自動的にファン回転速度を調節する建設機械
【課題】駆動部有すると共に、ファンを含む冷却システムを有する建設機械。
【解決手段】ファン５を、調節可能なビスカスカップリング４によって駆動部３に接続し、ビスカスカップリングを、必要なファン回転速度を出力側で設定するようにして、調整する。また、建設機械１の冷却システム２に対して自動的にファン回転速度を調節する。
【解決手段】ファン５を、調節可能なビスカスカップリング４によって駆動部３に接続し、ビスカスカップリングを、必要なファン回転速度を出力側で設定するようにして、調整する。また、建設機械１の冷却システム２に対して自動的にファン回転速度を調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部分に記載の自動的にファン回転速度を調節する建設機械に関すると共に、請求項１５に記載のファンを駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械、特に道路舗装機やフィーダでは、ディーゼルエンジンが駆動モータとして使用されている。ディーゼルエンジンとディーゼルエンジンで駆動する装置の両方共、エンジンの効率に応じた排熱があり、冷却装置によって放熱する必要がある。現在の道路舗装機では、要求温度までの冷却は、熱交換器を介して、様々な冷媒、例えば、冷却水、給気及び／又は作動油等によって行われている。確実に空気流を熱交換器に通すために、ファンが冷却システムの要素となっている。ファンが常時ディーゼルエンジンの出力回転速度に対応するファン回転速度をとるように、ファンをディーゼルエンジンに固定的に接続することが知られている。
【０００３】
また、道路舗装機の場合、実際には油圧で駆動するファンで得られる冷却用空気供給を必要に応じて使用することが知られている。しかしながら、それには、ファン駆動部における油圧ロスを許容しければならないという短所がある。また、油圧ファン駆動部の効率を最適化すると、費用が著しく増える。これは、油圧ファン駆動部の効率を最適化することは、経済的な定流量ポンプを活用できなくなることを意味するからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基礎は、冷却用空気流を、建設機械の様々な動作状況に自動的に対応させるのに用いる、自動的にファン回転速度を調節する建設機械を作製するという目的から成り、同目的のために、経済的且つ低騒音の技術手段を使用する。同じく、冷却用空気流を自動的に調節する方法を構築することも、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そうした目的を、請求項１の技術的特徴を用いて、及び請求項１５の技術的特徴を用いて解決する。
【０００６】
本発明の改良した更なる発展形については、従属クレームの技術的特徴によって与えられるものとする。
【０００７】
本発明によれば、建設機械を、特に道路舗装機又はフィーダとする。道路舗装機は、駆動部と、冷却用空気流を生成するために提供されるファンを有する冷却システムを含む。本発明によれば、冷却システムは、調節可能なビスカスカップリングを更に含み、該ビスカスカップリングを、入力側で駆動部に接続し、出力側で冷却システムのファンに接続する。ビスカスカップリングにより、駆動部の駆動トルクを、出力側にあるファンに伝達し、その結果該ファンが冷却用空気流を生成する。
【０００８】
本発明の場合、調節可能なビスカスカップリングは、カップリング内の異なる油量によって異なるトルクを伝達する可能性を提供する。ビスカスカップリングは、互いに対向して配置された２円板から成り、１枚目の円板で駆動部を形成し、２枚目の円板を出力側とする。トルクを伝達する場合、油の動粘度によって出力側を入力側と共に移動させるように、カップリング空間を油で充填しなければならない。この機能のために、ビスカスカップリングの出力側の回転速度は、常に入力側の回転速度より低くなる。より低い出力回転速度を実現しようとするならば、より少ない油量で実行可能になる。ビスカスカップリング内で永久的に油を循環させることによって、カップリングの油量を、給油弁や一定の排油流量の助けを借りて規定できるが、この循環は、特定の最低回転速度になるまで開始しない。ビスカスカップリングの出力側で低回転速度の必要がある場合、油制御弁を閉弁して、カップリング内に依然として存在する油を、遠心力によって油出孔を通して油空間の外に転位させる。ビスカスカップリングに油が全くない場合は、最低回転速度、つまりスリップ回転速度が確立される。出力側の目標回転速度を上げる場合、油出口から排出できる油より多くの油を、油制御弁を通して供給しなければならないが、その結果回転速度は高くなる。ビスカスカップリングを完全に油で満した場合、上流で回転速度を調節するには、出力回転速度が目標回転速度に到達するまでにかなり長い時間が必要となる。駆動回転速度が低いほど、この時間は長くなる。特に、アイドリング中には、ビスカスカップリング内部での油循環は大幅に減少し、そのため回転速度の調節が、この動作点では不可能となる。
【０００９】
本発明の場合、調節可能なビスカスカップリングにより、確実に、アクチュエータ部とファンとの間を低騒音で接続できる。これにより、建設機械付近にいる者の作業条件が改善され、互いに簡単に対話ができるようになる。
【００１０】
調節可能なビスカスカップリングにより、状況に応じてファンを起動可能になり、ビスカスカップリングの油量に応じて、必要な回転速度をファンに関して調整でき、該回転速度を駆動部の回転速度とは独立したものとすることができる。本発明の場合、ビスカスカップリングにより、駆動部とファンとの間のトルク伝達を最小にできる、或いは完全に防止でき、その結果ファンは最低回転速度で動作する又は停止する点も、有利である。これは、氷点付近の温度で建設機械を始動させる際に、最適温度に出来る限り速く到達させるのに、特に有用である。
【００１１】
また、ビスカスカップリングによって、ファンを駆動部に固定的に接続した場合よりも燃料を節約してファンを駆動する方法が可能となる。つまり、設定するファン回転速度を、駆動部の駆動回転速度より低くしても、通常のモータ負荷に対しては、その低いファン回転速度で十分となる。
【００１２】
また同様に、ビスカスカップリングには、排熱が、油圧駆動式ファンより少なくなり、その結果ビスカスカップリングによって全体の効率が向上するという技術的利点がある。
【００１３】
それに加えて、ビスカスカップリングを、駆動部のトルクを穏やかに、つまり緩やかに、急激ではなくファンに伝達できるように、調節できる。その結果、長期間に亘り、ファンの適切な機能を、建設機械に対して維持できる。
【００１４】
好ましくは、冷却システムは、ビスカスカップリング及び／又は駆動部に接続するコントローラを含む。特定の油量に、コントローラによってビスカスカップリング内で調整できる。油量に応じて、ビスカスカップリングによって、駆動トルクを特定の出力トルクに変換できる。
【００１５】
ビスカスカップリングを、ある一定の回転速度又はトルク比が駆動部とファンとの間で生じるように、コントローラによって調整できる。
【００１６】
本発明の更なる実施形態では、コントローラを、冷却システムの少なくとも１つの動作温度を記録するように、構成する。好ましくは、これを、給気温度、作動液温度及び／又は冷却水温度といった動作温度とする。このようにして、コントローラにより、リアルタイムで冷却システムの動作状態を監視できる。更にまた、発生する可能性がある冷却システムの極端な温度を抑制するために、確実にコントローラによりビスカスカップリングをタイミング良く駆動させる。
【００１７】
冷却システムの動作温度の他にも、駆動部の少なくとも１つの動作温度、好ましくは吸気温度及び／又は周囲温度を記録するように、コントローラを構成する。そうすることで、特に夏に、新たに敷設した舗道によって更に発生する熱のために建設機械付近で極端な温度が生じた際に、コントローラが同様にファン回転速度調節に関しても周囲状況を踏まえるという利点を提供できる。
【００１８】
また、コントローラを、冷却システムの動作温度の及び／又は駆動部の動作温度の下限温度及び／又は上限温度を記録するように構成し、それによりコントローラが動作温度に関して過熱及び／又は過冷却に対して迅速に反応可能にすると、有用である。
【００１９】
