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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Höhenlage eines Niederhalters einer Bodenfräsmaschine sowie eine Bodenfräsmaschine.
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Gattungsgemäße Bodenfräsmaschinen sind im Stand der Technik beispielsweise aus der
EP3168367A1 und der
DE19726122A1 bekannt. Derartige Bodenfräsmaschinen werden zum Auffräsen von Straßenbelägen, im Tagebaubetrieb, bei Stabilisierungs- und Recyclinganwendungen im Straßen- und Wegebau sowie zur Fahrbahnsanierung eingesetzt. Solche Bodenfräsmaschinen werden je nach Anwendungsgebiet auch als Straßenkaltfräse, Surface-Miner, Stabilisierer oder Recycler bezeichnet.
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Bodenfräsmaschinen der vorliegenden Art umfassen einen von Fahreinrichtungen getragenen Maschinenrahmen mit vorderen und hinteren Laufwerken. Die Fahreinrichtungen können zumindest teilweise über höhenverstellbare Hubsäulen mit dem Maschinenrahmen verbunden sein, sodass der Maschinenrahmen gegenüber dem Bodenuntergrund abgesenkt und angehoben werden kann. Auf dem Maschinenrahmen ist ferner ein Fahrstand angeordnet, von dem aus die Bedienung der Bodenfräsmaschine erfolgt. Die Bodenfräsmaschine umfasst weiter eine mit dem Maschinenrahmen verbundene Fräseinrichtung mit einer innerhalb eines Fräswalzenkastens um eine quer zur Arbeitsrichtung verlaufende Rotationsachse rotierbar angeordneten Fräswalze. Die Rotationsachse verläuft üblicherweise horizontal und quer zur Hauptarbeitsrichtung. Diese ist üblicherweise die Vorwärtsrichtung der Bodenfräsmaschine. Ferner ist ein Antriebsaggregat vorhanden, üblicherweise ein Dieselverbrennungsmotor, mit dem die für den Fräs- und Fahrbetrieb erforderliche Antriebsenergie erzeugt wird. Die Bodenfräsmaschine ist üblicherweise als selbstfahrende Bodenfräsmaschine ausgebildet.
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Variationsmöglichkeiten bestehen unter anderem hinsichtlich der Anordnung der Fräseinrichtung. Diese kann bei sogenannten Heckrotorfräsen im Heckbereich, insbesondere auf Höhe der beiden hinteren Fahreinrichtungen, angeordnet sein. Eine solche Bodenfräsmaschine ist beispielsweise in der
DE 10726122 A1 beschrieben. Ferner sind sogenannte Mittelrotorfräsen bekannt, bei denen die Fräseinrichtung zwischen vorderen und hinteren Fahreinrichtungen, jeweils in Hauptarbeitsrichtung mit Abstand zu diesen, angeordnet ist. Eine solche Bodenfräsmaschine ist beispielsweise in der
EP 3168367 A1 näher offenbart.
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Gattungsgemäßen Bodenfräsmaschinen umfassen ferner häufig eine Transporteinrichtung, mit der das im Fräsprozess gewonnene Fräsgut beispielsweise auf ein Transportfahrzeug verladen werden kann. Dies kann in Hauptarbeitsrichtung der Bodenfräsmaschine gesehen nach vorn oder aber auch nach hinten oder zu den Seiten erfolgen.
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Ein wesentliches Element gattungsgemäßer Bodenfräsmaschinen ist die Fräseinrichtung. Diese umfasst eine innerhalb des Fräswalzenkastens angeordnete Fräswalze. Der Fräswalzenkasten weist üblicherweise zum Boden hin höhenverstellbare Begrenzungswände in Form so genannter Seitenschilder zu den Seiten, eines vorderen Begrenzungswand und eines hinteren Abstreifschildes auf, um das Umherfliegen von Fräsgut zu verhindern und einen möglichst vollständigen Abtransport des Fräsgutes zu ermöglichen. Bei gattungsgemäßen Bodenfräsmaschinen ist es ferner bekannt, einen in Fräsrichtung vor der Fräswalze angeordneten und über eine Stelleinrichtung höhenverstellbaren Niederhalter vorzusehen. Bei diesem kann es sich beispielsweise um eine Art gleitsschuhartige Gesamtstruktur handeln, die unter Umständen die vordere Begrenzungswand umfassend den Fräswalzenkasten nach vorn hin abschließt. Die Aufgabe des Niederhalters liegt insbesondere zunächst darin, das Anheben von Bodenmaterial, insbesondere von Schollen, in Fräsrichtung vor der Fräswalze zu verhindern, um eine zuverlässigen Fräsprozess und insbesondere auch eine zuverlässige Zerkleinerung des Fräsgutes innerhalb des Fräswalzenkastens zu ermöglichen. Der Niederhalter ist in Vertikalrichtung höhenverstellbar. Zur Steuerung der Höhenposition des Niederhalters ist es einerseits bekannt, dass dieser in einer Art Schwimmstellung im Fräsprozess über den Bodenuntergrund kratzt und bei Bedarf kurzzeitig angehoben wird, wie beispielsweise in der
DE 19814053 A1 beschrieben. Es ist auch bekannt, den Niederhalter bei Bedarf mit einer erhöhten Kraft auf den Boden aufzudrücken, wie in der
EP 3168367 A1 beschrieben. Der Niederhalter kann zudem als Lager für ein Transportförderband dienen.
