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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Baumaschine mit wenigstens einem Anbauwerkzeug für die Bodenbearbeitung, wobei mittels einer Messvorrichtung der Baumaschine die Bodeneigenschaften der Stand- und/oder Bearbeitungsfläche während des Arbeitsbetriebes erfasst werden.
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Im Tiefbaubereich oder in der allgemeinen Erdbewegung können unerwartete Bodeneigenschaften während des Einsatzes von Baumaschinen zu einem Sicherheitsproblem werden. So kann die schlechtere Bodenzusammensetzung zu Stabilitätsproblemen der Baumaschine oder Schäden an einem Bauwerk führen. Relevant ist dies besonders bei Arbeiten in Gebieten mit kritischer Bodenbeschaffenheit, insbesondere bei Hangrutschungen, an Wasseradern bzw. bei Böschungsarbeiten.
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Ein Risiko kann auch von vergrabenen Bauteilen wie Leitungen, Rohren, Behältnissen mit Chemikalien oder Fremdkörpern wie Sprengstoff oder Bomben ausgehen, die durch Kontakt mit dem Anbauwerkezug in Mitleidenschaft gezogen und dadurch weitreichende Schäden verursachen können.
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Aus der
US 8,183,867 B2 ist beispielsweise eine Baumaschine mit einer Messvorrichtung bekannt, die während der Maschinenarbeit etwaige Objekte im Boden erkennt und den Maschinenführer entsprechend informiert. Beispielsweise wird dem Maschinenführer der Abstand des Anbauwerkzeuges zum entsprechenden Objekt des Bodens visuell angezeigt, so dass dieser ausreichend Zeit zur Reaktion hat. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass der Maschinenführer nach wie vor selbstständig in den Arbeitsprozess eingreifen muss. Zudem dient die bekannte Messvorrichtung ausschließlich zum Erkennen von etwaigen Objekten innerhalb des Bodens.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Weiterentwicklung der bekannten Lösung.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche 2 bis 8.
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Erfindungsgemäß werden mittels einer Messvorrichtung der Baumaschine die Bodeneigenschaften der Stand- und/oder Bearbeitungsfläche während des Maschinenbetriebes erfasst, insbesondere permanent oder periodisch. Die erfassten Messwerte werden der Maschinensteuerung der Baumaschine zur Verfügung gestellt und für die Ansteuerung ein oder mehrerer Maschinenaktuatoren berücksichtigt. Durch Berücksichtigung derartiger Messwerte, die beispielsweise die Bodendichte und/oder Feuchtigkeit und/oder chemische Zusammensetzung der Stand- oder Bearbeitungsfläche kennzeichnen, bei der Ansteuerung des Anbauwerkzeuges zur Bodenbearbeitung kann die Bodenbearbeitung effektiv verbessert werden. Die Maschinenbewegungen zur Bodenbearbeitung können individuell an die vorliegenden Bodenverhältnisse angepasst werden. Das gesamte Bearbeitungsverfahren der Baumaschine kann deutlich effizienter gestaltet werden.
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Bei der Baumaschine kann es sich beispielsweise um eine Erdbewegungsmaschine oder eine Maschine für den Tiefbaubereich handeln. Insbesondere lässt sich die Grabbewegung gezielt justieren und/oder etwaige Bohrarbeiten an die jeweiligen Bodenbedingungen anpassen. Durch diese Justierung der Maschinenbewegungen können die Arbeiten nicht nur effizienter und schneller erfolgen, sondern es lässt sich ebenfalls der Verschleiß an den Maschinenkomponenten bzw. am Anbauwerkzeug reduzieren.
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Zu den erfassten Bodeneigenschaften zählen neben der Bodendichte und/oder Feuchtigkeit und/oder chemische Zusammensetzung vorzugsweise auch Temperaturdifferenzen bzw. Temperaturgradienten im Erdreich.
