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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mengenmäßig individuell gesteuerten Ausbringen eines Schüttgutes - wie Erdreich, Sand, Schotter, Asphalt, Beton oder dergleichen - nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Mehrzahl von Vorrichtungen bekannt, die eine Gelände-Oberfläche bearbeiten. Ein sogenannter Grader (auch Planierer, Erdhobel oder Straßenhobel genannt) ist auf Rädern angeordnet und weist mindestens ein Planierschild auf, mit dem an bestimmten Stellen störendes Erdreich weggehobelt wird, um es an anderen Stellen ablegen zu können. In der Regel sind solche Grader selbstfahrend.
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In einer Weiterentwicklung dieser Technik gibt es sogenannte Fertiger. Diese Fertiger verteilen ein Gelände-Schüttgut (wie Schotter, Asphalt, Beton und dergleichen) entweder direkt auf den aus Erdreich bestehenden Untergrund oder auf einen schon vorher ausgebrachten Untergrund. Die Fertiger weisen einen Zwischenspeicher für das Schüttgut auf, der von mindestens zwei Seitenwänden und einer - in Arbeitsrichtung betrachtet - hinteren Wand (eine Art Schild oder Rakel) gebildet wird. Meistens ist es auch so, dass von einem im Kriechgang voraus fahrenden Lastwagen das Schüttgut nach und nach in diesen Zwischenspeicher geschüttet wird. Zum Verteilen des Schüttgutes ist vor dem Schild oft auch noch eine parallel verlaufende Verteilerschnecke angeordnet. Der Schraubengang dieser Schnecke ist von der Mitte des Zwischenspeichers zum einen Ende des Zwischenspeichers z.B. rechtsgängig, während das andere Stück der Schnecke linksgängig ist. Durch die entsprechende Drehrichtung der Schnecke wird das Schüttgut gleichmäßig vor dem Schild verteilt. Zusätzlich kann das Schild (bzw. Rakel) auch noch mit einer Rütteleinrichtung versehen sein, damit das Schüttgut besser gleitet und auch schon etwas verdichtet werden kann. Ferner ist das gesamte Schild einstückig höhenverstellbar, um damit die Menge bzw. Schichtstärke des auszubringenden Schüttgutes zu regulieren.
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Fertiger sind in vielfältiger Art aus der Patentliteratur bekannt. So ist z.B. in dem Dokument
DE 145 97 84 A für die Steuerung der Höhenverstellung des Schildes (bzw. Rakels) ein Künstlicher Horizont bzw. ein automatisches Nivelliergerät als geländeunabhängige Orientierungshilfe offenbart. Eine solche Orientierungshilfe ist in mehrfacher Weise elementar, denn Stützräder, Kufen oder Kettenlaufwerke des Fertigers übertragen immer auch einen Teil der vorhandenen Gelände-Unregelmäßigkeiten auf die Oberfläche des Schüttgutes. Ohne Künstlichen Horizont lässt sich ein gerader oder gerader und leicht ansteigender Fahrbahnverlauf kaum mit der erforderlichen Präzision gestalten. In einem anderen Fall ist das Gelände zwar sehr eben, aber der Übergang zu einer Geländesteigung soll mit einem großen Radius versehen werden, wobei dieser Radius möglicherweise mehrere Längen des Fertigers ausmacht. In einem weiteren Fall soll ein Gelände oder eine Fahrbahn mit einer Kurvenüberhöhung geschüttet werden. Hierfür muss der Künstliche Horizont beziehungsweise die Steuerung des Fertigers mit digitalen Gelände-Informationen versorgt werden können.
