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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Steuereinrichtung für die Geschwindigkeitsregelung
des sogenannten Kratzbodens eines Straßenfertigers.
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Bekannte
Straßenfertiger,
mit denen die Asphaltdecke einer Straße erstellt wird, haben in
ihrem in Fahrtrichtung hintersten Bereich eine sogenannte Bohle,
die auf einem vor der Bohle verteilten Asphaltmaterialvorrat aufschwimmt
und eine Straßendecke einer
gewünschten
Dicke bildet. Die Bohle umfasst ein feststehendes Hauptbohlenschild,
an dem in Querrichtung zur Fahrtrichtung des Straßenfertigers ausfahrbare
bewegliche Bohlenschilder geführt
werden, um auf diese Weise die Breite der zu fertigenden Straßendecke
einstellen zu können.
Vor der Bohle liegt ein Schneckenförderer, mit dem der vor der
Bohle befindliche Asphaltmaterialbohrer in Querrichtung von einem
Mittenbereich des Straßenfertigers
vor der Bohle in Richtung zu den ausfahrbaren Bohlenschildern hin
nach außen
gefördert
wird. Der Straßenfertiger
hat in seinem in Fahrtrichtung vorderen Bereich einen Asphaltmaterial-Vorratstrichter,
in den von anliefernden LKWs Asphaltmaterial eingekippt wird. Der
Asphaltmaterial-Vorratstrichter hat eine bodenseitige Öffnung in
Richtung zu einem sogenannten Kratzboden hin, der sich in Längsrichtung
des Straßenfertigers
von dem Bodenbereich des Asphaltmaterial-Vorratstrichters bis zu
einem Bereich oberhalb und vor der Förderschnecke erstreckt. Der
sogenannte Kratzboden umfasst auf der linksseitigen sowie auf der
rechtsseitigen Kratzbodenhälfte
je einen Lattenrost zum Befördern
von Asphaltmaterial vom Bodenbereich des Asphaltmaterial-Vorratstrichters bis
zur Endkante des Kratzbodens kurz oberhalb und vor der Schnecke,
um den Asphaltmaterialvorrat im Bereich der Schnecke mit einer wählbaren
Geschwindigkeit nachzufüllen.
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Wie
beispielsweise aus der
EP
0 279 795 B1 bekannt ist, ist es bei derartigen Straßenfertigern üblich, die
Materialhöhe
vor der Bohle an den jeweiligen Außenseiten der Schnecken mit
einem Ultraschallsensor zu erfassen, um auf der Grundlage der so
gemessenen Materialhöhe
im Bereich seitlich außerhalb
der Schnecke die Schneckendrehzahl so nachzuführen, dass jeweils vor der
Bohle außerhalb
der Schnecke eine bestimmte Asphaltmaterialvorratshöhe eingehalten
wird. Mit dieser Regelung lässt
sich zwar eine gute Verteilung des Asphaltmaterials quer zur Fahrtrichtung
des Straßenfertigers
realisieren, jedoch wird hierdurch nicht eine dem Asphaltmaterialverbrauch
entsprechende Zuführung
gewährleistet.
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Eine übliche Art
der Steuerung der Asphaltmaterial-Zuführung
durch Steuerung der Geschwindigkeit des Kratzbodens besteht bei
bekannten Straßenfertigern
in der hydraulischen Parallelschaltung der Schnecke und des Kratzbodens.
Dieses bekannte Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit des Kratzbodens
beruht auf der Annahme, dass dann, wenn mehr Material zum Einbau
durch die Bohle benötigt
wird, sowohl die Schnecke als auch das Förderband in gleicher Weise
schneller laufen sollen.
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Eine
weitere bekannte Ansteuerung für
die Geschwindigkeit des Kratzbodens macht von den Signalen der beschriebenen
Ultraschallsensoren für die
Ansteuerung der Schnecke auch für
die Steuerung des Kratzbodens Gebrauch. Auch dieses Verfahren beruht
ebenso wie die hydraulische Parallelschaltung des Schneckenförderers
und des Kratzbodens auf der Annahme, dass die Drehzahlen der Schnecke
und die Geschwindigkeit des Kratzbodens immer im gleichen Verhältnis zueinander
stehen müssen.