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Die Ansteuerung des Anbauwerkzeuges und/oder der Ausrüstung einer Baumaschine wurde bisher anhand auftretender Kräfte in dem Hydrauliksystem der Aktuatoren durchgeführt. Neuartig ist an dieser Stelle jedoch, dass neben diesen Kräften des Hydrauliksystems zusätzlich Messwerte der Messvorrichtung, die die Bodeneigenschaften der Standfläche bzw. der Bearbeitungsfläche charakterisieren, mitberücksichtigt werden.
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Idealerweise werden ein oder mehrere Aktuatoren, die Bestandteile des Anbauwerkzeuges sind, in Abhängigkeit der erfassten Messdaten angesteuert. Denkbar ist es beispielsweise, dass die entsprechenden Antriebe einer Bohrschnecke, einer Ramm- oder Vibrationsvorrichtung entsprechend in Abhängigkeit der Bodeneigenschaften gesteuert werden, sodass deren Betrieb an die vorliegenden Bodenverhältnisse angepasst werden kann.
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Denkbar ist es ebenfalls, dass ein entsprechender Greifer, Löffel oder eine Schaufel mit zusätzlichen Aktoren als Einbauwerkzeuge versehen ist, so zum Beispiel zur Betätigung ein oder mehrerer Schaufelzähne, wodurch zusätzliche Freiheitsgrade dieser Zähne in bestimmte oder alle Richtungen des dreidimensionalen Raumes ermöglicht und gesteuert werden können. Dadurch lässt sich die Effizienz der Maschine, so zum Beispiel bei extrem harten Böden bzw. Gesteinen deutlich optimieren.
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Insbesondere soll die Grabgeschwindigkeit des Anbauwerkzeuges, idealerweise dessen Vorschubgeschwindigkeit, oder eine sonstige Bewegungsgeschwindigkeit in Kenntnis der Bodenbeschaffenheit angepasst werden. Gleichfalls kann ebenfalls die Grab- bzw. Bohrtiefe des Anbauwerkzeuges in Abhängigkeit der Messwerte gesteuert werden.
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Neben der Möglichkeit diese Messwerte für die Einflussnahme auf die Baumaschinensteuerung heranzuziehen, besteht optional die Möglichkeit, die gesammelten Messwerte ebenfalls für die Datenauswertung zu verwenden. In diesem Zusammenhang kann es wünschenswert sein, dass kartographische Darstellungen eines bearbeiteten Geländeabschnitts erstellt werden, indem die gesammelten Messwerte der Messvorrichtung über die Dauer der Bodenbearbeitung gesammelt werden.
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Insbesondere lassen sich anhand dieser Messwerte im Zusammenspiel mit Positionsinformationen kartographische Landkarten eines bearbeiteten Geländeabschnittes, idealerweise zwei- oder dreidimensionale kartographische Landkarten erarbeiten und für die spätere Verwendung bereitstellen.
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Beispielsweise lassen sich die besonderen Bodeneigenschaften im Bereich des bearbeiteten Geländeabschnitts festhalten und für weitere Baumaßnahmen, zum Beispiel zur Planung der notwendigen Sicherheitsvorkehrungen nutzen.
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Die benötigten Positionsinformationen können bevorzugt durch ein oder mehrere lokale Ortungssysteme der Baumaschine bereitgestellt werden. Als Ortungssysteme sind GPS-Empfänger, Mobilfunkgeräte oder sonstige Ortungsgeräte denkbar.
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Die Datenauswertung und Kartenerstellung kann entweder lokal auf der Baumaschine oder zentral auf einer Datenauswertungsstelle erfolgen. In diesem Fall ist es denkbar, dass die gesammelten Messwerte zusammen mit den zugeordneten Positionsinformationen an eine zentrale Datensammelstelle übertragen werden, um extern die gewünschten kartographische Landkarten anzufertigen und gegebenenfalls für die spätere Verwendung zugänglich zur Verfügung zu stellen. Diese Datenauswertung kann ebenfalls für Abrechnungsthematiken gegenüber einem Auftraggeber genutzt werden, sofern die Bodeneigenschaften, z. B. die Bodendichte, als Grundlage für die Ermittlungen dienen.
