Beitrag zu einer universellen Baggerschnittstelle zur Übertragung hydraulischer und elektrischer Leistung und elektronischer Signale für komplexe Anbaugeräte
(Deutsch)
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Bagger sind vielseitig einsetzbare Baumaschinen, die mit entsprechenden Anbaugeräten eine Vielzahl von Arbeitsaufgaben erfüllen können. Diese reichen von einfachen Grab- und Reißprozessen bis hin zu komplizierten Aufgaben wie dem Ausstechen von Bäumen samt Wurzelballen. Wird die Anzahl der hydraulischen Funktionen des Anbaugeräts jedoch zu groß, oder erfordern sie eine genaue Regelung, so ist eine direkte Ansteuerung über die Bedienelemente des Baggers nicht mehr möglich. Ein zusätzliches Steuermodul wird notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Steuerungssystem für Baggeranbaugeräte entworfen, welches die Steuerung und Regelung komplexer Anbaugeräte erlaubt und darüber hinaus im Stande ist, auch in die Steuerung des Baggers einzugreifen. Durch die beabsichtigte freie Programmierbarkeit sind zusätzliche Funktionen, wie Protokollierung und Dokumentation des Arbeitsprozesses, möglich. Darüber hinaus ist das Steuerungssystem so leistungsfähig, dass bisherige Steuerungs- und Assistenzsysteme des Baggers auf ihm laufen. Dadurch wird die Anzahl der Anzeigeelemente reduziert und die Übersichtlichkeit der Fahrerkabine gesteigert. Die Anbaugerätesteuerung ist in der Lage, dem Bagger mitzuteilen, welche Anforderungen gestellt werden, so dass der Bagger sich darauf einstellen kann. Neben dieser Schutzfunktion für das Anbaugerät besteht auch die Möglichkeit, Kraftstoff einzusparen, wenn das Anbaugerät bei Inaktivität oder reduzierter Leistungsaufnahme die hydraulische Versorgung des Baggers beeinflusst. Eine mögliche Beispielanwendung für das Steuerungssystem ist ein Rohrschweißgerät, mit dem durch Reibschweißen Kunststoffrohre aus HDPE für den Leitungsbau auf der Baustelle verschweißt werden sollen. Das Gerät erfordert eine vergleichsweise hohe Anzahl hydraulischer Funktionen, die für die Einhaltung der Prozessgüte teilweise exakt geregelt werden müssen. Auf Basis des Rohrschweißgeräts wurde ein Simulationsmodell des Hydrauliksystems erstellt, das anhand der Messdaten eines Referenzschweißzyklus des Rohrschweißgeräts validiert wurde. Mit dem Modell wurde simulativ untersucht, welche Energieeinsparpotentiale für verschiedene gängige Hydrauliksysteme auf dem Bagger durch den Einsatz einer intelligenten Steuerung mit Zugriff auf die Baggersteuerung gegeben sind. Die Ergebnisse zeigen, dass je nach Kenntnis über den aktuellen Bedarf des Anbaugeräts und der gewählten Druckeinstellung bis zu 19 Prozent der benötigten hydraulischen Energie für eine Referenzschweißung im Vergleich zu einem gängigen Load-Sensing-System eingespart werden kann.
Beitrag zu einer universellen Baggerschnittstelle zur Übertragung hydraulischer und elektrischer Leistung und elektronischer Signale für komplexe Anbaugeräte