DE10021675A1

DE10021675A1 - Steuer-System bzw. Verfahren für die automatische Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradgerätes

Info

Publication number: DE10021675A1
Application number: DE10021675A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mann
Original assignee: ISAM INMA GES fur ANGEWANDTE
Current assignee: ISAM HOLDING GMBH, 45472 MUELHEIM, DE
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2001-11-15
Also published as: US20050246133A9; PT1278918E; BR0110567A; AU6576201A; US6970801B2; EP1278918A1; ATE256792T1; CA2406608C; WO2001086077A1; AU780449B2; BR0110567B1; DE10191832D2; DE50101199D1; CA2406608A1; US20040088138A1; EP1278918B1; ES2210173T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuer-System (10) bzw. ein Verfahren für die automatische Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradgerätes (1) zum Abbau von Halden und/oder zum Aufhalden von Massengut, wobei das Schaufelradgerät (1) zur Aufnahme des Massengutes mindestens ein Schaufelrad (6) aufweist, mindestens eine Meßvorrichtung (11) zu Vermessung der Halde (9) vorgesehen ist und das Schaufelradgerät (1) in Abhängigkeit der gemessenen und/oder verarbeiteten Meßdaten automatisch an die gewünschte Abbau- und/oder Aufhaldposition verfahrbar ist. DOLLAR A Natürliche Rutschvorgänge an der Halde (9) sind dadurch ermittelbar, daß das Steuer-System (10) und die Meßvorrichtung (11) so ausgebildet bzw. ausgeführt sind, daß unabhängig vom Betrieb des Schaufelradbaggers (1) eine permanente Erfassung der aktuellen Haldenform gewährleistet ist, nämlich eine aktuelle Veränderung der Haldenform zumindest in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schaufelrades (6) erfaßbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuer-System für die automatische Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradgerätes zum Abbau von Halden und/oder zum Aufhal den von Massengut, wobei das Schaufelradgerät zur Aufnahme des Massengutes mindestens ein Schaufelrad aufweist, mindestens eine Meßvorrichtung zur Vermessung der Halde vorgesehen ist und das Schaufelradgerät in Abhängig keit der gemessenen und/oder verarbeiteten Meßdaten automatisch an die ge wünschte Abbau- und/oder Aufhaltposition verfahrbar ist. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradgerätes, insbesondere mit Hilfe des eingangs genannten Steuer- Systems, wobei eine automatische Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradge rätes zum Abbau von Halden und/oder zum Aufhalden von Massengut erfolgt, wobei mit Hilfe mindestens einer Meßvorrichtung die Haldenform erfaßt wird und das Schaufelradgerät in Abhängigkeit der gemessenen und/oder verarbeite ten Meßdaten automatisch an die gewünschte Abbau- und/oder Aufhaltposition gefahren wird.

Wesentliche Vorraussetzungen moderner und flexibler Massengut- Umschlaganlagen sind insbesondere bestands- und durchlaufzeitoptimierte La ger- und Transportsysteme. Kostengünstige und in die Zukunft orientierte Lö sungen berücksichtigen im besonderen Maße die Einbindung in die Automati sierungstechnik, so daß im späteren Betrieb eine kostengünstige und einfache Handhabung realisierbar ist. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß Schaufelradgeräte im allgemeinen im 3-Schichten-Betrieb laufen, also hier bei einer manuellen Steuerung eines derartigen Schaufelradgerätes entsprechende Arbeitslöhne seitens des Arbeitgebers zu entrichten sind, der Betrieb eines der artigen Schaufelradgerätes also mit hohen Kosten verbunden ist.

Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht (DE 197 37 858 A1), ist ein Schaufelradgerät bekannt, daß zum Abbau insbesondere verdichteter Hal den bzw. zum Aufhalden von Massengut ausgebildet ist. Das Schaufelradgerät, auch "Schaufelradbagger" genannt, weist einen vorderen Ausleger, an dessen vorderen Ende sich das Schaufelrad befindet, und einen Pylon, der turmähnlich ausgeführt ist, auf. Schließlich ist ein Kontergewicht vorgesehen, daß auf der dem vorderen Ausleger gegenüberliegenden Seite des Pylons, nämlich an einem hinteren Ausleger angeordnet ist. Der vordere Bereich des vorderen Auslegers ist über den oberen Teilbereich des Pylons mit dem Kontergewicht über tragseil förmige Elemente verbunden. Über das Kontergewicht werden die, beim Bela den des Schaufelrades mit Massengut am vorderen Ausleger bzw. am Schaufel radgerät auftretenden Kräfte entsprechend kompensiert. Das hier beschriebene, bekannte Schaufelradgerät weist ein Steuer-System für die automatische Steue rung des verfahrbaren Schaufelradgerätes auf. Hierzu ist eine Meßeinrichtung zum Messen der Haldenform, nämlich des Oberflächenprofiles der Halde vorge sehen. Da das Schaufelradgerät selbst verfahrbar ausgebildet ist, also ein ent sprechendes Antriebssystem aufweist, wird das Schaufelradgerät in Abhängig keit der gemessenen und/oder verarbeiteten Daten, die die Meßvorrichtung er mittelt hat, an die gewünschte Abbau- und/oder Aufhaltposition verfahren und zwar vorzugsweise so, daß das am vorderen Ende des vorderen Auslegers ange ordnete Schaufelrad an der gewünschten Abbau- bzw. Aufhaltposition positio niert wird. Folglich wird einerseits das Schaufelradgerät selbst verfahren, ande rerseits der vordere Ausleger des Schaufelradgerätes so bewegt, daß das Schau felrad in der gewünschten Höhenposition und in der gewünschten seitlichen Po sition zum Abhau bzw. zum Aufschütten der Halde positioniert ist.