更なる実施形態では、ファン回転速度が駆動部の駆動回転速度に実質的に対応するように、ビスカスカップリングを調節するように、コントローラを構成する。このようにして、最大冷却空気流を提供できる。これは、冷却システムの及び／又は駆動部の監視動作温度の１つが、上限温度に達した、又は上限温度を超えたかをコントローラが決定する場合に、好ましい。
【００２０】
本発明の更に有利な実施形態では、駆動部の定格回転速度及び／又は負荷係数を記録するために、コントローラを駆動部に接続する。そうすることで、コントローラは常に駆動部の現在の動作状態についての情報を得られ、コントローラはそれに応じてビスカスカップリングを駆動できる。
【００２１】
好ましくは、コントローラを、駆動部の動作モードに従い異なる負荷係数を記録するように、構成する。それによって、例えば、機械が一定速度で舗道を敷設中には、コントローラは、駆動部により大きな負荷がかかる交互速度で舗道を敷設中よりも低い負荷係数を記録することが、考えられる。従って、コントローラは、建設機械の負荷レベルに従いファン回転速度を調整することもできる。
【００２２】
本発明の更なる実施形態では、コントローラは、冷却システムの記録動作温度の平均値、及び／又は駆動部の記録動作温度の平均値を計算する手段を含む。また、該手段を、記録定格回転速度の平均値、及び／又は記録負荷係数の平均値を計算するように構成すると、有利となろう。そうした平均値により、短期間に測定された極端な動作値がビスカスカップリングの自動調節に入るのを防止できる。
【００２３】
好ましくは、コントローラを、目標ファン回転速度を記録するように構成する。目標ファン回転速度は、コントローラによって生成でき、冷却システムの及び／又は駆動部の記録動作温度に基づく。好ましくは、目標ファン回転速度を、駆動部の定格回転速度及び／又は負荷係数にも基づくだけでなく、記録動作温度にも基づくようにする。同様に、目標ファン回転速度を決定するために、冷却システムの記録動作温度の全ての群又は特定の群を、駆動部に典型的な温度又はパラメータの特定の選択と、何らかの方法で、組合せることも考えられる。その結果、ビスカスカップリングの効果的な駆動を保証するために、目標量、つまり目標ファン回転速度に関して、コントローラが複雑な動作状況を考慮可能になる。
【００２４】
本発明の更に有利な実施形態では、コントローラは、ビスカスカップリングに接続し、記録目標ファン回転速度を用いて、ビスカスカップリングを駆動できる操作量を生成する制御部を含む。特に、操作量により、必要な目標ファン回転速度を得るために、ビスカスカップリングの油量を制御する。駆動部により目標ファン回転速度に低騒音で変化可能になるので、有利である。
【００２５】
更なる実施形態では、コントローラは、目標ファン回転速度を生成するための保存データを検索できるメモリを含む。好ましくは、保存データは、コントローラが記録した平均負荷係数の他、コントローラが記録した駆動部の平均周囲温度も含む。保存データを、コントローラに提供されるマッピングを使用して、目標ファン回転速度に直接変換できるようにすると、有利である。コントローラが冷却システムの及び／又は駆動部の臨界動作温度を記録した場合に備えて、目標ファン回転速度を決定するためのデータ、特に駆動部の平均負荷係数及び平均周囲温度を、メモリから即座に検索可能になるため、メモリにより、建設機械の過熱の可能性に対する応答時間を向上できる。
【００２６】
コントローラが、冷却システム及び／又は駆動部の動作温度の１つが、上限温度に到達した又は上限温度を超えたと記録すると、操作量を作成するために、最高目標ファン回転速度を制御部に供給できる。そうすることで、影響を受けた動作温度を限界温度以下に戻すために、冷却能力を最大にできる。同様に、コントローラにより駆動部がアイドリング状態であると記録された場合には、コントローラは、操作量を作成するために、制御部に最低目標ファン回転速度を提供できる。このようにして、ファンを使用せずに済ますことができ、不必要な燃料の使用も防げる。
【００２７】
好ましくは、ビスカスカップリングは、実際のファン回転速度を記録するセンサを含む。更なる実施形態では、制御部を、実際のファン回転速度と目標ファン回転速度との差に基づいて操作量を作成するように構成し、それによりビスカスカップリングを、該操作量で駆動できる。センサを、ビスカスカップリングの油量を記録する充填レベルセンサとすることができ、それにより駆動部の油量及び現在の駆動回転速度によって実際のファン回転速度を決定できる。このセンサは、実際のファン回転速度を直接決定するように構成する運動センサとした方がよい。センサを、経済的にビスカスカップリングに内蔵することもできる。
【００２８】
更に、本発明は、ビスカスカップリングによって建設機械の冷却システムを自動的に調節及び制御する方法にも関する。従って、ビスカスカップリングを、入力側で駆動部に接続し、出力側で冷却システムのファンに接続し、それにより、本発明によれば、ビスカスカップリングを、異なる動作パラメータに応じて、特定のファン回転速度をビスカスカップリングの出力側で確立するように、調節する。
【００２９】
冒頭で述べた本発明の技術的な利点は、使用方法の場合にも当てはまる。
【００３０】
本発明の目的に関する実施形態について、以下の図面を基に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】建設機械のための、本発明による自動的ファン回転速度調節に関する略図。
【図２】コントローラの詳細図。
【図３ａ】本発明による、自動的にファン回転速度を調節する方法を表した図３の一部。
【図３ｂ】本発明による、自動的にファン回転速度を調節する方法を表した図３の一部。
【図４】駆動部の定格回転速度に応じた目標ファン回転速度曲線。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１では、冷却システム２及び駆動部３を有する、本発明による建設機械１を示している。冷却システム２はビスカスカップリング４を含み、該ビスカスカップリング４は出力側でファン５に接続する。ファン５を、給気、冷却水、作動油等の冷媒を冷却する冷却用空気流を生成するために提供する。
【００３３】
ビスカスカップリング４を、入力側で、駆動部３のモータ６に接続する。冷却システム２は、駆動部３の周囲温度８及び／又は吸気温度９を記録するために設けるコントローラ７を更に含む。コントローラ７は、任意には、冷却される媒体の温度、つまり給気温度１０、冷却水温度１１及び／又は作動液温度１２を記録するように設けられる。
【００３４】
図１で示すように、ファン５を、固定的に取り付ける又は油圧モータに取り付ける代わりに、モータ６に取り付けたビスカスカップリング４の助けを借りて駆動できる。実際のファン回転速度１３は、ビスカスカップリング４に組込んだセンサ３１によって記録できる。実際のファン回転速度１３を、ビスカスカップリング４からコントローラ７に送信できる。
【００３５】
コントローラ７の更なる要素は、制御部１４である。操作量１５をビスカスカップリング４に送信するために、制御部１４を設ける。
【００３６】
また、図１では、コントローラ７を駆動部３のモータ６に接続し、駆動部３のモータ６に関する定格回転速度１６及び／又は負荷率１７を記録するように構成していることを、示している。コントローラ７は、記録された信号８、９、１０、１１、１２、１３、１６、１７を用いて、又は少なくともこれらの中から幾つか選択した信号を用いて、操作量１５を生成できる。
【００３７】
また、コントローラ７は、記録負荷係数及び記録周囲温度８又は吸気温度９によって目標ファン回転速度を決定するために提供されるマッピング１８を含む。また、コントローラ７は、記録信号８、９、１０、１１、１２、１３、１６、１７の平均を形成するために提供する手段１９を含む。ここでは、コントローラ７は、各測定量につき、サンプリングレート１０ミリ秒〜３６０秒で、２〜１０００個の複数の値を記録するように構成される。１０ミリ秒〜３６０秒の範囲における固定サンプリングレートで、これらの値から平均値を抽出できる。好ましくは、サンプリングレート１秒で２０個の値を記録する。また、他の平均化として、移動平均、幾何平均、調和平均、平方平均、又は立方平均によって実行してもよいと考えられる。
【００３８】
