DE102013221302A1

DE102013221302A1 - Baumaschine

Info

Publication number: DE102013221302A1
Application number: DE201310221302
Authority: DE
Inventors: Ulrike Nohlen; Rainer Schrode
Original assignee: MTS Maschinentechnik Schrode AG
Current assignee: MTS Maschinentechnik Schrode AG
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-23
Also published as: EP2873776A3; EP2873776A2

Abstract

Eine Baumaschine (10) umfasst einen Basisabschnitt (12), einen gegenüber dem Basisabschnitt (12) um eine erste Achse (14) neigbaren Ausleger (16), wobei die erste Achse (14) zu einer Basisebene (20) des Basisabschnitts (12) wenigstens in etwa parallel angeordnet ist, eine Erfassungseinrichtung (38) mit mindestens einem ersten Sensor (40–44) zum Erfassen der Neigung des Auslegers (16) relativ zu einer Bezugsebene. Es wird vorgeschlagen, dass der Ausleger (16) zusätzlich um eine zweite Achse (30) gegenüber dem Basisabschnitt (12) schwenkbar ist, wobei die zweite Achse (30) wenigstens in etwa orthogonal zur ersten Achse (14) ist, und dass die Erfassungseinrichtung (38) mindestens einen zweiten Sensor (46) umfasst, der mindestens mittelbar einen Schwenkwinkel um die zweite Achse (30) erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baumaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vom Markt her sind Baumascheinen in Form von Baggern bekannt, welche einen insgesamt in Normallage horizontalen Basisabschnitt aufweisen, der aus einem fahrbaren Unterteil ("Unterwagen") und einem gegenüber dem Unterteil um eine Achse drehbares Oberteil ("Oberwagen") besteht. Die Drehachse des Oberteils relativ zum Unterteil ist in Normallage des Baggers vertikal. An dem Oberwagen ist ein Ausleger neigbar befestigt. Die Achse ("Neigungsachse"), um die der Ausleger seine Neigungsbewegung ausführen kann, ist relativ zum Oberteil in Normallage des Baggers horizontal. Der Ausleger weist mehrere Segmente auf, die relativ zueinander um Achsen neigbar sind, die in Normallage des Baggers ebenfalls horizontal sind.
Der bekannte Bagger kann über ein satellitengestütztes globales Positionsbestimmungssystem verfügen, mit dem die Position des Oberwagens bestimmt werden kann. Ferner verfügt der bekannte Bagger über eine Erfassungseinrichtung, die eine Mehrzahl von Sensoren umfasst. Mit diesen Sensoren werden die Neigungen der Segmente des Auslegers relativ zu einer meist horizontalen oder vertikalen Bezugsebene erfasst. Eine Ermittlungseinrichtung erhält die Signale der Erfassungseinrichtung und – falls vorhanden – des globalen Positionsbestimmungssystems und ermittelt hieraus eine Position eines am Ausleger angebrachten Anbaugeräts, beispielsweise eines Baggerlöffels, und insbesondere einer Baggerlöffelspitze, und bringt diese Position dem Baggerführer zur Anzeige.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baumaschine zu schaffen, die besonders flexibel und dennoch präzise eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die in Anspruch 1 angegebene Baumaschine. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung in der Zeichnung.
Bei der erfindungsgemäßen Baumaschine ist der Ausleger relativ zum Basisabschnitt um eine zweite Achse drehbar, die gegenüber der ersten Achse (Neigungsachse des Auslegers relativ zum Basisabschnitt) in etwa orthogonal ist. Da die erste Achse in Normallage der Baumaschine meist wenigstens in etwa horizontal ist, könnte die zweite Achse beispielsweise vertikal sein, was dann eine horizontale Bewegung des Auslegers ermöglicht. Hierdurch wird eine Schwenkpositionierung des Auslegers ermöglicht, ohne dass der Basisabschnitt selbst gedreht werden muss. Beispielsweise kann so mit einem Anbaugerät, welches am Ende des Auslegers vorhanden ist, entlang von Mauern gearbeitet werden, auch wenn die Baumaschine nicht ganz an die Mauer heranfahren kann, sondern gegenüber dieser schräg steht. Dies gestatte also einen sehr flexiblen Einsatz der erfindungsgemäßen Baumaschine.
Weiterhin gestattet die zusätzliche Komponente der Erfassungseinrichtung, die den Drehwinkel um die zweite Achse erfasst, dennoch eine Bestimmung der Position (beispielsweise aller drei Koordinaten in einem kartesischen Koordinatensystem) oder nur eines Parameters (beispielsweise lediglich der Ausrichtung) der aktuellen Position des Auslegers, so dass die Baumaschine sehr präzise betrieben werden kann. Hier und nachfolgend wird der Begriff "Position" verallgemeinernd für beide Fälle verwendet.
