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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs mit einer Steuerung, einem Motor und mindestens einem angetriebenen Rad.
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Bei Flurförderzeugen kommen sehr häufig Vollgummireifen oder Super-Elastikreifen zum Einsatz. Dabei sind diese Vollgummireifen oft aus mehreren Schichten aufgebaut, von denen eine äußere Schicht zum Beispiel auf Verschleißeigenschaften und eine innere Schicht auf Feder- bzw. Dämpfungseigenschaften optimiert ist. Von den Reifenherstellern wird ein großer Toleranzbereich für den Reifenverschleiß zugelassen. Dabei legen die Reifenhersteller eine Verschleißgrenze für jeden Reifen fest, bei deren Erreichen die Reifen ausgetauscht werden müssen. Flurförderzeuge nach dem Stand der Technik werden in der Mehrzahl ohne eine automatisierte Erkennung des Reifenverschleißes oder des Erreichens der Verschleißgrenze gebaut.
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Durch den großen Toleranzbereich nimmt der Reifendurchmesser von dem Neuzustand bis zu der Verschleißgrenze des Reifens erheblich ab. Da geschwindigkeitsgeregelte Antriebe in der Regel auf der Drehzahlmessung des antreibenden Motors beruhen, misst man die Fahrgeschwindigkeit folglich mit einem Fehler behaftet, abhängig von dem sich ändernden Durchmesser des Reifens. Ein abnehmender Raddurchmesser bewirkt, wenn dieser nicht berücksichtigt und korrigiert wird, eine vermeintliche Zunahme der so bestimmten Fahrgeschwindigkeit gegenüber der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit. Beispielsweise verringert sich die durch eine Fahrzeugsteuerung zugelassene Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs im Laufe der Reifenlebensdauer des angetriebenen Rades, wenn bei der Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit der Reifendurchmesser im Neuzustand angenommen wird. Es ist daher sinnvoll, den tatsächlichen Raddurchmesser zu ermitteln, um diesen bei der Steuerung eines Flurförderzeugs berücksichtigen zu können und auch um zu ermitteln, ob die Reifen ausgetauscht werden müssen.
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Insbesondere bei batterie-elektrisch, aber auch bei Verbrennungsmotor-elektrisch angetriebenen Flurförderzeugen sind für den Fahrantrieb Elektromotoren mit dem oder den Antriebsrädern verbunden. Dabei werden als Elektromotoren oft Drehstrommotoren und wegen deren einfachen Aufbaus mit einem Kurzschlussläufer insbesondere Drehstrom-Asynchronmotoren einzusetzen. Ein solcher Drehstrom-Asynchronmotor wird über einen Wechselrichter bzw. allgemein Umrichter angesteuert, der aus Gleichstrom mehrphasigen Wechselstrom, bevorzugt dreiphasigen Drehstrom variabler Frequenz und Spannung erzeugt, und kann dadurch in einem großen Drehmoment- und Drehzahlbereich geregelt werden. Für die Regelung des Drehstrom-Asynchronmotors ist eine feldorientierte Regelung bekannt, bei der für die Regelung die Kenntnis des Betrages und der Richtung des magnetischen Flussvektors erforderlich ist. Um diesen Flussvektor bestimmen zu können, wird ein Drehzahlsensor für die Messung der Motordrehzahl eingesetzt und die gemessene Motordrehzahl als wesentliche Größe verwendet, um mithilfe einer Modellrechnung des Verhaltens des Asynchron-Drehstrommotors den Flussvektor zu bestimmen. Es sind auch feldorientierte Regelungen von Asynchron-Drehstrommotoren bekannt, die ohne Drehzahlsensor auskommen und die Drehzahl sowie die Lage des magnetischen Flussvektors allein aus einer Modellrechnung bestimmen.