特定のファン回転速度で変化がある場合に生じる可聴ノイズの差を防止するために、コントローラ７は、ファンに関する回転速度の急激なジャンプを減衰させるために、ランプ関数２０を含む。ファン５に対する新たな目標回転速度値がある場合、予め規定した傾きで目標ファン回転速度を段階的に調整して、該新目標回転速度に到達させることができる。オペレータが、回転速度の急激な変化を感じないようにするため、ランプ関数の傾きを、実質的に平坦にするように構成する。他方で、冷却システム２の過熱を防ぐためには、ランプ関数２０の傾きを平坦過ぎないようにする。好ましくは、ランプ関数２０の傾きを０．１回転／秒〜２００回転／秒の範囲に調整する。ランプ関数の傾きを１２回転／秒にすると、有利である。
【００３９】
また、コントローラ７は、コントローラ７の入力量、即ち周囲温度８、吸気温度９、給気温度１０、冷却水温度１１、作動液温度１２、ファン回転速度１３、ディーゼルエンジン定格回転速度１６、及び／又は負荷係数１７を保存するように構成されたメモリ２１を含む。特に、周囲温度８の平均値と負荷係数１７の平均値を、コントローラ７が必要に応じて検索可能にするために、メモリ２１に保存できる。任意には、メモリ２１を、入力信号を一時的に保存するためにも、提供する。
【００４０】
図２は、コントローラ７の機能について示している。コントローラ７は、制御部１４の入力側に配設した評価ロジック２２を含む。評価ロジック２２は、可能であれば、オペレータに気付かれずにファン回転速度を変化させるために、提供される。ビスカスカップリング４の制御挙動を、評価ロジック２２によって、建設機械１の回転速度挙動に連動させることができる。操作量１５を生成するために、制御部１４は、線形化法２３を備えると共に、ＰＩ又はＰＩＤコントローラとして任意に実行できる下流のＰコントローラ２４も備える。線形化法２３により、例えば実際のファン回転速度１３や定格回転速度１６等の入力量に応じて一定又は可変である制御係数Ｋｐ、Ｋｉ、又はＫａを規定する。好ましくは、制御係数を、特定の特性曲線によってビスカスカップリング４の動作点に調整する。
【００４１】
冷却システム２が過熱しないように、評価ロジック２２は、冷却システム２の温度１０、１１、１２が上限値に達する、又は上限値を超えるか否かを監視するように、構成された第１ロジック部材２５を含む。上限温度に達する又は上限温度を超えた場合、制御部１４の第１ロジック部材２５は、駆動部３のモータ６の記録された定格回転速度に対応する目標ファン回転速度を送信する。制御部１４を急激に反応させないために、ランプ関数２０によって目標ファン回転速度を減衰させる。過熱状態の機械を検出したときに備えて、コントローラ７を、実際の温度が上限温度以下に下がった場合でも、任意の停止時間３１によって、一定時間は最大ファン回転速度を維持するように、構成する。第１ロジック部材２５を、実際の温度が下限温度に到達した又は下限温度以下になったか否かに関して、冷却システム２の動作温度をチェックするように、更にまた構成する（図示せず）。実際の温度が下限温度に到達又は下限温度以下になった場合には、第１ロジック部材２５は、目標ファン回転速度を制御部１４に渡し、それにより該目標ファン回転速度が、駆動部３のスリップ回転速度に対応するようにする。
【００４２】
図２では、更にまた、評価ロジック２２は、第２ロジック部材２６を含むことを示している。第２ロジック部材２６を、駆動部３の定格回転速度１６を判別するように、又は定格回転速度の変化の有無を記録するように、構成する。コントローラ７が駆動部３の定格回転速度１６を記録する場合、評価ロジック２２の更なる第３ロジック部材２７により、任意の開始遅延２８が終了したか否かをチェックする。駆動部３の定格回転速度１６に変化があれば、開始遅延２８を有効に切り替え、その結果特定の時間間隔、即ち開始遅延２８の間、まずスリップ回転速度を、目標ファン回転速度として制御部１４に送る。開始遅延２８が終了した場合、第１ロジック部材２５、第２ロジック部材２６、第３ロジック部材２７を、制御部１４とメモリ２１を接続するように切替えて、特定の目標ファン回転速度を決定するために平均値をメモリ２１から検索できるようにする。負荷係数１７及び周囲温度８の平均値と保存値とを比較して、目標ファン回転速度をマッピング１８から決定できる。制御部１４が急激に反応しないように、決定した目標ファン回転速度を、ランプ関数２０によって減衰させて、制御部１４に渡すことができる。
【００４３】
それと同時に、現在の負荷係数１７及び現在の周囲温度８を、建設機械１の定格回転速度で連続的な変化があった場合に備えて、これらの値を利用可能にするように、メモリ２１に保存する。また、平均値を保存することも可能である。
【００４４】
図３（図３ａと図３ｂで構成）では、ファン回転速度を調節する方法に関する図を示している。まず、駆動部３のモータ６が動作中か否かを調べるためにチェックする。動作中の場合には、コントローラは、冷却システム２の動作温度１０、１１、１２の１つが上限温度に到達した又は超えたか否かをチェックする。到達した又は超えた場合には、コントローラ７は、ファン回転速度をモータ６の定格回転速度と等しく設定する。それと同時に停止時間を有効にし、開始遅延２８を無効にする。設定した目標ファン回転速度によって制御部１４が急激な反応を起こさないように、まず該目標ファン回転速度をランプ関数２０で減衰させる。現在の負荷係数１７と周囲温度８及び／又は吸気温度９を、任意に平均化１９した後にメモリ２１に別々に保存し、それにより特定の温度が限界温度に対応しなくなった場合に備えて、駆動部の現在の状態をコントローラ７が利用できるようにする。減衰させた目標ファン回転速度を、操作量１５としてビスカスカップリング４に渡す。ビスカスカップリング４の油量を、必要な目標ファン回転速度をファン５で設定するように、連続的に調節する。
【００４５】
或いは、モータ６がオンされていた場合、コントローラ７は、冷却システム２の動作温度１０、１１、１２の何れも上限温度に到達していないと決定できる。
【００４６】
過熱の場合の後、温度測定値により過熱状態と決定しなくなれば、目標ファン回転速度を、停止時間中定格回転速度のままにする。動作温度の１つが上限温度に達し、且つ過熱後に停止時間が終了した、つまり冷却システム２の動作温度が上限温度より低く且つ停止段階の時間が経過した、とコントローラ７が決定しない場合、モータ６の動作状況をチェックする。モータが定格回転速度ではない場合、目標ファン回転速度を、ビスカスカップリングのスリップ回転速度と等しく設定する。開始遅延２８を有効にした後、ビスカスカップリングの操作量を、制御部１４で目標ファン回転速度から生成する。ビスカスカップリングを、スリップ回転速度をファンで調整するように、調節する。
【００４７】
一方で、駆動部３で定格回転速度である場合、クエリは、開始遅延２８の終了に関して行われる。開始遅延２８が有効な限り、開始遅延は計数され、スリップ回転速度を目標値として、次の制御部１４の目標ファン回転速度値に送信される。他方で、終了した開始遅延２８についての条件が当てはまる場合には、目標回転速度値を、負荷係数１７と周囲温度８の保存値の助けを借りて、保存したマッピング１８から生成し、ランプ関数２０で減衰させる。その後、駆動部の現在の状態をメモリ２１に保存し、それによりこれらの値を、マッピング１８から目標回転速度を更新して生成するために、コントローラが利用できるようにする。マッピングから生成した目標回転速度値を、ファンで目標回転速度となるように、制御部１４に渡す。
【００４８】
図４では、本発明による建設機械１の典型的な回転速度曲線を表している。従って、建設機械１が停止するアイドリング段階２９と、駆動部３のモータ６を定格回転速度１６で動作させる敷設及び輸送段階との間で変化が存在している。モータ６の定格回転速度１６に応じて、結果的にビスカスカップリング４での入力回転速度に応じて、建設機械の動作状況に対して調整した目標回転速度を、制御部１４に送信するために、評価ロジック２２に存在するロジック部材２５、２６、２７の調整がある。ビスカスカップリング４での入力回転速度が低い場合に備えて、ビスカスカップリング４を、所定の目標回転速度に僅かだけ調節する。そうした場合に、結果的に、特にアイドリング段階中、目標ファン回転速度をスリップ回転速度まで減速する、つまりビスカスカップリングの出来る限り最低な回転速度にまで減速する。意図的に、アイドリング段階中にファン回転速度を特定せずに済ますことも可能となる。それに関する長所は、ビスカスカップリング４が完全に分断され、加速処理中はビスカスカップリングに殆ど油量がないため、いつ回転速度に急激な変化が起こってもファンが加速しない点である。