Diesbezüglich hilfreich ist es, wenn die Position des Auslegers von einer Ermittlungseinrichtung, die das Signal oder die Signale der Erfassungseinrichtung erhält, ermittelt wird, beispielsweise trigonometrisch berechnet wird. Dazu werden die Signale des ersten Sensors (Neigung) und des zweiten Sensors (Drehwinkel) zusammen mit der bekannten Länge des Auslegers verarbeitet. Im einfachsten Fall wird die vorliegenden Erfindung bei einer sog. "2D-Steuerung" eingesetzt, bei der lediglich eine Ermittlung der relativen Position, insbesondere von Lage und Höhe des Auslegers relativ zum Basisabschnitt vorgenommen wird.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Basisabschnitt ein fahrbares Unterteil und ein gegenüber dem Unterteil um eine dritte Achse drehbares Oberteil umfasst, wobei die dritte Achse zur zweiten Achse wenigstens in etwa parallel ist, und die Erfassungseinrichtung mindestens einen dritten Sensor umfasst, der den Drehwinkel des Oberteils um die dritte Achse bzw. die relative Verdrehung zwischen Oberteil und Unterteil erfasst und der Ermittlungseinrichtung – so vorhanden – ein entsprechendes Signal zur Verfügung stellt, welche das Signal bei der Ermittlung der Position des Anbaugeräts berücksichtigt. Durch die Drehbarkeit des Oberteils gegenüber dem Unterteil wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad geschaffen, der die Einsatzflexibilität der Baumaschine nochmals erhöht. Gleichzeitig wird die Möglichkeit geschaffen, auch die Ausrichtung und Lage des Unterteils zu ermitteln. Dies hat beispielsweise dann Vorteile, wenn am Unterteil ein Planierschild oder eine andere Bearbeitungseinrichtung befestigt ist. Es versteht sich, dass diese Weiterbildung gegebenenfalls auch ohne die anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung Sinn macht, also eine eigene Erfindung darstellt.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Erfassungseinrichtung mindestens einen vierten Sensor umfasst, der eine Neigung des Basisabschnitts gegenüber einer Bezugsebene erfasst und der Ermittlungseinrichtung – so vorhanden – ein entsprechendes Signal zur Verfügung stellt, welche das Signal bei der Ermittlung der Position des Anbaugeräts berücksichtigt. Im Allgemeinen wird man mindestens zwei vierte Sensoren einsetzen, nämlich einen Längsneigungs- und einen Querneigungssensor. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Baumaschine in vielen Anwendungsfällen nicht in Normallage, also horizontal steht, sondern irgendwie gegenüber einer horizontalen Bezugsebene geneigt angeordnet ist, beispielsweise beim Arbeiten an einer Böschung. Diese Weiterbildung erhöht nochmals die Einsatzflexibilität.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass sie ein Bagger, insbesondere ein Mini-, Midi- oder Kompaktbagger ist. Bei dieser Anwendung sind die Vorteile der Erfindung besonders prägnant.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Ausleger eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, die relativ zueinander um Achsen neigbar sind, die wenigstens in etwa parallel zu der ersten Achse sind, und dass jedem Segment mindestens ein zu der Erfassungseinrichtung gehörender erster Sensor zum Erfassen der Neigung des Segments gegenüber einer Bezugsebene zugeordnet ist. Dies gestattet eine besonders präzise Positionierung des Anbaugeräts, bei dennoch vorhandener Möglichkeit der exakten Positionsbestimmung.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass sie eine Anzeigeeinrichtung umfasst, die in einem Führerstand der Baumaschine angeordnet mit der Ermittlungseinrichtung verbunden ist, und auf der die Position des Anbaugeräts angezeigt wird. Auf diese Weise wird eine einfache Bedienung der Baumaschine erreicht.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Ausleger ein Anbaugerät, insbesondere einen Baggerlöffel, umfasst. Dann ermöglicht der zusätzliche zweite Sensor, der den Schwenk- bzw. Drehwinkel des Auslegers erfasst, bei Kenntnis der Geometrie des Anbaugeräts die Bestimmung eines Parameters der Position dieses Anbaugeräts bzw. einer Stelle an dem Anbaugerät.
In einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Ermittlungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie einen Parameter (beispielsweise nur die Ausrichtung) der Position oder auch sämtliche Parameter (beispielsweise alle 3 Koordinaten in einem kartesischen Koordinatensystem) der Position des Anbaugeräts ermittelt, was den Betrieb besonders einfach macht.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass sie ein globales Positionsbestimmungssystem zur Bestimmung der Position des Basisabschnitts umfasst, und dass die Ermittlungseinrichtung die ermittelte Position des Basisabschnitts zur Ermittlung einer absoluten Position des Auslegers verwendet, was ebenfalls den Betrieb vereinfacht.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Baumaschine in Form eines Baggers mit einem Ausleger in einer Seitenansicht; und
2 die Baumaschine von 1 in der Draufsicht, wobei drei mögliche Schwenkpositionen des Auslegers dargestellt sind.
