DE102008055625A1

DE102008055625A1 - Fahrbare Arbeitsmaschine mit Stützauslegern

Info

Publication number: DE102008055625A1
Application number: DE102008055625A
Authority: DE
Inventors: Wolf-Michael Petzold; Martin Mayer; Dirk Hövemeyer
Original assignee: Putzmeister Concrete Pumps GmbH
Current assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-05-06
Also published as: EP2342400B1; US20110196583A1; US9068366B2; EP2342400A1; JP2012507427A; RU2474656C1; RU2011122465A; WO2010060668A1; CN102317555B; DE112009002106A5; BRPI0921626A2; KR20110090889A; JP5439497B2; CN102317555A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine fahrbare Arbeitsmaschine mit einem Fahrgestell (10) und mit zwei vorderen und zwei rückwärtigen Stützauslegern (20, 22). Die Stützausleger sind von einer fahrgestellnahen Fahrstellung in eine Abstützstellung unter Veränderung ihres Basiswinkels (alpha) zwischen Stützausleger und Fahrgestell verschwenkbar und/oder unter Veränderung ihrer Länge zwischen dem lagerseitigen und dem freien Ende teleskopierbar. Um eine automatische Bestimmung der Stützbeinposition (Xc/Yc) in Bezug auf das Fahrgestell (10) zu ermöglichen, sind jeweils drei stützauslegerbezogene Sende- und Empfangseinheiten (S1/E1, S2/E2, S3/E3) zur Aussendung und zum Empfang von Laufzeit- oder Entfernungssignalen vorgesehen. Weiter ist eine auf die einander paarweise zugeordneten Sende- und Empfangssignale der Sende- und Empfangseinheiten ansprechende mikroprozessorgestützte Auswerteeinheit vorgesehen, die eine Softwareroutine zur Bestimmung der Stützbeinposition in einem fahrgestellfesten Koordinatensystem (x/y) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine fahrbare Arbeitsmaschine mit einem Fahrgestell und mit zwei vorderen und zwei rückwärtigen Stützauslegern, wobei die Stützausleger mit einem lagerseitigen Ende an einem fahrgestellfesten Dreh- oder Schubgelenk gelagert sind, an ihrem freien Ende ein teleskopierbares und auf dem Untergrund abstützbares Stützbein tragen und von einer fahrgestellnahen Fahrstellung in eine Abstützstellung unter Veränderung eines Basiswinkels zwischen Stützausleger und Fahrgestell verschwenkbar und/oder unter Veränderung der Länge ihres Stützauslegers zwischen dem lagerseitigen und freien Ende teleskopierbar sind.
Fahrbare Arbeitsmaschinen dieser Art sind beispielsweise Autobetonpumpen, die einen als Träger für eine Förderleitung dienenden Betonverteiler aufweisen, der mit seinem ersten Mastarm an einem durch Ansteuerung eines Drehantriebs um eine Hochachse des Fahrgestells verdrehbaren Drehkopf angelenkt ist und dessen Mastarme durch Ansteuerung zugeordneter Knickantriebe gegenüber dem Drehkopf und gegenüber je einem benachbarten Mastarm um horizontale Knickachsen verschwenkbar sind. Als weitere Anwendungen kommen Autokräne oder fahrbare Auszugsleitern in Betracht.
Die mit ihren Stützbeinen auf dem Untergrund abgestützten Stützausleger begrenzen bei abgehobenem Fahrgestell ein Stützviereck mit vier zwischen den benachbarten Ecken sich erstreckenden Kippkanten, die vom Schwerpunkt des Systems nicht nach außen hin überschritten werden dürfen. Im Falle einer Autobetonpumpe ist bei voll ausgefahrenen und abgestützten Stützauslegern üblicherweise eine Drehung des voll ausgeklappten und horizontal ausgerichteten Betonverteilermasts um 360° seines Drehkopfs möglich, ohne dass eine Kippgefahr besteht. Weiter ist es vor allem bei schmalen Baustellen an sich bekannt, dass die Stützausleger nur auf einer Seite des Fahrgestells ausgefahren und abgestützt werden, während sie auf der anderen Seite in ihrer eingeschwenkten Stellung auf dem Untergrund abgestützt werden. In diesem Falle ergibt sich ein eingeschränkter Arbeitsbereich des Betonverteilermastes nach der durch die ausgefahrenen Stützausleger abgestützten Seite hin.
