DE102010015173A1

DE102010015173A1 - Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine mit höhenverstellbarer Fräswalze

Info

Publication number: DE102010015173A1
Application number: DE102010015173A
Authority: DE
Inventors: Steffen Wachsmann
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-17
Also published as: US20130082507A1; US8960806B2; WO2011128114A3; CN102844497A; WO2011128114A2; EP2558645A2; CN102844497B; DE102010015173B4; EP2558645B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine die wenigstens eine höhenverstellbare Fräswalze (10) aufweist, wobei beim Absenken (A) der Fräswalze (10) im Fräsbetrieb deren Absenkgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung zur Steuerung oder Regelung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine die wenigstens eine höhenverstellbare Fräswalze aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik sind Bodenfräsmaschinen mit höhenverstellbaren Fräswalzen bzw. Fräsrotoren bekannt, wobei über die Höhenverstellung die Frästiefe im zu bearbeitenden Bodenmaterial (bspw. einer Straßenbelagsdecke) verändert oder situationserforderlich bspw. in Hinblick auf Unebenheiten angepasst werden kann. Die Höhenverstellung einer Fräswalze wird durch einen oder mehrere Stellantriebe bewerkstelligt. Zum Stand der Technik wird auf die DE 25 40 047 A1 verwiesen.
Problematisch beim Betrieb einer Bodenfräsmaschine mit einer höhenverstellbaren Fräswalze ist insbesondere das Absenken der Fräswalze, um die Fräswalze in das Bodenmaterial (z. B. ein Asphaltbett) eintauchen zu lassen oder um die Frästiefe der bereits im Eingriff mit dem Bodenmaterial befindlichen Fräswalze zu erhöhen. Bei einem abrupten oder zu schnellen Absenken der Fräswalze kann der Antriebsmotor der Bodenfräsmaschine über seine Leistungsgrenze hinaus beansprucht werden, was zum Motorstillstand oder schlimmer noch zu Motorschäden führt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens. Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich auch auf eine Steuereinrichtung für eine Bodenfräsmaschine, welche das erfindungsgemäße Verfahren steuert oder regelt. Eine solche Steuereinrichtung ist insbesondere ein Steuergerät. Bevorzugt erfolgt die Steuerung oder Reglung softwarebasiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine, die wenigstens eine höhenverstellbare Fräswalze aufweist, sieht vor, dass beim Absenken der Fräswalze im Betrieb und insbesondere im Fräsbetrieb deren Absenkgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt wird, derart, dass sich die Absenkgeschwindigkeit über dem Absenkweg (Absenkstrecke) verändert.
Bei der Fräsmaschine handelt es sich um eine Baumaschine mit einem Fahrstand (Großfräse) oder um eine handgeführte Baumaschine (Kleinfräse). Insbesondere bei Kleinfräsen besteht häufig das Problem, dass beim zu schnellen Absenken der Fräswalze der Antriebsmotor „abgewürgt” wird. Weist die Baumaschine mehrere höhenverstellbare Fräswalzen auf, so können deren Absenkgeschwindigkeiten gemeinsam oder einzeln gesteuert oder geregelt werden.
