EP2746212B1

EP2746212B1 - Verfahren zur Drehzahlnachführung eines Kranantriebs und Kranantrieb

Info

Publication number: EP2746212B1
Application number: EP13006069.2A
Authority: EP
Inventors: Alexander Kisselbach
Original assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: JP2014122704A; EP2746212A2; US20140283507A1; JP6563171B2; US9399565B2; DE102012025253A1; EP2746212A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlnachführung eines hydraulischen Kranantriebs mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher, zum Beispiel ein Hydraulikmotor, der über wenigstens eine verstellbare Hydraulikpumpe gespeist wird, und die wenigstens eine Verstellpumpe durch das Antriebsaggregat des Krans angetrieben wird.
Krane, insbesondere Mobilkrane, weisen eine Hydraulik zum Antrieb der verschiedenen Kranfunktionen auf. Diese Hydraulik wird von einer oder mehreren Hydraulikpumpen versorgt, die zumindest teilweise über ein zentrales Antriebsaggregat des Krans, insbesondere einen Verbrennungsmotor, versorgt werden. Das Fördervolumen der einzelnen Hydraulikpumpen hängt von der Antriebsdrehzahl des Motorabtriebs ab. Je größer das geförderte Pumpenvolumen ist, desto schneller ist die Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen über die Pumpe gespeisten hydraulischen Verbraucher für die Ausführung unterschiedlicher Kranfunktionen.
Üblicherweise kennt der Fahrer des Krans nicht die erforderliche Motordrehzahl, die für den ordnungsgemäßen Betrieb der Kranhydraulik mit der erwünschten Bewegungsgeschwindigkeit notwendig ist. Aufgrund dieser Unkenntnis lassen die Fahrer das Antriebsaggregat mit hoher Drehzahl laufen, um genügend Reserven für die Einstellung einer beliebigen Bewegungsgeschwindigkeit sicherzustellen. In vielen Fällen ist jedoch auch eine wesentlich niedrigere Drehzahl ausreichend. Dies führt neben einem überhöhten Kraftstoffverbrauch und hoher Lärmemission auch zu einem unnötig starken Verschleiß des Antriebsaggregats.
Aus der US 6 308 516 B1 ist eine Kontrollvorrichtung für hydraulisch betriebene Geräte bekannt, bei der ein Motor in Abhängigkeit eines Motordrehzahlparameters sowie einer Hochfrequenzkomponente eines Pumpensignals geregelt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Kraftstoffverbrauch des Krans zu optimieren und gleichzeitig die Lärmemission zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Gemäß Anspruch 1 wird also ein Verfahren zur Drehzahlnachführung eines hydraulischen Kranantriebs vorgeschlagen. Der hydraulische Kranantrieb besteht aus wenigstens einem hydraulischen Verbraucher, insbesondere Hydraulikmotor, zur Ausführung einer spezifischen Kranfunktion. Wenigstens ein Verbraucher dient beispielsweise als Drehantrieb des Oberwagens oder zum Antrieb einer Winde. Weiterhin ist wenigstens eine hydraulische Verstellpumpe vorgesehen, die den wenigstens einen hydraulischen Verbraucher mit einem einstellbaren Volumenstrom speist. Die wenigstens eine Verstellpumpe wird durch wenigstens ein zentrales Antriebsaggregat des Krans angetrieben.
Zur Verwirklichung einer Drehzahlnachführung ist es nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Drehzahl des Antriebsaggregats und der Schwenkwinkel der wenigstens einen Verstellpumpe in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms für wenigstens einen der Verbraucher und in Abhängigkeit eines weiteren kranspezifischen Parameters durch die Kransteuerung gesteuert bzw. geregelt werden und dass die Solldrehzahl durch die Kransteuerung aus dem angeforderten Volumenstrom berechnet wird. Die Berechnung erfolgt hierbei dynamisch zur Laufzeit in Abhängigkeit des aktuellen angeforderten Volumenstroms.
Die Einflussnahme der Kransteuerung auf die Drehzahlnachführung kann ferner jederzeit durch eine entsprechende Benutzereingabe übersteuert werden. Dies bedeutet, dass eine durch die Kransteuerung vorgenommene Reduzierung bzw. Erhöhung der Drehzahl des Antriebsaggregats bzw. des Schwenkwinkels wenigstens einer Verstellpumpe jederzeit per Benutzereingabe übersteuert werden kann. Eine denkbare Benutzereingabe stellt die Betätigung des Gaspedals dar.
Die Drehzahl des Antriebsaggregats wird erfindungsgemäß solange erhöht, bis der aus der momentanen Drehzahl des Antriebsaggregats bzw. aus der Drehzahl der wenigstens einen Verstellpumpe bestimmte Volumenstrom dem angeforderten Volumenstrom entspricht bzw. gegen diesen konvergiert. Der aus der Drehzahl bestimmte Volumenstrom wird in Abhängigkeit einzelner spezifischer Pumpenparameter berechnet. Hierdurch kann in Abhängigkeit der bekannten Drehzahl, mit dem das Antriebsaggregat die wenigstens eine Verstellpumpe antreibt, auf einen theoretisch möglichen Volumenstrom am Ausgang der Verstellpumpe geschlossen werden. Diese Annahme hat jedoch nur Gültigkeit, solange die wenigstens eine Verstellpumpe bzw. der gespeiste Verbraucher lastfrei arbeitet.
Das Antriebsaggregat kann vorzugsweise ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Dieselaggregat, oder auch ein Elektro- bzw. Hybridmotor sein. Die Verfahrensausführung ist unabhängig von der gewünschten Systemstruktur der Hydraulik. Der oder die Verbraucher und die wenigstens eine Pumpe können als offener oder als geschlossener Hydraulikkreislauf verschaltet sein.
Die gewünschte Bewegungsgeschwindigkeit des Kranaktors bzw. hydraulischen Verbrauchers wird per Benutzereingabe festgelegt. Anhand der Benutzereingabe ermittelt die Kransteuerung die hierfür benötigte Energie, d. h. den benötigten Volumenstrom, der von der wenigstens einen Verstellpumpe an den oder die hydraulischen Verbraucher bereitgestellt werden muss. Die Kransteuerung ist für die Einstellung der gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit verantwortlich. Hierzu steuert bzw. regelt die Kransteuerung bei Bedarf das Antriebsaggregat des Krans sowie wenigstens eine verstellbare Hydraulikpumpe.