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Dieser
der bekannten Regelung zugrunde liegende Ansatz wird jedoch den
tatsächlichen
Verhältnissen
beim Betrieb eines Straßenfertigers
schon deswegen nicht gerecht, weil die Drehzahl der Schnecke und
die Geschwindigkeit des Kratzbo dens dann nicht im gleichen Verhältnis zueinander
stehen können,
wenn die Bohle in Querrichtung ausgefahren wird, wodurch sich die
von der Bohle eingebaute Asphaltmaterialmenge entsprechend erhöht.
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Bei
anderen für
die Regelung der Geschwindigkeit des Kratzbodens vorgesehenen bekannten Steuereinrichtungen
bedient man sich mechanischer Füllhöhenschalter
oder Potentiometergeber zum Erfassen der Asphaltmaterialvorratsmenge,
um in Abhängigkeit
von einem Füllhöhenschaltersignal
oder Potentiometergebersignal eine Regelung der Geschwindigkeit
des Kratzbodens vorzunehmen. Da jedoch derartige mechanische Geber
unter den extrem groben Umgebungsbedingungen nicht langfristig zuverlässig arbeiten,
hat sich heutzutage die Regelung der Geschwindigkeit des Kratzbodens
durch die oben beschriebene hydraulische Parallelschaltung mit dem
Antrieb der Schnecke vor der Bohle als Standardlösung trotz der beschriebenen
systemimmanenten Nachteile durchgesetzt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher
die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für die Geschwindigkeitsregelung
des Kratzbodens eines Straßenfertigers
zu schaffen, mit der eine verbesserte Regelung der nachgeführten Materialmenge
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Steuereinrichtung für die Geschwindigkeitsregelung
des Kratzbodens gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine zuverlässige Regelung
der Geschwindigkeit des Kratzbodens dann auf der Grundlage des Signals
eines Ultraschallsensors vorgenommen werden kann, wenn dieser derart
angeordnet ist, dass sich dessen Erfassungskeule in einen Bereich
erstreckt, der einerseits in Fahrtrichtung des Straßenfertigers
vor der Schnecke und hinter dem der Schnecke zugewandten Ende des
Kratzbodens und andererseits in Querrichtung des Straßenfertigers
innerhalb der Breite des Kratzbodens liegt.
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Vorzugsweise
ist für
jeden der beiden Lattenroste eines Kratzbodens jeweils ein eigener
Ultraschallsensor vorgesehen, der die Geschwindigkeit des zugeordneten
Lattenrostes steuert.
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Gemäß einem
wesentlichen Teilaspekt der Erfindung ist der Ultraschallsensor
derart angeordnet, dass sich dessen Erfassungskeule von oben nach
unten und schräg
nach vorne in Fahrtrichtung des Straßenfertigers hinter dem der
Schnecke zugewandten Ende des Kratzbodens vorbei auf die Oberseite
eines Asphaltmaterialvorrats zwischen dem Kratzboden und der Schnecke
erstreckt. Bei dieser Anordnung, die im Gegensatz zu der „rückwärts" gerichteten Anordnung
der Ultraschallsensoren außerhalb
der Enden der Förderschnecken
die Steuerung der Schnecke gemäß der
1 der
EP 0 279 795 B1 steht,
wird eine unerwünschte
Erfassung der sich bewegenden Schneckengänge durch den Ultraschallsensor
verhindert. Diese nach „schräg vorne" gerichtete Anordnung
ermöglicht
mit der gleichen Erfassungskeule sowohl die Berücksichtigung des Asphaltmaterialvorrats,
der vor der Schnecke liegt, wie auch die Erfassung der aktuell von
der Hinterkante des Kratzbodens herabfallenden zusätzlichen
Asphaltvorratsmengen.