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Bei einem Elektromotor lässt sich im Allgemeinen gut aus dem aufgenommenen Strom sowie gegebenenfalls der Spannung und der Drehzahl das von dem Elektromotor aufgebrachte Drehmoment bestimmen. Bei einem Gleichstrommotor ist der aufgenommene Gesamtstrom eine entscheidend das Drehmoment bestimmende Größe. Im Fall eines Asynchron-Drehstrommotors kann aus den für die feldorientierte Regelung bestimmten Größen, insbesondere den Phasenströmen und Phasenspannungen, sowie deren Frequenzen, das Drehmoment und auch bei einem entsprechenden Rechenmodell die Drehzahl des Asynchron-Drehstrommotors bestimmt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem auf einfache Weise der Reifenverschleiß ermittelt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Fortbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Betrieb eines Flurförderzeugs mit einer Steuerung, einem Motor und mindestens einem angetriebenen Rad bereitgestellt wird, bei dem die Schritte durchgeführt werden:
- – Ermitteln der Drehzahl des Motors für mindestens einen Betriebszustand durch die Steuerung,
- – Ermitteln des Drehmoments des Motors für den Betriebszustand durch die Steuerung und
- – Berechnen des Durchmessers des Rades durch die Steuerung anhand des Verhältnisses von Drehzahl zu Drehmoment in dem Betriebszustand durch Vergleich mit einem gespeicherten Vergleichswert des Verhältnisses von Drehzahl zu Drehmoment in dem Betriebszustand.
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Vorteilhaft kann das Verfahren in eine bereits vorhandene Steuerung integriert werden und ist somit weitgehend mithilfe von Software umsetzbar. Hierfür kann beispielsweise eine allgemeine Steuerung des Flurförderzeugs eingesetzt werden, die zur Geschwindigkeitssteuerung oder -regelung dient. Durch die Berechnung des Durchmessers des Rades und eine Bestimmung des Reifenverschleißes durch Vergleich mit dem Durchmesser des Neuzustands können Fehler aufgrund des durch den Reifenverschleiß pro Umdrehung abnehmenden Abrollumfangs des Rades kompensiert werden und Arbeitsbereiche der Antriebsregelung angepasst werden. Vor allem kann die Steuerung durch eine Berücksichtigung des sich allmählich verringernden Raddurchmessers, wodurch aufgrund des kürzeren Hebelarms das zur Erzeugung einer gleichen Zugkraft erforderliche Antriebsdrehmoment abnimmt, bei den Regelungs- und Steuerungsvorgängen die Fahreigenschaften, insbesondere die Höchstgeschwindigkeit, innerhalb der Verschleißgrenzen des Rades oder Reifens konstant halten. Die Fahrleistungen des Flurförderzeugs im Kundeneinsatz bleiben dadurch konstant und eine Reduzierung der Umschlagsleistung des Flurförderzeugs kann vermieden werden. Dabei werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren identische Betriebszustände mit zeitlichem Abstand betrachtet und dadurch die Änderung des Raddurchmessers ermittelt. Ein solcher Betriebszustand kann zum Beispiel die Fahrt des Flurförderzeugs in der Ebene ohne eine Last mit einer festgelegten Geschwindigkeit, zum Beispiel 5 km/h, sein. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass für einen solchen Betriebszustand im Rahmen eines bestimmten Toleranzbereiches der Motor zu der der Geschwindigkeit entsprechenden Drehzahl stets das gleiche Drehmoment aufbringen muss. Wird dieses Drehmoment mit der Zeit für diesen Betriebszustand einer festgelegten gleichen Geschwindigkeit bzw. gleichen Drehzahl des Motors geringer, so kann davon ausgegangen werden, dass dies an einer Verringerung des Raddurchmessers liegt und die wirkliche Geschwindigkeit ebenfalls bereits bei gleicher Drehzahl niedriger liegt. Vereinfacht kann davon ausgegangen werden, dass sich die Betriebspunkte etwa einer elektrischen Ansteuerung eines Elektromotors in gleichen Situationen hin zu geringerem Drehmoment bei gleicher Drehzahl oder aber auch bei gleichem Drehmoment zu höheren Drehzahl bewegen, je nachdem worauf die Regelung der Ansteuerung ausgerichtet ist. Durch theoretische Berechnungsmodelle der Eigenschaften des Flurförderzeugs oder auch durch Versuchsreihen kann dieser Veränderung des Verhältnisses von Drehzahl zu Drehmoment jeweils ein Raddurchmesser zugeordnet werden. Die bekannten Vergleichswerte von Drehmoment zu Drehzahl für den maximalen Raddurchmesser, entsprechend einem neuen Reifen, für einen für das Verfahren verwendeten Betriebszustand sind in der Steuerung gespeichert. Weitere denkbare Betriebszustände können Verlaufskurven des Verhältnisses von Drehzahl zu Drehmoment, insbesondere Beschleunigungsphasen sein, bei denen wiederum bei bekanntem Beladungszustand, insbesondere bei nicht beladenem Flurförderzeug, der Anstieg der Drehzahl mit der Zeit, wenn der Motor zu jeder Drehzahl das maximale Drehmoment aufbringt, ein charakteristisches Diagramm ergibt, dessen Form auch von dem Raddurchmesser abhängt. Mit zunehmendem Raddurchmesser kann zum Beispiel der Drehzahlanstieg schneller erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Motor ein über einen Umrichter angesteuerter Elektromotor, insbesondere ein Drehstrom-Asynchronmotor.
