich 2 ist, wird daher die Antwort "ja" sein, was somit die Steuervorrichtung 28 anweist, zum Schritt 82 voranzuschreiten. Während der Hubvorgang wieder eingerichtet worden ist, kann die Verbindung nur bis zur Hubgrenze angehoben werden, über der der Hubstopp-Elektromagnet 46 aktiviert wird (d.h. wenn der Schritt 82 negativ beantwortet wird). Um den Nutzlastüberlastungszustand zurückzusetzen, und um somit einen vollen Hubvorgang erneut zu ermöglichen, genauso wie um die zweite Warnnachricht zurückzusetzen, kann die Hubverbindung unter die vorbestimmte Reset-Höhe abgesenkt werden.

Im Schritt 88 kann die Steuervorrichtung 28 bestimmen, ob die Hubhöhe geringer als die vorbestimmte Reset-Höhe ist. Falls nicht, dann kann die Routine sich schleifenförmig zurück zum Start bewegen (Schritt 56). Wenn die Hubhöhe unter der vorbestimmten Reset-Höhe ist, dann kann der Überlastungszustand auf Null zurückgesetzt werden (Schritt 90), die zweite Warnnachricht kann zurückgesetzt werden (Schritt 92) und die Routine kann sich schleifenförmig zurück zum Start bewegen (Schritt 56). Die Routine kann sich schleifenförmig zurück zum Anfang auf konstanter oder periodischer Basis bewegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Routine vom Anfang beim Auftreten von einem oder mehreren gewissen Auslösern starten. Beispielsweise kann die Routine starten, wenn der Bediener manuell anfordert, dies so zu tun, beispielsweise durch Eingabe eines Befehls "neu wiegen".

Zusätzlich können die Schwellenwerte für jede oben besprochene Bedingung variabel sein. Die vorbestimmte Hubgrenze, die maximale Nutzlast, die Rate der Vorwärts-Fahrtgeschwindigkeit und die Rücksetz- bzw. Reset-Höhe können durch irgendeine von einer Anzahl von Personen auswählbar sein, wie beispielsweise von einem Eigentümer, von einem Servicetechniker, von einem Bediener und/oder einem Mieter. Egal ob diese Werte fest oder variabel sind, können auch die Einstellungen von Maschine zu Maschine abweichen. Beispielsweise können diese Werte basierend auf der Art und/oder der Größe der Maschine abweichen.

Die vorbestimmte Hubgrenze kann irgendeine Höhe sein, über die es nicht wünschenswert sein kann, den Hubmechanismus 18 anzuheben. Insbesondere kann die vorbestimmte Hubgrenze, egal welche Höhe sein, auf der der Hubmechanismus 18 ist, wenn bestimmt wird, dass die Nutzlast die erwünschte maximale Nutzlast überschreitet. D.h. die Steuervorrichtung 28 kann konfiguriert sein, um zu verhindern, dass der Hubmechanismus 18 irgendwie höher angehoben wird, als er es zu dem Zeitpunkt ist, wenn bestimmt wird, dass die Nutzlast zu hoch ist. Alternativ kann die vorbestimmte Hubgrenze über oder unter dieser Höhe sein. Wenn beispielsweise die Nutzlastüberlastung detektiert wird, wenn der Hubmechanismus 18 auf einer Hubhöhe von 70% ist, kann es wünschenswert sein, eine Hubgrenze bei einer Hubhöhe von 50% einzurichten, so dass, sobald der Hubmechanismus 18 unter einer Hubgrenze von 50% abgesenkt ist, die Steuervorrichtung 28 nicht gestatten kann, dass er zurück auf oberhalb einer Hubhöhe von 50% angehoben wird. Andererseits, wenn eine Nutzlastüberlastung bei einer Hubhöhe von 30% detektiert wird, kann es wünschenswert und sicher sein, eine gewisse zusätzliche Hubhöhe zu gestatten, beispielsweise eine Hubhöhe von 40%.

Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Nutzlastüberlastungssteuersystem vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.


Anspruch[de]
  1. Arbeitsmaschinennutzlastüberlastungssteuersystem, das Folgendes aufweist:

    einen Nutzlastträger (16);

    einen Hubmechanismus (18), der konfiguriert ist, um den Nutzlastträger anzuheben und abzusenken;

    eine Nutzlastüberwachung (Nutzlastmonitor) 38, die konfiguriert ist, um eine Nutzlast in dem Nutzlastträger zu bestimmen; und

    eine Steuervorrichtung (28), die konfiguriert ist, um die bestimmte Nutzlast mit einer vorbestimmten maximalen Nutzlast zu vergleichen und selektiv den Hubvorgang des Nutzlastträgers durch den Hubmechanismus zu steuern, wenn die bestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus aufzubringen, wenn die bestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet und mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt wird:

    a) die Vorwärts-Fahrtgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine ist nicht größer als Null; und

    b) eine ausgewählte Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine ist aus der Gruppe ausgewählt, die im Wesentlichen aus Neutral und Rückwärts besteht.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus aufzuprägen, wenn beide Bedingungen a) und b) erfüllt sind.
  4. System nach Anspruch 1, welches weiter eine Anzeige (26) aufweist, wobei die Anzeige konfiguriert ist, um eine Nachricht anzuzeigen, wann die bestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet.
  5. System nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus aufzuprägen, wenn die bestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet, und wenn der Hubmechanismus über eine vorbestimmte Grenze angehoben ist.
  6. Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschinennutzlastüberlastung, welches Folgendes aufweist:

    Bestimmung einer Nutzlast, die von einer Arbeitsmaschine (10) in einem Nutzlastträger (16) getragen wird;

    Vergleich der bestimmten Nutzlast mit einer vorbestimmten maximalen Nutzlast;

    selektive Steuerung des Hubvorgangs des Nutzlastträgers, wenn die bestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, einen Hubmechanismus (18) vorzusehen, der konfiguriert ist, den Nutzlastträger anzuheben und abzusenken, und eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus aufzuprägen, wenn die vorbestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet und mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

    a) die Vorwärts-Fahrtgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine ist nicht größer als Null; und

    b) eine ausgewählte Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine ist aus der Gruppe ausgewählt, die im Wesentlichen aus Neutral und Rückwärts besteht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter das Aufprägen der Hubgrenze aufweist, wenn beide Bedingungen a) und b) erfüllt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, eine Nachricht anzuzeigen, wenn die vorbestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, einen Hubmechanismus (18) vorzusehen, der konfiguriert ist, um den Nutzlastträger anzuheben und abzusenken und eine Hubgrenze auf den Hubmechanismus aufzuprägen, wenn die bestimmte Nutzlast die vorbestimmte maximale Nutzlast überschreitet und der Nutzlastträger über eine vorbestimmte Grenze angehoben ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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