DE102013013967A1

DE102013013967A1 - Selbstfahrende Baumaschine und Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Baumaschine

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Publication number: DE102013013967A1
Application number: DE102013013967.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Berning; Andreas Vogt; Dr. Barimani Cyrus; Dr. Hähn Günther
Original assignee: Wirtgen GmbH
Current assignee: Wirtgen GmbH
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-03-12
Also published as: CN104420415A; US9644330B2; US20150054331A1; EP2840183A1; US20160356004A1; US9322139B2; CN204125825U; EP2840183B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstfahrende Baumaschine, insbesondere Straßenfräsmaschine, die einen Maschinenrahmen 1 und ein Fräswalzengehäuse 5 aufweist, in dem eine Fräswalze 4 angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Baumaschine. Die erfindungsgemäße Baumaschine, insbesondere Straßenfräsmaschine, weist eine Antriebseinheit 16 auf, mit der das Abstreifschild 12 einer Abstreifeinrichtung 11 gegenüber der Fräswalze in der Höhe verstellbar ist. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Baumaschine eine Steuer- und/oder Regeleinheit 17 für die Antriebseinheit 16 zur Höhenverstellung des Abstreifschildes 12 und eine Messeinrichtung 20 zum Messen des Abstandes zwischen der Unterkante 12A des Abstreifschildes 12 und dem abgefrästen Material 19 auf. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 17 ist derart ausgebildet, dass die Höhe des Abstreifschildes 12 in Abhängigkeit von der Höhe des in der Frässpur verbleibenden, abgefrästen Materials 19 verstellt wird. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 17 stellt sicher, dass einerseits das abgefräste Material aus dem Fräswalzengehäuse in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze ungehindert austreten kann und andererseits das Fräswalzengehäuse oberhalb des austretenden Materials verschlossen ist. Dadurch wird einerseits ein störungsfreier Betrieb der Fräsmaschine gewährleistet und andererseits ein sauberes Arbeitsergebnis erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstfahrende Baumaschine, insbesondere Straßenfräsmaschine, die einen Maschinenrahmen und ein Fräswalzengehäuse aufweist, in dem eine Fräswalze angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Baumaschine.
Die bekannten Straßenfräsmaschinen verfügen über eine Fräswalze, mit der Material abgefräst wird. Die Fräswalze ist in einem Fräswalzengehäuse angeordnet, in dem sich das abgefräste Material sammelt.
Die Straßenfräsmaschinen verfügen über eine Transporteinrichtung, die das abgefräste Material von dem Walzengehäuse übernimmt, um das Material auf ein Transportfahrzeug zu verladen. Darüber hinaus verfügen die Straßenfräsmaschinen über eine Abstreifeinrichtung, die in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze vorgesehen ist. Die Abstreifeinrichtung weist ein höhenverstellbares Abstreifschild auf. Wenn das abgefräste Material während des Arbeitseinsatzes verladen werden soll, gleitet die Unterkante des Abstreifschildes auf der abgefrästen Oberfläche, so dass die Oberfläche sauber abgezogen wird. Dabei verschließt das Abstreifschild das Fräswalzengehäuse in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze.
Wenn das abgefräste Material hingegen nicht verladen werden soll, ist es erforderlich, das Abstreifschild gegenüber der Fräswalze anzuheben, so dass das Fräsgut in Arbeitsrichtung hinter dem Fräswalzengehäuse liegen bleiben kann. Aufgrund des Lockerungsfaktors, der ca. 1,2–1,5 beträgt, nimmt das Volumen des abgefrästen Materials zu, so dass der gefräste Kanal nur einen Teil des Fräsgutes aufnehmen kann. Der Rest des Fräsgutes wird zu einer Schüttung aufgeworfen, bei der sich zumindest an den äußeren Flanken ein Reibungswinkel von ca. 30 bis 40° einstellt. Die Höhe der Schüttung ist unter anderem von der Frästiefe und dem tatsächlich sich einstellenden Lockerungsfaktor abhängig.
Wenn in diesem Betriebsmodus das Abstreifschild eine zu geringe Höhe hat, wird das abgefräste Material im Fräswalzengehäuse zurückgehalten, so dass sich das Fräswalzengehäuse zunehmend mit Material füllt, was zusätzliche Reibung erzeugt, wodurch die Arbeitsleistung herabgesetzt wird, den Verschleiß erhöht und nicht zuletzt einen höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge hat. Andererseits kann das Abstreifschild auch nicht beliebig hochgefahren werden, da das Fräswalzengehäuse ansonsten in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze geöffnet wäre, wodurch das Fräsgut nicht in der gewünschten Form einer Schwade in der Frässpur verbleibt, sondern breit verstreut wird, was aufwändige Nacharbeit zur Folge hätte.