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Ebenfalls ist es denkbar, die Messwerte für die Implementierung eines verbesserten Sicherheitssystems bereit zu stellen. Denkbar ist es beispielsweise, dass die Messdaten für den Maschinenführer auf einem oder mehreren Anzeigegeräten visualisiert werden. Ebenfalls lassen sich die Messwerte für die Ausgabe einer automatisch generierten Warnung des Fahrers bei kritischen Bodenverhältnissen, z. B. zu hohen Bodenfeuchten oder zu geringen Dichten, verwenden. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, neben einer Warnung, zum Beispiel in akustischer, visueller oder taktiler Form, ebenfalls einen automatischen Maschinenstopp durch die Maschinensteuerung auszulösen, wenn beispielsweise eine Gefährdung der Standsicherheit für das eigene Gerät oder für ein benachbartes Gerät droht oder eine Beschädigung eines beteiligten Bauwerkes, wie eines Gebäudes, einer Baugrubenwand, eines Grabens, einer Schlitzwand, einer Aufschüttung, einer Kanalanlage, ein oder mehrerer Rohre oder einer elektrischer Leitung, wahrscheinlich ist.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung eine Baumaschine, insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9. Erfindungsgemäß umfasst die Baumaschine wenigstens ein Anbauwerkzeug für die Bodenbearbeitung, wenigstens eine Messvorrichtung zur Erfassung der Bodeneigenschaften der Stand- und/oder Bearbeitungsfläche und eine Maschinensteuerung. Die Messvorrichtung ist derart ausgeführt ist, sodass die Bodeneigenschaften der Stand- und/oder Bearbeitungsfläche während des Arbeitsbetriebes permanent oder periodisch erfassbar sind und Messdaten an die Maschinensteuerung liefern. Die Maschinensteuerung ist derart ausgeführt, sodass ein oder mehrere Maschinenaktuatoren in Abhängigkeit der erfassten Messdaten ansteuerbar sind.
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Die Baumaschine umfasst erfindungsgemäß die notwendigen Mittel, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Vorteile und Eigenschaften dieser Baumaschine entsprechen offensichtlich denen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Als mögliche Sensoren für die Messvorrichtung eigenen sich ein oder mehrere elektrische und/oder elektromagnetische Sensoren, die beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit, Kapazität, oder Induktivität des Boden erfassen und daraus die Bodenzusammensetzung, die Bodentextur oder die Feuchtigkeit ermitteln.
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Denkbar ist es ebenfalls, dass die Sensoren beweglich an der Baumaschine, insbesondere am Anbauwerkzeug gelagert sind, um deren Eindringtiefe zu variieren und darauf basierend die Bodeneigenschaften in Abhängigkeit der entsprechenden Tiefe zu erfassen.
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Denkbar ist ebenfalls der Einsatz von ein oder mehreren optischen und oder radiometrischen Sensoren, um die Bodenbeschaffenheit und/oder Bodenfeuchte sowie den Mineraliengehalt des Bodens zu ermitteln.
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Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Sensoren der Messvorrichtung mechanische Sensoren sein, so zum Beispiel vertikale oder horizontale Penetrometer. Derartige Sensoren können die Bodenverdichtung des Bodens mittels Kraftmessung erfassen. Denkbar ist in diesem Fall eine bewegliche oder stationäre Ausführung der Sensoren mit entsprechend einstellbarer Eindringtiefe der Sensorik.
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Denkbar ist ebenfalls der Einsatz ein oder mehrerer akustischer Sensoren zur Ermittlung der Bodenverdichtung, der Bodentextur, der Schichtdicke oder der Schichttiefe.