【００４９】
アイドリング２９中に駆動部３の定格回転速度１６まで回転速度の急激な変化３０がある場合、つまりアイドリングから舗装に建設機械が変化する際に、定格回転速度１６を記録した後に、コントローラ７による目標ファン回転速度の特定がある前に、開始遅延２８が時間切れとなる。制御部１４が目標ファン回転速度を受信し、該速度から操作量１５を生成する前の開始遅延２８を、ビスカスカップリング４のオーバーシュート挙動によって決定し、０．１〜１０秒の範囲にできる。好ましくは、開始遅延２８は３秒間継続する。
【００５０】
回転速度の急激な変化３０が起きると、直近の有効な負荷状態及び直近の周囲温度８を、メモリ２１から検索でき、マッピング１８を使用して目標ファン回転速度に変換できる。平均値を、予め設定したサンプリングレートで記録した測定値からの現在の負荷係数１７と現在の周囲温度８から形成する。そうした平均値をメモリ２１に保存し、更新する回転速度仕様がある近似サイクルに利用可能にする。
【００５１】
自動目標ファン回転速度調節は、駆動部３の平均負荷が敷設処理中はほんの僅かしか変化しないとする仮定に基づいている。舗道敷設動作からアイドリングに更新して変化したときは、目標ファン回転速度は、スリップ回転速度に等しく設定される。そのため、定格回転速度１６での直近の負荷状態と直近の周囲温度は、メモリ２１で利用可能なままとなる。
【００５２】
他方で、モータ６の負荷レベル、つまり負荷係数１７が変化する場合、冷却用空気流は結果的に調整される。ファン５における回転速度の急激な変化を大きくしないために、マッピング１８で決定する目標ファン回転速度を、ランプ２０によって予め定義した傾きで、規定する。こうして決定した目標ファン回転速度を、ビスカスカップリング４の制御部１４に対する入力として使用する。こうして得たファン回転速度仕様を、図４の点線で示している。
【００５３】
道路舗装機やフィーダ等の建設機械では、最大冷却用空気体積流量は、極めて高温の周囲温度での極端な作業条件に備える場合の他、極めて高いモータ負荷に備える場合にのみ必要になる。しかしながら、そうした動作状態は、まれに発生するため、ファン回転速度は大部分の適用事例に対して低減でき、その結果建設機械の騒音レベルは低くなる。ファンを最大設計点で運転しなければ、ファン回転速度は低減するため燃料を節約できる。油圧駆動ファンと比べて、ビスカスカップリングは、ファン回転速度を低減して運転中は損失が少なく、その結果ビスカスカップリングを有するシステムは、全体的に効率が良くなる。これまで、調節ビスカスカップリングは、回転速度プロファイルのために道路舗装機では使用されなかった。調節ファン回転速度の大きな利点は、機械の過熱可能性に反応する時間にある。冷媒の昇温過程時の負荷係数や周囲温度は既に保存されているため、冷却装置で温度が上昇する前に、ファン回転速度を設定できる。その結果、過熱が起きる前に冷却装置によって正確な空気流に調整できるため、モータ冷却装置ファンシステムのダウンタイムを回避できる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 建設機械
２ 冷却システム
３ 駆動部
４ ビスカスカップリング
５ ファン
６ モータ
７ コントローラ
８ 周囲温度
９ 吸気温度
１０ 給気温度
１１ 冷却水温度
１２ 作動液温度
１３ 回転速度
１４ 制御部
１５ 操作量
１６ 定格回転速度
１７ 負荷係数
１８ マッピング
１９ 手段
２０ ランプ関数
２１ メモリ
２２ 評価ロジック
２３ 線形化法
２４ 下流Ｐコントローラ
２５ 第１ロジック部材
２６ 第２ロジック部材
２７ 第３ロジック部材
２８ 開始遅延
２９ アイドリング段階
３０ 回転速度ジャンプ
３１ センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部分に記載の自動的にファン回転速度を調節する建設機械に関すると共に、請求項１５に記載のファンを駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械、特に道路舗装機やフィーダでは、ディーゼルエンジンが駆動モータとして使用されている。ディーゼルエンジンとディーゼルエンジンで駆動する装置の両方共、エンジンの効率に応じた排熱があり、冷却装置によって放熱する必要がある。現在の道路舗装機では、要求温度までの冷却は、熱交換器を介して、様々な冷媒、例えば、冷却水、給気及び／又は作動油等によって行われている。確実に空気流を熱交換器に通すために、ファンが冷却システムの要素となっている。ファンが常時ディーゼルエンジンの出力回転速度に対応するファン回転速度をとるように、ファンをディーゼルエンジンに固定的に接続することが知られている。
【０００３】
また、道路舗装機の場合、実際には油圧で駆動するファンで得られる冷却用空気供給を必要に応じて使用することが知られている。しかしながら、それには、ファン駆動部における油圧ロスを許容しければならないという短所がある。また、油圧ファン駆動部の効率を最適化すると、費用が著しく増える。これは、油圧ファン駆動部の効率を最適化することは、経済的な定流量ポンプを活用できなくなることを意味するからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基礎は、冷却用空気流を、建設機械の様々な動作状況に自動的に対応させるのに用いる、自動的にファン回転速度を調節する建設機械を作製するという目的から成り、同目的のために、経済的且つ低騒音の技術手段を使用する。同じく、冷却用空気流を自動的に調節する方法を構築することも、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そうした目的を、請求項１の技術的特徴を用いて、及び請求項１５の技術的特徴を用いて解決する。
【０００６】
本発明の改良した更なる発展形については、従属クレームの技術的特徴によって与えられるものとする。
【０００７】
本発明によれば、建設機械を、特に道路舗装機又はフィーダとする。道路舗装機は、駆動部と、冷却用空気流を生成するために提供されるファンを有する冷却システムを含む。本発明によれば、冷却システムは、調節可能なビスカスカップリングを更に含み、該ビスカスカップリングを、入力側で駆動部に接続し、出力側で冷却システムのファンに接続する。ビスカスカップリングにより、駆動部の駆動トルクを、出力側にあるファンに伝達し、その結果該ファンが冷却用空気流を生成する。
【０００８】
本発明の場合、調節可能なビスカスカップリングは、カップリング内の異なる油量によって異なるトルクを伝達する可能性を提供する。ビスカスカップリングは、互いに対向して配置された２円板から成り、１枚目の円板で駆動部を形成し、２枚目の円板を出力側とする。トルクを伝達する場合、油の動粘度によって出力側を入力側と共に移動させるように、カップリング空間を油で充填しなければならない。この機能のために、ビスカスカップリングの出力側の回転速度は、常に入力側の回転速度より低くなる。より低い出力回転速度を実現しようとするならば、より少ない油量で実行可能になる。ビスカスカップリング内で永久的に油を循環させることによって、カップリングの油量を、給油弁や一定の排油流量の助けを借りて規定できるが、この循環は、特定の最低回転速度になるまで開始しない。ビスカスカップリングの出力側で低回転速度の必要がある場合、油制御弁を閉弁して、カップリング内に依然として存在する油を、遠心力によって油出孔を通して油空間の外に転位させる。ビスカスカップリングに油が全くない場合は、最低回転速度、つまりスリップ回転速度が確立される。出力側の目標回転速度を上げる場合、油出口から排出できる油より多くの油を、油制御弁を通して供給しなければならないが、その結果回転速度は高くなる。ビスカスカップリングを完全に油で満した場合、上流で回転速度を調節するには、出力回転速度が目標回転速度に到達するまでにかなり長い時間が必要となる。駆動回転速度が低いほど、この時間は長くなる。特に、アイドリング中には、ビスカスカップリング内部での油循環は大幅に減少し、そのため回転速度の調節が、この動作点では不可能となる。
【０００９】
本発明の場合、調節可能なビスカスカップリングにより、確実に、アクチュエータ部とファンとの間を低騒音で接続できる。これにより、建設機械付近にいる者の作業条件が改善され、互いに簡単に対話ができるようになる。