In der Praxis wird der Maschinenführer gezwungen sein, das Abstreifschild in eine relativ weit geöffnete Position zu verfahren, da er aufgrund der Anordnung der einzelnen Komponenten der Maschine keine Möglichkeit hat, den relevanten Bereich einzusehen, um die Höhe des Abstreifschildes genau einzustellen.
Stabilisierer und Recycler verfügen nicht über eine Transporteinrichtung. Daher ist die das Walzengehäuse verschließende Walzenklappe bei Stabilisieren und Recyclern so einzustellen, dass das Material aus dem Walzengehäuse austreten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine selbstfahrende Baumaschine, insbesondere Straßenfräsmaschine, zu schaffen, die auch dann betrieben werden kann, wenn das abgefräste Material nicht verladen wird, sondern in der Frässpur verbleiben soll. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Baumaschine anzugeben, wenn das Fräsgut nicht verladen wird, sondern in der Frässpur verbleibt.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Gegenstände der abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Baumaschine, insbesondere Straßenfräsmaschine, weist eine Antriebseinheit auf, mit der das Abstreifschild der Abstreifeinrichtung gegenüber der Fräswalze in der Höhe verstellbar ist. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Baumaschine eine Steuer- und/oder Regeleinheit für die Antriebseinheit zur Höhenverstellung des Abstreifschildes und eine Messeinrichtung zum Messen des Abstandes zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante des Abstreifschildes steht, und dem abgefrästen Material auf.
Die Steuer- und/oder Regeleinheit der erfindungsgemäßen Baumaschine ist derart ausgebildet, dass die Höhe des Abstreifschildes in Abhängigkeit von der Höhe des in der Frässpur verbleibenden, abgefrästen Materials verstellt wird. Die Steuer- und/oder Regeleinheit stellt sicher, dass einerseits das abgefräste Material aus dem Fräswalzengehäuse in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze weitgehend ungehindert austreten kann und andererseits das Fräswalzengehäuse oberhalb des austretenden Materials weitgehend verschlossen ist. Dadurch wird einerseits ein störungsfreier Betrieb der Fräsmaschine gewährleistet und andererseits ein sauberes Arbeitsergebnis erzielt.
Die selbstfahrende Baumaschine ist insbesondere eine Straßenfräsmaschine, die insbesondere eine Transporteinrichtung zum Fördern des abgefrästen Materials von dem Fräswalzengehäuse zu einem Transportfahrzeug aufweist. Die Straßenfräsmaschine kann eine Frontlader-Straßenfräse sein, bei der das abgefräste Material über die Front der Maschine auf einen vorausfahrenden LKW verladen wird, oder eine Hecklader-Straßenfräse sein, bei der das abgefräste Material über das Heck auf einen nachfolgenden LKW verladen wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Straßenfräsmaschine sieht eine Eingabeeinheit vor, mit der zwei Betriebsmodi vorgegeben werden können. Dabei ist unerheblich, wie die Eingabeeinheit ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Eingabeeinheit ein oder mehrere Schalter oder Tasten umfassen. Sie kann aber auch Teil einer Menüführung sein. In dem ersten Betriebsmodus ist die Transporteinrichtung aktiviert und die Steuer- und/oder Regeleinheit deaktiviert. Dies ist dann der Fall, wenn das abgefräste Material verladen werden soll. Wenn das abgefräste Material aber nicht verladen, sondern in der Frässpur verbleiben soll, wird der zweite Betriebsmodus vorgegeben, in dem die Transporteinrichtung deaktiviert und die Steuer- und/oder Regeleinheit aktiviert ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit die Antriebseinheit derart ansteuert bzw. regelt, dass der gemessene Abstand zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante des Abstreifschildes steht, und dem abgefrästen Material einem vorgegebenen Wert entspricht oder in einem vorgegebenen Wertebereich liegt. In der Praxis ist es ausreichend, wenn eine Höhenkorrektur nur dann vorgenommen wird, wenn der gemessene Abstand einen bestimmten Toleranzbereich verlässt, so dass Korrekturen in der Höheneinstellung des Abstreifschildes nicht dauernd vorgenommen werden.
Zum Messen des Abstandes zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante des Abstreifschildes steht, und dem abgefrästen Material können eine oder mehrere Abstandsmessungen vorgenommen werden. Die Abstandsmessung kann sich auf einen kleinen Messpunkt (Spotmessung) oder einen größeren Messbereich (Bereichsmessung) auf der Oberfläche des abgefrästen Materials beziehen.
Die Messeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine oder mehrere Abstandsmessungen außerhalb des Fräswalzengehäuses in Arbeitsrichtung hinter dem Abstreifschild vorgenommen werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Abstand im Fräswalzengehäuse zu messen.