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Die ein oder mehreren in Abhängigkeit der Messdaten steuerbaren Maschinenaktuatoren können beispielsweise einen Antrieb zur Ausrichtung ein oder mehrerer Zähne des Anbauwerkzeuges umfassen. Ein Anbauwerkzeug mit Zähnen ist beispielsweise ein Löffel, ein Greifer oder eine Baggerschaufel. Denkbar ist es, dass ein gemeinsamer Antrieb zur Bewegung der Zähne vorhanden ist bzw. separate Antriebe für die individuelle Betätigung einzelner Zähne vorgesehen sind. Die Betätigung kann vorzugsweise mittels eines Exzenterantriebs erfolgen, um exzentrische Bewegungen der Zähne bzw. zumindest eines Teils der Zähne zu erreichen. Die Antriebe können hydraulisch oder elektrisch sein.
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Mittels der Antriebe kann idealerweise eine Bewegung der Zähne in alle oder in zumindest eine der Richtungen des dreidimensionalen Raumes erfolgen. Vorstellbar ist ebenfalls ein Vibrationsantrieb, um zumindest einen Teil der Zähne in Schwingungen zu versetzen. Die Möglichkeit zur Betätigung ein oder mehrerer Zähne in alle Richtungen führt zu einer Steigerung der Effizienz der Maschine, so zum Beispiel bei harten Böden bzw. Gesteinen.
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Die Datenübertragung zwischen den Sensoren der Messvorrichtung, der Maschinensteuerung und/oder etwaigen Aktuatoren der Maschine kann kabelgebunden oder per Funkverbindung erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die notwendige elektrische Energie für den Betrieb der Sensoren mittels Energy-Harvesting gewonnen werden. Dadurch kann die kinetische Energie des Anbauwerkzeuges, zum Beispiel in Form von auftretenden Vibrationen am Anbauwerkzeug, für die Energiegewinnung zur Inbetriebnahme der Sensoren genutzt werden, da der Energiebedarf derartiger Sensoren ohnehin nicht groß ist. Denkbar ist es ebenfalls, die Umgebungstemperatur sowie Luftströme für die Energiegewinnung abzugreifen.
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Die Anordnung ein oder mehrerer Sensoren der Messvorrichtung kann beispielsweise entweder unmittelbar am Anbauwerkzeug oder alternativ an der Maschinenkonstruktion selbst erfolgen. Denkbar ist eine bewegliche Anordnung der entsprechenden Sensorik. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Sensoren direkt in bestimmte Komponenten des Anbauwerkzeuges integriert sind, um diese vor äußeren Belastungen währen der Bodenbearbeitung zu schützen.
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In diesem Zusammenhang ist es vorstellbar, dass ein oder mehrere Sensoren der Messvorrichtung zumindest teilweise in das Anbauwerkzeug integriert sind, so zum Beispiel in einer gebildeten Tasche des Anbauwerkzeuges versenkbar sind und/oder in einem Zahn des Anbauwerkzeuges liegen. Vorstellbar ist ebenfalls die Befestigung ein oder mehrerer Sensoren der Messvorrichtung auf der Rück- oder Vorderseite des Grundkörpers des Anbauwerkzeuges. Dabei lassen sich vorzugsweise ohnehin angeordnete Verstärkungsstreben nutzen, in deren Bereich eine geschützte Befestigung der Sensoren möglich ist.
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Neben der erfindungsgemäßen Baumaschine betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Anbauwerkzeug, insbesondere einen Greifer, Löffel oder eine Schaufel für eine Baumaschine, mit ein oder mehreren Zähnen, wobei ein oder mehrerer Zähne durch individuelle oder gemeinsame Antriebe individuell oder gemeinsam bewegbar sind. Denkbar ist die Bewegung ein oder mehrerer Zähne in sämtliche Richtungen des dreidimensionalen Raumes. Weiterhin sind etwaige Kreis- oder Vibrationsbewegungen denkbar, die durch die entsprechend integrierten Antriebe hervorgerufen werden können. Idealerweise sind die wesentlichen Zähne des Anbauwerkzeuges durch getrennte Antriebe antreibbar und entsprechend steuerbar. Als Antrieb ist ein elektromechanischer oder ein hydraulischer Aktuator vorstellbar. Möglich ist auch hier ein Exzenterantrieb zur Erzeugung exzentrischer Bewegung der Schaufelzähne.