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Die vorstehend beschriebenen bekannten Systeme zur Steuerung des Niederhalters sind allerdings insofern nachteilig, als dass der über den Fräsprozess hinweg üblicherweise über den Bodenuntergrund vor der Fräswalze schleifende Niederhalter schnell verschleißt, insbesondere an häufig vorhandenen Gleitkufen, und zudem die Vorschubleistung der Bodenfräsmaschine vermindert.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine Möglichkeit anzugeben, den Verschleiß am Niederhalter zu vermindern und den Fräsprozess weiter zu optimieren. Gleichzeitig soll während des Fräsprozesses nach wie vor insbesondere eine Schollenbildung vermieden oder zumindest vermindert werden.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit dem Verfahren zur Steuerung der Höhenlage eines Niederhalters einer Bodenfräsmaschine sowie einer Bodenfräsmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Grundidee der Erfindung liegt darin, während des Fräsprozesses den Niederhalter nicht mehr standardmäßig im Kontakt mit dem Boden zu halten oder gar auf diesen herabzudrücken, sondern diesen über den Fräsprozess hinweg in leicht angehobener Position über den Bodenuntergrund zu führen. Dies hat den Vorteil, dass Verschleißerscheinungen am Niederhalter erheblich reduziert werden und gleichzeitig der Vorschub der Bodenfräsmaschine nicht mehr durch einen permanent auf dem Bodenuntergrund schleifenden Niederhalter vermindert wird.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es daher vorgesehen, dass vor der Aufnahme eines Fräsprozesses in einem Schritt A) ein Halten des Niederhalters in einer Ausgangslage mit einem festgelegten Halteabstand über dem Bodenuntergrund erfolgt, so dass der Niederhalter kontaktfrei zum Bodenuntergrund ist. Wesentlich ist somit an diesem Schritt, dass der Niederhalter mit seiner zum Bodenuntergrund gerichteten Unterseite nicht mehr auf der Bodenoberfläche auf liegt, sondern mit dem festgelegten halte Abstand, der einen Vertikalabstand von der Bodenkontaktseite des Niederhalters zum Bodenuntergrund bezeichnet, angehoben und dort gehalten wird. Die Abstandsangabe bezieht sich dabei auf den nicht bearbeiteten Bodenuntergrund. Wird die Bodenfräsmaschine nun in einem Schritt B), in dem der Fräsprozess aufgenommen wird, in Arbeitsrichtung fortbewegt, schleift der in der Ausgangslage gegenüber dem Bodenuntergrund angehobene Niederhalter nicht mehr auf dem Bodenuntergrund entlang. Der Halteabstand wird dabei so gewählt, dass der durch das Anheben des Niederhalters gebildete Schlitz zwischen dem Bodenuntergrund und der Unterkante des Niederhalters verhältnismäßig klein ist, so das kein Fräsgut, zumindest nicht in nennenswertem Ausmaß, durch diesen Schlitz nach vorn aus dem Fräswalzenkasten heraus gefördert werden kann. Eine solche für den Regelfall vorgesehene leicht angehobene Positionierung des Niederhalters hat den Vorteil, dass dieser erheblich weniger verschleißt und zudem keinen Widerstand gegen den Vortrieb der Bodenfräsmaschine in Hauptarbeitsrichtung darstellt.
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Die vorstehend beschriebene leicht angehobene Positionierung des Niederhalters in der Ausgangslage wird über den Fräsprozess hinweg im Regelfall aufrechterhalten. Erfolgt nun im Schritt C) jedoch eine Krafteinwirkung in Vertikalrichtung nach oben auf den Niederhalter, was beispielsweise dann Auftreten kann, wenn Bodematerial, speziell in Form von Schollen, von unten durch die sich üblicherweise gegenläufig zur Hauptarbeitsrichtung drehenden Fräswalze gegen den Niederhalter geschoben wird, sodass dieses Material von unten gegen die Unterseite des Niederhalters mit einer in Vertikalrichtung nach oben gerichteten Gegenkraft drückt, ist es weiter erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst der Niederhalter in der Ausgangslage mit einer Niederhaltekraft bis hin zu einer festgelegten maximalen Niederhaltekraft gehalten wird. Mit anderen Worten wird somit aktiv eine Niederhaltekraft auf den Niederhalter aufgebracht, die der nach oben gerichteten Gegenkraft durch das Bodenmaterial entgegenwirkt. Solange die maximale Niederhaltekraft nicht überschritten wird, verbleibt der Niederhalter somit in seiner Ausgangslage. Wird die maximale Niederhaltekraft allerdings durch die in vertikaler Richtung nach oben gerichtete Gegenkraft überschritten, erfolgt im Schritt D) ein Freigeben der Verstellung des Niederhalters in Vertikalrichtung nach oben bei einem durch die Gegenkraft bewirkten Überschreiten der maximalen Niederhaltekraft und ein Verschieben des Niederhalters nach oben durch die Gegenkraft. In diesem Fall weicht der Niederhalter somit mit anderen Worten nach oben aus und wird aus seiner Ausgangslage heraus weiter angehoben bzw. durch das Material in eine weiter angehobene Position geschoben. Dieses Szenario kann beispielsweise dann auftreten, wenn übergangsweise außergewöhnlich große Materialschollen oder Ähnliches im Fräsprozess anfallen. Es ist allerdings weiter vorgesehen, dass dann in einem Schritt E) ein Rückstellen des Niederhalters in Richtung der Ausgangslage erfolgt, wenn die Gegenkraft die maximale Niederhaltekraft wieder unterschreitet, wobei das Rückstellen des Niederhalters maximal nur bis zur Ausgangslage des Niederhalters erfolgt und nicht bis zu einer auf Höhe der unbearbeiteten Bodenoberfläche Absenklage. Verringert sich somit die durch das Bodenmaterial auf den Niederhalter ausgeübte Gegenkraft bis hin zum Unterschreiten der maximalen Niederhaltekraft, wird der Niederhalter wieder nach unten bis maximal zu seiner Ausgangslage herabgedrückt. Dieses Herabdrücken und auch das Aufbringen der Niederhaltekraft kann beispielsweise bereits allein aufgrund der Gewichtskraft des Niederhalters bewirkt werden. Vorzugsweise ist jedoch eine aktive Kraftbeaufschlagung des Niederhalters in Vertikalrichtung nach unten vorgesehen, beispielsweise mithilfe der Höhenverstellhydraulik des Niederhalters.