Zusätzlich kann optional eine weitere kranspezifischer Parameter für die Steuerung bzw. Regelung des Antriebsaggregats Berücksichtigung finden. Mögliche Parameter stellen beispielsweise ein oder mehrere Werte dar, der oder die das Höhenniveau über Normal Null des Krans und/oder einen Ladevorgang eines Energiespeichers und/oder den oder die Wirkungsgrade aller bzw. zumindest eines Teils der Verbraucher und/oder wenigstens eine Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur des Krans, und/oder eine direkte Vorgabe, insbesondere Solldrehzahlvorgabe des Kranbedieners charakterisieren. Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Außendruck sowie die Umgebungstemperatur beeinflussen möglicherweise die Arbeitsbedingungen des Hydrauliksystems. Die Aufladung eines Energiespeichers kann möglicherweise eine höhere Drehzahl des Antriebsaggregats benötigen. Wenigstens einer oder zumindest ein Teil dieser Werte kann von der Kransteuerung für die Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl bzw. des Schwenkwinkels wenigstens einer Verstellpumpe berücksichtigt werden. Die Berücksichtigung erfolgt entweder zusätzlich oder alternativ angeforderten Volumenstroms für wenigstens einen Verbraucher
Unter Steuerung der Drehzahl wird gleichermaßen eine Erhöhung sowie Reduzierung der aktuellen Drehzahl verstanden. Gleiches gilt für die Steuerung bzw. Regelung des Schwenkwinkels. In Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms und/oder eines weiteren Parameters kann dieser wahlweise reduziert bzw. erhöht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein proportional ansteuerbares Wegesitzventil vorgesehen ist, das zwischen wenigstens einer Verstellpumpe und wenigstens einen Verbraucher geschaltet ist. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, dass in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms und/oder eines weiteren Parameters zusätzlich eine Steuerung bzw. Regelung wenigstens eines Wegesitzventils erfolgt. In Abhängigkeit der Benutzereingabe wird beispielsweise ein Signal zur Ansteuerung wenigstens eines Ventils erzeugt. In Abhängigkeit des Eingangssignals stellt sich ein Volumenstrom ein, den das Ventil zum hydraulischen Verbraucher durchlassen kann. Die Kransteuerung kann diesen Volumenstrom berechnen.
Das Wegesitzventil wird beispielsweise über einen geeigneten Verstellmechanismus, insbesondere einen Elektromagneten, verstellt.
Es erweist sich von Vorteil, wenn vorrangig eine Steuerung des Schwenkwinkels erfolgt und nur bedarfsweise eine Steuerung der Drehzahl des Antriebsaggregats vorgenommen wird. Läuft der Antriebsmotor im Standgas, so wird in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms und/oder eines weiteren Parameters zunächst das Schluckvolumen der wenigstens einen Hydraulikpumpe mit dem Schwenkwinkel verändert. Sofern der angeforderte Volumenstrom den über den aktuellen Schwenkwinkel bereitstellbaren Volumenstrom übersteigt, erfolgt eine Nachführung der Motordrehzahl. Durch Erhöhung der Motordrehzahl lässt sich die geförderte Volumenmenge bis auf den angeforderten Volumenstrom erhöhen.
Zweckmäßig ist es, wenn der angeforderte Volumenstrom über wenigstens einen Bedienhebel des Krans eingestellt wird. Ein oder mehrere Bedienhebel sind beispielsweise in der Krankabine vorgesehen. Durch Betätigung des Hebels, d. h. Auslenkung des Hebels aus der Neutralstellung bis zur Endstellung, kann der Kranbediener den gewünschten Volumenstrom einstellen. Beispielsweise kann wenigstens ein Bedienhebel aus einer Mittelstellung, d. h. Neutralstellung, in vier Richtungen ausgelenkt werden. Dabei stellt die Hebelstellung in Verbindung mit einer oder mehreren Reduzierungen den gewünschten Volumenstrom dar. Aufgrund verschiedener Bedienungen, zum Beispiel einer Annäherung an eine Abschaltgrenze der Arbeitsbereichbegrenzung, ermittelt die Kransteuerung sogenannte Reduzierungen. Diese liegen regelmäßig im Bereich zwischen 0 bis 100 %, wobei ein Betrag von 100 % keiner Reduzierung entspricht. Die Vorgabe durch den Bedienhebel wird mit einer derartigen Reduzierung verrechnet und ein endgültig reduzierter Volumenstrom ermittelt.
Die Signale wenigstens eines Bedienhebels lassen sich wahlweise über eine BUSVerbindung oder auch alternativ über eine Funkverbindung an die Kransteuerung übermitteln.
Für die Steuerung der Drehzahl des Antriebsaggregats muss die Kransteuerung in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms eine entsprechende Solldrehzahl ermitteln. Die Ermittlung kann unter Verwendung eines Kennfeldes erfolgen. Das Kennfeld enthält Drehmoment- und/oder Drehzahlkurven mit jeweiligem Kraftstoffverbrauch des Antriebsaggregats. Ein derartiges Kennfeld ist idealerweise in der Kransteuerung hinterlegt. Beispielsweise ist für wenigstens ein Kennlinienfeld der Zusammenhang zwischen Hydraulikdruck und Motordrehzahl und/oder für wenigstens ein Kennlinienfeld der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl dargestellt. Für jeden Wert eines der Kennlinienfelder ist der zugehörige Kraftstoffverbrauch, insbesondere in Kilogramm pro Stunde, dargestellt.