Das hier im Stand der Technik bekannte Schaufelradgerät wird in Abhängigkeit eines Oberflächenprofiles der Halde, daß mit Hilfe der Meßvorrichtung ermittelt bzw. errechnet wird, entsprechend verfahren bzw. werden einzelne bewegbare Komponenten des Schaufelradgerätes, die bspw. als Kombigeräte bezeichnet werden, verfahren. Die hier benutzte Meßvorrichtung ist als 2-D-Scanner aus gebildet und tastet die Oberfläche der Halde ab. Die Meßvorrichtung ist im vor deren Bereich des vorderen Auslegers des Schaufelradgerätes angeordnet. Da mit die Haldenform, d. h. das Oberflächenprofil der Halde ermittelt werden kann, muß das bekannte Schaufelradgerät längs der Halde verfahren werden, wobei der vordere Ausleger quasi die Halde "überfährt" und die Meßvorrichtung während des Überfahrens der Halde die Oberfläche abtastet. Folglich führt das hier bekannte Schaufelradgerät vor Aufnahme des Arbeitsvorganges zunächst einmal eine separate Meßfahrt durch. Mit Hilfe des Verfahrweges des Schaufel radgerätes, der Stellung des Hub-Werkes, des Schwenk-Werkes sowie des Fahrwerkes, deren jeweilige Stellungen durch separat vorgesehene Winkelgeber oder separate Sensoren ermittelt werden, ist u. a. auch die Position der Meßvor richtung bestimmbar. Diese Meßvorrichtung scannt während der Meßfahrt die Haldenform. Anders ausgedrückt, mit Hilfe einer Steuereinrichtung bzw. eines Einsteck-PC's wird aus den Meßdaten der Meßeinrichtung und den Meßdaten der am Fahr-Schwenk- und Hubwerk vorgesehenen Winkelgeber und mit Hilfe eines 2-D-Wandlers, ein 3-D-Haldenmodell errechnet. Während des Betriebes des Schaufelradgerätes, also während des Aufhaldens bzw. Abbaus der Halde fragt die separat vorgesehene Steuerung ständig die Werte der Winkelgeber so wie Bandwaagen-Meßwerte für das abtransportierte, also abgebaute Massengut ab. Aufgrund dieser Werte errechnet die Steuerung dann ein provisorisches Haldenmodell, daß laufend entsprechend der gemessenen Abbaumenge bzw. der Aufhaltmenge des Massengutes aktualisiert wird, so daß vorzugsweise keine ge sonderten Meßfahrten mit dem Schaufelradgerät mehr durchgeführt werden müssen, um das Oberflächenprofil der Halde zu ermitteln. Anders ausgedrückt, bei dem im Stand der Technik bekannten Schaufelradgerät bzw. dem hier be schriebenen Verfahren wird zunächst anfänglich einmal die Haldenform mit Hilfe einer Meßfahrt des Schaufelradgerätes des 2-D-Scanners ermittelt, wobei dann der Abbau- oder Aufhaltvorgang begonnen wird und über entsprechende Meßwerte, insbesondere Winkelgebersignale sowie Mengenwerte für das abge baute bzw. aufgehaldete Massengut, dann die Steuerung ein provisorisches Haldenmodell errechnet.