Unter Steuern der Absenkgeschwindigkeit wird im Rahmen der Erfindung ein insbesondere automatisierter Vorgang verstanden, bei dem das Verändern der Absenkgeschwindigkeit über dem Absenkweg definiert, d. h. in einer vorgegebenen Art und Weise erfolgt. Unter einer Regelung der Absenkgeschwindigkeit wird im Rahmen der Erfindung ein insbesondere automatisierter Vorgang verstanden, bei dem die Veränderung der Absenkgeschwindigkeit über dem Absenkweg in einem Regelkreis erfolgt. Im Stand der Technik wird eine Fräswalze ohne besondere Beachtung der Absenkgeschwindigkeit und insbesondere ohne im Zusammenhang mit der Absenkgeschwindigkeit stehende Steuerung- oder Regelungsvorgänge abgesenkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt es z. B. im Fräsbetrieb zu weniger Störungen, wodurch der Bedienkomfort erhöht und die Betriebszuverlässigkeit der Bodenfräsmaschine verbessert wird. Zudem werden auch die Fräsmeißel geschont.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass beim Absenken der Fräswalze die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors erfasst wird und dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze reduziert wird, wenn die momentane Drehzahl oder Leistung ein kritisches Niveau (kritische Drehzahl oder kritische Leistung) erreicht oder unterschreitet. Der Antriebsmotor stellt sowohl die zum Fahrantrieb der Bodenfräsmaschine benötigte als auch zum Drehantrieb der Fräswalze benötigte Antriebsenergie bereit. Ferner stellt der Antriebsmotor auch die Antriebsenergie für Nebenaggregate wie z. B. für die Stellantriebe zur Höhenverstellung der Fräswalze bereit. Typischerweise handelt es sich um einen Dieselmotor, der originär ein hohes Drehmoment aufweist. Beim zu schnellen Absenken der Fräswalze kann der Antriebsmotor jedoch „abgewürgt” werden. Ferner können Komponenten des Antriebsstrangs beschädigt werden. Durch das Herabsetzen der Absenkgeschwindigkeit wird zumindest der Anstieg des auf die Fräswalze einwirkenden Bremsmoments, das durch den Eingriff der an der Fräswalze angeordneten Fräsmeißel in das Bodenmaterial erzeugt wird, verringert, so dass der Antriebsmotor nicht abrupt bis an seine Leistungsgrenze oder darüber hinaus belastet wird. Diese Verringerung der Absenkgeschwindigkeit erfolgt bevorzugt um einen vorgegebenen Betrag (bspw. einem definierten Prozentsatz). Im Rahmen der Erfindung kann anstelle der momentanen Drehzahl oder der momentanen Leistung des Antriebsmotors auch ein hierzu korrespondierender Betriebsparameter, wie z. B. die momentanen Drehzahl der Fräswalze (insbesondere bei einem starren Übersetzungsverhältnis), erfasst und einem definierten kritischen Niveau gegenübergestellt werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze wieder erhöht wird, wenn die erfasste momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors das kritische Niveau übersteigt, wobei die Absenkgeschwindigkeit in bevorzugter Weise wieder ihren ursprünglichen Wert einnimmt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass beim Absenken der Fräswalze die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors erfasst wird und die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze über dem Absenkweg in Abhängigkeit von dieser erfassten momentanen Drehzahl oder Leistung in einem Regelvorgang mittels eines Regelkreises verändert wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise zu jedem Betriebszeitpunkt eine maximal mögliche Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze realisiert werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Regelvorgang solange erfolgt, wie die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors ein kritisches Niveau erreicht oder unterschreitet und dass der Regelvorgang beendet wird, wenn die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors das kritische Niveau wieder übersteigt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze ferner in Abhängigkeit von der momentanen Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine geregelt wird. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass auch die Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine Einfluss auf das auf die Fräswalze einwirkende Bremsmoment hat.