Die Messeinrichtung weist vorzugsweise einen oder mehrere Abstandssensoren auf, die vorzugsweise an der in Arbeitsrichtung hinteren Seite des Abstreifschildes oberhalb dessen Unterkante angeordnet sind. Die Abstandssensoren können unterschiedlich ausgebildet sein. Sie können den Abstand berührungslos oder taktil messen. Beispielsweise können die berührungslosen Abstandssensoren die bekannten Ultraschall-Entfernungsmessungs-Sensoren, induktive, kapazitive, optische Entfernungsmessungs-Sensoren oder Radar-Entfernungsmessungs-Sensoren sein. Taktile Abstandssensoren verfügen über mindestens ein Tastelement, das auf dem abgefrästen Material aufliegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung derart ausgebildet, dass mit dem Abstandsensor der Abstand zwischen der Oberfläche des abgefrästen Materials und einem Referenzpunkt gemessen wird, der nicht auf der Höhe der Unterkante des Abstreifschildes liegt, so dass der Abstandssensor sich nicht unmittelbar an oder neben der Unterkante des Abstreifschildes befinden muss. Dadurch wird ein großer Freiraum für die Anordnung des Abstandssensors geschaffen.
Das in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze aufgeworfene Material zeigt in einer quer zur Arbeitsrichtung verlaufenden Schnittebene einen charakteristischen Querschnitt, der unter anderem von dem Typ der Fräswalze abhängig ist. Es sind Fräswalzen bekannt, die sich dadurch auszeichnen, das dass Material zur Mitte des Fräswalzengehäuses hin aufgeworfen wird, so dass die maximale Höhe des aufgeworfenen Materials in einem Bereich in etwa mittig zwischen der linken und der rechten Kante des Abstreifschildes am höchsten ist und die Höhe des Materials zu den Seiten hin abfällt. Es ist beispielsweise aber auch möglich, dass das Material innerhalb des Fräswalzengehäuses zu einer der beiden Seiten hin gefördert wird, wobei sich wieder ein Schüttkegel einstellen wird, der dann aber auf der linken oder rechten Seite liegt.
Im einfachsten Fall sieht die Steuerung und/oder Regelung vor, dass sich das Abstreifschild oberhalb der höchsten Stelle des aufgeworfenen Materials befindet, die in Abhängigkeit von dem Querschnitt des aufgeworfenen Materials in der Mitte oder auf der linken oder rechten Seite des Fräswalzengehäuses liegen kann. Der verbleibende Spalt zwischen der Unterkante des Schildes und Oberseite des Materials sollte dann möglichst klein sein. Es ist aber auch möglich, dass die Steuerung und/oder Regelung bewusst ein Eintauchen des Abstreifschildes in das Material an der höchsten Stelle vorsieht, wenn der Abstand zwischen der Unterkante des Schildes und Oberseite des Materials nicht an der höchsten Stelle gemessen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung zum Messen des Abstandes zwischen der Unterkante des Abstreifschildes und dem abgefrästen Material derart ausgebildet, dass Abstandsmessungen an mehreren Referenzpunkten vorgenommen werden, die zwischen der in Arbeitsrichtung linken und rechten Kante des Abstreifschildes liegen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Höhe des Abstreifschildes in Abhängigkeit von dem Mittelwert der gemessenen Abstände zwischen den jeweiligen Referenzpunkten, die in Bezug zu der Unterkante des Abstreifschildes stehen, und dem abgefrästen Material verstellt wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Höhe des Abstreifschildes in Abhängigkeit von dem kleinsten oder größten gemessenen Abstand zwischen einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante des Abstreifschildes steht, und dem abgefrästen Material verstellt wird. Wenn die Höhe des Abstreifschildes in Abhängigkeit von dem größten Abstand eingestellt wird, taucht das Abstreifschild an der höchsten Stelle tiefer in das Material ein, während bei einer Einstellung der Höhe des Abstreifschilds in Abhängigkeit von dem kleinsten Abstand sogar ein Spalt zwischen Abstreifschild und Material verbleiben kann.
Derjenige Abstandssensor, mit dem die Messung erfolgen soll, kann vom Fahrzeugführer ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Fahrzeugführer für den Fräswalzentyp, der das Material zur Mitte hin aufwirft, einen mittigen Abstandssensor auswählen, der den geringsten Abstand misst. Die Auswahl desjenigen Abstandssensors kann aber auch von der Steuer- und/oder Regeleinheit selbst erfolgen, in dem während der Abstandsmessung immer der Sensor zur Steuerung/Regelung verwendet wird, mit dem aktuell der kleinste oder größte Abstand gemessen wird.
Wenn das aufgeworfene Material beispielsweise einen symmetrischen Querschnitt hat, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform eine mittige Messung in einem Bereich vor, der vorzugsweise 50%, insbesondere 30% der Breite des Abstreifschildes beträgt, so dass zwischen dem Abstreifschild und dem Material ein Spalt verbleibt.