Eine Baumaschine in Form eines Baggers, insbesondere eines Mini-, Midi- oder Kompaktbaggers, trägt in den 1 und 2 insgesamt das Bezugszeichen 10. Der Bagger 10 umfasst einen fahrbaren Basisabschnitt 12 und einen gegenüber dem Basisabschnitt 12 um eine erste und senkrecht zur Blattebene von 1 verlaufende Achse 14 neigbaren Ausleger in Form eines Baggerarms 16, an dem ein Anbaugerät in Form eines Baggerlöffels 18 befestigt ist. Die erste Achse 14 ist zu einer in 1 durch eine strichpunktierte Linie angedeutete und zur Blattebene der 1 senkrechte Basisebene 20 des Basisabschnitts 12 parallel angeordnet.
Der Baggerarm 16 umfasst zwei Segmente 22 und 24, die relativ zueinander um eine Achse 26 hydraulisch neigbar sind, die sich senkrecht zur Blattebene von 1 erstreckt und insoweit parallel zu der ersten Achse ist. Auch der Baggerlöffel 18 ist um eine zu der ersten Achse 14 parallele Achse 28 hydraulisch neigbar am Segment 24 befestigt.
Der Baggerarm 16 ist zudem um eine in der Darstellung von 1 vertikale zweite Achse 30 gegenüber dem Basisabschnitt 12 schwenkbar, wobei diese zweite Achse 30 somit orthogonal zur ersten Achse 14 ist (siehe auch 2). Der Basisabschnitt 12 besteht aus einem fahrbaren Unterteil 32 ("Unterwagen") und ein gegenüber dem Unterteil 32 um eine dritte Achse 34 drehbaren Oberteil 36 ("Oberwagen"). Die dritte Achse 34 ist zu der zweiten Achse 30 parallel. Durch die Schwenkarkeit des Baggerarms 16 um die zweite Achse 30 können der Baggerarm 16 und mit ihm der Baggerlöffel 18 horizontal bewegt werden, ohne dass das Oberteil 36 um die dritte Achse 34 gedreht werden muss. Dadurch kann beispielsweise entlang von mauern gegraben werden, wenn der Bagger 10 nicht ganz an die Mauer heranfahren kann, sondern schräg steht.
Der Bagger 10 umfasst ferner eine Erfassungseinrichtung 38 mit drei ersten Sensoren 40, 42 und 44 zum Erfassen der Neigung der Segmente 22 und 24 des Baggerarms 16 und des Baggerlöffels 18 relativ zu einer Bezugsebene. Vorliegend ist die Bezugsebene die Horizontalebene 45, also eine Ebene senkrecht zu einem Gravitationsvektor. Zu der Erfassungseinrichtung 38 gehört ferner ein zweiter Sensor 46, der den Schwenkwinkel des Baggerarms 16 um die zweite Achse 30, also relativ zum Oberteil 36 des Basisabschnitts 12 erfasst, ein dritter Sensor 48, der einen Drehwinkel des Oberteils 36 um die dritte Achse 34, also relativ zum Unterteil 32 erfasst, sowie ein vierter Sensor 50, der eine Neigung des Oberteils 36 des Basisabschnitts 12 gegenüber einer Bezugsebene – vorliegend wiederum der Horizontalebene 45 – erfasst.
An dem Oberteil 36 des Baggers 10 ist ein globales Positionsbestimmungssystem vorgesehen, vorliegend beispielhaft in Form einer Empfangs- und Auswerteeinrichtung 52 von Differential-GPS-Signalen. Mit dieser kann in Kenntnis der Geometrie des Baggers 10 die absolute Position eines Bezugspunkts des Basisabschnitts 12 bestimmt werden, beispielsweise die Position einer Drehkranzachse eines Drehantriebs zwischen Unterteil 32 und Oberteil 36 oder eines Auslegerbolzens, beispielsweise koaxial zur dritten Achse 30. Die Neigung und Ausrichtung des Oberteils 36 kann ferner optional auch durch eigene Neigungssensoren sowie ggf. durch einen Kompass ermittelt werden.
Schließlich verfügt der Bagger 12 noch über eine Ermittlungseinrichtung 54, beispielsweise einen Computer oder eins sonstige elektronische Datenverarbeitungseinrichtung. Die Ermittlungseinrichtung 54 erhält Signale beziehungsweise Informationen von der Erfassungseinrichtung 38 (also allen Sensoren 40–50) sowie von dem globalen Positionsbestimmungssystem 52.
Im Betrieb des Baggers 10 kann in Kenntnis der geometrischen Verhältnisse des Baggers 10, also beispielsweise der Abstände zwischen den Achsen 34, 30, 14, 26 und 28, der durch die Sensoren 40–50 zur Verfügung gestellten Winkelinformationen, und der vom globalen Positionsbestimmungssystem 52 ermittelten absoluten Position mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen durch die Ermittlungseinrichtung 54 die genaue absolute Position des Baggerlöffels 18, insbesondere einer Spitze des Baggerlöffels 18, ermittelt und auf einem Touchscreen 56 in einem Führerstand 58 des Baggers 10 auf einem Baustellenplan zur Anzeige gebracht werden. Durch den vierten Sensor 50 wird dabei der Tatsache Rechnung getragen, dass der Bagger 10 und mit ihm das Oberteil 16 nicht nur, wie in 1 dargestellt, auf einem horizontalen Untergrund 45, sondern auch auf einem geneigten Untergrund, beispielsweise einer Böschung oder ähnlichem, zum Einsatz kommen kann, und dies bei der Ermittlung der absoluten Position der Baggerschaufel 18 berücksichtigt werden muss.
In der in 2 gezeigten Draufsicht auf den Bagger 12 ist der Baggerarm 16 beispielhaft in drei möglichen und um die zweite Achse 30 geschwenkten Positionen dargestellt, die durch A, B und C gekennzeichnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Bezugszeichen nur für den in Position A gezeigten Baggerarm 16 eingetragen.
Es versteht sich, dass sowohl die Erfassungseinrichtung 38 als auch das globale Positionsbestimmungssystem 52 und die Ermittlungseinrichtung 54 auch bei einer bestehenden Baumaschine 10 nachgerüstet werden können.