Das im Stand der Technik bekannte Steuer-System bzw. das hier bekannte Ver fahren für die automatische Steuerung eines Schaufelradgerätes ist noch nicht optimal ausgebildet. Einerseits ist zumindest anfänglich immer eine Meßfahrt des Schaufelradgerätes oder auch eines Kombigerätes zur Erfassung bzw. Er mittlung der Haldenform notwendig, da die im Bereich des vorderen Auslegers angeordnete Meßvorrichtung entsprechend der Länge der Halde über die Halde verfahren werden muß, damit der vorgesehene 2-D-Scanner die Haldenform auch erfassen kann. Während dieser Meßfahrt muß dann die Bewegung des ge samten Schaufelradgerätes insbesondere die Bewegung des Fahr-, Hub- und Schwenkwerkes, vzw. mit Hilfe der Winkelgeber, also die Bewegung des Schau felradgerätes um seine zwei Drehachsen sowie die Bewegung des Schaufelrad gerätes vzw. entlang einer Schiene längs zur Halde durch separate Sensoren, die die Wegstrecke messen, permanent ermittelt werden, damit einerseits die Position der Meßvorrichtung bestimmbar ist und andererseits aus den Messda ten dann auch die Haldenform bzw. das Haldenmodell errechenbar ist. Um nun die entsprechende Halde aufzuhalden bzw. abzubauen, wird das Schaufelradge rät dann automatisch an die gewünschte Abbau- und/oder Aufhalteposition ver fahren, so daß das Schaufelrad des Schaufelradgerätes bspw. mit dem Abbau der Halde beginnt und zwar basierend auf dem in der Steuereinheit abgespei cherten "erfaßten Haldenmodell". Dieses Haldenmodell wird dann mit Hilfe wei terer Messdaten, die ermittelt werden, aktualisiert, insbesondere wird die an der Bandanlage ankommende bzw. von der Bandanlage weggeförderte Massen gutmenge (bspw. Steinkohlenmenge) durch entsprechende Sensoren und damit die Bandwaagen-Meßwerte erfaßt und das in der Steuereinheit abgespeicherte Haldenmodell wird anhand dieser Meßdaten laufend aktualisiert. Anders aus gedrückt, es erfolgt während des Betriebs des Schaufelradgerätes, insbesondere in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schaufelrades keine separate Mes sung der Haldenform. Die Steuerung des Abbaus der Halde erfolgt daher an dem ständig aktualisierten theoretischen "Haldenmodell". Dies birgt mehrere Nachteile in sich. Einerseits kann es während es Betriebs des Schaufelradgerä tes zu Veränderungen der Haldenform kommen, bspw. während Regenfällen durch natürliche Abrutsch-Vorgänge oder dergleichen. Weiterhin können durch den Abbauvorgang selbst Verrutschungen oder Abrutschungen ausgelöst wer den. Im Endeffekt ist bei dem bekannten Steuer-System eine sich aktuell verän dernde Haldenform nicht umgehend erfaßbar, insbesondere dann nicht erfaß bar, wenn bspw. das Schaufelradgerät still steht, also nicht betrieben wird, da nämlich kein Überfahren der Halde mit der Meßvorrichtung stattfindet. Auf grund der sich verändernden Haldenform, insbesondere aufgrund natürlicher Abrutschvorgänge, kann es vorkommen, daß das Schaufelrad des Schaufelrad gerätes bspw. eine Startposition einnimmt, die nicht optimal ist. Dies beher bergt Gefahren für das entsprechende Hydrauliksystem bzw. auch für das Schaufelradgerät selbst (Umkipp-Gefahr). Im Endeffekt ist das bekannte Ver fahren bzw. das bekannte Steuer-System hier nicht optimal, da während des Be triebes des Schaufelradgerätes bspw. ein Abrutschen bestimmter Teilbereiche der Halde nicht erfaßt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Steuer- System bzw. das eingangs genannte Verfahren derart auszugestalten und wei terzubilden, daß die Steuerung eines Schaufelradgerätes optimiert ist, insbe sondere die Positionierung des Schaufelrades vzw. unter Vermeidung von Ge fahren optimiert ist und auch die notwendige anfängliche Meßfahrt des Schau felradgerätes zur Erfassung der Haldenform vermieden ist.

Für das Steuer-System ist die zuvor aufgezeigte Aufgabe nun dadurch gelöst, daß das Steuer-System und die Meßvorrichtung so ausgebildet bzw. ausgeführt sind, daß unabhängig vom Betrieb des Schaufelradgerätes eine permanente Er fassung der aktuellen Haldenform gewährleistet ist, nämlich eine aktuelle Ver änderung der Haldenform zumindest in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schaufelrades erfaßbar ist.

Für das eingangs genannte Verfahren ist die zuvor aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß unabhängig vom Betrieb des Schaufelradgerätes eine permanente Erfassung der aktuellen Haldenform erfolgt, nämlich eine aktuelle Veränderung der Haldenform, zumindest in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schau felrades erfaßt wird.

Dadurch, daß das Steuer-System bzw. das Verfahren nunmehr so ausgebildet ist, daß eine permanente Erfassung der aktuellen Haldenform gewährleistet ist, können auch Veränderungen der Haldenform, die bspw. auf natürlichen Vor gängen wie "Abrutschen bei Regen" erfolgen, immer aktuell erfaßt werden. Ins besondere ist die Erfassung dieser Veränderungen der aktuellen Haldenform in einem bestimmten Umgebungsbereiches des Schaufelrades notwendig und sinn voll, damit das Schaufelrad immer in die exakte und gewünschte Position ver fahren werden kann. Dies verhindert die eingangs erwähnten Gefahren. Wei terhin werden gesonderte Meßfahrten, insbesondere die bisher im Stand der Technik notwendige anfängliche Meßfahrt vermieden, da unabhängig vom Be trieb des Schaufelradgerätes die aktuelle Haldenform erfaßbar ist. Folglich ent fällt die Errechnung des bisher im Stand der Technik bekannten provisorischen "Haldenmodelles" in Abhängigkeit der Ermittlung des abtransportierten Mas sengut-Gewichtes. Im Ergebnis sind die eingangs beschriebenen Nachteile ver mieden, was im einzelnen noch deutlich werden wird.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Steuer- System bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Schaufelrad gerätes in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Im folgenden soll nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der folgen den Zeichnung und der dazugehörenden Beschreibung näher erläutert werden.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein verfahrbares Schaufelradgerät in einer schematischen Darstellung von der Seite,