【００１０】
調節可能なビスカスカップリングにより、状況に応じてファンを起動可能になり、ビスカスカップリングの油量に応じて、必要な回転速度をファンに関して調整でき、該回転速度を駆動部の回転速度とは独立したものとすることができる。本発明の場合、ビスカスカップリングにより、駆動部とファンとの間のトルク伝達を最小にできる、或いは完全に防止でき、その結果ファンは最低回転速度で動作する又は停止する点も、有利である。これは、氷点付近の温度で建設機械を始動させる際に、最適温度に出来る限り速く到達させるのに、特に有用である。
【００１１】
また、ビスカスカップリングによって、ファンを駆動部に固定的に接続した場合よりも燃料を節約してファンを駆動する方法が可能となる。つまり、設定するファン回転速度を、駆動部の駆動回転速度より低くしても、通常のモータ負荷に対しては、その低いファン回転速度で十分となる。
【００１２】
また同様に、ビスカスカップリングには、排熱が、油圧駆動式ファンより少なくなり、その結果ビスカスカップリングによって全体の効率が向上するという技術的利点がある。
【００１３】
それに加えて、ビスカスカップリングを、駆動部のトルクを穏やかに、つまり緩やかに、急激ではなくファンに伝達できるように、調節できる。その結果、長期間に亘り、ファンの適切な機能を、建設機械に対して維持できる。
【００１４】
好ましくは、冷却システムは、ビスカスカップリング及び／又は駆動部に接続するコントローラを含む。特定の油量に、コントローラによってビスカスカップリング内で調整できる。油量に応じて、ビスカスカップリングによって、駆動トルクを特定の出力トルクに変換できる。
【００１５】
ビスカスカップリングを、ある一定の回転速度又はトルク比が駆動部とファンとの間で生じるように、コントローラによって調整できる。
【００１６】
本発明の更なる実施形態では、コントローラを、冷却システムの少なくとも１つの動作温度を記録するように、構成する。好ましくは、これを、給気温度、作動液温度及び／又は冷却水温度といった動作温度とする。このようにして、コントローラにより、リアルタイムで冷却システムの動作状態を監視できる。更にまた、発生する可能性がある冷却システムの極端な温度を抑制するために、確実にコントローラによりビスカスカップリングをタイミング良く駆動させる。
【００１７】
冷却システムの動作温度の他にも、駆動部の少なくとも１つの動作温度、好ましくは吸気温度及び／又は周囲温度を記録するように、コントローラを構成する。そうすることで、特に夏に、新たに敷設した舗道によって更に発生する熱のために建設機械付近で極端な温度が生じた際に、コントローラが同様にファン回転速度調節に関しても周囲状況を踏まえるという利点を提供できる。
【００１８】
また、コントローラを、冷却システムの動作温度の及び／又は駆動部の動作温度の下限温度及び／又は上限温度を記録するように構成し、それによりコントローラが動作温度に関して過熱及び／又は過冷却に対して迅速に反応可能にすると、有用である。
【００１９】
更なる実施形態では、ファン回転速度が駆動部の駆動回転速度に実質的に対応するように、ビスカスカップリングを調節するように、コントローラを構成する。このようにして、最大冷却空気流を提供できる。これは、冷却システムの及び／又は駆動部の監視動作温度の１つが、上限温度に達した、又は上限温度を超えたかをコントローラが決定する場合に、好ましい。
【００２０】
本発明の更に有利な実施形態では、駆動部の定格回転速度及び／又は負荷係数を記録するために、コントローラを駆動部に接続する。そうすることで、コントローラは常に駆動部の現在の動作状態についての情報を得られ、コントローラはそれに応じてビスカスカップリングを駆動できる。
【００２１】
好ましくは、コントローラを、駆動部の動作モードに従い異なる負荷係数を記録するように、構成する。それによって、例えば、機械が一定速度で舗道を敷設中には、コントローラは、駆動部により大きな負荷がかかる交互速度で舗道を敷設中よりも低い負荷係数を記録することが、考えられる。従って、コントローラは、建設機械の負荷レベルに従いファン回転速度を調整することもできる。
【００２２】
本発明の更なる実施形態では、コントローラは、冷却システムの記録動作温度の平均値、及び／又は駆動部の記録動作温度の平均値を計算する手段を含む。また、該手段を、記録定格回転速度の平均値、及び／又は記録負荷係数の平均値を計算するように構成すると、有利となろう。そうした平均値により、短期間に測定された極端な動作値がビスカスカップリングの自動調節に入るのを防止できる。
【００２３】
好ましくは、コントローラを、目標ファン回転速度を記録するように構成する。目標ファン回転速度は、コントローラによって生成でき、冷却システムの及び／又は駆動部の記録動作温度に基づく。好ましくは、目標ファン回転速度を、駆動部の定格回転速度及び／又は負荷係数にも基づくだけでなく、記録動作温度にも基づくようにする。同様に、目標ファン回転速度を決定するために、冷却システムの記録動作温度の全ての群又は特定の群を、駆動部に典型的な温度又はパラメータの特定の選択と、何らかの方法で、組合せることも考えられる。その結果、ビスカスカップリングの効果的な駆動を保証するために、目標量、つまり目標ファン回転速度に関して、コントローラが複雑な動作状況を考慮可能になる。
【００２４】
本発明の更に有利な実施形態では、コントローラは、ビスカスカップリングに接続し、記録目標ファン回転速度を用いて、ビスカスカップリングを駆動できる操作量を生成する制御部を含む。特に、操作量により、必要な目標ファン回転速度を得るために、ビスカスカップリングの油量を制御する。駆動部により目標ファン回転速度に低騒音で変化可能になるので、有利である。
【００２５】
更なる実施形態では、コントローラは、目標ファン回転速度を生成するための保存データを検索できるメモリを含む。好ましくは、保存データは、コントローラが記録した平均負荷係数の他、コントローラが記録した駆動部の平均周囲温度も含む。保存データを、コントローラに提供されるマッピングを使用して、目標ファン回転速度に直接変換できるようにすると、有利である。コントローラが冷却システムの及び／又は駆動部の臨界動作温度を記録した場合に備えて、目標ファン回転速度を決定するためのデータ、特に駆動部の平均負荷係数及び平均周囲温度を、メモリから即座に検索可能になるため、メモリにより、建設機械の過熱の可能性に対する応答時間を向上できる。
【００２６】
コントローラが、冷却システム及び／又は駆動部の動作温度の１つが、上限温度に到達した又は上限温度を超えたと記録すると、操作量を作成するために、最高目標ファン回転速度を制御部に供給できる。そうすることで、影響を受けた動作温度を限界温度以下に戻すために、冷却能力を最大にできる。同様に、コントローラにより駆動部がアイドリング状態であると記録された場合には、コントローラは、操作量を作成するために、制御部に最低目標ファン回転速度を提供できる。このようにして、ファンを使用せずに済ますことができ、不必要な燃料の使用も防げる。
【００２７】
好ましくは、ビスカスカップリングは、実際のファン回転速度を記録するセンサを含む。更なる実施形態では、制御部を、実際のファン回転速度と目標ファン回転速度との差に基づいて操作量を作成するように構成し、それによりビスカスカップリングを、該操作量で駆動できる。センサを、ビスカスカップリングの油量を記録する充填レベルセンサとすることができ、それにより駆動部の油量及び現在の駆動回転速度によって実際のファン回転速度を決定できる。このセンサは、実際のファン回転速度を直接決定するように構成する運動センサとした方がよい。センサを、経済的にビスカスカップリングに内蔵することもできる。
【００２８】
更に、本発明は、ビスカスカップリングによって建設機械の冷却システムを自動的に調節及び制御する方法にも関する。従って、ビスカスカップリングを、入力側で駆動部に接続し、出力側で冷却システムのファンに接続し、それにより、本発明によれば、ビスカスカップリングを、異なる動作パラメータに応じて、特定のファン回転速度をビスカスカップリングの出力側で確立するように、調節する。
【００２９】
冒頭で述べた本発明の技術的な利点は、使用方法の場合にも当てはまる。
【００３０】
本発明の目的に関する実施形態について、以下の図面を基に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】建設機械のための、本発明による自動的ファン回転速度調節に関する略図。