Falls eine Last am Verbraucher bzw. der wenigstens einen Verstellpumpe angreift, weicht der tatsächliche Volumenstrom von dem aus der Drehzahl berechneten Volumenstrom ab. Insbesondere unterschreitet der tatsächliche Volumenstrom den berechneten Volumenstrom. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn der aus der momentanen Motorleistung bestimmte Volumenstrom durch Steuerung der Drehzahl auf den angeforderten Volumenstrom eingeregelt wird. Der aus der momentanen Motorleistung bestimmte Volumenstrom kann optional oder alternativ aus dem anliegenden Pumpendruck am Ausgang der wenigstens einen Verstellpumpe ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise eine entsprechende Sensorik zur Erfassung des Ausgangsdrucks herangezogen werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist es denkbar, dass vorab die Drehzahl solange erhöht wird, bis der aus der momentanen Drehzahl bestimmte Volumenstrom dem angeforderten Volumenstrom entspricht bzw. gegen diesen konvergiert. Im Anschluss wird ein Volumenstrom aus der momentanen Motorleistung bzw. des momentanen Pumpenausgangsdrucks bestimmt. Dieser berechnete Volumenstrom wird als Eingangswert einer Regelstrecke zugeführt, die den berechneten Volumenstrom auf den angeforderten Volumenstrom durch Steuerung der Drehzahl des Antriebsaggregats einregelt. Insbesondere ist es zweckmäßig, einen Regler, beispielsweise I-Regler zu verwenden, wobei als Sollgröße der angeforderte Volumenstrom und als Istgröße der aus der momentanen Motorleistung und des momentanen Pumpendruckes bestimmte Volumenstrom verwendet wird.
Vor diesem Hintergrund ist es vorteilhaft, wenn die Kransteuerung die Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsrampen der Drehzahl des Antriebsaggregats individuell und lastabhängig anpasst. Beispielsweise kann über die Nachstellzeit des verwendeten Reglers die Geschwindigkeit, mit der das Ausgangssignal des verwendeten Reglers dem Eingangssignal folgt, gesteuert werden. Diese Zeit ist dynamisch einstellbar.
Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass Änderungen des angeforderten Volumenstroms mittels Hochlaufgeber verzögert und/oder beschleunigt werden. Hierdurch werden die Motordrehzahl und somit auch der Kran selbst beruhigt, um ein möglichst gleichmäßiges Fahrverhalten zu erreichen. Die Anstiegs- und/oder Abfallzeit bzw. Anfangs- und Endwert sind dynamisch einstellbar.
Für den Fall, dass der Hydraulikantrieb des Krans mehrere hydraulische Verbraucher aufweist kann es vorteilhaft sein, wenn die Kransteuerung die einzelnen angeforderten Volumenströme der jeweiligen Verbraucher zu einem Gesamtbedarf zusammenfasst. Das vorstehend beschriebene Verfahren wird sodann auf den bestimmten Gesamtbedarf angewendet, wobei der Gesamtbedarf in diesem Fall dem angeforderten Volumenstrom entspricht. Übersteigt der ermittelte Gesamtbedarf das maximal mögliche Fördervolumen der wenigstens einen Verstellpumpe, so muss die Kransteuerung das maximal mögliche Fördervolumen auf die einzelnen hydraulischen Verbraucher aufteilen. Insbesondere erfolgt die Aufteilung proportional zur jeweiligen Volumenstromanforderung der einzelnen Verbraucher.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mechanische Antriebsstrang ausgekuppelt wird, falls die Kransteuerung einen Leerlaufbetrieb feststellt. Insbesondere kann die Kransteuerung nach Feststellung eines Leerlaufbetriebs ein bestimmtes Zeitintervall abwarten, bis sie den Antriebsstrang des Oberwagens möglichst nahe am Antriebsaggregat auskuppelt. Das definierte Zeitintervall kann beispielsweise im Bereich von einer Minute liegen. Hierdurch senken sich die Verluste in mechanischen Antriebswellen und in Getrieben. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Lösung bei einem Einmotorenkran, bei dem der Oberwagen vom Unterwagenmotor aus angetrieben wird. In diesem Fall ist das Schaltgetriebe sehr nahe am Motor angebracht, das zum Fahrbetrieb ebenso dient, wie zum Kranbetrieb. Somit kann der komplette Antriebsstrang zum Oberwagen mit allen Verlusten (Winkelgetriebe) abgekoppelt werden und dennoch steht die komplette Leistung nach ca. ein bis zwei Sekunden wieder für den Kranbetrieb zur Verfügung. Alternativ oder zusätzlich zum Auskuppeln kann ein automatisches Abschalten des Antriebaggregats durch die Steuerung in Erwägung gezogen werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen hydraulischen Kranantrieb mit einer Kransteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. zur Durchführung einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist dabei offensichtlich, dass der Kranantrieb bzw. die Kransteuerung entsprechende Mittel zur Ausführung des Verfahrens aufweist. Hierzu zählt eine entsprechende Rechner- und Regellogik, die insbesondere hardware- bzw. softwaremäßig implementiert sein kann. Der erfindungsgemäße Kranantrieb weist folglich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf, weshalb an dieser Stelle nicht erneut auf eine wiederholende Beschreibung dieser Merkmale eingegangen werden soll.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kran, der den erfindungsgemäßen Kranantrieb aufweist. Die Vorteile und Eigenschaften des Krans entsprechen offensichtlich denen des erfindungsgemäßen Kranantriebs.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1:: ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Kranantriebs,
Figur 1a:: eine Übersicht über die verwendeten Eingangsparameter der Kransteuerung,
Figur 2:: ein Funktionsschaubild des erfindungsgemäßen Regelalgorithmus zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3:: eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Sprungantwort des verwendeten I-Reglers,
Figur 4:: eine Diagrammdarstellung einzelner Steuer- bzw. Regelgrößen gegenüber der Zeit,
Figur 5:: eine Diagrammdarstellung der Sprungantwort des verwendeten Hochlaufgebers,
Figur 6:: ein Funktionsschaubild eines alternativen Regelalgorithmus zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 7:: eine Diagrammdarstellung der Sprungantwort des im Funktionsschaubild der Figur 7 verwendeten Hochlaufgebers,
Figur 8:: eine Diagrammdarstellung der Übertragungsfunktion des im Funktionsschaubild der Figur 7 verwendeten PT1-Gliedes und
Figur 9:: ein Messdiagramm für ein Anwendungsszenario des Regelalgorithmus der Figur 7.