Fig. 2 eine Hardwarekonfiguration zur Realisierung des erfindungsgemäßen Steuer-Systems bzw. erfindungsgemäßen Verfahrens für das in Fig. 1 dargestellte Schaufelradgerät,

Fig. 3 eine Hardwarekonfiguration zur Realisierung des erfindungsgemäßen Steuer-Systems bzw. erfindungsgemäßen Verfahrens in detaillierter schematischerer Darstellung und

Fig. 4 eine Bildschirmoberfläche mit der Darstellung eines erfaßten Haldeno berflächenprofiles.

Die Fig. 1 und 3 zeigen ein Schaufelradgerät 1, daß einen vorderen Ausleger 2, einen Pylon 3, einen Kontergewicht 4 und ein Fahrwerk 5 aufweist. Zusätzlich ist am vorderen Ende des Auslegers 3 ein Schaufelrad 6 vorgesehen. Der obere Bereich des Schaufelradgerätes 1, also der Ausleger 2, der Pylon 3 sowie das Kontergewicht 4 und der hintere Ausleger 8 sind über Tragseile 7 einerseits miteinander verbunden, andererseits so ausgebildet, daß dieser Teil des Schau felradgerätes 1 auf dem Fahrwerk 5 verschwenkbar und verdrehbar ist. Hierbei bleiben die Winkel zwischen dem Pylon 3 und dem vorderen Ausleger 2 sowie zwischen Pylon 3 und dem hinteren Ausleger 8 konstant. Mit Hilfe des am vor deren Ausleger 2 angeordneten Schaufelrades 6 erfolgt der Abbau von Massen gut bzw. das Aufhalden von Massengut von einer Halde 9 bzw. auf eine Halde 9. Zu erkennen ist das Förderband 13 für den Transport des Massengutes.

Hierbei weist das Schaufelradgerät 1 ein Steuer-System 10 für die automatische Steuerung des verfahrbaren Schaufelradgerätes 1 auf. Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß das Schaufelradgerät 1 längs zur Halde 9 verfahrbar ist. Das Schaufelrad gerät 1 fährt automatisch an eine Ab- oder Aufhaltposition und baut das Mas sengut automatisch ab bzw. haldet es automatisch auf. Die Bewegung des Schaufelradgerätes 1 sowie das Ansteuern des Schaufelrades 6 und auch die Verschwenkung und/oder Verdrehung des oberen Teils des Schaufelradgerätes 1 erfolgt in Abhängigkeit der Haldenform, insbesondere des Oberflächenprofiles der Halde 9. Zur Vermessung der Halde 9 ist mindestens eine Meßvorrichtung 11 vorgesehen. Mit Hilfe des Steuer-Systems 10 und der von der Meßvorrich tung 11 gemessenen Meßdaten wird das Schaufelradgerät 1 dann automatisch an die gewünschte Abbau- und/oder Aufhaltposition verfahren, insbesondere das Schaufelrad 6 entsprechend positioniert.

Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, daß das Steuer- System 10 und die Meßvorrichtung 11 so ausgebildet bzw. ausgeführt sind, daß unabhängig vom Betrieb des Schaufelradgerätes 1 eine permanente Erfassung der aktuellen Haldenform gewährleistet ist, nämlich eine aktuelle Veränderung der Haldenform zumindest in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schau felrades 6 erfaßbar ist. Folglich wird - gemäß dem erfindungsgemäßen Verfah ren - unabhängig vom Betrieb des Schaufelradgerätes 1 eine permanente Erfas sung der aktuellen Haldenform gewährleistet und damit eine aktuelle Verände rung der Haldenform - zumindest in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schaufelrades 6 - erfaßt. Aufgrund der permanenten Erfassung der Haldenform, die den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht, da nämlich permanent, also kontinuierlich die Haldenform hier abgetastet wird, können auch Veränderun gen der Haldenform, die insbesondere nicht direkt mit einem Abbau bzw. Auf halden von Massengut in Zusammenhang stehen, also bspw. auf natürlichen Abrutschungen basieren, sofort ermittelt werden. Hierdurch bedingt kann das Schaufelrad 6 immer optimal an der gewünschten Aufhald- bzw. Abbauposition positioniert werden. Während im Stand der Technik noch Waagen-Meßwerte des über das Förderband abgebauten Massengutes ermittelt werden mußten und hierdurch das provisorische "Haldenmodell" errechnet wurde, entfallen die für diesen in diesem Steueraufwand notwendigen Komponenten bzw. ist nun ei ne genauere Steuerung durch das erfindungsgemäße Steuer-System bzw. Ver fahren möglich.