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Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren somit einen vergleichsweise verschleißarmen Betrieb des Niederhalters bei erhöhter Vorschubeffizienz der Bodenfräsmaschine.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen unter anderem die Positionierung des Niederhalters in der Ausgangslage vor dem Beginn des Fräsprozesses. Hier kann auf verschiedene Alternativen ergänzend oder alternativ zurückgegriffen werden. Bevorzugt ist beispielsweise, wenn dem Schritt A) vorgelagert ein Absetzen des Niederhalters auf dem Bodenuntergrund und ein anschließendes Anheben des Niederhalters bis zum Erreichen der Ausgangslage mit dem festgelegten Halteabstand des Niederhalters zum Bodenuntergrund erfolgt. Das Absetzen des Niederhalters lässt sich äußerst zuverlässig und mit einfachen Mitteln detektieren, beispielsweise über Drucksensoren in der Höhenverstellhydraulik des Niederhalters. Liegt der Niederhalter auf dem Bodenuntergrund auf, entspricht dies somit der Nulllage. Von da aus kann er nun in die Ausgangslage definiert angehoben werden. Dies kann beispielsweise stellweg- und/oder zeitabhängig erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann ein Messen einer mit der Höhenverstellung des Niederhalters assoziierten Betriebsgröße und ein Einstellen der Hubhöhe des Niederhalters bis zum Erreichen eines dem Erreichen des festgelegten Halteabstandes der Ausgangslage entsprechenden Sollwertes der mit der Höhenverstellung des Niederhalters assoziierten Betriebsgröße vorgesehen sein. Eine solche Betriebsgröße kann beispielsweise ein Verstellweg eines Hubzylinders des Niederhalters oder ähnliches sein. Hierzu kann entweder unmittelbar auf die assoziierte Betriebsgröße zurückgegriffen werden oder auf eine aus der assoziierten Betriebsgröße abgeleiteten tatsächlichen Hubposition des Niederhalters. Weiter ergänzend oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass ein Messen einer sich mit der Höhenverstellung des Niederhalters zum Bodenuntergrund ändernden Abstandsgröße und ein Anheben oder Absenken des Niederhalters bis zum Erreichen einer dem festgelegten Halteabstand der Ausgangslage entsprechenden Abstandsgröße erfolgt. Dies kann beispielsweise mittels eines am Niederhalter oder an einem mit diesem gemeinsam verstellbaren Teil montierten Abstandssensors erfolgen, beispielsweise auf Laser- oder Ultraschallbasis, der einen tatsächlichen Abstand des Niederhalters in Vertikalrichtung zum Bodenuntergrund direkt oder indirekt ermittelt. Es kann ferner ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass ein Ableiten eines Ist-Hubzustandes des Niederhalters mithilfe von mit Hubsäulen für Fahreinrichtungen assoziierten Wegmesssensoren und/oder mithilfe von einem mit einer Hubeinrichtung des Niederhalters assoziierten Wegmesssensor und/oder mithilfe eines Lagesensors der Bodenfräsmaschine und ein Anheben oder Absenken des Niederhalters bis zum Erreichen einer dem festgelegten Halteabstand der Ausgangslage entsprechenden Soll-Hubzustand des Niederhalters und/oder einem dem festgelegten Halteabstand der Ausgangslage entsprechenden Soll-Wegmesswert des mit der Hubeinrichtung des Niederhalters assoziierten Wegmesssensors, insbesondere unter Berücksichtigung von Messdaten des Lagesensors der Bodenfräsmaschine, erfolgt.
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Vorzugsweise erfolgt im Schritt C) zum Halten des Niederhalters in der Ausgangslage mit festgelegtem Halteabstand über dem Bodenuntergrund ein aktives Aufbringen einer zur Gewichtskraft des Niederhalters zusätzlichen und in Vertikalrichtung nach unten wirkenden Druckkraft. Dies bedeutet, dass die maximale Niederhaltekraft die allein durch die Gewichtskraft des Niederhalters hervorgerufene Kraftwirkung in vertikaler Richtung nach unten übersteigt, insbesondere um einen Faktor größer 1,3. Auf diese Weise wird die Belastbarkeit des Niederhalters bis zum Freigeben der Verstellung des Niederhalters in vertikaler Richtung nach oben gemäß Schritt D) erhöht, sodass der nur für Ausnahmesituationen vorgesehene Freigabefall des Niederhalters gemäß Schritt D) seltener auftritt. Hierdurch wird ein insgesamt gleichmäßiger Fräsprozess gewährleistet.
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Die Festlegung der maximalen Niederhaltekraft kann auf unterschiedliche Arten und Weisen erfolgen. Besonders bevorzugt ist es, wenn dies durch Festlegen einer Schaltschwelle eines Ventils, insbesondere eines, speziell rein mechanisch wirkenden, Druckbegrenzungsventils, umfasst. Ein solches Ventil schaltet somit dann, wenn durch die in vertikaler Richtung nach oben auf den Niederhalter wirkende Gegenkraft ein Druckniveau in der verstellte Hydraulik des Niederhalters bewirkt, welches oberhalb der Schaltschwelle des Ventils, insbesondere Druckbegrenzungsventils, liegt. Es kann aber beispielsweise auch ein elektromechanisch gesteuertes Druckbegrenzungsventil verwendet werden.