Claims

Baumaschine (10) mit einem Basisabschnitt (12), einem gegenüber dem Basisabschnitt (12) um eine erste Achse (14) neigbaren Ausleger (16), wobei die erste Achse (14) zu einer Basisebene (20) des Basisabschnitts (12) wenigstens in etwa parallel angeordnet ist, mit einer Erfassungseinrichtung (38) mit mindestens einem ersten Sensor (40–44) zum Erfassen der Neigung des Auslegers (16) relativ zu einer Bezugsebene, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (16) zusätzlich um eine zweite Achse (30) gegenüber dem Basisabschnitt (12) schwenkbar ist, wobei die zweite Achse (30) wenigstens in etwa orthogonal zur ersten Achse (14) ist, und dass die Erfassungseinrichtung (38) mindestens einen zweiten Sensor (46) umfasst, der mindestens mittelbar einen Schwenkwinkel um die zweite Achse (30) erfasst.
Baumaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ermittlungseinrichtung (54) umfasst, welche aus dem Signal der Erfassungseinrichtung (38) eine Position des Auslegers (16) ermittelt.
Baumaschine (10) nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (12) ein fahrbares Unterteil (32) und ein gegenüber dem Unterteil (32) um eine dritte Achse (34) drehbares Oberteil (36) umfasst, wobei die dritte Achse (34) zur zweiten Achse (30) wenigstens in etwa parallel ist, und die Erfassungseinrichtung (38) mindestens einen dritten Sensor (48) umfasst, der den Drehwinkel des Oberteils (36) um die dritte Achse (34) erfasst.
Baumaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (38) mindestens einen vierten Sensor (50) umfasst, der eine Neigung des Basisabschnitts (12) gegenüber einer Bezugsebene erfasst.
Baumaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Bagger, insbesondere ein Mini-, Midi- oder Kompaktbagger ist.
Baumaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (16) eine Mehrzahl von Segmenten (22, 24) aufweist, die relativ zueinander um mindestens eine Achse (26) schwenkbar sind, die wenigstens in etwa parallel zu der ersten Achse (14) ist, und dass jedem Segment (22, 24) mindestens ein zu der Erfassungseinrichtung (38) gehörender erster Sensor (40, 42) zum Erfassen der Neigung des Segments (22, 24) gegenüber einer Bezugsebene zugeordnet ist.
Baumaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzeigeeinrichtung (56) umfasst, die in einem Führerstand (58) der Baumaschine (10) angeordnet mit der Ermittlungseinrichtung (54) verbunden ist, und auf der die Position eines Anbaugeräts (18) angezeigt wird.
Baumaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der Ausleger (16) ein Anbaugerät (18), insbesondere einen Baggerlöffel (18), umfasst
Baumaschine nach den Ansprüchen 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ermittlungseinrichtung (54) so ausgebildet ist, dass sie die Position des Anbaugeräts (18) ermittelt.
Baumaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein globales Positionsbestimmungssystem (52) zur Bestimmung der Position mindestens eines Teils des Basisabschnitts (12) umfasst, und dass die Ermittlungseinrichtung (54) die ermittelte Position des Basisabschnitts (12) zur Ermittlung einer absoluten Position des Auslegers (16) verwendet.