Weiter ist es aus der DE-10 2006 031 257 A1 bei einer Autobetonpumpe bekannt, dass jeder Stützausleger eine fahrgestellnahe und mindestens eine fahrgestellferne Abstützstellung aufweist, die unter Bildung definierter Abstützkonfigurationen für die vier Stützausleger frei wählbar sind. Bei jeder Abstützkonfiguration sind nur solche Mastbewegungen erlaubt, bei denen sich der Schwerpunkt der Maschine ohne die Gefahr einer Fehlbedienung innerhalb des Stützvierecks, also innerhalb der Kippkanten bewegt. Bei variablen Stützbeinausstellungen ist es wichtig, die Stützbeinpositionen zu kennen. Nur damit lässt sich eine Vorhersage über die Stabilität der Abstützung machen. Bei den bekannten Abstützvorrichtungen konnten aus Sicherheitsgründen die Stützbeine nur in bestimmten diskreten Stellungen positioniert werden. Diese Stellungen werden vom Betonpumpenfahrer je nach Platzverhältnissen am Arbeitsort ausgewählt. Als nachteilig wird hierbei empfunden, dass Zwischenpositionen der Abstützvorrichtung, die am Arbeitsort platzmäßig möglich wären, nicht zugelassen sind.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Arbeitsmaschine der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass eine automatische Erfassung der Stützbeinpositionen und damit der zulässigen Lastmomente möglich ist, so dass bei ihrer Aufstellung ohne Einbuße an Standsicherheit eine höhere Variabilität in der Positionierung der Stützbeine besteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht vor allem von dem Gedanken aus, dass eine automatische Ermittlung der Stützbeinpositionen messtechnisch möglich ist, so dass sich für jede Abstützkonfiguration das Stützviereck ermitteln lässt, dessen Seitenkanten vom Schwerpunkt des Systems bei der Bewegung eines Arbeitsauslegers nicht überschritten werden dürfen. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass jeweils drei stützauslegerbezogenene Sende- und Empfangseinheiten zur Aussendung und zum Empfang von Laufzeit- oder Entfernungssignalen vorgesehen sind, von denen eine erste Sende- und Empfangseinheit an einem fahrgestellfesten lagerseitigen Bezugspunkt in unmittelbarer Nähe des fahrgestellfesten Dreh- oder Schubgelenks, eine zweite Sende- und Empfangseinheit an einem in definiertem Abstand vom lagerseitigen Bezugspunkt angeordneten fahrgestellfesten Bezugspunkt und eine dritte Sende- und Empfangseinheit an einem auslegerfesten Bezugspunkt in der Nähe des freien Stützauslegerendes jeweils so angeordnet sind, dass ihre Sendesignale wechselseitig auf gerader Strecke zu den benachbarten Empfängern übertragbar sind und wobei ein auf die einander paarweise zugeordneten Sende- und Empfangssignale der Sende- und Empfangseinheiten ansprechende mikroprozessorgestützte Auswerteeinheit vorgesehen ist, die eine Softwareroutine zur Bestimmung des auslegerfesten Bezugspunkts oder der Stützbeinposition in einem fahrgestellfesten Koordinatensystem aufweisen. Die drei erfindungsgemäßen Bezugspunkte spannen ein Dreieck auf, das über die dort angeordneten Sende- und Empfangseinheiten nach Art eines Triangulationsverfahrens unter Bestimmung der in einer bestimmten Aufstellung gewählten Stützbeinpositonen vermessen werden kann. Die durch die Bezugspunkte definierten Dreiecksecken müssen einander frei gegenüberliegen, damit eine störungsfreie Messung möglich ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sende- und Empfangseinheiten jeweils einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger aufweisen, die zwischen den Bezugspunkten paarweise ein in beiden Richtungen einsetzbares und dadurch redundantes Entfernungsmesssystem bilden. Die Entfernung wird dabei jeweils durch eine Laufzeitmessung bestimmt. Die bekannte Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten fahrgestellfesten Bezugspunkt kann als Referenz zur Ermittlung der beiden variablen Entfernungen zum auslegerfesten Bezugspunkt verwendet werden. Damit ist zugleich eine Temperaturkompensation möglich, die der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit Rechnung trägt. Eine störungsfreie Messung wird dadurch ermöglicht, dass sich die Sende- und Empfangseinheiten in ihrem Wirkbereich überlappen. Um die Sende- und Empfangssignale der drei verschiedenen Sende- und Empfangseinheiten eines jeden Stützauslegers einander zutreffend zuordnen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Sendesignale jeweils eine an den Empfängern identifizierbare Codierung aufweisen.