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Die Relativlage des Niederhalters zum Bodenuntergrund variiert einerseits aufgrund der Verstellung des Niederhalters relativ zum Maschinenrahmen der Bodenfräsmaschine, was üblicherweise über einen oder mehrere Hydraulikzylinder erfolgt. Bei Bodenfräsmaschinen der gattungsgemäßen Art ist es allerdings auch häufig vorgesehen, dass die vorderen und/oder hinteren Fahreinrichtungen über Hubsäulen mit dem Maschinenrahmen verbunden sind, sodass über eine Höhenverstellung der Hubsäulen beispielsweise die Frästiefe der Bodenfräsmaschine eingestellt sowie die Relativlage des Maschinenrahmen zum Bodenuntergrund gesteuert werden kann. Eine Verstellung dieser Hubsäulen bewirkt allerdings indirekt auch eine Änderung der Relativlage des Niederhalters zum Bodenuntergrund. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert daher dann besonders gut, wenn die Ausgangslage des Niederhalters, d.h. dessen Vertikalbeabstandung zum Bodenuntergrund, auch bei einer Verstellung der Hubsäulen eingehalten wird. Bevorzugt ist es daher, wenn bei einer Höhenverstellung von Hubsäulen, die Fahreinrichtungen mit dem Maschinenrahmen verbinden, eine Überwachung der Höhenposition wenigstens einer Hubsäule erfolgt, dass bei einer Änderungen der Höhenposition der wenigstens einen Hubsäule ein Korrekturfaktor ermittelt wird, und dass die Position des Niederhalters zur Aufrechterhaltung des festgelegten Halterabstandes unter Rückgriff auf den Korrekturfaktor angepasst wird. Mithilfe dieses Korrekturfaktors wird somit die Änderung der Relativlage des Maschinenrahmens aufgrund der Veränderung der Hubsäulenposition und damit der Relativlage des Niederhalters kompensiert, sodass dieser relativ zum Bodenuntergrund in seiner Ausgangslage verbleibt bzw. den festgelegten Halteabstand aufrecht erhält. Die Ermittlung bzw. Überwachung der Höhenposition der wenigstens einen Hubsäule kann dabei beispielsweise über einen geeigneten Wegmesssensor erfolgen, der die Relativlage zweier zueinander bewegter Elemente der Hubsäule überwacht und ermittelt. Dies kann beispielsweise ein Seilzugsensor oder auch ein kapazitiver Wegsensor sein.
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Konkret erfolgt das Halten des Niederhalters in der Ausgangslage bevorzugt derart, dass der festgelegten Halteabstand über dem Bodenuntergrund im Bereich von 3 bis 100 mm und insbesondere im Bereich von 5 bis 50 mm liegt. Dieser Abstand betrifft den vertikalen Abstand der Unterkante des Niederhalters zur Oberfläche des Bodenuntergrundes in Ausgangslage, d.h. im vor der Fräswalze liegenden, durch den Fräsprozess noch nicht beeinflussten Zustand. In diesem Abstandsbereich ist der Niederhalter einerseits weit genug angehoben, dass er nicht an kleineren üblichen Bodenunebenheiten hängenbleibt und andererseits noch nicht so weit nach oben verstellt, das unkontrolliert und in nennenswertem Umfang Fräsgut in Fräsrichtung nach vorn aus dem Fräswalzenkasten ausgeworfen wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bodenfräsmaschine, insbesondere eine solche Bodenfräsmaschine, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Eine solche Bodenfräsmaschine umfasst in an sich bekannter Weise einen von Fahreinrichtungen getragenen Maschinenrahmen, einen Fahrstand, von dem aus die Bedienung der Bodenfräsmaschine erfolgt, eine Fräseinrichtung mit einer innerhalb eines Fräswalzenkasten um eine Rotationsachse rotierbar angeordneten Fräswalze, einen in Fräsrichtung vor der Fräswalze angeordneten und über eine Stelleinrichtung höhenverstellbaren Niederhalter und einen Antriebsmotor, mit dem die für den Fräs- und Fahrbetrieb erforderliche Antriebsenergie erzeugt wird. Weiter umfasst die Bodenfräsmaschine erfindungsgemäß eine Positioniersteuereinheit. Die Positioniersteuereinheit ist derart ausgebildet, dass sie die Stelleinrichtung des Niederhalters derart regelt, dass sie im Fräsbetrieb die Höhenlage des Niederhalters zunächst in einer Ausgangslage mit einem festgelegten Halteabstand über dem Bodenuntergrund hält, so dass der Niederhalter kontaktfrei zum Bodenuntergrund ist. Die Positioniersteuereinheit ist ferner derart ausgebildet, dass sie, wenn Bodenmaterial von unten gegen die Unterseite des Niederhalters mit einer zumindest teilweise in Vertikalrichtung nach oben gerichteten Gegenkraft drückt, den Niederhalter in der Ausgangslage mit einer Niederhaltekraft bis hin zu einer festgelegten maximalen Niederhaltekraft hält. Der Niederhalter weicht somit nicht umgehend bei einer Kontaktierung durch Bodenmaterial von unten nach oben aus, sondern behält seine Ausgangslage zunächst weiter aufrecht. Die Positioniersteuereinheit ist nun erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie eine Verstellung des Niederhalters in Vertikalrichtung nach oben jedoch dann freigibt, wenn die durch das Bodenmaterial, beispielsweise Materialschollen, auf den Niederhalter wirkende Gegenkraft die maximale Niederhaltekraft überschreitet. Die Positioniersteuereinheit kann dazu die aktuell auf den Niederhalter wirkende Gegenkraft direkt, beispielsweise per Kraftsensor, oder indirekt, beispielsweise über Druckwerte von Drucksensoren in der Verstellhydraulik des Niederhalters, ermitteln und überwachen und beim Überschreiten der maximalen Niederhaltekraft eine Verstellung des Niederhalters nach oben freigegeben. Alternativ kann die Positioniersteuereinheit in dieser Situation auch rein mechanisch wirkend ausgebildet sein, beispielsweise über ein mechanisch wirkendes Druckbegrenzungsventil. Auch die Verwendung eines elektromechanisch betätigten Druckbegrenzungsventils ist möglich. Wie weit der Niederhalter dabei nach oben ausweicht, kann ebenfalls variieren. Bevorzugt ist es, wenn der Niederhalter unter Aufrechterhaltung der maximalen Niederhaltekraft nach oben verschoben wird, wobei der maximale Verstellweg des Niederhalters vorzugsweise mittels eines mechanischen Begrenzungsanschlages begrenzt ist. Wesentlich ist nun, dass anschließend, wenn die Gegenkraft die maximale Niederhaltekraft wieder unterschreitet, die Positioniersteuereinheit den Niederhalter in Richtung bis maximal zur Ausgangslage zurückstellt. Der Niederhalter wird dann wieder bis auf seiner Ausgangslage abgesenkt.