Eine alternative Ausführungsform sieht bei einem symmetrischen Querschnitt vor, dass die Steuerung und/oder Regelung derart erfolgt, dass das Abstreifschild in das aufgeworfene Material eintaucht, so dass das Fräswalzengehäuse in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze vollständig verschlossen ist. Dabei darf das Abstreifschild aber nicht zu tief in das Material eintauchen, da ansonsten Material in dem Fräswalzengehäuse verbleibt. Eine optimale Einstellung ist daher nur dann gegeben, wenn das Abstreifschild in der Mitte des aufgeworfenen Materials nur leicht in das Material eintaucht.
Die Messeinrichtung ist bei dieser alternativen Ausführungsform derart ausgebildet, dass bei einem symmetrischen Querschnitt mindestens eine Abstandsmessung in einem vorgegebenen Abstand zu der in Arbeitsrichtung linken Kante des Abstreifschildes und/oder mindestens eine Abstandsmessung in einem vorgegebenen Abstand zu der in Arbeitsrichtung rechten Kante des Abstreifschildes vorgenommen wird. Mit diesen Abstandsmessungen kann die Höhe der seitlichen Flanke des ausgeworfenen Materials bestimmt werden. Diese Höhe liegt immer niedriger als die Höhe in der Mitte des aufgeworfenen Materials zwischen der linken und rechten Kante des Abstreifelements. Beispielsweise kann die untere Kante des Abstreifschildes auf die Höhe eines Punktes an der linken und/oder rechten Flanke des aufgeworfenen Materials eingestellt werden. Im dem Fall taucht die Unterkante des Abstreifschildes in der Mitte leicht in das aufgeworfene Material ein.
Der vorgegebene Abstand von der linken Kante bzw. der vorgegebene Abstand von der rechten Kante des Abstreifschildes kann beispielsweise zwischen 0 und 30%, vorzugsweise 10 bis 20% der Breite des Abstreifschildes, d. h. dem Abstand zwischen dessen linker und rechter Kante betragen, da sich in diesem Bereich der charakteristische Flankenverlauf einstellt.
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Straßenfräsmaschine in der Seitenansicht,
2A eine Abstreifvorrichtung einer Straßenfräsmaschine in perspektivischer Darstellung, wobei das Abstreifschild abgesenkt ist,
2B die Abstreifvorrichtung von 2A, wobei das Abstreifschild angehoben ist,
3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung des Abstreifschildes von
2A und 2B in der Rückansicht, wobei das aufgeworfene Material einen symmetrischen Querschnitt hat,
4 einen Schnitt durch das Abstreifschild von 3 entlang der Linie IV-IV,
5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das aufgeworfene Material einen asymmetrischen Querschnitt hat, und
6 eine alternative Ausführungsform mit nur einem quer zur Arbeitsrichtung verschiebbaren Abstandssensor.
1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Straßenfräsmaschine als Beispiel für eine selbstfahrende Baumaschine. Die Straßenfräsmaschine weist einen Maschinenrahmen 1 und ein Fahrwerk 2 auf, das vordere und hintere Kettenlaufwerke 3 oder Räder umfassen kann.
Die Straßenfräsmaschine verfügt über eine Fräswalze 4, die in einem Fräswalzengehäuse 5 am Maschinenrahmen 1 angeordnet ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich das Fräswalzengehäuse 5 am Heck der Maschine. Der Maschinenrahmen 1 ist mittels Kolben/Zylinder-Anordnungen 6 gegenüber der Oberfläche 7B des Bodens 7 in der Höhe verstellbar. Durch Anheben bzw. Absenken des Maschinenrahmens 1 gegenüber dem Boden 7 wird die Frästiefe eingestellt.
Das abgefräste Material kann auf einem Transportfahrzeug verladen werden. Hierzu weist die Straßenfräsmaschine eine Transporteinrichtung 8 mit einem Förderband 9 auf, die das Fräsgut von dem Fräswalzengehäuse 5 zu einem LKW befördert.
An der in Arbeitsrichtung 10 linken und rechten Seite ist das Fräswalzengehäuse 5 von seitlichen Platten 5A, 5B verschlossen, wobei in 1 nur die in Arbeitsrichtung rechte Seitenplatte 5B zu erkennen ist. In Arbeitsrichtung 10 hinter der Fräswalze 4 befindet sich eine Abstreifeinrichtung 11, die ein höhenverstellbares Abstreifschild 12 aufweist, mit dem das Fräswalzengehäuse an der Rückseite verschlossen werden kann.
2A und 2B zeigen das Fräswalzengehäuse 5 mit der Abstreifeinrichtung 11 in perspektivischer Darstellung. Das Abstreifschild 12 ist in einem Portal 13 am Maschinenrahmen 1 in seitlichen Führungen 14 geführt. Dabei kann das Abstreifschild gegenüber dem Boden leicht schräg gestellt sein.
Die Antriebseinheit zum Heben bzw. Absenken des Abstreifschildes weist eine Kolben/Zylinder-Anordnung 15 auf, deren Zylinder 15A an dem Portal 13 und deren Kolben 15B an dem Abstreifschild 12 gelenkig befestigt ist. 2A zeigt das Abstreifschild 12 in der abgesenkten und 2B in der angehobenen Position.