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ferner die momentane Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine in Abhängigkeit von der momentanen Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze geregelt oder gesteuert und damit verändert wird. Die Idee hierbei ist, bei Absenken der Fräswalze für die Bodenfräsmaschine einen Betriebspunkt zu finden, an dem die vom Antriebsmotor bereitgestellte Leistung auf die einzelnen Verbraucher (Fahrantrieb, Drehantrieb, Stellantrieb) bestmöglich verteilt wird, ohne dass der Antriebsmotor über seinen optimalen Leistungspunkt hinaus beansprucht wird.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Fräswalze beim Absenken eine Taumelbewegung ausführt, indem die Stellantriebe zur Höhenverstellung der Fräswalze abwechselnd betätigt werden. Im Vergleich zu einem geraden (horizontalen) Absenken der Fräswalze fällt die Erhöhung des auf die Fräswalze einwirkenden Bremsmoments beim Absenken mit einer Taumelbewegung geringer aus. Für das Absenken mit einer Taumelbewegung ist erforderlich, dass die Stellantriebe separat betätigbar sind. Die diesbezügliche Betätigung der Stellantriebe erfolgt bevorzugt durch eine Steuereinrichtung. Alternativ kann das Absenken mit einer Taumelbewegung auch durch manuelles Betätigen der Stelleinrichtungen durch den Bediener erfolgen, was insbesondere für Kleinfräsen eine interessante Option darstellt, um den Antriebsmotor nicht zu überlasten. Hierfür muss die Bodenfräsmaschine und insbesondere die Kleinfräse jedoch entsprechend ausgebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren weiter beschrieben. Es zeigen:
1 den Eingriff einer höhenverstellbaren Fräswalze in ein Bodenmaterial, in einer perspektivischen Seitenansicht;
2 einen Regelkreis zur Regelung der Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze aus der 1, in einer schematischen Ansicht; und
3 das Absenken der Fräswalze aus der 1 mit einer Taumelbewegung, in einer schematischen Vorderansicht.
1 zeigt eine Fräswalze 10 in einer Schematischen Seitenansicht. Die Fräswalze 10 ist über zwei Stellantriebe 20a/20b höhenverstellbar an einer nicht dargestellten Bodenfräsmaschine angeordnet. Die Stellantriebe 20a/20b befinden sich an den axialen Ende der Fräswalze 10, wie in der Vorderansicht der 3 gezeigt. An der Fräswalze 10 sind mehrere im einzelnen nicht dargestellte Fräsmeißel angeordnet, die bei Rotation der Fräswalze in der angegebenen Rotationsrichtung R ein Bodenmaterial S mit einer definierten Höhe H (Frästiefe) lockern und abtragen.
Die Frästiefe H kann über eine Höhenverstellung mittels der Stellantriebe 20a/20b, wobei es sich insbesondere um hydraulisch betätigte Stellantriebe (sog. Hubsäulen) handelt, im Fräsbetrieb verändert werden. Ferner kann über die Stellantriebe 20a/20b die rotierende Fräswalze 10 zu Beginn des Fräsbetriebs in das Bodenmaterial S abgesenkt werden. Die Absenkbewegung ist mit dem Pfeil A angedeutet. Bei einem abrupten oder zu schnellen Absenken der Fräswalze 10 kann der Antriebsmotor der Bodenfräsmaschine überlastet werden. Um dies zu vermeiden wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass beim Absenken der Fräswalze 10 im Betrieb deren Absenkgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt wird. Das Regeln der Absenkgeschwindigkeit in einem Regelkreis wird nachfolgend im Zusammenhang mit der 2 näher erläutert.
2 zeigt schematisch einen Regelkreis zur Regelung der Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze 10. Der Regelkreis wird nur beim Absenken der Fräswalze 10 aktiviert. Das Kästchen I repräsentiert ein momentan, d. h. zu einem bestimmten Betriebszeitpunkt, auf die Fräswalze 10 einwirkendes Bremsmoment, das durch den Eingriff der an der Fräswalze 10 angeordneten Fräsmeißel in das Bodenmaterial S hervorgerufen wird. Das montane Bremsmoment ist vom Bodenmaterial S bzw. von der Bodenbeschaffenheit (Festigkeit, Zusammensetzung, Porosität etc.) abhängig. Das momentane Bremsmoment ist ferner von der momentanen Drehzahl der Fräswalze 10 und von der momentanen Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine abhängig.