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Bevorzugt ist die Positioniersteuereinheit derart ausgebildet, dass sie einen Einstellmodus umfasst. Im Einstellmodus wird der Niederhalter, üblicherweise vor Fräsbeginn, in seine Ausgangslage angehoben bzw. verschoben. Dazu kann die Positioniersteuereinheit derart ausgebildet sein, dass sie auf eine Höhenlage des Niederhalters beim Absetzen des Niederhalters auf den Bodenuntergrund zurückgreift und hiervon ausgehend den Niederhalter bis in die Ausgangslage anhebt. Ergänzend oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Positioniersteuereinheit auf ein Messen einer mit der Höhenverstellung des Niederhalters assoziierten Betriebsgröße, beispielsweise einer Verschiebeposition eines Verstellzylinders des Niederhalters, zurückgreift und hiervon ausgehend die Hubhöhe des Niederhalters bis zum Erreichen eines dem Erreichen des festgelegten Halteabstandes entsprechenden Sollwertes der mit der Höhenverstellung des Niederhalters assoziierten Betriebsgröße verstellt. Ergänzend oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass eine Messeinrichtung vorhanden ist, mit deren Hilfe der tatsächliche Abstand des Niederhalters zum Bodenuntergrund ermittelt wird, wobei die Positioniersteuereinheit zur Verstellung des Niederhalters in die Ausgangslage auf diese Werte zurückgreift. Dies kann beispielsweise mittels eines Abstandssensors, beispielsweise eines Laser- oder Ultraschallsensors, am Niederhalter oder einem mit diesem zusammen verstellbaren Teil erfolgen. Weiter ergänzend oder alternativ kann die Positioniersteuereinheit auch derart ausgebildet sein, dass sie auf ein Ableiten eines Ist-Hubzustandes des Niederhalters mithilfe von mit Hubsäulen für Fahreinrichtungen assoziierten Wegmesssensoren und/oder mithilfe eines mit einer Hubeinrichtung des Niederhalters assoziierten Wegmesssensors und/oder mithilfe eines Lagesensors der Bodenfräsmaschine zurückgreift. Bei dieser Ausführungsform kann somit beispielsweise eine Korrekturgröße aufgrund aktueller Hublagen bzw. -positionen der Hubsäulen von der Positioniersteuereinheit ermittelt werden, die die Relativlage des Niederhalters zum Bodenuntergrund beeinflussen und ändern.
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Bevorzugt umfasst die Bodenfräsmaschine eine Anzeigeeinrichtung im Fahrstand der Bodenfräsmaschine, die wenigstens einen der folgenden Betriebszustände anzeigt. Beispielsweise kann über die Anzeigeeinrichtung signalisiert werden, wenn der Niederhalter in seiner Ausgangslage ist und/oder sich im Bodenkontakt bzw. in der Nulllage befindet und/oder der Niederhalter über seine Ausgangslage nach oben verschoben ist und/oder den maximalen Verstellweg nach oben, beispielsweise durch Anschlagen an einen mechanischen Begrenzungsanschlag, durchgeführt hat. Letzteres kann beispielsweise durch einen geeigneten Kontaktsensor sensiert werden. Gerade dann, wenn der Niederhalter maximal nach oben verschoben ist, können dem im Fahrstand befindlichen Bediener weitere Signale angezeigt werden und/oder ein Eingriff in die Maschinensteuerung, beispielsweise ein Arbeitsstopp, ausgelöst werden.
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Abhängig vom Bodenuntergrundmaterial können die einzelnen Anforderungen und insbesondere auch die optimale Ausgangslage des Niederhalters variieren. Bevorzugt ist daher eine Einstelleinrichtung im Fahrstand der Bodenfräsmaschine vorhanden, die derart ausgebildet ist, dass mit ihr wenigstens eine Einstellung der Ausgangslage des Niederhalters und/oder eine Einstellung der maximalen Niederhaltekraft und/oder ein Umschalten zwischen einem Bodenkontaktmodus, in dem der Niederhalter in den an sich im Stand der Technik bekannter Weise auf dem Bodenuntergrund schleifend geführt wird, und einem erfindungsgemäßen Haltemodus, in dem der Niederhalter mit Abstand zum Bodenuntergrund in der Ausgangslage gehalten wird, möglich ist.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Seitenansicht auf eine Bodenfräsmaschine vom Typ Mittelrotorfräse;
- 2: eine Seitenansicht auf eine Bodenfräsmaschine vom Typ Heckrotorfräse;
- 3: eine Draufsicht auf die Fräseinrichtung entgegen der Fräsrichtung mit in Ausgangslage befindlichem Niederhalter;
- 4: die Draufsicht aus 3 mit den in Ausgangslage befindlichen Niederhalter von unten kontaktierendem Bodenmaterial;
- 5: die Draufsicht aus den 3 und 4 mit durch eine Materialscholle über die Ausgangslage hinaus nach oben verschobenem Niederhalter;
- 6: eine schematische Seitenansicht auf den Niederhalter aus den 3-5;
- 7: ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 8: ein Regelkreis zur Veranschaulichung der Höhenregelung des Niederhalters beim Einwirken externer Kräfte; und
- 9: ein Ablaufdiagramm einer Anpassung der Ausgangslage bei einer Hubsäulenverstellung.
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Gleiche oder funktionsgleiche Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei nicht jedes sich in den Figuren wiederholende Bauteil notwendigerweise jeweils in jeder Figur bezeichnet ist.
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1 zeigt eine Bodenfräsmaschine 1 vom Mittelrotortyp mit einem von Fahreinrichtungen 2 über höhenverstellbare Hubsäulen 3 getragenen Maschinenrahmen 4. Auf dem Maschinenrahmen 4 ist ein Fahrstand 5 angeordnet, von dem aus ein innerhalb des Fahrstandes befindlicher Bediener den Fahr- und/oder Fräsbetrieb der Bodenfräsmaschine 1 steuern kann. Ferner umfasst die Bodenfräsmaschine 1 eine Fräseinrichtung 6 mit einem Fräswalzenkasten 7 und einer innerhalb des Fräswalzenkastens angeordneten Fräswalze 8 (in 1 nur angedeutet) sowie ein Transportförderband 9, mit dem aufgefrästes Fräsgut auf ein Transportfahrzeug verladen werden kann. Im Fräsbetrieb bewegt sich die Bodenfräsmaschine in Hauptarbeitsrichtung A, welche vorliegend die Vorwärtsrichtung der Bodenfräsmaschine 1 ist, über den Bodenuntergrund fort und fräst dabei in einer Frästiefe FT Material aus dem Bodenuntergrund 14 auf. Der Fräswalzenkasten umfasst einen in Hauptarbeitsrichtung A vor der Fräswalze 8 angeordneten Niederhalter 10 (in 1 nur angedeutet), Seitenschilde 11 sowie einen hinteren Abstreifschild 12, die jeweils in vertikaler Richtung höhenverstellbar sind und den Fräswalzenkasten nach vorn, zu den Seiten und nach hinten wenigstens teilweise verschließen, um beispielsweise das Umherfliegen von Fräsgut zu vermeiden und einen kontrollierten Materialtransport innerhalb des Fräswalzenkastens zur gewährleisten.