Die Antriebseinheit 16 der Abstreifvorrichtung 11 wird von einer Steuer- und/oder Regeleinheit 17 gesteuert bzw. geregelt, die Bestandteil der zentralen Steuer- und/oder Regeleinheit der Straßenfräsmaschine sein kann (3).
Nachfolgend werden Aufbau und Funktion der Abstreifeinrichtung 11 unter Bezugnahme auf die 3 bis 4 im Einzelnen beschrieben.
Die Straßenfräsmaschine sieht zwei Betriebsmodi vor, die auf einer Eingabeeinheit 18 ausgewählt werden können. In dem ersten Betriebsmodus wird das Förderband 9 der Transporteinrichtung 8 der Straßenfräsmaschine eingeschaltet und die Steuer- und/oder Regeleinheit 17 für die Antriebseinheit 16 der Abstreifeinrichtung 11 ausgeschaltet, d. h. in ihrer besonderen Funktion deaktiviert, wobei das Abstreifschild 12 nach unten gefahren wird, so dass die Unterkante 12A des Abstreifschildes auf der Oberfläche des abgefrästen Bodens 7 aufliegt (2A). Folglich wird die abgefräste Oberfläche abgestreift und das Fräsgut verladen. Dies ist der bevorzugte Betriebsmodus der Fräsmaschine. Hierzu kann eine besondere Steuerung bzw. Regelung vorgesehen sein, die aber nicht Gegenstand der Erfindung ist.
Es ist aber auch möglich, die Straßenfräsmaschine in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, wenn das abgefräste Material zumindest nicht vollständig verladen, sondern zumindest teilweise auf der Oberfläche 7B des abgefrästen Bodens 7 verbleiben soll. In dem zweiten Betriebsmodus wird die Steuer- und/oder Regeleinheit 17 für die Antriebseinheit 16 der Abstreifeinrichtung 11 aktiviert und die Transporteinrichtung 8 deaktiviert.
Die 3 und 4 veranschaulichen in stark vereinfachter schematischer Darstellung den Aufbau und die Funktion der Abstreifeinrichtung 11 in dem zweiten Betriebsmodus. 3 zeigt das angehobene Abstreifschild in der Rückansicht zusammen mit den Seitenplatten 5A, 5B, die das Fräswalzengehäuse 5 auf der in Arbeitsrichtung 10 linken und rechten Seite verschließen. Wenn das Fräswalzengehäuse 5 an der Rückseite geöffnet ist, bleibt das abgefräste Material auf dem Boden liegen. Das aufgeworfene Material zeigt in einer quer zur Arbeitsrichtung 10 verlaufenden Schnittebene eine charakteristische Kontur, die vom Fräswalzentyp abhängt.
Zunächst wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Fräswalze 4 das Material zur Mitte des Fräswalzengehäuses hin aufwirft, so dass das aufgeworfene Material einen symmetrischen Querschnitt hat. In der Mitte zwischen den Seitenplatten 5A, 5B hat das aufgeworfene Material 19 daher die größte Höhe, die von der Frästiefe und dem Lockerungsfaktor abhängig ist. An den beiden Seiten zeigt die Kontur schräg abfallende Flanken 19B, deren Reibungswinkel α auch von der Materialbeschaffenheit abhängt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 17 steuert bzw. regelt die Antriebseinheit 16 derart, dass die Höhe des Abstreifschildes 12 in Bezug auf das aufgeworfene Material optimal eingestellt wird. Zum Bestimmen des Abstandes zwischen der Unterkante 12A des Abstreifschildes 12 und der Oberfläche 19A des aufgeworfenen Materials 19 ist eine Messeinrichtung 20 vorgesehen, die ein oder mehrere Abstandssensoren 21, 22, 23 umfasst. Die Abstandssensoren können unterschiedlich ausgebildet sein.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung 20 einen Abstandssensor 21 auf, der an der Rückseite des Abstreifschildes 12 oberhalb dessen Unterkante 12A angeordnet ist. Die Höhe des Abstandssensors 21 gegenüber der Unterkante des Abstreifschildes ist mit a bezeichnet. Der Abstandssensor 21 misst in Richtung einer vorzugsweise vertikalen Achse A die Entfernung zwischen einem Punkt P₁ in der Ebene des Abstandssensors und einem Punkt P₂, in dem die Achse A die Oberfläche des aufgeworfenen Materials schneidet (4).
Aus dem Abstand b zwischen den Punkten P₁ und P₂ und der Höhe a des Abstandssensors 21 gegenüber der Unterkante 12A des Abstreifschildes 12 berechnet die Messeinrichtung 20 den Abstand Δ zwischen der Unterkante 12A des Abstreifschildes 12 und der Materialoboberfläche 19A. Da der Abstandssensor 21 mittig zwischen den beiden Seitenplatten 5A, 5B bzw. den linken und rechten Kanten des Abstreifschildes 12 angeordnet ist, wird bei einem symmetrischen Profil an der Stelle der maximalen Höhe der Schüttung gemessen.