Grundsätzlich ist es möglich, die Sende- und Empfangseinheiten auch mit Lichtsendern oder Lichtempfängern auszustatten, wobei die Lichtsender als Laser ausgebildet sein können. Der Einsatz von Funksendern und Funkempfängern in den Sende- und Empfangseinheiten ist ebenfalls möglich.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist in Autobetonpumpen möglich. Zu diesem Zweck weist die fahrbare Arbeitsmaschine vorteilhafterweise einen auf einem fahrgestellfesten Unterbau angeordneten, als Träger für eine Förderleitung dienenden und mindestens drei Mastarme aufweisenden Knickmast auf, dessen ersten Mastarm mit einem freien Ende an einem durch Ansteuerung eines Drehantriebs um eine Hochachse des Fahrgestells verdrehbaren Drehkopf angelenkt ist und wobei die Mastarme durch Ansteuerung zugeordneter Knickantriebe gegenüber dem Drehkopf und/oder gegenüber je einem benachbarten Mastarm um horizontale Knickachsen verschwenkbar sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1a eine Seitenansicht einer Autobetonpumpe mit Stützauslegern in Fahrstellung;
1b eine Draufsicht auf die Autobetonpumpe nach 1a mit Stützauslegern in verschiedenen Abstützstellungen;
2 ein Schema eines vorderen Stützauslegers mit Positionsmesssystem;
3 Schema des Wirkbereichs der Sende-/Empfangseinheiten;
4 eine geometrische Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 2 zur Ermittlung der Stützbeinposition (Objekt) durch Triangulation;
Die in 1a und b dargestellte Autobetonpumpe besteht im Wesentlichen aus einem mehrachsigen Fahrgestell 10 mit zwei Vorderachsen 11 und drei Hinterachsen 12, mit einem Führerhaus 13, einem an einem vorderachsnahen Drehwerk 14 um eine vertikale Achse drehbar gelagerten Betonverteilermast 15, mit einer im Abstand vom Drehwerk 14 auf dem Fahrgestell 10 montierten Pumpanordnung 16 sowie einer Stützkonstruktion 18 für das Fahrgestell 10. Die Stützkonstruktion 18 weist einen fahrgestellfesten Tragrahmen 19 auf und umfasst zwei vordere Stützausleger 20 und zwei rückwärtige Stützausleger 22, die in der Transportstellung eingezogen und parallel zur Fahrzeuglängsachse 24 ausgerichtet sind und in der Abstützstellung schräg nach vorne bzw. hinten über das Fahrgestell 10 überstehen.
Die vorderen Stützausleger 20 sind um ihre vertikalen Schwenkachsen 32 und die rückwärtigen Stützausleger 22 um ihre vertikalen Schwenkachsen 34 zwischen der Fahrstellung und einer Abstützstellung unter der Einwirkung je eines Ausstellzylinders 36 verschwenkbar. Weiter weisen alle Stützausleger 20, 22 an ihrem freien Ende ein teleskopierbares Stützbein 26, 28 auf, mit dem sie auf einem Untergrund 30 unter Anheben des Fahrgestells 10 abstützbar sind.
Die vorderen Stützausleger 20 sind als Teleskopausleger ausgebildet. Sie umfassen jeweils einen um die vertikale Schwenkachse 32 gegenüber dem Fahrgestell verschwenkbaren Ausschubkasten 38 und ein aus drei Teleskopsegmenten 40', 40'', 40''' bestehendes Teleskopteil 40. Durch den Ausschubkasten 38 und das Teleskopteil 40 hindurch erstreckt sich ein mehrfach teleskopierbarer, in der Zeichnung nicht dargestellter Hydrozylinder. Wie aus 1b zu ersehen ist, können die Stützausleger je nach Platzbedarf an der Baustelle wahlweise unter Bildung verschiedener Ausstellkonfigurationen in einer inneren, fahrgestellnahen oder einer äußeren fahrgestellfernen Abstützung mit ihren Stützbeinen am Untergrund abgestützt werden. Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass auch alle Zwischenpositionen zwischen der inneren und der äußeren Abstützstellung möglich sind. Letzteres wird dadurch ermöglicht, dass eine Messanordnung vorgesehen ist, mit welcher die Position des Stützbeins 26 in einem gestellfesten Koordinatensystem automatisch bestimmt werden kann.