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2 zeigt eine Bodenfräsmaschine 1 vom Heckrotortyp, wobei hierzu im Wesentlichen auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Bodenfräsmaschine 1 gemäß 1 Bezug genommen wird. Im Unterschied hierzu sind bei der Bodenfräsmaschine 1 gemäß 2 nur die beiden hinteren Fahreinrichtungen 2 über höhenverstellbare Hubsäulen 3 mit dem Maschinenrahmen 4 verbunden. Vorn weist die Bodenfräsmaschine 1 gemäß 2 ein einzelnes Rad oder ein über eine Pendelachse miteinander verbundenes Radpaar auf.
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Die Bodenfräsmaschine 1 gemäß der 1 und 2 umfassen ferner eine Positioniersteuereinheit 13, die die Höhenverstellung des Niederhalters 12, wie nachstehend noch näher erläutert, steuert und regelt.
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Die 3, 4 und 5 sind eine Vorderansicht auf die Fräseinrichtung 6 entgegen der Hauptarbeitsrichtung A. In 3 ist der in Hauptarbeitsrichtung A vom übrigen Fräswalzenkasten 7 vorstehende Niederhalter 10, der vorliegend mit einer vorderen Begrenzungswand 15 verbunden und zusammen mit dieser über zwei Hydraulikzylinder 16 in vertikaler Richtung höhenverstellbar ist, in seiner Ausgangslage. In dieser ist er bezogen auf seine Unterkante 17, die vorliegend durch Gleitkufen gebildet wird, in vertikaler Richtung nach unten zur Oberfläche des Bodenuntergrundes 14 mit dem Abstand A beabstandet. Der Niederhalter 10 ist somit in einer leicht angehobenen Position und damit kontaktfrei gegenüber dem Bodenuntergrund 14. Der Abstand A beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel konkret 10 mm und kann üblicherweise in dem vorstehend angegebenen Werterahmen liegen. Wie in 3 ersichtlich, greifen die in Arbeitsrichtung A hinter dem Niederhalter 10 auf der Fräswalze 8 angeordneten Meißel in den Bodenuntergrund ein. Die angehobene Ausgangslage des Niederhalters 10 wird durch die beiden Hydraulikzylinder 16 aufrechterhalten, deren Ausfahrposition durch die Positioniersteuereinheit 13 gesteuert wird, wie in den 3, 4 und 5 durch die gepunkteten Linien angedeutet.
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Im Fräseinsatz kann es vorkommen, dass durch die sich gegenläufig zu den Fahreinrichtungen drehende Fräswalze Bodenmaterial, insbesondere in Form von Bodenschollen 18, in vertikaler Richtung nach oben gegenüber der übrigen Bodenoberfläche angehoben wird und gegen die Unterkante 17 des in Ausgangslage befindlichen Niederhalters 10 von unten anschlagen. Dieser Zustand ist in 4 angegeben. Hier kann es nun vorgesehen sein, dass die Positioniersteuereinheit 13 derart ausgebildet ist, dass sie eine dieser in vertikaler Richtung nach oben wirkenden, durch das Bodenmaterial bewirkten, Gegenkraft entgegen wirkende, d.h. in vertikaler Richtung nach unten drückende Niederhaltekraft aufbringt und somit den Niederhalter 10 zunächst in der Ausgangslage hält.
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Übersteigt die durch das sich in vertikaler Richtung nach oben anhebende Bodenmaterial erzeugte Gegenkraft allerdings eine festgelegte maximale Niederhaltekraft, ist es vorgesehen, dass der Niederhalter 10 in vertikaler Richtung nach oben ausweicht, wie es in 5 gezeigt ist. Dort ist der Niederhalter gegenüber der Ausgangslage um den zusätzlichen Betrag A+ gegenüber der übrigen Bodenoberfläche des Bodenuntergrundes 14 angehoben. Das Ausmaß, wie weit der Niederhalter 10 über die Ausgangslage hinaus zusätzlich nach oben verschiebbar ist, ist nach oben hin im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen mechanischen Begrenzungsanschlag begrenzt. Es ist ferner vorgesehen, dass die Positioniersteuereinheit 13 nach wie vor die maximale Niederhaltekraft in vertikaler Richtung nach unten über die Hydraulikzylinder 16 auf den Niederhalter 10 aufbringt.
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Sinkt nun die durch das Bodenmaterial in vertikaler Richtung nach oben aufgebrachte Gegenkraft unterhalb die maximale Niederhaltekraft, verfährt der Niederhalter 10 wieder in seine Ausgangslage durch die Positioniersteuereinheit 13 gesteuert zurück und nimmt die in den 3 bzw. 4 eingenommene Ausgangslage wieder ein. Der Niederhalter 10 wird somit in Vertikalrichtung nach unten nur bis zu gegenüber der Bodenoberfläche angehobenen Ausgangslage abgesenkt und nicht bis auf die Bodenoberfläche.