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Das erfindungsgemäße Anbauwerkzeug ist insbesondere für den Einsatz an der erfindungsgemäßen Baumaschine geeignet, wobei das Zusammenspiel zwischen Anbauwerkzeug und Baumaschine vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. Damit treffen auf das Anbauwerkzeug dieselben Vorteile und Eigenschaften zu, wie sie bereits vorstehend mit Bezug zu der erfindungsgemäßen Baumaschine bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren diskutiert wurden.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden im Folgenden anhand diverser in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1: ein schematisches Blockdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs,
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2: ein weiteres Blockdiagramm zur Darstellung eines optionalen Ausführungsschrittes des Verfahrens gemäß 1,
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3: unterschiedliche Ausführungsformen einer Baggerschaufel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils in perspektivischer Darstellung,
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4: eine Seitendarstellung der erfindungsgemäßen Baumaschine,
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5: eine Detaildarstellung der Messvorrichtung der Baumaschine aus 4,
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6: ein alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baumaschine,
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7: eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Anbauwerkzeuges in Form einer Baggerschaufel.
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Im Nachfolgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren, die Baumaschine sowie das Anbauwerkzeug mit Hilfe diverser Figurendarstellungen näher beschrieben werden. Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Baumaschine, die ein Bodenbearbeitungswerkzeug mit einem integrierten Sensorsystem und eine angepasste Maschinensteuerung umfasst. Durch diese Voraussetzung kann eine permanente oder periodische Erfassung und Überwachung der Umfeldeigenschaften im Erdbereich während des Maschinenbetriebes ermöglicht und gegebenenfalls ein Steuerungseingriff in den Maschinenablauf erreicht werden.
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Die Baumaschine kann ein Bagger, ein Radlader, eine Raupe, ein Seilbagger oder ein Bohrgerät sein, die mit passenden Anbauwerkzeugen wir Greifer, Schaufel, Löffel, Schild oder Heckaufreißer, Schlitzwandgreifer oder einem Bohrwerkzeug ausgestattet sind.
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Weiterhin soll durch zusätzlich in das Anbauwerkzeug integrierte Aktuatoren, wie zum Beispiel die Integration eines elektromechanischen oder hydraulischen Aktuators als Einbauwerkzeuge in einen Greifer, Löffel oder eine Schaufel, ein weiterer Freiheitsgrad für die Bodenbearbeitung und damit eine zusätzliche Anpassungsmöglichkeit der Bodenbearbeitung an die vorliegenden Bodeneigenschaften geschaffen werden. Dadurch lässt sich die Effizienz der Bodenbearbeitung weiter steigern und zudem der übliche Verschleiß an den Anbauwerkzeugen optional reduzieren.
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Für eine genaue und aussagekräftige Messung muss die Messvorrichtung möglichst nahe am Bodeneindringbereich des Anbauwerkzeuges liegen. Durch eine passende Anordnung einer geeigneten Sensorik lassen sich Daten über die Bodenbeschaffenheit frühzeitig erfassen und nachfolgend auf die Bodenbeschaffenheit abgestimmte Bearbeitungsbewegungen der Baumaschine steuern. Insbesondere kann diese Information zur Anpassung der Grabgeschwindigkeit einer Erdbewegungsmaschine genutzt werden, wodurch möglicher Verschleiß reduziert und zudem die Betriebssicherheit der Baumaschine erhöht werden kann.
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1 verdeutlicht den Signalfluss während des Betriebs der Baumaschine. Das integrierte Sensorsystem 10 der Baumaschine erfasst in einem ersten Schritt gewisse Bodeneigenschaften wie die Bodendichte, Feuchtigkeit, chemische Zusammensetzung bzw. auftretende Temperaturdifferenzen oder Temperaturgradienten zwischen unterschiedlichen Schichtebenen des Bodens, als auch etwaige verdeckte Fremdkörper innerhalb des Bodens, wie beispielsweise metallische oder anderweitige Werkstoffe, die unterhalb der Bodenfläche vergraben liegen.