Das Messsystem weist an jedem Stützausleger jeweils drei Sende- und Empfangseinheiten S₁/E₁, S₂/E₂ und S₃/E₃ auf, die zur Aussendung und zum Empfang von Laufzeit- oder Entfernungssignalen ausgelegt sind. Bevorzugt werden zu diesem Zweck Ultraschallsender und -empfänger verwendet. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, Licht- oder Funksender und -empfänger einzusetzen. Eine erste Sende- und Empfangseinheit S₁/E₁ ist dabei fahrgestellfest in einem lagerseitigen Bezugspunkt A in unmittelbarer Nähe des fahrgestellfesten Drehgelenks 32 angeordnet. Eine zweite Sende- und Empfangseinheit S₂/E₂ befindet sich an einem in definiertem Abstand L_12/21 vom lagerseitigen Bezugspunkt A angeordneten fahrgestellfesten Bezugspunkt B, während eine dritte Sende- und Empfangseinheit S₃/E₃ an einem auslegerfesten Bezugspunkt C in der Nähe des freien Endes des Stützaus legers 40 angeordnet ist. Die Bezugspunkte A, B und C, an welchen sich die Sende- und Empfangseinheiten befinden, sind gemäß 3 so angeordnet, dass sich ihre Wirkbereiche W₁, W₂, W₃ überlappen, so dass ihre Sendesignale wechselseitig echofrei auf gerader Strecke zu den Empfängern der anderen Bezugspunkte übertragbar sind. Die Bezugspunkte A, B, C spannen gemäß 2, 3 und 4 ein Dreieck auf, dessen Seitenlängen mit Hilfe der Sende- und Empfangseinheiten durch Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen in beiden Richtungen gemessen werden können. Die Längenwerte sind je nach Richtung ihrer Messung mit L₁₂ und L₂₁, L₂₃ und L₃₂ sowie L₁₃ und L₃₁ bezeichnet. Die Messung wird in den beiden Richtungen durchgeführt, um eine Redundanz und damit eine höhere Zuverlässigkeit in den Messergebnissen zu erhalten. Ziel der Messanordnungen in verschiedenen Stützbeinen ist es, die Stützbeinposition und damit den Objektpunkt X_C/Y_C in dem gestellfesten Koordinatensystem x/y zu ermitteln. Unter Berücksichtigung der geometrischen Anordnung in 4 errechnen sich die Koordinaten X_C und Y_C im Objektpunkt C wie folgt:
Bekannt sind die Längen der Dreieckseiten a, b und c aus den Wegmessungen gemäß 2. Gesucht sind die Koordinaten X_C/Y_C im x/y-Koordinatensystem.