Figur 1 zeigt ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Kranantriebs. Der Kranantrieb umfasst einen Antriebsmotor 1, der beispielsweise als Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselaggregat, ausgeführt ist und den zentralen Mobilkranantrieb darstellt. Die Verbindung zur Verstellpumpe 3 wird über das Getriebe 2 mit konstantem Übersetzungsverhältnis realisiert. Die Drehzahl des Antriebsmotors 1 kann über eine nicht dargestellte Motorsteuerung im Bereich zwischen einer minimalen und maximalen Motordrehzahl geregelt werden. Die zentrale Kransteuerung 10 steht kommunikativ mit der Motorsteuerung in Verbindung.
Die verstellbare Hydraulikpumpe 3 fördert je nach Motordrehzahl des Antriebsmotors 1 und in Abhängigkeit des Pumpenschluckvolumens V_G,PU einen Volumenstrom Q_PU zum angeschlossenen hydraulischen Verbraucher 7 sowie zu weiteren hydraulischen Verbrauchern 11. Alle Verbraucher 7, 11 sollen optimal mit Energie versorgt werden, wobei dennoch auf einen sparsamen Kraftstoffverbrauch Wert gelegt wird. Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Hauptaugenmerk auf den Verbraucher 7 beschrieben. Grundsätzlich können oder sollen auch die übrigen Verbraucher 11 bei der Verfahrensausführung berücksichtigt werden.
Das Schluckvolumen V_G,PU der Hydraulikpumpe 3 lässt sich über den Schwenkwinkel der Hydraulikpumpe 3 steuern, wobei eine Änderung des Schwenkwinkels mit Hilfe eines Verstellmechanismus erreicht wird. Als Verstellmechanismus dient ein proportional steuerbarer Elektromagnet, dessen Steuerstrom I_Pumpe von der Kransteuerung 10 erzeugt wird.
Der Volumenstrom Q_PU am Ausgang der Verstellpumpe 3 wird vorrangig über den Schwenkwinkel geregelt. Ist das maximale Schluckvolumen V_G,MAX bei maximalem Schwenkwinkel ausgeschöpft, kann durch Erhöhung der Motordrehzahl der Volumenstrom Q_PU weiter erhöht werden.
An der Ausgangsleitung der Verstellpumpe 3 ist zudem ein Drucksensor 4 angeordnet, der den ausgangseitigen Druck p_PU erfasst und der Steuerung 10 mitteilt.
Die Verstellpumpe 3 speist einen hydraulischen Verbraucher, der in der Figurendarstellung als Hydraulikmotor 7 zum Antrieb einer Hubwinde ausgeführt ist. Hydraulikmotor 7 und Verstellpumpe 3 sind über ein 4/3-Wegesitzventil 5 zur Umkehrung der Durchflussrichtung sowie Regelung des Volumenstroms verschaltet. Die Ventilbetätigung erfolgt über einen proportional steuerbaren Elektromagneten. Der notwendige Steuerstrom I_Ventil wird von der Kransteuerung bereitgestellt. Diese bestimmt in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms den passenden Steuerstrom I_Ventil, der die mögliche Durchlassmenge am Ventil auf den angeforderten Volumenstrom einstellt.
Die Bewegungsgeschwindigkeit des Hydraulikmotors 7 verändert sich in Abhängigkeit des Volumenstroms Q_PU, der von der Verstellpumpe über das Ventil 5 zu diesem durchgelassen wird. Eine an der Kranwinde befestigte Last kann ein Lastmoment auf die Winde bzw. den Hydraulikmotor erzeugen, das bei angesteuertem Ventil 5 dem Antriebsmoment des Antriebsmotors 1 entgegenwirkt und gleichzeitig den Druck p_PU auf die Pumpe 3 erhöht.
Der Kranbediener hat die Möglichkeit, den Volumenstrom Q_PU über den Bedienhebel 6 zu beeinflussen. Die Freiheitsgrade des Bedienhebels 6 werden durch ein Achsenkreuz festgelegt. In der Null- bzw. Mittelstellung erfolgt keine Betätigung des Hydraulikmotors 7. Die Auslenkung des Bedienhebels in x- bzw. y-Achsrichtung wird von der Kransteuerung 10 erfasst und in Verbindung mit dem Ventilstrom I_Ventil in den angeforderten Volumenstrom Q_Fahrer umgerechnet.
Der Bedienhebel ist selbstrückstellend ausgeführt, so dass dieser stets ohne Krafteinwirkung in die Neutralstellung, d. h. in die Mittelstellung gebracht wird.
Über ein Gaspedal 9 kann die Motordrehzahl des Antriebsmotors 1 manuell im Bereich der maximalen und minimalen Drehzahl verändert werden.
Für die Steuerung bzw. Regelung der Motordrehzahl bzw. des Schwenkwinkels der Pumpe 3 können zum angeforderten Volumenstrom zusätzlich weitere Parameter berücksichtigt werden. Figur 1a gibt einen kurzen Überblick über mögliche einzubeziehende Parameter. Beispielsweise kann zusätzlich die Umgebungstemperatur des Krans oder sein Höhenniveau miteinbezogen werden, um mögliche umgebungsbedingte Werte, die Einfluss auf die Wirkungsweise der Hydraulik haben, zu berücksichtigen.
Ferner kann eine Vorgabe des Bedieners, beispielsweise die Auswahl einer gewünschten Solldrehzahl des Antriebsaggregats berücksichtigt werden. Genauso kann ein Ladeprozess eines Energiespeichers Einfluss auf die bestimmte Drehzahl bzw. den Schwenkwinkel haben, da für den Ladeprozess regelmäßig ein erhöhter Energiebedarf herrscht.
Als weitere Parameter sind beispielsweise die Wirkungsgrade der Verbraucher 7, 11 zu nennen sowie weitere beliebige kranspezifische Sensorwerte bzw. Umgebungsbedingungen.
Das Ziel der Kransteuerung 10 ist es unter Berücksichtigung der genannten Parameter eine optimale Motordrehzahl bzw. eine optimale Arbeitsgeschwindigkeit zu bestimmen. Dies kann neben einem gesenkten Kraftstoffverbrauch zu einer deutlich wahrnehmbaren Reduzierung der Geräuschemission des Krans führen.
Figur 2 zeigt ein Funktionsschaubild des erfindungsgemäßen Regelalgorithmus zur Drehzahlnachführung. Die Blöcke 1 bis 8 entsprechen den einzelnen Komponenten gemäß Figur 1, wobei gleiche Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Der Motor 1 liefert Informationen über seine Ist-Leistung P_MOT bzw. Ist-Drehzahl n _MOT an die Kransteuerung 10. Zudem wird von der Verstellpumpe 3 über den Sensor 4 der Ausgangsdruck p_PU an die Kransteuerung übermittelt.
Ferner hat die Kransteuerung Kenntnis über den eingestellten Steuerstrom I_Ventil am Wegesitzventil 5. Daneben wird die Auslenkung des Bedienhebels 6 per Bussystem oder Funkübertragung der Kransteuerung 10 zugänglich gemacht.
Aus den bereitgestellten Daten berechnet die Kransteuerung kontinuierlich mehrere Volumenströme. Der angeforderte Volumenstrom Q_Fahrer wird ausgehend von der Ansteuerung des Bedienhebels 6 und dem erforderlichen Ventilstrom I_Ventil berechnet. Die Berechnung des Volumenstroms Q_PU1 erfolgt gemäß Gleichung 1 in Abhängigkeit von der aktuellen Motordrehzahl n _MOT und des maximalen Schluckvolumens der Pumpe 3. Hierbei gilt es zu beachten, dass immer mit dem maximalen Schluckvolumen der Hydraulikpumpe gerechnet wird, obwohl das tatsächliche Schluckvolumen bei nicht angesteuertem Ventil gegen null eingestellt ist. $Q_{PU 1} [\frac{l}{\min}] = \frac{n_{MOT} [\frac{U}{\min}] • V_{G, PU} [\frac{l}{U}] • u_{PU, MOT}}{1000 • 1000} \Rightarrow Q \sim n_{MOT}, bei : V_{G, PU} = V_{G, MAX} = konst .$
n _MOT steht für die Motordrehzahl, V_G,PU für das Schluckvolumen der Pumpe 3 und u_PU,MOT für das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 2. Nimmt man das Schluckvolumen V_G,PU und die Übersetzung u_PU,MOT als konstant an, kann man aus Gleichung 1 schlussfolgern, dass sich der Volumenstrom Q_PU1 proportional zur Drehzahl n _MOT ändert. Es gilt: $Q_{PU 1} = f (n_{MOT})$
Aufgrund der momentanen Motorleistung P_MOT und des vorhandenen Pumpendrucks p_PU wird ein weiterer Volumenstrom Q_PU2 errechnet. $Q_{PU 2} [\frac{l}{\min}] = \frac{P_{MOT} [kW] • 600}{p_{PU} [bar]} \Rightarrow Q \sim P_{MOT}, wobei : P_{MOT} = f (n_{MOT})$
Aus Gleichung 3 kann man schlussfolgern, dass sich der Volumenstrom Q_PU2 proportional zur Leistung ändert. Geht man davon aus, dass sich die Leistung P_MOT mit steigender Drehzahl n _MOT erhöht, ist die Leistung P_MOT wiederum proportional zur Drehzahl n _MOT. Die Drehzahl n _MOT wird maximal bis zur Drehzahl-Obergrenze des Antriebsmotors 1 erhöht. Es gilt: $Q_{PU 2} = f (P_{MOT}), mit P_{MOT} = f (n_{MOT}) \Rightarrow Q_{PU 2} = f (n_{MOT})$
Aus den Gleichungen 2 und 4 ist ersichtlich, dass der Volumenstrom Q_PU immer von der Drehzahl n _MOT des Antriebsmotors 1 abhängig ist. Die Motordrehzahl n _MOT muss nun solange verändert werden, bis Gleichung 5 und 6 erfüllt sind. $Q_{PU 1} \geq Q_{Fahrer}$
$Q_{PU 2} \geq Q_{Fahrer}$
Die allgemeine Formel für die Motordrehzahl aufgrund eines geförderten Volumenstroms lautet: $n_{MOT} [\frac{U}{\min}] = \frac{Q_{PU} [\frac{l}{\min}] • 1000 • 1000}{u_{PU, MOT} • V_{G, PU} [\frac{l}{U}]}$
Befindet sich der Antriebsmotor 1 im Standgas, wird das Schluckvolumen der Hydraulikpumpe 3 mit dem Schwenkwinkel der Hydraulikpumpe 3 verändert. Wird vom Fahrer eine höhere Verbrauchsmenge angefordert, als die Pumpe 3 bei maximalem Schluckvolumen V_G,MAX und Standgas fördern kann, muss nun die Motordrehzahl n _MOT erhöht werden um die geforderte Menge zu fördern. Aus Gleichungen 2 und 4 ist ersichtlich, dass sich die Volumenströme Q_PU1 und Q_PU2 proportional zur Motordrehzahl n _MOT erhöhen. Die Kransteuerung 10 ermittelt kontinuierlich einen vom Fahrer gewünschten Volumenstrom Q_Fahrer und regelt die Motordrehzahl n _MOT so, dass beide Volumenströme Q_PU1 und Q_PU2 mindestens dem gewünschten Volumenstrom Q_Fahrer entsprechen.
Bei der Steuer- bzw. Regelung kann zwischen zwei Fällen unterschieden werden. Fall 1 gilt für einen unbelasteten Hydraulikmotor 7.