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Erhebliche
Bedeutung für
den Erfindungsgegenstand hat auch die Erkenntnis, die Erfassungskeule
des Ultraschallsensors im Gegensatz zu den breiten Erfassungskeulen üblicher
Ultraschallsensoren für
den Straßenfertigerbereich
so eng auszugestalten, dass die Erfassungskeule zumindest im Messbereich
zwischen 0 und 50 cm ab dem Ultraschallsensor eine Erfassungsbreite
von unter 20 cm, vorzugsweise sogar von unter 12 cm hat. Durch diese „schlanke" Ausgestaltung der
Erfassungskeule des Ultraschallsensors wird eine störungsfreie Schallmessung
innerhalb des baulich sehr ungünstigen
Bereichs des Schachtes erreicht, der in Fahrtrichtung des des Straßenfertigers
vor der Schnecke und hinter dem der Schnecke zugewandten Ende des
Kratzbodens liegt und sich in Querrichtung des Straßenfertigers
innerhalb der Breite des Kratzbodens befindet. Im Bereich dieses
Schachtes befinden sich Hydraulikschläuche, Hebevorrichtungen für die Schnecken
und andere Teile, die im Falle der Verwendung üblicher Ultraschallsensoren
zu Messfehlern führen
könnten,
durch die die Genauigkeit der Regelung der Geschwindigkeit des Kratzbodens
beeinträchtigt
würde.
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Gleichfalls
wird durch diese ungewöhnliche „schlanke" Ausbildung der Erfassungskeule
des Ultraschallsensors verhindert, dass Teile des Schneckenganges
der Schnecken, die im Betrieb über
den Asphaltvorrat hinausstehen, bei der Ultraschallmessung in unerwünschter
Weise störend
beeinflussend wirken.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Erfassungskeule
des Ultraschallsensors dadurch verengt, dass innerhalb einer dem Ultraschallsensor
nachgeschalteten Signalverarbeitungseinrichtung das von dem Ultraschallsensor
abgegebene Signal mit einer entfernungsabhängigen Dämpfung beaufschlagt wird, derart,
dass Ultraschallsensorsignale mit kurzer Laufzeit entsprechend kurzen
Messentfernungen stärker
gedämpft
werden als Ultraschallsensorsignale mit längerer Laufzeit.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Prinzipdarstellung eines Straßenfertigers;
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2 eine
Prinzipschaltung der Steuereinrichtung für die Geschwindigkeitsregelung
des Kratzbodens; und
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3 eine
Darstellung der entfernungsabhängigen
Dämpfung
des Ultraschallsensorsignals innerhalb einer dem Ultraschallsensor
nachgeschalteten Signalverarbeitungseinrichtung.
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Der
grundsätzliche
mechanische Aufbau eines Straßenfertigers,
wie er in
1 in seiner Gesamtheit mit dem
Bezugszeichen
1 bezeichnet ist, ist gegenüber dem
Stand der Technik unverändert
und ist beispielsweise aus der oben erwähnten
EP 0 279 795 B1 bekannt.
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Wie
bereits eingangs gewürdigt,
hat ein derartiger Straßenfertiger 1 in
seinem in Fahrtrichtung vorderen Bereich einen Asphaltmaterial-Vorratsbehälter 2,
aus dessen geöffnetem
Bodenbereich 3 sich der sogenannte Kratzboden 4 entgegen
der Fahrtrichtung nach hinten erstreckt. Der Kratzboden 4 umfasst
zwei Lattenroste 5, 6 zur jeweils getrennten steuerbaren
linksseitigen und rechtsseitigen Förderung von Asphaltmaterial
von dem geöffneten
Bodenbereich 3 des Asphaltmaterial-Vorratsbehälters 2 in Richtung
zu einer Hinterkante 7 des Kratzbodens, an der das Asphaltmaterial
nach unten auf einen Asphaltmaterialvorrat fällt, der von separat angetriebenen
Schnecken 8, 9 in Querrichtung nach außen gefördert wird.