Nach dem Kosinussatz gilt
Hieraus errechnen sich die Koordinaten des Objektpunkts wie folgt XC = cos(90° – α)·b (2) YC = sin(90° – α)·b (3)
Die Längenmesswerte der Dreiecksseiten werden für die Weiterberechnung skaliert. Bei der Signalskalierung wird auch die Redundanz bei der Längenmessung in den beiden Richtungen berücksichtigt und ausgewertet. Dabei wird die fahrzeugfeste Entfernung L₁₂/L₂₁ als Referenzstrecke für eine Temperaturkompensation und zur Ermittlung von Korrekturfaktoren für die beiden anderen Längenmessungen verwendet. Die Berechnung der Stützbeinposition erfolgt dann anhand der vorstehenden Gleichungen.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine fahrbare Arbeitsmaschine mit einem Fahrgestell 10 und mit zwei vorderen und zwei rückwärtigen Stützauslegern 20, 22. Die Stützausleger sind von einer fahrgestellnahen Fahrstellung in eine Abstützstellung unter Veränderung ihres Basiswinkels α zwischen Stützausleger und Fahrgestell verschwenkbar und/oder unter Veränderung ihrer Länge zwischen dem lagerseitigen und dem freien Ende teleskopierbar. Um eine automatische Bestimmung der Stützbeinposition X_C/Y_C in Bezug auf das Fahrgestell 10 zu ermöglichen, sind jeweils drei stützauslegerbezogene Sende- und Empfangseinheiten S₁/E₁ bis S₃/E₃ zur Aussendung und zum Empfang von Laufzeit- oder Entfernungssignalen vorgesehen. Weiter ist eine auf die einander paarweise zugeordneten Sende- und Empfangssignale der Sende- und Empfangseinheiten ansprechende mikroprozessorgestützte Auswerteeinheit vorgesehen, die eine Softwareroutine zur Bestimmung der Stützbeinposition in einem fahrgestellfesten Koordinatensystem x/y aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006031257 A1 [0004]

Claims

Fahrbare Arbeitsmaschine mit einem Gestell (10) und mit zwei vorderen und zwei rückwärtigen Stützauslegern (20, 22), wobei die Stützausleger (20, 22) mit einem lagerseitigen Ende an einem fahrgestellfesten Dreh- oder Schubgelenk (32, 34) gelagert sind, an ihrem freien Ende ein teleskopierbares und auf einem Untergrund abstützbares Stützbein (32) tragen und von einer fahrgestellnahen Fahrstellung in eine Abstützstellung unter Veränderung eines Basiswinkels (α) zwischen Stützausleger (20, 22) und Fahrgestell (10) verschwenkbar und/oder unter Veränderung der Länge ihres Stützauslegers (20) zwischen ihrem lagerseitigen und ihrem freien Ende teleskopierbar sind, gekennzeichnet durch jeweils drei stützauslegerbezogene Sende- und Empfangseinheiten zur Aussendung und zum Empfang von Laufzeit- oder Entfernungssignalen, mit denen eine erste Sende- und Empfangseinheit (S₁/E₁) an einem lagerseitigen fahrgestellfesten Bezugspunkt (A) in unmittelbarer Nähe des fahrgestellfesten Dreh- oder Schubgelenks (32), eine zweite Sende-/Empfangseinheit (S₂/E₂) an einem in definiertem Abstand (L₁₂, L₂₁) vom lagerseitigen Bezugspunkt (A) angeordneten fahrgestellfesten Bezugspunkt (B) und eine dritte Sende-/Empfangseinheit (S₃/E₃) an einem auslegerfesten Bezugspunkt (C) in der Nähe des freien Stützauslegerendes jeweils so angeordnet sind, dass ihre Sendesignale wechselseitig auf gerader Strecke zum Empfänger einer benachbarten Sende- und Empfangseinheit übertragbar sind, und wobei ein auf die einander paarweise zugeordneten Sende- und Empfangssignale der Sende- und Empfangseinheiten ansprechende mikroprozessorgestützte Auswerteeinheit vorgesehen ist, die eine Softwareroutine zur Bestimmung der Koordinaten X_C/Y_C des auslegerfesten Bezugspunkts (C) oder die Position des Stützbeins (26, 28) in einem fahrgestellfesten Koordinatensystem (x/y) aufweist.
Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheiten einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger aufweisen.
Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheiten einen Lichtsender und einen Lichtempfänger aufweisen.
Fahrbare Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender einen Laser aufweist.
Fahrbare Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einander benachbarten Sende- und Empfangseinheiten einander überlappende Wirkbereiche aufweisen.
Fahrbare Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendesignale der Sende- und Empfangseinheiten eine von den Empfängern der Sende- und Empfangseinheiten identifizierbare Codierung aufweisen.
Fahrbare Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Abstand (L₁₂/L₂₁) zwischen dem ersten lagerseitigen fahrgestellfesten Bezugspunkt (A) und dem zweiten, fahrgestellfesten Bezugspunkt (B) eine Referenzstrecke für die übrigen Empfangsmessungen bildet.
Fahrbare Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen auf einem fahrgestellfesten Unterbau angeordneten, als Träger für eine Förderleitung dienenden, mindestens drei Mastarme aufweisenden Knickmast, der mit seinem einen Ende an einem um eine Hochachse des Fahrgestells (10) verdrehbaren Drehkopf (14) angelenkt ist.