Fall 1:

Die Kransteuerung 10 ermittelt den vom Fahrer gewünschten Volumenstrom Q_Fah-rer. Die Motordrehzahl n _MOT wird solange verändert, bis Q_PU1 dem Volumenstrom des Fahrers Q_Fahrer entspricht. Anschließend errechnet die Kransteuerung 10 aufgrund der momentanen Motorleistung P_MOT und des Pumpendrucks p_PU den Volumenstrom Q_PU2. Für den unbelasteten Hydraulikmotor 7 ist Q_PU2 größer als Q_PU1. Das bedeutet, dass genügend Motorleistung P_MOT vorhanden ist, um die Bedingung aus Gleichung 6 zu erfüllen, und dass eine weitere Erhöhung der Motordrehzahl n _MOT nicht erforderlich ist.

Fall 2:

Für den Fall eines belasteten Hydraulikmotors 7 gilt das Folgende:
Die Kransteuerung 10 ermittelt den vom Fahrer gewünschten Volumenstrom Q_Fah-rer . Die Motordrehzahl n _MOT wird solange verändert, bis Q_PU1 dem Volumenstrom des Fahrers Q_Fahrer entspricht. Anschließend errechnet die Kransteuerung 10 aufgrund der momentanen Motorleistung P_MOT und des Pumpendrucks p_PU den Volumenstrom Q_PU2. Da der belastete Hydraulikmotor 7 ein Gegenmoment zum Antriebsmoment des Antriebsmotors 1 erzeugt, ergibt sich in diesem Fall ein Volumenstrom Q_PU2 , der niedriger ist als Q_PU1. Die bereitgestellte Motorleistung P_MOT ist nicht ausreichend, um die Bedingung aus Gleichung 6 zu erfüllen. Da mit steigender Motordrehzahl n _MOT auch die Motorleistung P_MOT steigt, ist eine weitere Erhöhung der Motordrehzahl n _MOT erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher die folgenden Schritte vor:

1. Die Kransteuerung 10 ermittelt kontinuierlich den gewünschten Volumenstrom Q_Fahrer . Anhand des geförderten Volumenstroms Q_PU wird mit Gleichung 7 die Sollmotordrehzahl n _Soll gerechnet und an das Motorsteuergerät weitergereicht. Ist diese Motordrehzahl n _Soll kleiner als die Minimaldrehzahl des Antriebsmotors 1, läuft der Antriebsmotor 1 mit Minimaldrehzahl. Ist diese Motordrehzahl n _Soll größer als die Maximaldrehzahl des Antriebsmotors 1, läuft der Antriebsmotor 1 mit Maximaldrehzahl.
2. Während der Verbrennungsmotor 1 beschleunigt, ermittelt die Steuerung 10 den aktuellen Volumenstrom Q_PU1.
3. Erreicht der Volumenstrom Q_PU1 annähernd den gleichen Wert wie Q_Fahrer , wird ein I-Regler 20 (Figur 2) aktiviert, der den Volumenstrom Q_Fahrer als Sollwert und den Volumenstrom Q_PU2 als Istwert erhält.
4. Liegt der Volumenstrom Q_PU2 unter Q_PU1, so wird die Motordrehzahl n _Soll solange erhöht, bis der Volumenstrom Q_PU2 dem Volumenstrom des Fahrers Q_Fahrer entspricht oder die maximale Motordrehzahl erreicht ist. Es kann davon ausgegangen werden, dass mit steigender Motordrehzahl n _MOT auch die Motorleistung P_MOT steigt.