Die Steuer- und/oder Regeleinheit 17 steuert bzw. regelt die Antriebseinheit 16 derart, dass der Abstand Δ zwischen der Unterkante 12A des Abstreifschildes 12 und der Oberseite 19A des abgefrästen Materials 19 einem vorgegebenen Wert entspricht oder in einem vorgegebenen Wertebereich liegt. Vorzugsweise wird eine Höhenkorrektur dann vorgenommen, wenn der Spalt zwischen Unterkante des Abstreifschildes und dem aufgeworfenen Material in der Mitte zwischen den Seitenplatten einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet bzw. einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Bei einem Unterschreiten des Minimalwertes wird das Abstreifschild angehoben und bei einem Überschreiten des Maximalwertes das Abstreifschild abgesenkt. Mit dem mittigen Abstandssensor kann eine Spotmessung oder eine Bereichsmessung vorgenommen werden. Der Abstand Δ kann auch mit mehreren Abstandssensoren in dem mittigen Bereich gemessen werden, wobei der Mittelwert gebildet und zur Steuerung und/oder Regelung herangezogen wird.
Aufgrund der charakteristischen Kontur der Schüttung erfolgt die Abstandsmessung vorzugsweise in einem Bereich in der Mitte zwischen der linken und rechten Kante des Abstreifschildes 12, dessen Breite 50%, vorzugsweise 30% der Breite d des Abstreifschildes ist.
Die oben beschriebene Steuerung bzw. Regelung setzt voraus, dass das zunächst hochgefahrene Abstreifschild 12 so lange abgesenkt wird oder das abgesenkte Abstreifschild angehoben wird, bis der Abstand zwischen Abstreifschild und Material dem vorgegebenen Wert oder Wertebereich entspricht, d. h. das Abstreifschild nicht in das Material eindringt.
Eine alternative Ausführungsform sieht ein leichtes Eindringen des Abstreifschildes 12 in das Material vor, so dass zumindest in der Mitte zwischen den Seitenplatten 5A, 5B kein Spalt verbleibt. Bei dieser Ausführungsform weist die Messeinrichtung 20 einen in Arbeitsrichtung 10 linken und rechten Abstandssensor 22, 23 auf, wobei der linke Sensor 22 in einem Abstand e von der linken Kante und der rechte Sensor 23 in einem Abstand e von der rechten Kante des Abstreifschildes angeordnet ist. Der Abstand e von der linken und rechten Kante kann beispielsweise bis zu 20% der Breite des Abstreifschildes betragen. Aufgrund der Symmetrie der Kontur des aufgeworfenen Materials ist grundsätzlich nur ein linker oder rechter Abstandssensor ausreichend. Eine Mittelwertbildung mit zwei Abstandssensoren erhöht aber die Messgenauigkeit.
Mit den beiden Abstandssensoren 22, 23 wird bei der alternativen Ausführungsform der Abstand zu den in 3 angegebenen Punkten P_L und P_R gemessen, die auf den Flanken 19B des aufgeworfenen Materials 19 liegen. Dabei wird die Höhe des Abstreifschildes 12 derart gesteuert bzw. geregelt, dass der Abstand Δ_L bzw. Δ_R einem vorgegebenen Wert oder Wertebereich entspricht, der derart bemessen ist, dass die Unterkante 12A des Abstreifschildes 12 in der Mitte leicht in das aufgeworfene Material 19 eintaucht, ohne jedoch im Bereich der Messpunkte P_L und P_R die Flanken 19B der Materialoberfläche 19A zu berühren.
Die Messeinrichtung kann sowohl über einen oder mehrere mittige Abstandssensoren als auch einen oder mehrere seitliche Abstandssensoren verfügen, d. h. bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über sämtliche Abstandssensoren 21, 22, 23 verfügen. Bei einer Ausführungsform mit mehreren Abstandssensoren 21, 22, 23 kann der Maschinenführer auf der Eingabeeinheit 18 denjenigen Abstandssensor auswählen, mit dem die Abstandsmessung erfolgen soll. Beispielsweise kann der Maschinenführer den mittigen Abstandssensor 21, der den kleinsten Abstand misst, für eine Steuerung und/oder Regelung auswählen, so dass zwischen Abstreifschild und Material ein kleiner Spalt verbleibt. Der Fahrzeugführer kann aber auch zumindest einen der beiden seitlichen Abstandssensoren 22, 23, die einen größeren Abstand messen, für eine Steuerung und/oder Regelung auswählen, so dass das Abstreifschild in der Mitte der Schüttung leicht in das Material eintaucht. Die mit den Sensoren 21, 22, 23 gemessenen Abstände können auf einer Anzeigeeinheit 18A angezeigt werden, so dass der Fahrzeugführer den jeweiligen Sensor auch ohne Kenntnis des Fräswalzentyps auswählen könnte.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 17 derart ausgebildet, dass die Auswahl des Abstandssensors 21, 22, 23 von der Steuer- und/oder Regeleinheit selbst vorgenommen wird. Die Steuer- und/oder Regeleinheit ist derart ausgebildet, dass die mit sämtlichen Sensoren gemessenen Abstände miteinander verglichen werden, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit denjenigen Abstandssensor bestimmt, bei dem der kleinste bzw. größte Abstand gemessen wird. Die Steuer- und/oder Regeleinheit sieht dann eine Steuerung und/oder Regelung auf der Grundlage des kleinsten bzw. größten Abstandes vor.