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Die 6 veranschaulicht beispielhaft weitere Einzelheiten zur Positioniersteuereinheit 13 und zeigt dazu auch einige wesentliche Elemente der Bodenfräsmaschine 1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst diese mehrere Sensoren 19, 20 und 21, deren Messsignale an eine Rechnereinheit 23 mit einer geeigneten Steuerungssoftware übermittelt werden. Der Sensor 19 ist ein in die Hubsäule 3 integrierter Wegmesssensor. Ein solcher Wegmesssensor kann in alle vorhandenen Hubsäulen der Bodenfräsmaschine 1 integriert sein. Mithilfe dieser Sensordaten kann die Positioniersteuereinheit 13 somit die Lage des Maschinenrahmens und damit indirekt die Lage des Niederhalters (zumindest teilweise) ermitteln. Der Sensor 20 ist ein Abstandssensor, der zusammen mit dem Niederhalter 10 höhenverstellbar ist. Der Abstandssensor 20 ermittelt somit den Vertikalabstand des Niederhalters 10 zum Bodenuntergrund. Der Sensor 21 ist ein Wegmesssensor innerhalb des Hydraulikzylinders 16, mit dem der Niederhalter 10 in vertikaler Richtung höhenverstellbar ist. Insbesondere mithilfe dieses Sensors kann die Positioniersteuereinheit 13 somit verfolgen, wie weit der Niederhalter 10 ausgehend von einer bekannten Lage nach oben und nach unten verschoben worden ist. Die Rechnereinheit 23 der Positioniersteuereinheit 13 steuert eine Hydraulikversorgung 24, beispielsweise umfassend eine Pumpe, ein Schaltventil oder ähnliches. Mithilfe der Hydraulikversorgung 24 kann beispielsweise die über die Gewichtskraft hinausgehende zusätzliche Niederhaltekraft erzeugt werden. Alternativ ist es auch möglich, durch Einschalten eines Hydraulikventils in eine Sperrstellung bei wachsender Gegenkraft die Niederhaltekraft zu erzeugen. Ferner ist ein Druckbegrenzungsventil 25 vorhanden, welches beispielsweise von der Rechnereinheit 23 der Positioniersteuereinheit 13 gesteuert werden kann oder auch rein mechanisch wirkend ausgebildet sein kann. Über das Druckbegrenzungsventil 25 ist es beispielsweise möglich, die maximale Niederhaltekraft konkret durch die Schaltschwelle des Druckbegrenzungsventils festzulegen. Die 6 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Es können ergänzend oder alternativ beispielsweise auch Drucksensoren innerhalb der Hydraulikversorgung der Hydraulikzylinder 16 und der Hubsäulen 3 oder ähnliche Sensormittel vorhanden sein.
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7 veranschaulicht nun die wesentlichen Verfahrensschritte zur Steuerung der Position des Niederhalters in erfindungsgemäßer Weise. Wesentlich ist zunächst, dass während des Fräsprozesses ein Halten des Niederhalters 10 in der Ausgangslage, beispielsweise wie vorstehend beschrieben, im Schritt 26 erfolgt. In der Ausgangslage ist der Niederhalter gegenüber dem Bodenuntergrund angehoben und somit gegenüber diesem kontaktfrei. Bewegt sich die Bodenfräsmaschine 1 während des Fräsprozesses in Arbeitsrichtung A über den Bodenuntergrund hinweg, schleift der Niederhalter 10 somit nicht über den Boden. Im Schritt 27 erfolgt nun das Beginnen des Fräsprozesses, was vorliegend auch ein Fortsetzen des Fräsprozesses mit umfasst. Dabei wird der Niederhalter nach wie vor gemäß Schritt 26 in seiner angehobenen Ausgangslage gehalten, insbesondere relativ zum Maschinenrahmen. Es kann nun vorkommen, dass während des Fräsprozesses durch die Bewegung der Fräswalze Bodenmaterial von unten aufsteigt und gegen den Niederhalter nach oben mit einer Gegenkraft drückt. Beim in 7 gezeigten Verfahren ist es dann gemäß Schritt 28 vorgesehen, dass der Niederhalter zunächst in seiner Ausgangslage gehalten wird und mit einer Niederhaltekraft, die beispielsweise aufgrund der Gewichtskraft des Niederhalters oder auch durch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders 16 erzeugt wird, beaufschlagt wird, die dieser Gegenkraft entgegenwirkt. Steigt die durch das Bodenmaterial auf den Niederhalter in vertikaler Richtung nach oben wirkende Gegenkraft nun allerdings weiter an, ist beim Überschreiten einer maximalen Niederhaltekraft im Schritt 29 vorgesehen, dass der Niederhalter insoweit freigegeben wird, als dass er nunmehr nach oben durch eine Verschiebung ausweicht. Dies kann beispielsweise das Schalten eines Druckbegrenzungsventils umfassen. Dieser Ausweichvorgang wird üblicherweise in Vertikalrichtung nach oben begrenzt, beispielsweise durch einen mechanischen Begrenzungsanschlag. Lässt die durch das von unten gegen den Niederhalter in vertikaler Richtung nach oben drückende Bodenmaterial bewirkte Gegenkraft so weit nach, dass die maximale Niederhaltekraft wieder unterschritten wird, erfolgt im Schritt 30 schließlich die Rückführung des Niederhalters in Richtung der Ausgangslage. Diese Rückstellbewegung ist in vertikaler Richtung nach unten durch das Erreichen der Ausgangslage des Niederhalters begrenzt. Der Niederhalter wird somit nicht bis auf die normale Bodenoberfläche herabgedrückt, sondern nur bis in die Ausgangslage, in der der Niederhalter mit dem festgelegten Halteabstand A über dem Bodenuntergrund positioniert ist.
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Dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschema vorgelagert kann es ferner vorgesehen sein, dass in dem Schritt 31 der Niederhalter durch weitere Verfahrensmaßnahmen in die Ausgangslage verfahren wird. Dazu kann es beispielweise vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Nulllage, d.h. derjenigen Position, in der der Niederhalter auf der Bodenoberfläche aufsetzt, der Niederhalter im Schritt 31 zunächst auf dem Bodenuntergrund abgesetzt wird, was beispielsweise durch eine Druckschwankung innerhalb der Hydraulikversorgung des Hydraulikzylinders 16 ermittelbar ist, und anschließend um eine definierte Wegstrecke, die beispielsweise mithilfe des Sensors 21 messbar ist, bis in die Ausgangslage angehoben wird. Ergänzend oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass der Vertikalabstand des Niederhalters zum Bodenuntergrund durch den Abstandssensor 20 gemessen und überwacht wird und letztendlich als Zielgröße zur Höhenverstellung des Niederhalters genutzt wird.