Die konkrete Ansteuerung des I-Reglers 20 ist in Figur 2 ersichtlich. Der I-Regler 20 wird verwendet, um die Differenz von Q_Fahrer zu Q_PU2 (x) auszugleichen. Dazu wird aus dem Sollwert Q_Fahrer sowie dem Istwert Q_PU2 die Regeldifferenz e bestimmt und dem Regler 20 zugeführt. Der I-Regler 20 generiert am Ausgang das Stellsignal Q_I-Regler (y).
Zur Verdeutlichung der Sprungantwort des I-Reglers sei auf Figur 3 verwiesen, die den Verlauf des Signals Q_Fahrer sowie des Regelausgangssignals Q_I-Regler gegenüber der Zeit zeigt. Die Zeitverzögerung kommt durch die Umlaufzeit der Steuerung zustande. Über die Nachstellzeit wird die Geschwindigkeit, mit der das Ausgangssignal des I-Reglers 20 dem Eingangssignal Q_Fahrer folgt, gesteuert. Diese Zeit ist dynamisch einstellbar.
Das Ausgangssignal Q_I-Regler(y) des I-Reglers 20 sowie der Volumenstrom Q_Fahrer werden addiert und dem Hochlaufgeber 30 als Eingangssignal übergeben. Damit wird eine Verzögerung des angeforderten Volumendrucks erreicht. Figur 5 zeigt die Sprungantwort des Hochlaufgebers 30. Die Implementierung des Hochlaufgebers 30 verfolgt den Zweck, die Motordrehzahl n _MOT als auch den Mobilkran selbst zu beruhigen und so ein möglichst gleichmäßiges Fahrverhalten zu ermöglichen. Die Anstiegs- und Abfallzeit mit der das Ausgangssignal des Hochlaufgebers 30 dem Eingangssignal folgt, kann dynamisch gesteuert werden.
Figur 4 zeigt den Verlauf der einzelnen Steuer- und Regelsignale der Soll- und Istmotordrehzahl n_Soll, n_Ist, sowie die einzelnen Signale der Volumenströme Q_Fahrer, Q_PU1, Q_PU2, Q_I-Regler über die Zeit. Bis zum Zeitpunkt t₁ erfolgt keine Eingabe durch den Kranbediener, so dass der Wert für Q_Fahrer=0 angenommen wird. In diesem Fall entspricht die Sollmotordrehzahl n_Soll dem Wert 0 und die Motoristdrehzahl n_Ist entspricht der Drehzahl des Antriebsmotors 1 im Standgas.
Das Signal Q_PU1 zeigt die momentan mögliche Fördermenge mit Standgas und maximalem Schluckvolumen V_G,MAX, wohingegen das Signal Q_PU2 die mögliche Fördermenge aufgrund der momentanen Motorleistung P _MOT im Standgas und des gemessenen Drucks p _PU charakterisiert. Da die Regelung zu diesem Zeitpunkt noch nicht aktiv ist, hat der Ausgangswert des I-Reglers 20 Q_I-Regler den Wert 0.
Zum Zeitpunkt t₁ betätigt der Kranbediener den Hebel 6 zur Steuerung des Kranantriebs, so dass der Wert für das Signal Q_Fahrer einen Wert > 0 annimmt. Der Wert für die Sollmotordrehzahl n_Soll folgt der Vorgabe des Regelkreises und die Istmotordrehzahl n_Ist folgt der jeweiligen Motordrehzahl. Da Q_PU1 von der Istmotordrehzahl n_Ist abhängt, folgt dieser Wert ebenfalls der Istmotordrehzahl n_Ist, solange die Verstellpumpe 3 auf das maximale Schluckvolumen V_G,MAX eingestellt ist. Durch den anliegenden Volumenstrom an den Verbraucher(n) 7 werden diese entsprechend angesteuert. Der einwirkende Druck p_PU auf die Verstellpumpe 3 führt zu einem Abfall der tatsächlichen Fördermenge der Verstellpumpe 3, so dass der Wert für Q_PU2 absackt und den Wert Q_PU1 unterschreitet.
In diesem Fall wird die Motordrehzahl n_Soll solange erhöht, bis der Wert für Q_PU1 sich dem Wert Q_Fahrer annähert bzw. diesem entspricht (Zeitpunkt t₂). Da der tatsächliche Volumenstrom Q_PU2 unterhalb des angeforderten Volumenstroms Q_Fahrer liegt, wird der I-Regler 20 hinzugeschaltet (Zeitpunkt t₂) und die Sollmotordrehzahl n_Soll solange erhöht, bis der Wert für Q_PU1 ≥ Q_Fahrer ist.
Im Zeitpunkt t₃ wird der Bedienhebel 6 entlastet und zurück in die Nullstellung gebracht. Der Wert für Q_Fahrer nimmt verzögert ab, so dass alle Werte wieder zu ihren Ursprungswerten zurückkehren.
Figur 6 zeigt ein Funktionsschaubild des Regelalgorithmus zur Drehzahlnachführung gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung. Die Blöcke 1 bis 8 entsprechen den einzelnen Komponenten gemäß Figur 1, wobei gleiche Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Der Motor 1 liefert Informationen über sein Motorenmoment M_MOT bzw. seine Ist-Drehzahl n _MOT an die Kransteuerung 10. Zudem wird von der Verstellpumpe 3 über den Sensor 4 der Ausgangsdruck p_PU sowie der Volumenstrom Q_PU an die Kransteuerung 10 übermittelt.
Ferner hat die Kransteuerung Kenntnis über den eingestellten Steuerstrom I_Ventil am Wegesitzventil 5. Daneben wird die Auslenkung des Bedienhebels (MS) 6 per Bussystem oder Funkübertragung der Kransteuerung 10 zugänglich gemacht.
Die Kransteuerung erhält als Sollvorgabe einen gewünschten Volumenstrom des Fahrers (Q_Fahrer). Der Fahrer bestimmt den Volumenstrom Q_Fahrer durch die Ansteuerung der Bedienhebel 6 und der damit verbundenen Einstellung der Ventilströme (I_Ventil). Ziel der Steuerung ist es, für den gewünschten Volumenstrom Q_Fahrer eine passende Motordrehzahl η_{MOT_Max} zu berechnen, bei der der Volumenstrom der Kranpumpe Q_PU dem gewünschten Soll-Volumenstrom Q_Fahrer entspricht. Die Berechnung und Einstellung der Motordrehzahl erfolgt unter der Berücksichtigung der Arbeitsgeschwindigkeit und der Arbeitsleistung.
Befindet sich der Antriebsmotor 1 im Leerlauf, wird das Schluckvolumen der Hydraulikpumpe(n) 3 mit dem Schwenkwinkel der Hydraulikpumpe(n) 3 verändert. Wird vom Fahrer eine höhere Verbrauchsmenge angefordert, als die Pumpe 3 bei maximalem Schluckvolumen im Leerlauf fördern kann, muss nun die Motordrehzahl η_MOT erhöht werden um die geforderte Menge zu fördern.
Der Volumenstrom Q_Fahrer ist gemäß Gleichung 8 von der Motordrehzahl, dem maximalen Schluckvolumen V_G,PU,Max der Pumpe 3 und dem Übersetzungsverhältnis Pumpe-Motor abhängig. Hierbei gilt es zu beachten, dass immer mit dem maximalen Schluckvolumen der Hydraulikpumpe(n) 3 V_G,PU,Max = konstant gerechnet wird.