Die Schnecken 8, 9 werden jeweils unabhängig voneinander
durch Antriebsmotore (nicht dargestellt) angetrieben, die in einer
Antriebseinheit 10 untergebracht sind.
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Hinter
den Schnecken 8, 9 in Fahrtrichtung des Fertigers 1 liegen
Hauptschilder 11, 12, die zusammen mit an diesen
geführten
ausfahrbaren Schildern 13, 14 eine Einbaubohle
bilden. Die ausfahrbaren Schilder 13, 14 sind
an ihrer in Querrichtung äußeren Seite
von Begrenzungsplatten 15, 16 eingefasst, die
die äußere Kante
des zu fertigenden Straßenbelags
definieren.
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Optional
können,
wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, jeweils
in Querrichtung außerhalb
der Schne cken 8, 9 zum Zwecke der Drehzahlregelung
der Antriebseinheit 10 der Schnecken 8, 9 ein
erster und ein zweiter Ultraschallsensor 17, 18 vorgesehen
sein, deren Erfassungskeulen in Fahrtrichtung des Straßenfertigers
jeweils schräg nach
hinten unten gerichtet sind, um die Höhe des Asphalt-Materialvorrats vor
den ausfahrbaren Schildern 13, 14 in Querrichtung
außerhalb
der Schnecken 8, 9 zu erfassen, um die Drehzahl
der Schnecken 8, 9 so nachzuführen, dass sich ein im wesentlichen
konstanter Materialvorrat in dem beschriebenen Bereich ergibt.
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Erfindungsgemäß sind ein
dritter und ein vierter Ultraschallsensor 19, 20 in
dem mit einer gestrichelten Linie 21 in der 1 angedeuteten
Bereich 21 derart angeordnet, dass sich ihre Erfassungskeulen
in diesen Bereich 21 erstrecken, der einerseits in Fahrtrichtung
des Straßenfertigers 1 vor den
Schnecken 8, 9 und hinter dem den Schnecken 8, 9 zugewandten
Ende 7 des Kratzbodens 4 und andererseits in Querrichtung
des Straßenfertigers 1 innerhalb
der Breite des Kratzbodens 4 liegt.
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Der
dritte und der vierte Ultraschallsensor 19, 20 dienen
jeweils zur Regelung der Geschwindigkeit desjenigen Lattenrostes 5, 6 des
Kratzbodens 4, dem sie örtlich
zugeordnet sind.
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Die
Ultraschallsensoren 19, 20 sind derart angeordnet,
dass sich deren Erfassungskeulen von oben nach unten und schräg von vorne
in Fahrtrichtung des Straßenfertigers
hinter der den Schnecken 8, 9 zugewandten Hinterkante 7 des
Kratzbodens 4 vorbei auf die Oberseite eine Asphaltmaterialvorrats zwischen
dem Kratzboden 4 und den Schnecken 8, 9 erstrecken.
Vorzugsweise ist diese schräg
nach oben ausgerichtete Ausrichtung der Erfassungskeulen etwa im
45°-Winkel
jeweils gegenüber
der Vertikalen bzw. gegenüber
der Fahrtrichtung gewählt,
wobei jedoch auch Richtungen zwischen 20° und 60° gegenüber der Vertikalen in Betracht
kommen. Die Anordnung und winkelmäßige Ausrichtung der Sensoren wird
jeweils so gewählt,
dass die über
den Materialvorrat hinausstehenden Gänge der Schnecken 8, 9 und
die Lattenroste 5, 6 des Kratzbodens 4 jeweils außerhalb
der Erfassungsbereiche liegen.