Wenn der Fräswalzentyp auf der Eingabeeinheit 18 eingegeben wird, kann die Steuer- und Regeleinheit 17 auf den Querschnitt des aufgeworfenen Materials schließen, so dass eine Auswahl des zu verwendenden Sensors auch ohne einen Vergleich der gemessenen Abstände erfolgen kann.
Es ist auch möglich, die Abstandsmessungen in der Mitte und an den Flanken des aufgeworfenen Materials miteinander zu kombinieren. Beispielsweise ist es möglich, auf der Grundlage einer Steuerung bzw. Regelung mit einer Abstandsmessung in der Mitte des aufgeworfenen Materials das Abstreifschild bis auf einen vorgegebene Mindestabstand an die Materialoberfläche heranzufahren, um dann auf eine Abstandsmessung an den Flanken des aufgeworfenen Materials überzugehen, um das Abstreifschild auf die Höhe der Materialoberfläche in der Mitte einzustellen oder leicht in das Material eintauchen zu lassen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das aufgeworfene Material einen asymmetrischen Querschnitt hat, wobei sich die maximale Höhe des Materials auf der rechten Seite befindet. Folglich erfolgt die Abstandsmessung mit dem rechten Abstandssensor 23, der den kleinsten Abstand Δ_R misst. Dieser kann wieder vom Fahrzeugführer oder von der Steuer- und Regeleinheit 17 in Abhängigkeit von dem Fräswalzentyp ausgewählt werden. Die einander entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es kann aber auch eine Messung mit mehreren Sensoren 21, 22, 23 erfolgen, wobei auch der Mittelwert gebildet werden kann.
6 zeigt eine Ausführungsbeispiel mit einer Messeinrichtung 20, die anstelle mehrerer Abstandssensoren nur einen Sensor 21 aufweist, der auf einer quer zur Arbeitsrichtung 10 verlaufend Achse zwischen den Seitenplatten 5A und 5B verschiebbar ist. Die einander entsprechenden Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Für eine mittige Abstandsmessung wird der Sensor 21 in die Mitte und eine seitliche Messung an einer der beiden Seiten montiert. Der Abstandssensor kann aber auch zwischen den einzelnen Positionen auf einer Führung verfahren werden.

Claims

Selbstfahrende Baumaschine, insbesondere Straßenfräsmaschine, die einen Maschinenrahmen (1) und ein Fräswalzengehäuse (5) aufweist, in dem eine Fräswalze (4) angeordnet ist, wobei in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze eine Abstreifeinrichtung (11) mit einem Abstreifschild (12) vorgesehen ist, das mit einer Antriebeinheit (16) gegenüber der Fräswalze in der Höhe verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaschine eine Steuer- und/oder Regeleinheit (17) für die Antriebeinheit (16) zur Höhenverstellung des Abstreifschildes (12) und ein Messeinrichtung (20) zum Messen des Abstandes (Δ) zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) steht, und dem abgefrästen Material (19) aufweist, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit (17) derart ausgebildet ist, dass die Höhe des Abstreifschildes (12) in Abhängigkeit von der Höhe des in der Frässpur verbleibenden, abgefrästen Materials (19) verstellt wird.
Selbstfahrende Baumaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaschine eine Transporteinrichtung (8) zum Fördern des abgefrästen Materials aus dem Fräswalzengehäuse (5) und eine Eingabeeinheit (18) zur Eingabe eines ersten oder eines zweiten Betriebsmodus aufweist, wobei in dem ersten Betriebsmodus die Transporteinrichtung (8) aktiviert und die Steuer- und/oder Regeleinheit (17) deaktiviert ist, so dass das abgefräste Material bei geschlossenem Abstreifschild aus dem Fräswalzengehäuse transportiert werden und das Abstreifschild über die abgefräste Oberfläche gleiten kann, und in dem zweiten Betriebsmodus die Transporteinrichtung (8) deaktiviert und die Steuer- und/oder Regeleinheit (17) aktiviert ist, so dass das abgefräste Material bei geöffnetem Abstreifschild in der Frässpur liegen bleiben kann.