Arbeitsgeschwindigkeit:

$Q_{Fahrer} [\frac{l}{\min}] = \frac{n_{MOT, SPEED} [\frac{U}{\min}] • V_{G, PU, MAX} [\frac{l}{U}] • u_{PU, MOT}}{1000 • 1000} \Rightarrow Q_{Fahrer} \sim n_{MOT, SPEED}$
Nimmt man neben dem Schluckvolumen auch die Übersetzung als konstant an, kann man aus Gleichung 8 schlussfolgern, dass sich der gewünschte Volumenstrom proportional zur Drehzahl ändert. Stellt man diese Gleichung nach der Motordrehzahl um, erhält man folgende Gleichung: $n_{MOT, SPEED} [\frac{U}{\min}] = \frac{Q_{Fahrer} [\frac{l}{\min}] • 1000 • 1000}{u_{G, PU, MAX} [\frac{l}{U}] • u_{PU, MOT}} \Rightarrow n_{MOT, SPEED} \sim Q_{Fahrer}$
Mit Hilfe von Gleichung 9 wird der gewünschte Volumenstrom Q_Fahrer in eine Motordrehzahl η_{MOT, SPEED} umgerechnet.

Arbeitsleistung:

Damit die Arbeitsleistung, die sich der Kranfahrer mit dem Volumenstrom Q_Fahrer wünscht, berücksichtigt wird, muss die aktuelle Motorenleistung P_Mot berechnet werden. $P_{MOT} [kW] = \frac{Q_{Fahrer} [\frac{l}{\min}] • p_{PU} [bar]}{600}$
Die Komponente p_PU stellt den Pumpendruck der Pumpe 3 dar. Eine Motorleistung P_Mot lässt sich auch durch folgende Formal berechnen: $P_{MOT} [kW] = \frac{M_{Mot} [Nm] • η_{Mot, Power} [\frac{l}{\min}]}{9549}$
Wobei hier M_Mot für das Motordrehmoment steht. Setzt man Gleichungen 10 und 11 gleich $\frac{Q_{Fahrer} [\frac{l}{\min}] • p_{PU} [bar]}{600} = \frac{M_{Mot} [Nm] • η_{Mot, Power} [\frac{l}{\min}]}{9549}$
und stellt nach der Drehzahl η_{Mot, POWER} um, so erhält man folgende Gleichung: $η_{Mot, Power} [\frac{l}{\min}] = \frac{Q_{Fahrer} [\frac{l}{\min}] • p_{PU} [bar] • 9549}{600 • M_{Mot} [Nm]} \Rightarrow η_{MOT, POWER} \sim Q_{Fahrer}$
Aus beiden Gleichung 9 und 12 ist ersichtlich, dass der Volumenstrom Q_Fahrer immer von der Drehzahl η_MOT des Antriebsmotors 1 abhängig ist. Aus den beiden errechneten Motordrehzahlen (η_{MOT, SPEED}, η_{MOT, POWER}) wird die jeweils größere an das Motorsteuergerät gesendet. Das für die Motordrehzahl nach Gleichung 12 benötigte Motormoment M_MOT kann entweder das aktuell vom Motorsteuergerät ausgegebene Motormoment oder ein aus einem Motorkennfeld ermitteltes Motormoment sein.
Auch bei diesem Regelalgorithmus kann zwischen den beiden bekannten Fällen unterschieden werden. Aus Gleichungen 9 und 12 ist ersichtlich, dass sich die Motordrehzahlen η_{MOT, SPEED}, η_{MOT, POWER} proportional zum Volumenström erhöhen. Die Kransteuerung ermittelt diese Motordrehzahlen kontinuierlich aus einem vom Fahrer gewünschten Volumenstrom Q_Fahrer. Die größere der beiden Motordrehzahlen wird im Block 40 bestimmt und als Solldrehzahl η_{MOT, MAX} an den Antriebsmotor 1 gesendet. Nachdem sich die Solldrehzahl η_MOT,MAX eingestellt hat, fördert die Kranpumpe so viel Volumenstrom, wie es Q_Fahrer entspricht.

Fall 1 wenig belasteter Hydraulikmotor 7:
Gegeben sind die folgenden Größen:

Q_Fahrer	= 200 l/min
u_PU,MOT	= 1000
η_{MOT, SPEED}	= 847 U/min (nach Gleichung 9)
η_{MOT, POWER}	= 477 U/min (nach Gleichung 12)
p_PU	= 60 bar
V_G,PU,MAX	= 236 ccm
P_MOT	= 40 kW (nach Gleichung 10)
M_MOT	= 400 Nm

Der Kransteuerung 10 ermittelt aus dem vom Fahrer gewünschten Volumenstrom Q_Fahrer die Motordrehzahlen η_{MOT, SPEED} und η_{MOT, POWER}. Im Falle des unbelasteten Hydraulikmotors 7 ist der gemessene Pumpendruck p_PU sehr niedrig. Die ermittelte Motordrehzahl η_{MOT, POWER} wird im Vergleich zur Motordrehzahl η_{MOT, SPEED} sehr viel geringer sein. Das bedeutet, dass die Motordrehzahl η_{MOT, SPEED} als Solldrehzahl an den Kranmotor gesendet wird.