Wie Fig. 1 und 3 gut erkennen lassen, ist die Meßvorrichtung 11 am Pylon 3, nämlich am oberen Ende des Pylons 3 angeordnet. Die hier verwendete Meßvor richtung 11 ist als 3-D-Bilderfassungssystem, insbesondere als 3-D- Laserscanner ausgeführt. Beispielsweise kommt hier ein sogenannter "3-D Ima ging Sensor, LMS-Z 210" in Frage, der in einem Bereich von vzw. bis zu 350 Me ter die Haldenform abscannen kann.

Weiterhin ist zur Erfassung der Bewegungen und/oder Positionen des Schaufel radgerätes 1 oder der entsprechenden Komponenten, nämlich der Ausleger 2 und 8 bzw. des Pylons 3 und des Schaufelrades 6 ein GPS-System (Global- Positioning-System) vorgesehen. Die Bewegungen des Schaufelradgerätes 1 um seine drei Drehachsen sind aufgrund dieses GPS-Systemes genauestens ermit telbar. Hierzu ist ein erster und ein zweiter GPS-Positionsempfänger 12a und 12b, die als einfache GPS-Antennen ausgebildet sind, zur Bestimmung der Posi tion des Schaufelradgerätes 1 sowie zur Bestimmung der Position der entspre chenden Schaufelradgerät-Komponenten vorgesehen. Der erste GPS- Positionsempfänger 12a ist am vorderen Ausleger 2 und der zweite Positions empfänger 12b am Pylon 3 angeordnet. Die GPS-Positionsempfänger 12a und 12b sind vzw. als CFD-Empfünger (Carier Face Differential) ausgeführt.

Wie Fig. 2 und 3 erkennen lassen, weist das Schaufelradgerät 1 einen separaten Steuerrechner 10b auf. Weiterhin weist das Steuer-System 10 zusätzliche Sen sorelemente 14 zur Realisierung eines zusätzlichen Kippschutzes für das Schau felradgerät 1 auf. Hierzu zählt insbesondere ein Neigungswinkel-Sensor 14a, der ebenfalls wie der zweite GPS-Positionsempfänger 12b am oberen Ende des Pylons 3 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt nun eine Hardwarekonfiguration für das Steuer-System 10 für das Schaufelradgerät 1. Wie bereits erwähnt, sind zur Positionierung des Schaufel radgerätes 1 ein Fahrwerk 5 vorgesehen sowie - wie aus Fig. 3 ersichtlich - ein nicht näher bezeichnetes Hub- und ein Schwenkwerk vorgesehen sind, so daß die Verschwenkung bzw. Verdrehung des oberen Teiles des Schaufelradgerätes 1, also des vorderen Auslegers 2 und Pylon 3 sowie des hinteren Auslegers 4 möglich ist. Das hierzu vorgesehene Antriebssystem 15 ist in Fig. 2 nur schematisch dargestellt.

Fig. 2 zeigt aber, daß das Antriebssystem 15 von einer Steuereinheit 10a in Ab hängigkeit der Meßdaten, der Meßvorrichtung 11 sowie der vom GPS-System ermittelten Daten geregelt bzw. gesteuert wird. Die Soll-Werte für die Steue rung des Schaufelradgerätes 1 werden in der Steuereinheit 10a berechnet. In Abhängigkeit der Meßdaten der Meßvorrichtung 11 ermittelt die Steuereinheit 10a die Haldenform der Halde 9, insbesondere das Oberflächenprofil der Halde 9 von der Massengut abgebaut werden soll bzw. auf die Massengut aufgehaldet werden soll. Zur Unterstützung der Steuereinheit 10a ist ein Steuerrechner 10b vorgesehen, der insbesondere aus den Daten der von den GPS- Positionsempfängern 12a und 12b ermittelten Daten die Position des Schaufel radgerätes 1 sowie des Schaufelrades 6 ermittelt. Es darf hier daran erinnert werden, daß der obere Teil des Schaufelradgerätes 1 zwar schwenkbar und verdrehbar, nämlich auf dem Fahrwerk 5 schwenkbar und verdrehbar angeord net ist, aber die Anordnung des Pylons 3 zum vorderen Ausleger 2 bzw. hinteren Ausleger 8 immer gleich, d. h. die entsprechenden Abstände und Winkel bleiben, da dies eine in sich nicht verändernde Einheit des Schaufelradgerätes 1 dar stellt. Aufgrund der bekannten Abmessungen kann mit Hilfe der beiden GPS- Positionsempfänger, nämlich dem ersten GPS-Positionsempfänger 12 und dem zweiten GPS-Positionsempfängers 12b immer die genaue Lage bzw. Position des Schaufelradgerätes 1 und der zugehörigen Komponenten ermittelt werden. Hierzu sind die beiden GPS-Positionsempfänger 12a und 12b vzw. in ein und dergleichen Ebene angeordnet, aber an unterschiedlichen Positionen, hier am vorderen Ausleger 2 bzw. am Pylon 3 befestigt bzw. fixiert.