【図２】コントローラの詳細図。
【図３ａ】本発明による、自動的にファン回転速度を調節する方法を表した図３の一部。
【図３ｂ】本発明による、自動的にファン回転速度を調節する方法を表した図３の一部。
【図４】駆動部の定格回転速度に応じた目標ファン回転速度曲線。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１では、冷却システム２及び駆動部３を有する、本発明による建設機械１を示している。冷却システム２はビスカスカップリング４を含み、該ビスカスカップリング４は出力側でファン５に接続する。ファン５を、給気、冷却水、作動油等の冷媒を冷却する冷却用空気流を生成するために提供する。
【００３３】
ビスカスカップリング４を、入力側で、駆動部３のモータ６に接続する。冷却システム２は、駆動部３の周囲温度８及び／又は吸気温度９を記録するために設けるコントローラ７を更に含む。コントローラ７は、任意には、冷却される媒体の温度、つまり給気温度１０、冷却水温度１１及び／又は作動液温度１２を記録するように設けられる。
【００３４】
図１で示すように、ファン５を、固定的に取り付ける又は油圧モータに取り付ける代わりに、モータ６に取り付けたビスカスカップリング４の助けを借りて駆動できる。実際のファン回転速度１３は、ビスカスカップリング４に組込んだセンサ３１によって記録できる。実際のファン回転速度１３を、ビスカスカップリング４からコントローラ７に送信できる。
【００３５】
コントローラ７の更なる要素は、制御部１４である。操作量１５をビスカスカップリング４に送信するために、制御部１４を設ける。
【００３６】
また、図１では、コントローラ７を駆動部３のモータ６に接続し、駆動部３のモータ６に関する定格回転速度１６及び／又は負荷率１７を記録するように構成していることを、示している。コントローラ７は、記録された信号８、９、１０、１１、１２、１３、１６、１７を用いて、又は少なくともこれらの中から幾つか選択した信号を用いて、操作量１５を生成できる。
【００３７】
また、コントローラ７は、記録負荷係数及び記録周囲温度８又は吸気温度９によって目標ファン回転速度を決定するために提供されるマッピング１８を含む。また、コントローラ７は、記録信号８、９、１０、１１、１２、１３、１６、１７の平均を形成するために提供する手段１９を含む。ここでは、コントローラ７は、各測定量につき、サンプリングレート１０ミリ秒〜３６０秒で、２〜１０００個の複数の値を記録するように構成される。１０ミリ秒〜３６０秒の範囲における固定サンプリングレートで、これらの値から平均値を抽出できる。好ましくは、サンプリングレート１秒で２０個の値を記録する。また、他の平均化として、移動平均、幾何平均、調和平均、平方平均、又は立方平均によって実行してもよいと考えられる。
【００３８】
特定のファン回転速度で変化がある場合に生じる可聴ノイズの差を防止するために、コントローラ７は、ファンに関する回転速度の急激なジャンプを減衰させるために、ランプ関数２０を含む。ファン５に対する新たな目標回転速度値がある場合、予め規定した傾きで目標ファン回転速度を段階的に調整して、該新目標回転速度に到達させることができる。オペレータが、回転速度の急激な変化を感じないようにするため、ランプ関数の傾きを、実質的に平坦にするように構成する。他方で、冷却システム２の過熱を防ぐためには、ランプ関数２０の傾きを平坦過ぎないようにする。好ましくは、ランプ関数２０の傾きを０．１回転／秒〜２００回転／秒の範囲に調整する。ランプ関数の傾きを１２回転／秒にすると、有利である。
【００３９】
また、コントローラ７は、コントローラ７の入力量、即ち周囲温度８、吸気温度９、給気温度１０、冷却水温度１１、作動液温度１２、ファン回転速度１３、ディーゼルエンジン定格回転速度１６、及び／又は負荷係数１７を保存するように構成されたメモリ２１を含む。特に、周囲温度８の平均値と負荷係数１７の平均値を、コントローラ７が必要に応じて検索可能にするために、メモリ２１に保存できる。任意には、メモリ２１を、入力信号を一時的に保存するためにも、提供する。
【００４０】
図２は、コントローラ７の機能について示している。コントローラ７は、制御部１４の入力側に配設した評価ロジック２２を含む。評価ロジック２２は、可能であれば、オペレータに気付かれずにファン回転速度を変化させるために、提供される。ビスカスカップリング４の制御挙動を、評価ロジック２２によって、建設機械１の回転速度挙動に連動させることができる。操作量１５を生成するために、制御部１４は、線形化法２３を備えると共に、ＰＩ又はＰＩＤコントローラとして任意に実行できる下流のＰコントローラ２４も備える。線形化法２３により、例えば実際のファン回転速度１３や定格回転速度１６等の入力量に応じて一定又は可変である制御係数Ｋｐ、Ｋｉ、又はＫａを規定する。好ましくは、制御係数を、特定の特性曲線によってビスカスカップリング４の動作点に調整する。
【００４１】
冷却システム２が過熱しないように、評価ロジック２２は、冷却システム２の温度１０、１１、１２が上限値に達する、又は上限値を超えるか否かを監視するように、構成された第１ロジック部材２５を含む。上限温度に達する又は上限温度を超えた場合、制御部１４の第１ロジック部材２５は、駆動部３のモータ６の記録された定格回転速度に対応する目標ファン回転速度を送信する。制御部１４を急激に反応させないために、ランプ関数２０によって目標ファン回転速度を減衰させる。過熱状態の機械を検出したときに備えて、コントローラ７を、実際の温度が上限温度以下に下がった場合でも、任意の停止時間３１によって、一定時間は最大ファン回転速度を維持するように、構成する。第１ロジック部材２５を、実際の温度が下限温度に到達した又は下限温度以下になったか否かに関して、冷却システム２の動作温度をチェックするように、更にまた構成する（図示せず）。実際の温度が下限温度に到達又は下限温度以下になった場合には、第１ロジック部材２５は、目標ファン回転速度を制御部１４に渡し、それにより該目標ファン回転速度が、駆動部３のスリップ回転速度に対応するようにする。
【００４２】
図２では、更にまた、評価ロジック２２は、第２ロジック部材２６を含むことを示している。第２ロジック部材２６を、駆動部３の定格回転速度１６を判別するように、又は定格回転速度の変化の有無を記録するように、構成する。コントローラ７が駆動部３の定格回転速度１６を記録する場合、評価ロジック２２の更なる第３ロジック部材２７により、任意の開始遅延２８が終了したか否かをチェックする。駆動部３の定格回転速度１６に変化があれば、開始遅延２８を有効に切り替え、その結果特定の時間間隔、即ち開始遅延２８の間、まずスリップ回転速度を、目標ファン回転速度として制御部１４に送る。開始遅延２８が終了した場合、第１ロジック部材２５、第２ロジック部材２６、第３ロジック部材２７を、制御部１４とメモリ２１を接続するように切替えて、特定の目標ファン回転速度を決定するために平均値をメモリ２１から検索できるようにする。負荷係数１７及び周囲温度８の平均値と保存値とを比較して、目標ファン回転速度をマッピング１８から決定できる。制御部１４が急激に反応しないように、決定した目標ファン回転速度を、ランプ関数２０によって減衰させて、制御部１４に渡すことができる。
【００４３】
それと同時に、現在の負荷係数１７及び現在の周囲温度８を、建設機械１の定格回転速度で連続的な変化があった場合に備えて、これらの値を利用可能にするように、メモリ２１に保存する。また、平均値を保存することも可能である。
【００４４】
図３（図３ａと図３ｂで構成）では、ファン回転速度を調節する方法に関する図を示している。まず、駆動部３のモータ６が動作中か否かを調べるためにチェックする。動作中の場合には、コントローラは、冷却システム２の動作温度１０、１１、１２の１つが上限温度に到達した又は超えたか否かをチェックする。到達した又は超えた場合には、コントローラ７は、ファン回転速度をモータ６の定格回転速度と等しく設定する。それと同時に停止時間を有効にし、開始遅延２８を無効にする。設定した目標ファン回転速度によって制御部１４が急激な反応を起こさないように、まず該目標ファン回転速度をランプ関数２０で減衰させる。現在の負荷係数１７と周囲温度８及び／又は吸気温度９を、任意に平均化１９した後にメモリ２１に別々に保存し、それにより特定の温度が限界温度に対応しなくなった場合に備えて、駆動部の現在の状態をコントローラ７が利用できるようにする。減衰させた目標ファン回転速度を、操作量１５としてビスカスカップリング４に渡す。ビスカスカップリング４の油量を、必要な目標ファン回転速度をファン５で設定するように、連続的に調節する。