Selbstfahrende Baumaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (17) die Antriebeinheit (16) derart ansteuert, dass der gemessene Abstand (Δ) zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) steht, und dem abgefrästen Material einem vorgegebenen Wert entspricht oder in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.
Selbstfahrende Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) zum Messen des Abstandes (Δ) zwischen der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) und dem abgefrästen Material derart ausgebildet ist, dass Abstandsmessungen an mehreren Referenzpunkten vorgenommen werden, die zwischen der in Arbeitsrichtung linken und rechten Kante des Abstreifschildes liegen.
Selbstfahrende Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinheit (17) derart ausgebildet ist, dass die Höhe des Abstreifschildes (12) in Abhängigkeit von dem Mittelwert der gemessenen Abstände (Δ) zwischen den jeweiligen Referenzpunkten, die in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) stehen, und dem abgefrästen Material verstellt wird.
Selbstfahrende Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinheit (17) derart ausgebildet ist, dass die Höhe des Abstreifschildes (12) in Abhängigkeit von dem kleinsten oder größten gemessenen Abstand (Δ) zwischen einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) steht, und dem abgefrästen Material verstellt wird.
Selbstfahrende Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) zum Messen des Abstandes (Δ) zwischen dem abgefrästen Material und dem Abstreifschild derart ausgebildet ist, dass mindestens eine Abstandsmessung in einem Bereich in der Mitte zwischen der linken und rechten Kante des Abstreifschildes (12) vorgenommen wird.
Selbstfahrende Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) zum Messen des Abstandes (Δ) zwischen dem abgefrästen Material und dem Abstreifschild derart ausgebildet ist, dass mindestens eine Abstandsmessung in einem vorgegebenen Abstand (e) zu der in Arbeitsrichtung (10) linken Kante des Abstreifschildes (12) und/oder mindestens eine Abstandsmessung in einem vorgegebenen Abstand (e) zu der in Arbeitsrichtung rechten Kante des Abstreifschildes (12) vorgenommen wird.
Selbstfahrende Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (17) die Antriebeinheit (16) derart ansteuert, dass das Abstreifschild (12) angehoben wird, wenn der gemessene Abstand (Δ) zwischen dem mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) steht, und dem abgefrästen Material kleiner als ein erster vorgegebener unterer Grenzwert ist, und das Abstreifschild (12) abgesenkt wird, wenn der Abstand zwischen dem Abstreifschild und dem abgefrästen Material größer als ein zweiter vorgegebene oberer Grenzwert ist, wobei der obere Grenzwert gleich dem unteren Grenzwert ist oder der obere Grenzwert größer als der untere Grenzwert ist.
Selbstfahrende Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) mindestens einen Abstandssensor (21, 22, 23) aufweist, der an der in Arbeitsrichtung (10) hinteren Seite des Abstreifschildes (12) oberhalb dessen Unterkante (12A) angeordnet sind.
Selbstfahrende Baumaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandssensor (21, 22, 23) zwischen der linken und rechten Kante des Abstreifschildes (12) verschiebbar angeordnet ist.
Selbstfahrende Baumaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandssensor (21, 22, 23) ein berührungsloser Entfernungsmessungs-Sensor oder ein taktiler Entfernungsmessungs-Sensor ist.
Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Baumaschine, insbesondere Straßenfräsmaschine, die einen Maschinenrahmen und ein Fräswalzengehäuse aufweist, in dem eine Fräswalze angeordnet ist, wobei in Arbeitsrichtung hinter der Fräswalze eine Abstreifeinrichtung mit einem Abstreifschild vorgesehen ist, das mit einer Antriebeinheit gegenüber der Fräswalze in der Höhe verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (Δ) zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) steht, und dem abgefrästen Material (19) gemessen und die Höhe des Abstreifschildes in Abhängigkeit von der Höhe des in der Frässpur verbleibenden, abgefrästen Materials verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaschine eine abschaltbare Transporteinrichtung zum Transportieren des abgefrästen Materials aus dem Fräswalzengehäuse aufweist, wobei die Höhe des Abstreifschildes in Abhängigkeit von der Höhe des in der Frässpur verbleibenden, abgefrästen Materials verstellt wird, wenn die Transporteinrichtung abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifschild angehoben wird, wenn der gemessene Abstand (Δ) zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) steht, und dem abgefrästen Material (19) kleiner als ein erster vorgegebener unterer Grenzwert ist, und das Abstreifschild abgesenkt wird, wenn der Abstand (Δ) zwischen mindestens einem Referenzpunkt, der in Bezug zu der Unterkante (12A) des Abstreifschildes (12) steht, und dem abgefrästen Material (19) größer als ein zweiter vorgegebene oberer Grenzwert ist, wobei der obere Grenzwert gleich dem unteren Grenzwert ist oder der obere Grenzwert größer als der untere Grenzwert ist.