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Bei einem Elektromotor Isst sich grundsätzlich aus dem aufgenommenen Strom und der Spannung bei bekannter Drehzahl das Drehmoment gut ermitteln, beispielsweise bei einem Gleichstrommotor. Dadurch lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Elektromotor besonders gut einsetzen. Auch soweit der Umrichter nicht nur Gleichspannung umsetzt, sondern einen Drehstrom-Asynchronmotor speist, lässt sich aus Messgrößen oder berechneten Größen einer Umrichtersteuerung das Drehmoment und/oder die Drehzahl des Drehstrom-Asynchronmotors ermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch einsetzbar bei einem Antrieb des Flurförderzeugs durch einen Verbrennungsmotor mit elektrischem Fahrantrieb, beispielsweise einem Diesel-elektrischen Antrieb, bei dem durch den Verbrennungsmotor und einen mit diesem verbundenen Generator der Strom für den Elektromotor erzeugt wird.
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Vorteilhaft ist die Steuerung eine Steuerung des Umrichters.
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Besonders vorteilhaft ist, dass bekannte Umrichtersteuerungen erhebliche Rechenkapazität aufweisen und es daher kostengünstig möglich ist, das erfindungsgemäße Verfahren in diese Umrichtersteuerung, anstatt beispielsweise, wie zuvor geschildert, in eine allgemeine Steuerung des Flurförderzeugs, zu integrieren und weitestgehend allein durch Software umzusetzen. Die Umsetzung des Verfahrens kann dabei auch verteilt auf sonstige Steuerungen, eine Fahrzeugsteuerung des Flurförderzeugs und eine Steuerung des Umrichters erfolgen.
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Vorteilhaft wird das Drehmoment aus Messgrößen und/oder Regelgrößen des Umrichters ermittelt, insbesondere aus dem Strom des Zwischenkreises und/oder den Strömen der Phasen.
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Für eine feldorientierte Regelung ist die Kenntnis der Drehzahl des Elektromotors erforderlich und erfolgt häufig bereits über einen entsprechenden Sensor. Das Drehmoment des Elektromotors lässt sich gut aus Größen bestimmen, die von der Umrichtersteuerung für die Regelung und Steuerung berechnet und bestimmt werden sowie aus gemessenen Größen, die der Umrichtersteuerung von Sensoren zugeleitet werden. Dies können beispielsweise die Phasenströme und Phasenspannungen des Asynchron-Drehstrommotors sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl aus Messgrößen und/oder Regelgrößen einer sensorlosen Regelung des Umrichters bestimmt.
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Bei einer sensorlosen feldorientierten Regelung wird die Drehzahl anhand eines theoretischen Modells der Regelung aus den übrigen Messgrößen bzw. berechneten Regelgrößen bestimmt. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Gefahr eines Ausfalls des Drehzahlsensors nicht besteht. Mit Drehzahl und Drehmoment des Elektromotors kann das Verhalten im Betrieb des Flurförderzeugs beobachtet werden. Über das physikalische Modell des Flurförderzeugs kann ermittelt werden, wie der Fahrantrieb in gleichen Betriebszuständen mit zunehmendem Reifenverschleiß andere Arbeitspunkte der Regelung durchläuft.
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Vorteilhaft berücksichtigt die Steuerung den berechneten Durchmesser des Rades für die Steuerung des Umrichters.