Bei einer gegebenen Antriebsleistung des Antriebsmotors führt ein steigendes Bremsmoment an der Fräswalze 10 zu einer Reduzierung der Drehzahl D des Antriebsmotors. Da eine Absenkung der Fräswalze 10 eine zusätzliche Erhöhung des an der Fräswalze 10 wirkenden Bremsmoments hervorruft, kann dies dazu führen, dass ein kritisches Drehzahlniveau erreicht oder unterschritten wird. Das Kästchen II repräsentiert die permanente Erfassung der momentanen Drehzahl D des Antriebsmotors.
Die erfasste momentane Drehzahl D wird mit einer vorgegebenen kritischen Drehzahl K verglichen (Kästchen III). Erreicht die erfasste momentane Drehzahl D die kritische Drehzahl K oder fällt gar darunter, wird ein Regelvorgang in Gang gesetzt, bei dem die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze (10) reduziert wird (Kästchen IV), bis die erfasste momentane Drehzahl D des Antriebsmotors die kritische Drehzahl K wieder übersteigt. Das Reduzieren der Absenkgeschwindigkeit kann z. B. durch entsprechende Ansteuerung der Steuerventile für die Stellantriebe 20a/20b herbeigeführt werden, wobei die Absenkgeschwindigkeit auch bis auf den Wert 0 (Stop der Absenkbewegung) verringert werden kann. Bevorzugt kommt zur Regelung ein PID-Regler (Kästchen III) zum Einsatz.
3 zeigt in einer schematischen Ansicht das Absenken der Fräswalze 10 mit einer Taumelbewegung, wobei die Erhöhung des auf die Fräswalze 10 einwirkenden Bremsmoments geringer als beim geraden bzw. horizontalen Absenken der Fräswalze 10 ausfällt. Die Taumelbewegung wird dadurch erzeugt, dass zunächst nur der linke Stellantrieb 20a betätigt wird, worauf hin das linke Achslager der Fräswalze 10 um den Absenkbetrag x nach unten abgesenkt wird, was eine Schrägstellung der Fräswalze 10 bewirkt. Nachfolgend wird nur der rechte Stellantrieb 20b betätigt, worauf hin das rechte Achslager der Fräswalze 10 um den gleichen oder einen höheren Absenkbetrag y nach unten abgesenkt wird. Dies wiederholt sich fortlaufend, bis die Fräswalze 10 ihre neue Position eingenommen hat. Die sich beim Absenken mit einer Taumelbewegung einstellenden Schrägstellungen der Fräswalze 10 sind punktiert dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2540047 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine die wenigstens eine höhenverstellbare Fräswalze (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Absenken (A) der Fräswalze (10) im Betrieb deren Absenkgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Absenken (A) der Fräswalze (10) die momentane Drehzahl (D) oder Leistung des Antriebsmotors erfasst wird und dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze (10) reduziert wird, wenn die momentane Drehzahl (D) oder Leistung ein kritisches Niveau (K) erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze (10) wieder erhöht wird, wenn die momentane Drehzahl (D) oder Leistung des Antriebsmotors das kritische Niveau (K) übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Absenken (A) der Fräswalze (10) die momentane Drehzahl (D) oder Leistung des Antriebsmotors erfasst wird und dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze (10) in Abhängigkeit von dieser erfassten Drehzahl (D) oder Leistung in einem Regelvorgang mittels eines Regelkreises verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelvorgang solange erfolgt, wie die momentane Drehzahl (D) oder Leistung des Antriebsmotors ein kritisches Niveau (K) erreicht oder unterschreitet und dass der Regelvorgang beendet wird, wenn die momentane Drehzahl (D) oder Leistung des Antriebsmotors das kritische Niveau (K) wieder übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze (10) ferner in Abhängigkeit von der momentanen Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ferner die momentane Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine in Abhängigkeit von der momentanen Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze (10) geregelt oder gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräswalze (10) beim Absenken (A) eine Taumelbewegung ausführt, indem die Stellantriebe (20a, 20b) zur Höhenverstellung der Fräswalze (10) abwechselnd betätigt werden.
Steuereinrichtung für eine Bodenfräsmaschine, welche das Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche steuert oder regelt.