Fig. 3 zeigt eine detailliertere Darstellung für eine Hardwarekonfiguration für das Schaufelradgerät 1. Gut zu erkennen ist, daß am oberen Ende des Pylons 3 des Schaufelradgerätes 1 die Meßvorrichtung 11 und der zweite GPS- Positionsempfänger 12b angeordnet ist. Der erste GPS-Positionsempfänger 12a ist am vorderen Ausleger 2 des Schaufelradgerätes 1 angeordnet. Denkbar ist, daß zusätzlich zu dem ersten GPS-Positionsempfänger 12a, nämlich kurz hinter dem Schaufelrad 6 noch ein Videokamera-System angeordnet ist, daß bspw. wiederum mit einem externen Leitstand verbunden sein kann. Dies ist hier aber nicht unbedingt notwendig, da das Schaufelradgerät 1 nämlich ein von einem Leitstand unabhängiges Steuer-System 10 aufweist, so wie es in Fig. 2 darge stellt ist, und hier eine separate Steuereinheit 10a und ein separater Steuer rechner 10b für das Schaufelradgerät 1 vorgesehen sind. Das Steuer-System 10, weist hier die Steuereinheit 10a, einen separaten Steuerrechner 10b sowie ent sprechende Steuerleitungen 10c auf. Der Steuerrechner 10b ist hier vzw. als Einsteck-PC ausgeführt und mit Hilfe des Steuerrechners 10b wird in Abhän gigkeit der Meßdaten der Meßeinrichtung 11 die Haldenform, insbesondere das Oberflächenprofil der Halde 9 berechnet. In Abhängigkeit dieses Oberflächen profils erfolgt die Steuerung des Schaufelradgerätes 1, nämlich werden die ent sprechenden Signale der Steuereinheit 10a an das Antriebssystem 15 abgege ben. Das hier nur schematisch dargestellte Antriebssystem 15 weist hier die einzelnen ansteuerbaren Komponenten des Schaufelradgerätes 1 auf, also ins besondere die Motorik bzw. Hydraulik für das Hub- und Schwenkwerk, das Fahrwerk sowie für das Schaufelrad 6. Über die Steuereinheit 10a werden diese Komponenten des Antriebssystems 15 mit Hilfe des Steuerrechners 10b ange steuert. Des weiteren berechnet der Steuerrechner 10b in Abhängigkeit der Werte des ersten und zweiten GPS-Positionsempfängers 12a und 12b die Positi on des Schaufelradgerätes 1, insbesondere die genaue Position des Schaufelra des 6 zur Halde 9. Vzw. ist das hier dargestellte Steuer-System 10 als speicher programmierbare Steuerung ausgeführt.

Mit der hier als 3-D-Scanner ausgeführten Meßvorrichtung 11 ist unabhängig von einem Betrieb des Schaufelradgerätes 1 eine Erfassung der Haldenform der Halde 9 möglich. Insbesondere durch die Anordnung der Meßvorrichtung 11 am oberen Ende des Pylons 3 und der Ausführung der Meßvorrichtung 11 als 3-D- Scanner muß keine gesonderte Meßfahrt durchgeführt werden und auch im Stillstand des Schaufelradgerätes 1, also unabhängig von dessen Betrieb ist eine permanente Erfassung der Haldenform der Halde 9 möglich. Insbesondere kön nen auch aktuelle Veränderungen der Haldenform bspw. durch natürliche re genbedingte Abrutschvorgänge erfaßt werden, insbesondere im direkten Umge bungsbereich des Schaufelrades 6. Das Steuer-System 10 bzw. die Meßvorrich tung 11 und die zugehörigen Komponenten des Steuer-Systems 10 sind so aus gebildet, daß die Haldenform in Echtzeit erfaßt wird. Es ist kein Abfahren der gesamten Halde 9 in Längsrichtung mehr erforderlich. Die Bewegungen bzw. Positionen des Schaufelradgerätes 1 und dessen Komponenten, insbesondere die Bewegungen des Schaufelradgerätes 1 um seine drei Drehachsen werden mit Hilfe des GPS-Systems erfaßt. Aufgrund der Anordnung des GPS-Systems der damit genau bestimmbaren Positionierung des Schaufelradgerätes 1 und eriner als 3-D-Sensor ausgebildeten Meßvorrichtung 11 am oberen Ende des Pylons 3 kann die Haldenform immer permanent abgetastet bzw. ermittelt werden und die Erzeugung einer weiteren Scannachse, wie bei dem im Stand der Technik bekannten 2-D-Scanner, ist nicht mehr erforderlich. Aus den von der hier als 3- D-Scanner ausgeführten Meßvorrichtung 11 und dem GPS-System gelieferten Meßdaten wird die Haldenform mit Hilfe des Steuer-Systems 10, insbesondere des Steuerrechners 10b immer aktuell ausrechnend nachgebildet.