【００４５】
或いは、モータ６がオンされていた場合、コントローラ７は、冷却システム２の動作温度１０、１１、１２の何れも上限温度に到達していないと決定できる。
【００４６】
過熱の場合の後、温度測定値により過熱状態と決定しなくなれば、目標ファン回転速度を、停止時間中定格回転速度のままにする。動作温度の１つが上限温度に達し、且つ過熱後に停止時間が終了した、つまり冷却システム２の動作温度が上限温度より低く且つ停止段階の時間が経過した、とコントローラ７が決定しない場合、モータ６の動作状況をチェックする。モータが定格回転速度ではない場合、目標ファン回転速度を、ビスカスカップリングのスリップ回転速度と等しく設定する。開始遅延２８を有効にした後、ビスカスカップリングの操作量を、制御部１４で目標ファン回転速度から生成する。ビスカスカップリングを、スリップ回転速度をファンで調整するように、調節する。
【００４７】
一方で、駆動部３で定格回転速度である場合、クエリは、開始遅延２８の終了に関して行われる。開始遅延２８が有効な限り、開始遅延は計数され、スリップ回転速度を目標値として、次の制御部１４の目標ファン回転速度値に送信される。他方で、終了した開始遅延２８についての条件が当てはまる場合には、目標回転速度値を、負荷係数１７と周囲温度８の保存値の助けを借りて、保存したマッピング１８から生成し、ランプ関数２０で減衰させる。その後、駆動部の現在の状態をメモリ２１に保存し、それによりこれらの値を、マッピング１８から目標回転速度を更新して生成するために、コントローラが利用できるようにする。マッピングから生成した目標回転速度値を、ファンで目標回転速度となるように、制御部１４に渡す。
【００４８】
図４では、本発明による建設機械１の典型的な回転速度曲線を表している。従って、建設機械１が停止するアイドリング段階２９と、駆動部３のモータ６を定格回転速度１６で動作させる敷設及び輸送段階との間で変化が存在している。モータ６の定格回転速度１６に応じて、結果的にビスカスカップリング４での入力回転速度に応じて、建設機械の動作状況に対して調整した目標回転速度を、制御部１４に送信するために、評価ロジック２２に存在するロジック部材２５、２６、２７の調整がある。ビスカスカップリング４での入力回転速度が低い場合に備えて、ビスカスカップリング４を、所定の目標回転速度に僅かだけ調節する。そうした場合に、結果的に、特にアイドリング段階中、目標ファン回転速度をスリップ回転速度まで減速する、つまりビスカスカップリングの出来る限り最低な回転速度にまで減速する。意図的に、アイドリング段階中にファン回転速度を特定せずに済ますことも可能となる。それに関する長所は、ビスカスカップリング４が完全に分断され、加速処理中はビスカスカップリングに殆ど油量がないため、いつ回転速度に急激な変化が起こってもファンが加速しない点である。
【００４９】
アイドリング２９中に駆動部３の定格回転速度１６まで回転速度の急激な変化３０がある場合、つまりアイドリングから舗装に建設機械が変化する際に、定格回転速度１６を記録した後に、コントローラ７による目標ファン回転速度の特定がある前に、開始遅延２８が時間切れとなる。制御部１４が目標ファン回転速度を受信し、該速度から操作量１５を生成する前の開始遅延２８を、ビスカスカップリング４のオーバーシュート挙動によって決定し、０．１〜１０秒の範囲にできる。好ましくは、開始遅延２８は３秒間継続する。
【００５０】
回転速度の急激な変化３０が起きると、直近の有効な負荷状態及び直近の周囲温度８を、メモリ２１から検索でき、マッピング１８を使用して目標ファン回転速度に変換できる。平均値を、予め設定したサンプリングレートで記録した測定値からの現在の負荷係数１７と現在の周囲温度８から形成する。そうした平均値をメモリ２１に保存し、更新する回転速度仕様がある近似サイクルに利用可能にする。
【００５１】
自動目標ファン回転速度調節は、駆動部３の平均負荷が敷設処理中はほんの僅かしか変化しないとする仮定に基づいている。舗道敷設動作からアイドリングに更新して変化したときは、目標ファン回転速度は、スリップ回転速度に等しく設定される。そのため、定格回転速度１６での直近の負荷状態と直近の周囲温度は、メモリ２１で利用可能なままとなる。
【００５２】
他方で、モータ６の負荷レベル、つまり負荷係数１７が変化する場合、冷却用空気流は結果的に調整される。ファン５における回転速度の急激な変化を大きくしないために、マッピング１８で決定する目標ファン回転速度を、ランプ２０によって予め定義した傾きで、規定する。こうして決定した目標ファン回転速度を、ビスカスカップリング４の制御部１４に対する入力として使用する。こうして得たファン回転速度仕様を、図４の点線で示している。
【００５３】
道路舗装機やフィーダ等の建設機械では、最大冷却用空気体積流量は、極めて高温の周囲温度での極端な作業条件に備える場合の他、極めて高いモータ負荷に備える場合にのみ必要になる。しかしながら、そうした動作状態は、まれに発生するため、ファン回転速度は大部分の適用事例に対して低減でき、その結果建設機械の騒音レベルは低くなる。ファンを最大設計点で運転しなければ、ファン回転速度は低減するため燃料を節約できる。油圧駆動ファンと比べて、ビスカスカップリングは、ファン回転速度を低減して運転中は損失が少なく、その結果ビスカスカップリングを有するシステムは、全体的に効率が良くなる。これまで、調節ビスカスカップリングは、回転速度プロファイルのために道路舗装機では使用されなかった。調節ファン回転速度の大きな利点は、機械の過熱可能性に反応する時間にある。冷媒の昇温過程時の負荷係数や周囲温度は既に保存されているため、冷却装置で温度が上昇する前に、ファン回転速度を設定できる。その結果、過熱が起きる前に冷却装置によって正確な空気流に調整できるため、モータ冷却装置ファンシステムのダウンタイムを回避できる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 建設機械
２ 冷却システム
３ 駆動部
４ ビスカスカップリング
５ ファン
６ モータ
７ コントローラ
８ 周囲温度
９ 吸気温度
１０ 給気温度
１１ 冷却水温度
１２ 作動液温度
１３ 回転速度
１４ 制御部
１５ 操作量
１６ 定格回転速度
１７ 負荷係数
１８ マッピング
１９ 手段
２０ ランプ関数
２１ メモリ
２２ 評価ロジック
２３ 線形化法
２４ 下流Ｐコントローラ
２５ 第１ロジック部材
２６ 第２ロジック部材
２７ 第３ロジック部材
２８ 開始遅延
２９ アイドリング段階
３０ 回転速度ジャンプ
３１ センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却用空気流を生成するために、駆動部（３）と、ファン（５）を有する冷却システム（２）とを含む、特に道路舗装機又はフィーダといった、自動的にファン回転速度を調節する建設機械（１）であって、
前記冷却システム（２）は、入力側を前記駆動部（３）に接続し、出力側を前記ファン（５）に接続する調節可能なビスカスカップリング（４）を更に含むことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
前記冷却システム（２）は、前記ビスカスカップリング（４）に及び／又は前記駆動部（３）に接続するコントローラ（７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記コントローラ（７）を、前記冷却システム（２）の少なくとも１つの動作温度を記録するように構成することを特徴とする、請求項２に記載の建設機械。
【請求項４】
前記冷却システム（２）の前記少なくとも１つの動作温度を、給気温度（１０）、作動液温度（１２）及び／又は冷却水温度（１１）とすることを特徴とする、請求項３に記載の建設機械。
【請求項５】
前記コントローラ（７）を、少なくとも１つの前記駆動部（３）の動作温度、つまり吸気温度及び／又は周囲温度（８、９）を記録するように構成することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項６】