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Gemäß einem
wichtigen Erfindungsaspekt werden nicht die im Baumaschinenbereich üblichen Ultraschallsensoren
als dritter und vierter Ultraschallsensor 19, 20 eingesetzt,
sondern speziell für
diesen Applikationsfall derart modifizierte Ultraschallsensoren,
dass deren sehr schlanke Erfassungskeule zumindest im Messbereich
zwischen 0 und 50 cm ab dem Ultraschallsensor lediglich eine Erfassungsbreite
von unter 20 cm, vorzugsweise von unter 12 cm haben.
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Obwohl
es grundsätzlich
möglich
ist, derartig schlanke Erfassungskeulen der Ultraschallsensoren durch
geeignete Fokussierungseinrichtungen zu realisieren, wird es als
bevorzugt angesehen, die gewünschte
Verschlankung der Erfassungskeulen durch die mit den Ultraschallsensoren
durch eine mit den Ultraschallsensoren 19, 20 verbundene
Signalverarbeitungseinrichtung 30, 31 zu bewirken,
welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher erläutert wird.
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Die
den Ultraschallsensoren 19 bzw. 20 jeweils nachgeordnete
Signalverarbeitungseinrichtung 30, 31 besteht
aus einer üblichen
Sendeempfängerschaltung 30 für die Beaufschlagung
der Ultraschallsensoren mit Sendesignalen und für die laufzeitabhängige Auswertung
der Empfangssignale sowie aus einer dieser Sendeempfängerschaltung 30 nachgeschalteten
Dämpfungsschaltung,
die das von den Ultraschallsensoren erzeugte und von der Sendeempfängerschaltung 30 ausgewertete
Empfangssignal mit einer entfernungsabhängigen Dämpfung beaufschlagt. Der Verlauf
dieser Dämpfung
in Abhängigkeit
von der Messentfernung ist in 3 dargestellt und
ist derart gewählt,
dass Ultraschallsensorsignale mit kurzer Laufzeit entsprechend einer
kurzen Messentfernung stärker
gedämpft
werden als Ultraschallsignale mit längerer Laufzeit. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein Maximaldämpfungswert,
bei dem bei kurzen Messentfernungen Messobjekte noch empfangen werden
können,
bis zu einer Messentfernung von etwa 60 cm ab dem Ultraschallsensor
linear reduziert, während
Messsignale zwischen einem Messbereich von 60 cm und einer maximalen
Messentfernung von etwa 100 cm ungedämpft verarbeitet werden. Die
Erfindung berücksichtigt
hierbei die Erkenntnis, dass mit zunehmender Dämpfung die wirksame Breite
der Erfassungskeule reduziert wird. Als Erfassungskeule wird derjenige
Erfassungsbereich des Ultraschallsensors 19, 20 verstanden,
innerhalb dessen ein erfasstes Objekt ein Erfassungssignal in der
Signalverarbeitungseinrichtung 30, 31 bewirkt,
welches eine interne Erfassungsschwelle der Signalverarbeitungseinrichtung 30, 31 übersteigt.
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Der
Dämpfungsschaltung 31,
deren Ausgangssignal der Höhe
des Asphaltmaterialvorrats innerhalb des Bereichs 21 im
Bereich der jeweiligen Erfassungskeule entspricht, ist ein Proportionalregler 32 nachgeschaltet,
der an seinem Sollwerteingang 33 von einem Signal eines
Sollwertgebers 34 beaufschlagt wird. Bei dem Sollwertgeber
kann es sich im einfachsten Fall um ein Potentiometer handeln. Gleichfalls
kann es sich bei dem Geber um den Ausgang eines Rechners zur Erzeugung
von maschinenspezifischen Vorgaben für den erfassten Asphalt-Materialvorrat
in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Fertigungsbedingungen, wie beispielsweise
der Breite und Dicke der zu erstellenden Straßendecke und der Geschwindigkeit
des Straßenfertigers
handeln.
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Der
Proportionalregler 32 erzeugt an seinem Ausgang ein Steuersignal
für die
Drehzahlsteuerung eines Antriebsmotors 35 für einen
der Lattenroste 5, 6.