Fig. 4 zeigt schließlich das Oberflächenprofil einer Halde 9, das mit Hilfe des Steuerrechners 10b errechnet und in 2-dimensionaler farbiger Darstellung auf einem Bildschirm 16 ausgegeben wird. Diese Darstellung hat sich als sehr vor teilhaft erwiesen. Deutlich zu erkennen sind einzelne Segmente 17, vzw. in un terschiedlicher farbiger Darstellung auf dem Bildschirm 16, hier teilweise durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet. Ein derartiger Bildschirm 16 könnte bspw. in einem externen Leitstand vorgesehen sein, der zur Steuerung bzw. Überwachung mehrerer Schaufelradgeräte 1 vorgesehen ist. Schließlich ist mit Hilfe eines Neigungswinkel-Sensors 14a, der vzw. ebenfalls im oberen Be reich des Pylons 3 angeordnet ist, ein Kippschutz für das Schaufelradgerät 1 re alisiert. Es ist bereits eingangs erwähnt worden, daß die Positionierung des Schaufelrades 6 des Schaufelradgerätes 1 problematisch ist. Aufgrund der hier wirkenden großen Kräfte kann bei falscher Positionierung des Schaufelrades 6 und bei nicht rechtzeitigem Abschalten des Schaufelrades 6 es zu einem Kippen des gesamten Schaufelradgerätes 1 kommen. Insbesondere um dies zu vermei den, ist hier ein Neigungswinkel-Sensor 14a vorgesehen, der ebenfalls mit dem Steuerrechner 10b bzw. der Steuereinheit 10a schaltungstechnisch verbunden ist. Ermittelt der Neigungswinkel-Sensor 14a einen bestimmten Neigungswin kel des Schaufelradgerätes 1, so wird umgehend der Betrieb eingestellt, insbe sondere das Schaufelrad 6 abgeschaltet. Vorteilhafterweise werden die Meßda ten des Neigungswinkel-Sensors 14a mit den Meßdaten des GPS-Systems ver glichen. Einerseits ermittelt also der Neigungswinkel-Sensor 14a den Nei gungswinkel des Schaufelradgerätes 1, insbesondere die Neigung des oberen Be reichs bzw. Teils des Schaufelradgerätes 1, also auch die Neigung des Auslegers 2, andererseits ist diese Neigung auch mit Hilfe des ersten und zweiten GPS- Positionsempfängers 12a bzw. 12b und des Steuerrechners 10b entsprechend ermittelbar. Weichen die Meßdaten hier voneinander ab, so zeigt dies, daß ent weder der Neigungswinkel-Sensor 14a oder aber das GPS-System nicht ord nungsgemäß funktioniert. In diesem Falle ist das Steuer-System 10 so ausge führt, daß auch dann ein Abschalten des Schaufelradgerätes 1 erfolgt, so daß ein Sicherheitssystem für das Schaufelradgerät 1 realisiert ist.

Das Steuer-System 10 ist nun so ausgeführt, daß zumindest ein relativ großer Bereich mit Hilfe der Meßvorrichtung 11 erfaßt werden kann. Insbesondere wird eine Erfassung der aktuellen Haldenform im Bereich des vorderen Auslegers 2 und eine Erfassung des Umgebungsbereiches des hinteren Auslegers 8 gewähr leistet. Dies hat eine entsprechende Erhöhung der Sicherheit des Betriebes des Schaufelradgerätes 1 zur Folge, da aktuelle Veränderungen der Haldenform im Bereich des vorderen Auslegers 2 ebenfalls mit erfaßt werden, so daß der vorde re Ausleger bspw. nicht gegen "Haldenberge" stoßen kann und/oder der hintere Ausleger 8, insbesondere das hier am hinteren Ausleger 8 vorgesehene Konter gewicht 4 gefahrlos bewegbar, insbesondere verschwenkbar ist. Bspw. erfolgt auch hier mit Hilfe der Steuereinheit 10a bzw. dem Steuerrechner 10b eben kei ne Verschwenkung des vorderen Auslegers 2 bzw. hinteren Auslegers 8, wenn bspw. im Bereich des hinteren Auslegers 8, insbesondere im Bereich des Kon tergewichtes 4 Hindernisse mit Hilfe des Steuer-System 10, insbesondere mit Hilfe der Messvorrichtung 11 ermittelt werden, gegen die das Kontergewicht 4 stoßen könnte. In Frage kommen hier bspw. im Bereich des Kontergewichtes 4 abgestellte weitere Baggerfahrzeuge, LKW's oder dergleichen. Mit Hilfe der Messvorrichtung 11 läßt sich also, insbesondere da diese am oberen Ende des Pylons 3 angeordnet ist, ein relativ großer Bereich um das Schaufelradgerät 1 herum "abscannen", so daß der Sicherheitsaspekt beim Betrieb des Schaufelrad gerätes 1 deutlich erhöht ist.