前記駆動部（３）の定格回転速度及び／又は負荷係数（１６、１７）を記録するために、前記コントローラ（７）を、前記駆動部（３）に接続することを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項７】
前記コントローラ（７）は、前記冷却システム（２）の前記記録動作温度（１０、１１、１２）の平均値、前記駆動部（３）の前記動作温度（８、９）の平均値、前記記録定格回転速度（１６）の平均値及び／又は前記記録負荷係数（１７）の平均値を計算するように構成される手段（１９）を含むことを特徴とする、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項８】
前記コントローラ（７）を、目標ファン回転速度を記録するように構成することを特徴とする、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項９】
前記コントローラ（７）は、前記ビスカスカップリング（４）に接続し、前記目標ファン回転速度を用いて操作量（１５）を生成する制御部（１４）を含み、前記ビスカスカップリング（４）を前記操作量（１５）によって駆動できることを特徴とする、請求項８に記載の建設機械。
【請求項１０】
前記コントローラ（７）は、前記目標ファン回転速度を生成するために保存データを検索できるメモリ（２１）を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の建設機械。
【請求項１１】
前記動作温度（１０、１１、１２）の１つが上限温度に到達したと前記コントローラ（７）が記録すると、前記目標ファン回転速度を最高にすることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１２】
前記動作温度（１０、１１、１２）の１つが下限温度に到達したと前記コントローラ（７）が記録すると、前記目標ファン回転速度を最低にすることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１３】
前記駆動部（３）がアイドリング状態であると前記コントローラ（７）が記録すると、前記目標ファン回転速度を最低にすることを特徴とする、請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１４】
前記ビスカスカップリング（４）は、実際のファン回転速度（１３）を記録するセンサ（３１）を含むことを特徴とする、請求項１乃至の１３のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１５】
入力側を駆動部（３）に接続し、出力側を冷却システム（２）のファン（５）に接続するビスカスカップリング（４）によって建設機械（１）の前記冷却システム（２）を自動的に調節し、制御する方法であって、前記ビスカスカップリング（４）の前記出力側で、特定のファン回転速度を設定するようにして、異なる運転パラメータに応じて、前記ビスカスカップリング（４）を調節することを特徴とする方法。
【請求項１】
冷却用空気流を生成するために、駆動部（３）と、ファン（５）を有する冷却システム（２）とを含む、特に道路舗装機又はフィーダといった、自動的にファン回転速度を調節する建設機械（１）であって、
前記冷却システム（２）は、入力側を前記駆動部（３）に接続し、出力側を前記ファン（５）に接続する調節可能なビスカスカップリング（４）を更に含むことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
前記冷却システム（２）は、前記ビスカスカップリング（４）に及び／又は前記駆動部（３）に接続するコントローラ（７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記コントローラ（７）を、前記冷却システム（２）の少なくとも１つの動作温度を記録するように構成することを特徴とする、請求項２に記載の建設機械。
【請求項４】
前記冷却システム（２）の前記少なくとも１つの動作温度を、給気温度（１０）、作動液温度（１２）及び／又は冷却水温度（１１）とすることを特徴とする、請求項３に記載の建設機械。
【請求項５】
前記コントローラ（７）を、少なくとも１つの前記駆動部（３）の動作温度、つまり吸気温度及び／又は周囲温度（８、９）を記録するように構成することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項６】
前記駆動部（３）の定格回転速度及び／又は負荷係数（１６、１７）を記録するために、前記コントローラ（７）を、前記駆動部（３）に接続することを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項７】
前記コントローラ（７）は、前記冷却システム（２）の前記記録動作温度（１０、１１、１２）の平均値、前記駆動部（３）の前記動作温度（８、９）の平均値、前記記録定格回転速度（１６）の平均値及び／又は前記記録負荷係数（１７）の平均値を計算するように構成される手段（１９）を含むことを特徴とする、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項８】
前記コントローラ（７）を、目標ファン回転速度を記録するように構成することを特徴とする、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項９】
前記コントローラ（７）は、前記ビスカスカップリング（４）に接続し、前記目標ファン回転速度を用いて操作量（１５）を生成する制御部（１４）を含み、前記ビスカスカップリング（４）を前記操作量（１５）によって駆動できることを特徴とする、請求項８に記載の建設機械。
【請求項１０】
前記コントローラ（７）は、前記目標ファン回転速度を生成するために保存データを検索できるメモリ（２１）を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の建設機械。
【請求項１１】
前記動作温度（１０、１１、１２）の１つが上限温度に到達したと前記コントローラ（７）が記録すると、前記目標ファン回転速度を最高にすることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１２】
前記動作温度（１０、１１、１２）の１つが下限温度に到達したと前記コントローラ（７）が記録すると、前記目標ファン回転速度を最低にすることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１３】
前記駆動部（３）がアイドリング状態であると前記コントローラ（７）が記録すると、前記目標ファン回転速度を最低にすることを特徴とする、請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１４】
前記ビスカスカップリング（４）は、実際のファン回転速度（１３）を記録するセンサ（３１）を含むことを特徴とする、請求項１乃至の１３のいずれか一項に記載の建設機械。
【請求項１５】
入力側を駆動部（３）に接続し、出力側を冷却システム（２）のファン（５）に接続するビスカスカップリング（４）によって建設機械（１）の前記冷却システム（２）を自動的に調節し、制御する方法であって、前記ビスカスカップリング（４）の前記出力側で、特定のファン回転速度を設定するようにして、異なる運転パラメータに応じて、前記ビスカスカップリング（４）を調節することを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５１５５３（Ｐ２０１２−２５１５５３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１２３４２１（Ｐ２０１２−１２３４２１）
【出願日】平成２４年５月３０日（２０１２．５．３０）
【出願人】（５９６０６８３４９）ヨゼフ フェゲーレ アーゲー (35)
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２３４２１（Ｐ２０１２−１２３４２１）
【出願日】平成２４年５月３０日（２０１２．５．３０）
【出願人】（５９６０６８３４９）ヨゼフ フェゲーレ アーゲー (35)
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