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Insbesondere bei einer sensorlosen feldorientierten Regelung kann die Regelungsgenauigkeit verbessert werden, wenn in dem Regelungsmodell für bestimmte Betriebszustände die sich verändernde Relation zwischen Drehmoment und Drehzahl berücksichtigt wird.
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Als Betriebszustände kann ein am häufigsten auftretender Betriebszustand minimalen Drehmoments bei konstanter Fahrt mit festgelegter Geschwindigkeit gewählt und abgespeichert werden.
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Wenn alle Fahrten mit einer bestimmten Drehzahl des Motors betrachtet werden, entsprechend einer mit dem Reifenverschleiß sich langsam reduzierenden festen Geschwindigkeit, so dürfte ein bestimmter Drehmomentwert einem Maximum der Anzahl aller auftretenden Drehmomentwerte zugeordnet sein, der demjenigen einer Fahrt ohne Last in der Ebene entspricht. Zugleich dürfte dies im Regelfall für eine feste Drehzahl der niedrigste Wert sein, abgesehen von Drehmomentwerten für Bergabfahrten. Wenn durch die Steuerung eine Vielzahl von Betriebszuständen erfasst wird und alle mit gleicher Drehzahl betrachtet werden, so lässt sich dieser Betriebszustand gut finden und identifizieren als Leerfahrt in der Ebene.
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Als Betriebszustand können Verlaufskurven des Verhältnisses von Drehzahl zu Drehmoment, insbesondere während Beschleunigungen des Flurförderzeugs, gewählt und abgespeichert werden.
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Auch Kennlinien des Drehzahlanstiegs bei der Beschleunigung beispielsweise aus dem Stand können als Betriebszustand verwendet werden. Auch hier dürften im Regelfall diejenigen Betriebszustände mit dem schnellsten Anstieg der Drehzahl, die am häufigsten auftreten, dem Beschleunigen des nicht beladenen Flurförderzeugs in der Ebene entsprechen. Noch schneller ansteigende Kennlinien können nur bei Beschleunigung bergab und somit im Regelfall, abhängig von dem Einsatzgelände, selten auftreten. Ganz allgemein können von dem Steuergerät als Betriebszustände Verläufe von Drehzahlen und Drehmomenten aufgezeichnet werden und über die Betriebszeit des Fahrzeugs ausgewertet werden. Eine Veränderung wiederkehrender Betriebsabläufe für das Flurförderzeug zeigt andere Betriebszustände des Motors in Abhängigkeit vom Reifenverschleiß.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein von dem Flurförderzeug aufgenommenes Lastgewicht erfasst, die sich hieraus ergebende Änderung des Drehmoments in dem Betriebszustand bestimmt und bei der Berechnung des Durchmessers des Rades von der Steuerung berücksichtigt.
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Dadurch können Fehlinterpretationen einer Drehmomentänderung bei gleicher Motordrehzahl, die auf eine aufgenommene Last zurückzuführen sind, vermieden werden. Die aufgenommene Last kann durch einen Fahrer eingegeben werden oder durch bekannte Methoden automatisch erfasst werden, insbesondere durch Sensoren.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Fahrbahnneigung der Fahrbahn, auf der sich das Flurförderzeug befindet, erfasst, die sich hieraus ergebende Änderungen des Drehmoments in dem Betriebszustand bestimmt und bei der Bestimmung des Durchmessers des Rades von der Steuerung berücksichtigt.
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Dadurch können Fehlinterpretationen einer Drehmomentänderung, die beispielsweise durch Steigungs- oder Gefällefahrten verursacht werden, vermieden werden. Es können auch eventuelle Auswirkungen auf das Verhältnis zwischen Drehmoment und Drehzahl durch eine seitliche Neigung quer zu einer Fahrtrichtung hierdurch berücksichtigt werden. Dies ist denkbar, wenn sich das erforderliche Drehmoment aufgrund der Gewichtsverlagerung und somit Belastung des Rades ändert. Die Erfassung kann über Neigungssensoren erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können für einen Tausch eines Reifens des Rades der oder die aktuellen berechneten und gespeicherten Werte des Verhältnisses von Drehzahl zu Drehmoment in dem Betriebszustand zurückgesetzt werden, oder die Steuerung erkennt einen Tausch durch die Vergrößerung des berechneten Durchmessers des Rades.