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Die erfassten Messdaten werden von einer Recheneinheit 20 ausgewertet und als verwertbare Bodeninformationen bereitgestellt. Da die Baumaschine unterschiedliche integrierte Sensorsystem 10 aufweisen kann, die auf Grundlage unterschiedlicher Messverfahren arbeiten, muss die Recheneinheit 20 die Messwerte unterschiedlicher Sensoriken 10 zusammenführen und zueinander in Relation setzen, um die gewünschten und umfassenden Bodeninformationen bereitstellen zu können.
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Die Bodeninformationen werden der zentralen Maschinensteuerung zur Verfügung gestellt, die die Daten zum Einen über ein Fahrerinformationssystem dem Maschinenführer zur Verfügung stellt und zum anderen diese Daten für die Erzeugung passender Steuersignale der jeweiligen Maschinenaktuatoren des Anbauwerkzeuges generiert.
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Das Fahrerinformationssystem ermöglicht eine visuelle Darstellung der gesammelten Ist-Werte der erfassten Messdaten. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, durch die zentrale Maschinensteuerung eine Warnmeldung an den Fahrer abzusetzen, wenn abweichende und kritische Werte, wie zum Beispiel eine zu hohe Bodenfeuchte oder eine zu geringe Bodendichte, erkannt werden.
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Zusätzlich kann eine Warnmeldung oder ein automatischer Maschinenstopp der Baumaschine ausgelöst werden, wenn eine Gefährdung der Standsicherheit für die eigene Maschine bzw. für ein benachbartes Gerät droht. Zusätzlich können entsprechende Warnmeldungen oder ein Maschinenstopp des Maschinenbetriebs bei einer Gefährdung eines benachbarten Bauwerkes, wie beispielsweise eines Gebäudes, einer Baugrubenwand, eines Grabens, eines benachbarten Krans, einer Schlitzwand, einer Aufschüttung, einer Kanalanlage, eines Rohres oder einer elektrischen Leitung, generiert und ausgelöst werden.
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Neben der Versorgung des Fahrerinformationssystems mit den entsprechenden Bodeninformationen besteht ebenfalls die Möglichkeit zur Einfluss auf die Baumaschinensteuerung. Hier lassen sich gezielt einzelne Aktuatoren der Maschine entsprechend ansteuern, um unter Berücksichtigung der Messwerte eine verbesserte Bodenbearbeitung zu ermöglichen. Sinnvoll ist es in diesem Zusammenhang die Geschwindigkeiten des Vorschubs des Anbauwerkzeuges oder andere Bewegungen des Werkzeuges gezielt in Abhängigkeit der Bodeneigenschaften zu beeinflussen. Weiterhin lässt sich die Grabtiefe aufgrund zuvor definierter Parameter gezielt variieren, wenn die vorliegenden Bodenbeschaffenheiten Abweichungen im Steuerablauf notwendig oder sinnvoll machen.
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2 zeigt eine optionale Verwendung der bereitgestellten Messdaten des Sensorsystems 10. Wie in 1 werden diese der Datenauswertung 20 zur Verfügung gestellt und die entsprechenden Bodeninformationen noch auf der Baumaschine bestimmt. Weiterhin umfasst die Baumaschine ein lokales Ortungssystem 40, dessen Ortsinformationen zusammen mit den Bodeninformationen von der Baumaschine an eine externe Datenverarbeitung 30 übertragen werden.
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Das installierte Ortungssystem 40 ist ein GPS-Empfänger und liefert dreidimensionale Positionsinformationen, die eine exakte Lokalisierung der Baumaschine im dreidimensionalen Raum zulassen. Die zentrale Datenverarbeitung verwertet beispielsweise nicht nur die Daten einer Baumaschine, sondern analysiert gegebenenfalls die Information einer Vielzahl erfindungsgemäßer Baumaschinen, die sich unter Umständen auch im angewandten Messverfahren und der integrierten Sensorik unterscheiden.