Fall 2 stark belasteter Hydraulikmotor (7):
Gegeben:
Gegeben sind die folgenden Größen:

Q_Fahrer	= 200 l/min
u_PU,MOT	= 1000
η_{MOT, SPEED}	= 847 U/min (nach Gleichung 9)
η_{MOT, POWER}	= 1326 U/min (nach Gleichung 12)
p_PU	= 250 bar
V_G,PU,MAX	= 236 ccm
P_MOT	= 80 kW (nach Gleichung 10)
M_MOT	= 600 Nm

Der Kransteuerung 10 ermittelt aus dem vom Fahrer gewünschten Volumenstrom Q_Fahrer die Motordrehzahlen η_{MOT, SPEED} und η_{MOT, POWER}. Im Falle des belasteten Hydraulikmotors 7 ist der gemessene Pumpendruck p_PU sehr hoch. Die ermittelte Motordrehzahl η_{MOT, POWER} wird im Vergleich zur Motordrehzahl η_{MOT, SPEED} sehr viel höher sein. Das bedeutet, dass die Motordrehzahl η_{MOT, POWER} als Solldrehzahl an den Kranmotor gesendet wird.
Gemäß Figur 6 wird die maximale Motordrehzahl η_MOT,MAX dem nachgeschalteten Hochlaufgeber (HG) 50 zugeführt. Das Eingangssignal am Hochlaufgeber 50 wird zur besseren Verständlichkeit als η_MOT,MAX,HG gekennzeichnet, während das Ausgangssignal als η_MOT,MAX,PT1 bezeichnet wird. Der Hochlaufgeber 50 der Figur 6 wird verwendet, um die Motordrehzahl und somit auch den Mobilkran zu beruhigen, was ein möglichst gleichmäßiges Fahrverhalten ermöglicht.
Figur 7 zeigt die Sprungantwort des Hochlaufgebers 50. Über die Anstiegs- und Abfallzeit wird die Geschwindigkeit, mit der das Ausgangssignal des Hochlaufgebers dem Eingangssignal folgt, gesteuert. Diese Zeiten, sowie Anfangs- und Endwert sind dynamisch einstellbar.
Das Ausgangssignal des Hochlaufgebers 50 wird dann dem PT1-Glied 60 zugeführt. Als PT1-Glied bezeichnet man ein LZI-Übertragungsglied in der Regelungstechnik, welches ein proportionales Übertragungsverhalten mit Verzögerung 1. Ordnung aufweist.
Das PT1-Gliederhält als Eingangsgröße das Ausgangssignal η_MOT,MAX,PT1 des Hochlaufgebers 50 und erzeugt gemäß der in Figur 8 dargestellten Übertragungsfunktion die Ausgangsdrehzahl η_MOT,MAX, die letztendlich der Motorsteuerung des Motors 1 als Solldrehzahl zugeführt wird.
Figur 9 zeigt zuletzt ein Messdiagramm, dass den Zeitverlauf der für die Kransteuerung relevanten Größen im beschriebenen zweiten Fall mit stark belasteten Hydraulikmotor 7, das heißt mit vergleichsweise hohem Pumpendruck p_PU, verdeutlicht. Der angeforderte Volumenstrom Q_Fahrer steigt zu Beginn an und erreicht m Zeitpunkt t=20s ein Niveau von 200 l/min. Die tatsächliche Motordrehzahl orientiert sich zunächst im Zeitfenster t=0 und t=6s an der Drehzahl η_MOT,SPEED. Ab dem Zeitpunkt t=6s übersteigt die berechnete Motordrehzahl η_MOT,POWER die Motordrehzahl η_MOT,SPEED, so dass die tatsächliche Motordrehzahl η_MOT,IST der Motordrehzahl η_MOT,POWER folgt. Im Zeitpunkt t=40s wird die Anforderung an den Volumenstrom zurückgestellt und die Drehzahl heruntergeregelt.

Claims

Verfahren zur Drehzahlnachführung eines hydraulischen Kranantriebs mit wenigstens einem hydraulischer Verbraucher (7, 11), der über wenigstens eine hydraulische Verstellpumpe (3) mit einem einstellbaren Volumenstrom (Q_PU) gespeist wird, wobei die wenigstens eine Verstellpumpe (3) durch das Antriebsaggregat (1) des Krans angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehzahl (n_MOT) des Antriebsaggregats (1) und der Schwenkwinkel der wenigstens einen Verstellpumpe (3) in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms (Q_FAHRER) für wenigstens einen Verbraucher (7, 11) und aufgrund eines weiteren Parameters durch die Kransteuerung (10) gesteuert und/oder geregelt werden,
dass die Solldrehzahl (n_SOLL) aus dem angeforderten Volumenstrom (Q_FAHRER) berechnet wird,
dass die Drehzahlnachführung durch eine Benutzereingabe, insbesondere eine Gaspedalbetätigung (9), übersteuerbar ist und
dass die Drehzahl (n_MOT) des Antriebsaggregats (1) solange erhöht wird, bis der aus der momentanen Drehzahl (n_MOT) bestimmte Volumenstrom (Q_PU1) dem angeforderten Volumenstrom (Q_FAHRER) entspricht bzw. er gegen diesen konvergiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens ein proportional ansteuerbares Wegesitzventil (5) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorrangig eine Steuerung des Schwenkwinkels und bedarfsweise eine Steuerung der Drehzahl (n_MOT) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der angeforderte Volumenstrom (Q_FAHRER) über wenigstens einen Bedienhebel (6) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Hebelstellung wahlweise über eine Busverbindung und/oder Funkverbindung an die Kransteuerung (10) signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahl (n_SOLL) des Antriebsaggregats (1) anhand wenigstens eines Kennfeldes, insbesondere des Antriebsaggregats (1) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine weitere Parameter ein Wert ist, der das Höhenniveau über Normal Null des Krans und/oder einen Ladevorgang eines Energiespeichers und/oder den oder die Wirkungsgrade aller bzw. zumindest eines Teils der Verbraucher (7, 11) und/oder wenigstens eine Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur des Krans, und/oder eine direkte Vorgabe, insbesondere Solldrehzahlvorgabe (n_SOLL) des Kranbedieners charakterisiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der momentanen Motorleistung (P_MOT) und/oder des momentanen Pumpendruckes (p_PU) bestimmte Volumenstrom (Q_PU2) durch Steuerung der Drehzahl (n_MOT) auf den angeforderten Volumenstrom (Q_FAHRER) eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kransteuerung (10) die Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsrampen der Drehzahl (n_MOT) des Antriebsaggregats (1) individuell und lastabhängig anpasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des angeforderten Volumenstroms (Q_FAHRER) mittels Hochlaufgeber (30) verzögert und/oder beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kransteuerung (10) bei mehreren hydraulischen Verbrauchern (7, 11) die einzelnen angeforderten Volumenströme zu einem Gesamtbedarf (Q_FAHRER) zusammenfasst und die maximale Fördermenge proportional zur jeweiligen Anforderung auf die Verbraucher (7, 11) aufteilt, falls der Gesamtbedarf (Q_FAHRER) die maximale Fördermenge übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Antriebsstrang ausgekuppelt wird, falls die Kransteuerung (10) einen Leerlaufbetrieb feststellt.
Hydraulischer Kranantrieb mit einer Kransteuerung (10) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorliegenden Ansprüche.
Kran, insbesondere Mobilkran, mit einem Kranantrieb gemäß Anspruch 13.