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Das Zurücksetzen kann dadurch im Rahmen der Wartung oder Reparatur durchgeführt werden. Vorteilhaft ist es jedoch auch möglich, dass der Austausch des Reifens oder Rades nach hinreichender Betriebsstrecke automatisch erkannt wird. Auch kann vorgesehen sein, den dem neuen Reifen entsprechenden Vorgabewert explizit einzugeben und dadurch eine Anpassung an unterschiedliche Reifengrößen zu ermöglichen.
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Vorteilhaft berücksichtigt die Steuerung für eine Regelung der Höchstgeschwindigkeit den berechneten Durchmesser des Rades.
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Dadurch kann die Regelung der Fahrgeschwindigkeit, insbesondere die Begrenzung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit, verbessert werden, da die Zuordnung zwischen Drehzahl und tatsächliche Geschwindigkeit richtig erfolgt. Dies ist auch vorteilhaft für die Steuerung der Beschleunigung und des Bremsens.
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Die Steuerung kann bei Erreichen eines Minimaldurchmessers des Rades ein Verschleißwarnsignal ausgeben.
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Indem die Steuerung bei Erreichen des Minimaldurchmessers einen Servicehinweis ausgibt, kann auf einfache Weise über das Erreichen der Verschleißgrenze informiert werden, insbesondere auch automatisiert innerhalb eines Flottenverwaltungssystems.
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Es kann auch durch die Berechnung des Raddurchmessers eine Resteinsatzzeit bestimmt werden, wie lange das Rad voraussichtlich noch einsatzfähig ist. Dabei kann eine Betriebsdauer, eine Lebensdauer oder eine Strecke angegeben werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt die Figur schematisch das Prinzip eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Figur zeigt schematisch das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reifenverschleißerkennung für Flurförderzeuge. Das Flurförderzeug 1 weist mindestens ein angetriebenes Rad 2 und im vorliegenden Fall zwei angetriebene Räder 2 an einer Vorderachse 3 auf. Das Rad 2 wird durch einen gekoppelten Elektromotor 4 angetrieben, der als Asynchron-Drehstrommotor 5 ausgeführt ist. Die Spannungen U, V, W der Felderregungsspulen für den Asynchron-Drehstrommotor werden durch einen Umrichter 6 bereitgestellt. Eine Steuerung 7, die im vorliegenden Fall zugleich die Steuerung des Umrichters 6 ist, bestimmt das anliegende Drehmoment Mist und die Drehzahl nist. In diesem Beispiel erfasst der Umrichter 6 die Drehzahl des Asynchron-Drehstrommotors 5 direkt.
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Die Drehzahl nist und Drehmoment Mist stehen in der Steuerung 7 zur Verfügung, die zugleich die Steuerung des Umrichters 6 ist und das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Alternativ kann dies ganz oder teilweise auch durch jedes andere Steuergerät im Flurförderzeug 1 erfolgen.
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Es ist möglich, weitere optionale Messgrößen bei der Berechnung des Raddurchmessers und damit des Reifenverschleißes zu berücksichtigen, beispielsweise das aufgenommene Lastgewicht G oder eine Fahrbahnneigung α.
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Außerdem ist es möglich, im Servicefall Eingaben an die Steuerung 7 vorzunehmen. Eine derartige Eingabe kann beispielsweise das Rücksetzen auf den Startwert D entsprechend dem Durchmesser des neuen Reifens beim Reifenwechsel sein.
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Die Steuerung 7 berechnet den Reifenverschleiß, der an Systeme 8 einer weiteren elektrischen Anlage 9 des Flurförderzeugs 1 weitergegeben wird. Ein Teilsystem 10 der Systeme 8 dient der Verarbeitung von Servicehinweisen, ein anderes Teilsystem 11 umfasst die Steuerung und Regelung des Fahrantriebes und ein drittes Teilsystem 12 kann weitere optionale Bearbeitungsschritte durchführen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Reifenverschleiß auf einfache Weise ermittelt werden und bei der Steuerung und Regelung des Fahrantriebes berücksichtigt werden. Außerdem können Servicehinweise erstellt werden, so dass eine Wartung des Flurförderzeugs rechtzeitig geplant und durchgeführt werden kann.