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Für die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte kann es jeweils vorgesehen sein, dass eine Korrekturgröße, insbesondere zur Festlegung und Überwachung der Ausgangslage des Niederhalters, in die Steuerung und Regelung der Niederhalterposition gemäß Schritt 32 mit einfließt. Dies kann insbesondere dann relevant werden, wenn die Bodenfräsmaschine 1 einen über Hubsäulen höhenverstellbaren Maschinenrahmen aufweist, da sich durch die Verstellung der Hubsäulen auch die Relativlage des Niederhalters zum Bodenuntergrund ändert. Hier kann es vorgesehen sein, dass die Positioniersteuereinheit 13 Wegmessdaten, die über geeignete Wegmesssensoren der Hubsäulen gewonnen werden, erhält und bei der Steuerung und Regelung der Niederhalterposition mit berücksichtigt. Ergänzend oder alternativ kann hier auch ein Lagesensor der Bodenfräsmaschine verwendet werden, mit dem insbesondere die horizontale Lage des Maschinenrahmens überwacht wird. Konkret kann dies beispielsweise bedeuten, dass bei einer Absenken des Maschinenrahmens über ein Einfahren der Hubsäulen, bei dem auch der indirekt mit dem Maschinenrahmen verbundene Niederhalter mit abgesenkt wird, der Niederhalter um den Korrekturfaktor angehoben wird, um relativ zur Bodenoberfläche in seiner Ausgangslage zu verbleiben bzw. zur Bodenoberfläche auch nach der Höhenverstellung des Maschinenrahmens den gleichen Vertikalabstand aufzuweisen.
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8 verdeutlicht nun insbesondere weitere Einzelheiten zur beispielhaften Ausgestaltung eines Regelkreises insbesondere zu den Verfahrensschritten 28-30. Ausgangspunkt ist gemäß 33 die aktuell eingestellte Höhe des Niederhalters in vertikaler Richtung über der Oberfläche des Bodenuntergrundes. Ausgehend von der aktuellen Position, ermittelt beispielsweise mithilfe von einem der Sensoren 20 oder 21, erfolgt durch die Positioniersteuereinheit 13 eine Prüfung 34, ob die aktuelle Position des Niederhalters von der Ausgangslage A in vertikaler Richtung nach oben hin abweicht (h>0) oder nicht. Liegt eine solche Abweichung vor, verbleibt der Niederhalter in dieser Schwimmstellung, gegebenenfalls unter Aufbringung einer zusätzlichen Niederhaltekraft. Liegt dagegen keine Abweichung vor, bleibt der Niederhalter in der Ausgangslage gemäß 36 gehalten bzw. festgesetzt. Es erfolgt eine Aktualisierung der Positionsbestimmung des Niederhalters bei 37. Die damit bestimmte aktuelle Position ist rückgekoppelt und der vorstehend beschriebene Regelkreis wird erneut durchlaufen. Der in 8 beschriebene Vorgang kann von der Positioniersteuereinheit 13 kontinuierlich oder auch diskontinuierlich, beispielsweise zeitlich getaktet, durchgeführt werden.
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9 verdeutlicht weitere Einzelheiten zur Anpassung der Positionierung des Niederhalters bzw. zur Ermittlung einer Korrekturgröße zur Verstellung des Niederhalters zur Aufrechterhaltung der Ausgangslage bzw. des vertikalen Abstandes der Unterseite des Niederhalters zum Bodenuntergrund bei einer Verstellung der Hubsäulen 3, insbesondere bei einer Bodenfräsmaschine 1, wie in 1 gezeigt. Ausgangspunkt ist hier zunächst eine Messung 38 der Position der Hubsäulen 3, insbesondere zumindest der Hubsäulen 3, die vorne rechts und vorne links die jeweiligen Fahreinrichtungen mit dem Maschinenrahmen verbinden. Diese Messung 38 kann während des Fräs Prozesses oder aber auch zu Beginn des Fräs Prozesses erfolgen. Wird im Schritt 39 von der Positioniersteuereinheit 13 festgestellt, dass eine Änderung der Hubhöhe der Hubsäulen von rechts und/oder vorne links vorliegt, erfolgt im Schritt 40 die Berechnung eines Korrekturfaktors bzw. einer Korrekturgröße zur Verstellung des Niederhalters aufgrund der neuen Höheninformationen. Sind die vorderen Hubsäulen beispielsweise eingefahren worden, stellt der Korrekturfaktor diejenige Korrekturgröße dar, um die der Niederhalter angehoben werden muss, um wieder in seine Ausgangslage bzw. den festgelegten halte Abstand des Niederhalters in vertikaler Richtung nach unten zur Bodenoberfläche einzunehmen. Es erfolgt nunmehr im Schritt 41 das Anheben oder Absenken des Niederhalters aufgrund der ermittelten Korrekturgröße. Wird dagegen keine Änderung der Höhe ermittelt, bleibt der Niederhalter im Schritt 42 in seiner aktuellen Hubposition festgesetzt. Anschließend wird der in 9 beschriebene Regelkreis beginnend mit dem Schritt 38 erneut durchlaufen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der in 9 beschriebene Vorgang kontinuierlich abläuft. Vorzugsweise erfolgt die in 9 gezeigte Anpassung der Höhenverstellung des Niederhalters aufgrund einer Höhenverstellung von Hubsäulen allerdings nur dann, wenn die Hubsäulen betätigt werden. Dieses Verfahren kann entsprechend angewendet werden bei Bodenfräsmaschine, bei denen hintere Hubsäulen in der Höhe verstellt werden und/oder vordere und hintere Hubsäulen in der Höhe verstellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3168367 A1 [0002, 0004, 0006]
- DE 19726122 A1 [0002]
- DE 10726122 A1 [0004]
- DE 19814053 A1 [0006]