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Auf Basis dieser Informationen lassen sich elektronische kartografische Landkarten erstellen, die Informationen bezüglich der Bodeneigenschaften des dargestellten geografischen Gebietes beinhalten. Dadurch lassen sich die besonderen Bodeneigenschaften für die spätere Verwendung festhalten, zum Beispiel für etwaige Baumaßnahmen in diesem Gebiet. Die Datenauswertung kann ebenfalls für Abrechnungsthematiken gegenüber einem Auftraggeber genutzt werden, sofern die Bodeneigenschaften als Grundlage für die Ermittlung dienen sollen.
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Die konkrete Anordnung der Sensorik ist abhängig vom verwendeten Sensortyp als auch von der Art der Baumaschine und des verwendeten Anbauwerkzeuges. Beispielsweise lässt sich die Sensorik bei einem Bagger unmittelbar an dessen Greifer, Schaufel oder Löffel installieren. Auch bei Radladern kann eine Installation an der Schaufel sinnvoll sein. Bei einer Raupe bietet sich die Installation entweder an der Schaufel, dem Schild oder einem Heckaufreißer an, während bei einem Seilbagger die Anordnung am Greifer, insbesondere Schlitzwandgreifer erfolgt. Im Fall einer Raupe wird die Sensorik am besten auf der Unter- oder Rückseite eines Schildes angeordnet oder auch in Verbindung mit einem am Fahrzeugheck befestigten Heckaufreißer, welcher wie ein Pflug das Erdreich bearbeitet. Idealerweise wird beim Heckaufreißer die Sensorik auf der kraftabgewandten Seite installiert. Bei einem Bohrgerät bietet sich die unmittelbare Befestigung der Sensorik am Bohrwerkzeug, insbesondere einer Bohrschnecke, an. Auch möglich ist die Anordnung der Sensorik in einer Ramm- oder Vibrationsvorrichtung. Für alle Maschinentypen können jedoch alternativ oder zusätzlich Sensoren an der Maschinenkonstruktion selbst vorgesehen sein.
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Eine mögliche Variante der Sensoranordnung zeigt 3a, die eine perspektivische Darstellung einer Baggerschaufel 60 als Anbauwerkzeug wiedergibt. Die Schaufel 60a umfasst eine Reihe von Zähnen 70, wobei zumindest zwischen zwei benachbarten Zähnen 70a, 70b ein Sensor 10 installiert ist. Eine alternative Anordnung der Sensorik 10 wird durch die 3b verdeutlicht, die ebenfalls eine Baggerschaufel 60b in perspektivischer Darstellung zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Sensorik 10 auf der Rückseite des Grundkörpers 61 der Schaufel installiert. Idealerweise erfolgt die Befestigung des Sensors im geschützten Bereich auf der Rückseite im Bereich der Verstärkungsstreben, die üblicherweise zur Verringerung des Verschleißes am Schaufelgrundkörper 61 ausgebildet sind. Der Sensor 10 umfasst einen Messwertgeber 12, der innerhalb des Sensorgehäuses 11 liegt. Der Messwertgeber kann beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen zur Bestimmung der Bodendichte im Grabbereich sein.
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Alternativ zur Anordnung an der Schaufelrückseite bietet sich eine Befestigung auf einer Seitenseite der Schaufel an. Ebenso ist eine Sensoranordnung in einer ausgeformten Tasche des Anbauwerkzeuges möglich, so dass der Sensor von der direkten Belastung während des Arbeitsvorganges geschützt ist.