Bezugszeichenliste

1

Schaufelradgerät

2

Ausleger

3

Pylon

4

Kontergewicht

5

Fahrwerk

6

Schaufelrad

7

Tragseile

8

hinterer Ausleger

9

Halde

10

Steuer-System

10

a Steuereinheit

10

b Steuerrechners

10

c Steuerleitungen

11

Meßvorrichtung

12

a erster GPS-Positionsempfänger

12

b zweiter GPS-Positionsempfänger

13

Förderband

14

Sensorelemente

14

a Neigungswinkel-Sensor

15

Antriebssystem

16

Bildschirm

17

Segmente

Claims

1. Steuer-System (10) für die automatischen Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradgerätes (1) zum Abbau von Halden und/oder zum Aufhalden von Massengut, wobei das Schaufelradgerät (1) zur Aufnahme des Massengutes mindestens ein Schaufelrad (6) aufweist, mindestens eine Meßvorrichtung (11) zur Vermessung der Halde (9) vorgesehen ist und das Schaufelradgerät (1) in Abhängigkeit der gemessenen und/oder verarbeiteten Meßdaten auto matisch an die gewünschte Abbau- und/oder Aufhaldeposition verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer-System (10) und die Meßvorrich tung (11) so ausgebildet bzw. ausgeführt sind, daß unabhängig vom Betrieb des Schaufelradgerätes (1) eine permanente Erfassung der aktuellen Halden form gewährleistet ist, nämlich eine aktuelle Veränderung der Haldenform zumindest in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schaufelrades (6) er faßbar ist.

2. Steuer-System nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schaufelradgerät (1) einen vorderen Ausleger (2) und ei nen Pylon (3) aufweist und die Meßvorrichtung (11) am Pylon (3) angeordnet ist.

3. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (11) als 3-D Bilderfassungssystem, insbesondere als 3-D-Laserscanner ausgeführt ist.

4. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Erfassung der Bewegungen und/oder Positionen des Schaufelradgerätes (1), insbesondere der Bewegungen des Schaufelradgerätes (1) um seine drei Drehachsen, ein GPS-System vorgesehen ist.

5. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter GPS-Positionsempfänger (12a, 12b) zur Bestimmung der Position des Schaufelradgerätes (1) und des Schau felrades (6) vorgesehen sind.

6. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste GPS-Positionsempfänger (12a) am Ausleger (2) und der zweite GPS-Positionsempfänger (12b) am Pylon (3) angeordnet ist.

7. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Schaufelradgerät (1) einen separaten Steuerrechner (10b) aufweist.

8. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Steuer-System (10) zusätzliche Sensorelemente (14) zur Realisierung eines zusätzlichen Kippschutzes für das Schaufelradgerät (1) aufweist.

9. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens ein Neigungswinkel-Sensor (14a) vorgesehen ist.

10. Steuer-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß zusätzlich eine Erfassung der aktuellen Haldenform im größeren Umgebungsbereich des vorderen Auslegers (2) und/oder eine Erfas sung des Umgebungsbereiches des hinteren Auslegers (8) realisiert ist.

11. Verfahren zur automatischen Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradge rätes (1), insbesondere mit Hilfe des Steuer-Systems (10) nach einem der An sprüche 1 bis 10, wobei eine automatische Steuerung eines verfahrbaren Schaufelradgerätes (1) zum Abbau von Halden und/oder zum Aufhalden von Massengut erfolgt, wobei mit Hilfe mindestens einer Meßvorrichtung (11) die Haldenform erfaßt wird und das Schaufelradgerät (1) in Abhängigkeit der gemessenen und/oder verarbeiteten Meßdaten automatisch an die gewünsch te Abbau- und/oder Aufhaldposition gefahren wird, dadurch gekennzeich net, daß unabhängig vom Betrieb des Schaufelradgerätes (1) eine permanen te Erfassung der aktuellen Haldenform erfolgt, nämlich eine aktuelle Verän derung der Haldenform zumindest in einem bestimmten Umgebungsbereich des Schaufelrades (6) erfaßt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvor richtung (11) und die zugehörigen Komponenten so ausgebildet sind, daß die Haldenform in Echtzeit erfaßt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß die Bewegungen bzw. Positionen des Schaufelradgerätes (1), insbe sondere die Bewegungen des Schaufelradgerätes (1) um seine drei Drehach sen, mit Hilfe eines GPS-Systems erfaßt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß aus den von der Meßeinrichtung (11) und dem GPS-System gelieferten Meßdaten die Haldenform ausrechnend nachgebildet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenprofil der Halde (9) mit Hilfe eines Steuerrechners (10b) errechnet und in zweidimensionaler farbiger Darstellung auf einem Bild schirm (16) ausgebbar ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von mindestens einem Neigungswinkel-Sensor (14a) durch ei nen Vergleich der Daten des Neigungswinkel-Sensors (14a)/GPS-System ein Kippschutz für das Schaufelradgerät (1) realisiert ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Erfassung der aktuellen Haldenform im größeren Umge bungsbereich des vorderen Auslegers (2) und/oder eine Erfassung des Um gebungsbereiches des hinteren Auslegers (8) erfolgt.