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Eine weitere alternative Anordnung des Sensors 10 wird durch die 3c verdeutlicht. Hierbei ist ein einzelner Sensor 10 innerhalb eines Zahns 70a der Schaufel 60c befestigt, so dass dieser durch auftretende Belastungen während der Bodenbearbeitung geschützt wird.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform muss das Sensorsystem bzw. ein Teil des Sensorsystems nicht direkt im Anbauwerkzeug, sondern an der Maschinenkonstruktion befestigt sein. Dies bietet sich besonders bei Sensoren an, die nach einem elektrischen bzw. elektromagnetischen Messverfahren arbeiten. Ein mögliches Ausführungsbeispiel illustriert 4, die einen Bagger in Seitendarstellung zeigt. An der Frontseite des Unterwagens 90 des Baggers ist ein Sensor 10 zur Messung der elektrischen bzw. elektromagnetischen Eigenschaften des Bodens 100 im Bereich der Baggeraufstandsfläche befestigt.
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Eine Detailaufnahme dieses Sensors 10 zeigen die 4a und 5. Das Sensorsystem umfasst eine Halterung 14 in Form eines quaderförmigen Gehäuses. An der dem Boden zugewandten Unterseite erstrecken sich durch Bohrungen zwei stabförmige und parallel zueinander verlaufende Elektroden 15. Die Elektroden 15 sind im Bereich der Durchgangsbohrungen gegenüber der Halterung 14 durch entsprechende Isolatoren 16 isoliert. Die Halterung 14 umfasst gleichzeitig die notwendige Auswerteelektronik zur Anregung der Elektroden 15 und Auswertung der an den Elektroden abgreifbaren Messwerte. Wie in 4a gezeigt, erstrecken sich die Elektroden im Messbetrieb nahezu senkrecht in die Bodenfläche. Mit Hilfe der beschriebenen Sensorik lässt sich die Kapazität, Induktivität und elektrische Leitfähigkeit des Bodens messen und daraus Rückschlüsse auf die Bodenzusammensetzung, Bodentextur und Feuchtigkeit gewinnen.
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Der Sensor 10 ist zusätzlich in Vertikalrichtung höhenverstellbar ausgeführt, um Messergebnisse aus unterschiedlichen Bodenschichten abzugreifen. Die Höhenverstellung kann beispielsweise durch eine Hydraulik, insbesondere. einen Hydraulikzylinder, oder durch einen elektrischen Antrieb erreicht werden.
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6 zeigt einen weiteren Sensor 10, der als Penetrometer arbeitet. Der Sensor 10 umfasst ebenfalls eine Sensorhalterung 17, die an der Frontseite des Baggers an dessen Unterwagenkonstruktion 90 installiert ist. Auf der Halterunterseite erstreckt sich in Richtung des Bodens 100 ein Sensorträger 18. Ausweislich der 6a liegt innerhalb des oder außen am Sensorträger ein Messwertaufnehmer 19, der im Messbetrieb über den Sensorträger in das Erdreich 100 abgesenkt wird. Der Messwertaufnehmer 19 erfasst während einer Fahrtbewegung in Richtung D des Baggers die durch das Bodenmaterial einwirkende Gegenkraft F, woraus sich Informationen über die vorherrschende Bodendichte in diesem Bodenbereich ermitteln lassen.
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Der Sensorträger 18 ist ebenfalls höhenverstellbar, um die Dichte unterschiedlicher Bodenschichten erfassen zu können. Die Höhenverstellung kann analog zur 5 mittels eines Hydraulikzylinders erfolgen.
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7 zeigt eine Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Anbauwerkzeuges in Form einer Baggerschaufel 600. Hierbei ist in wenigstens einen der vorgesehenen Baggerzähne 700 ein hydraulischer oder elektrischer Aktuator integriert, der eine Bewegung des Zahns 700 in wenigstens einer, vorzugsweise aller Richtungen des dreidimensionalen Raumes, d. h. in Richtung der x-, y- und z-Achse ermöglicht. Die technische Ausführung des elektrischen Aktuators kann idealerweise durch einen Exzenterantrieb ermöglicht werden, der eine exzentrische Bewegung der Zähne 700 gestattet. Denkbar sind jedoch auch hydraulische oder elektrische Antriebe. Die Schaufel 600 kann ebenfalls einen Sensor 10 gemäß einer der Ausführungsbeispiele der 3a bis 3c umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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