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Bei den bekannten Maschinen gibt es aber ein wesentliches Problem: Da das ausgebrachte Schüttgut nachträglich gewalzt bzw. verfestigt bzw. verdichtet werden muss, sinkt das Schüttgut an solchen Stellen stärker ein, an denen sich im Untergrund eine Vertiefung befand, zu deren Kompensation ganz punktuell eine überdurchschnittliche Menge des Schüttguts aufgeschüttet werden müsste. Soweit jedoch der bisherige Stand der Technik nur eine einheitliche Schüttmengendosierung über die gesamte Arbeitsbreite der Maschine hinweg ermöglicht, führt dies unweigerlich zu einer welligen Oberfläche des verdichteten Schüttgutes. Will man diese Welligkeit vermeiden, so muss man eine weitere Schicht mit Schüttgut ausbringen, die dann zwar dünner ist, aber nach dem Verdichten wiederum eine Welligkeit aufweist, auch wenn diese Welligkeit nun etwas kleiner ausfällt als beim ersten Mal. Nachteilig ist auch, dass mehrmals hintereinander Schüttgut ausgebracht werden muss.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die genannten Nachteile zumindest reduziert (da die in der Literatur bisher beschriebenen Maschinen mit verschiedenen Namen versehen werden, wird im Nachfolgenden immer nur von der Vorrichtung gesprochen) .
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale - in Kombination mit dem Oberbegriff - des Anspruches 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird nämlich das Schüttgut nicht nur in gesamter Breite der Maschine in der für das gewünschte Niveau der Fertig-Oberfläche erforderlichen Einheitsmenge ausgebracht, sondern kann mit einer quer zur Arbeitsrichtung variablen und individuell unterschiedlichen Überhöhung portioniert werden. Die Überhöhung hängt vom Verdichtungsgrad des Schüttgutes und des Untergrundes ab. Da der Untergrund quer zur Arbeitsrichtung der Vorrichtung wellig sein kann, ist zur Ermöglichung dieses Effekts das Schild (bzw. Rakel oder Wand) in einzelne unabhängig voneinander höhenverschiebliche Segmente unterteilt. Die individuell segmentierte Höhenverstellung wird durch elektrische oder hydraulische Stellmotoren in Verbindung mit einem Künstlichen Horizont, einer digitalen Steuerung und digitalen Gelände-Informationen bewerkstelligt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt B-B durch die erfinderische Vorrichtung;
- 2 einen Schnitt A-A durch die erfinderische Vorrichtung;
- 3 einen Ausschnitt eines Gelände-Profils mit einem Schüttprofil vor und nach dem Verdichten.
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Zunächst soll vorausgeschickt werden, dass Begriffe wie „links“, „rechts“, „oben“ oder „unten“ sich lediglich auf die Darstellung in den Figuren beziehen, aber von der tatsächlichen Anordnung in der Praxis abweichen können. Weiterhin soll darauf hingewiesen werden, dass die Figuren keine reinen technischen Zeichnungen sind, weshalb teilweise Schraffuren und Abbruchlinien fehlen. Auch können die relativen Dimensionen von der Wirklichkeit abweichen. In der Beschreibung nicht erwähnte Bezugszeichen werden durch die Bezugszeichenliste definiert. Die Bezugszeichen haben in allen Figuren die gleiche Bedeutung.
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In der 1 wird die erfinderische Vorrichtung 1 schematisch und im Schnitt gezeigt. Von einer Ladefläche eines Lastwagens 3 wird das Schüttgut 2 in den Zwischenspeicher 7 der Vorrichtung 1 geschüttet. Der Zwischenspeicher 7 wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen von Seitenwänden 5 (eine Seitenwand ist wegen der Schnittdarstellung nicht zu sehen), einer Vorderwand 4 und einer - in Arbeitsrichtung 8 der Vorrichtung 1 betrachtet - hinteren (segmentierten) Wand 6 gebildet. Die hintere Wand 6 hat die Funktion eines Schildes bzw. einer Rakel. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Vorrichtung nicht selbstfahrend, sondern wird durch eine Zugmaschine, Lastwagen, Planierraupe, Traktor oder dergleichen gezogen. Dieses wird durch die Anhängung 11 und das Zugmaul 12 schematisch angedeutet.
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Als Zugvorrichtung kann auch das Dreipunktgestänge eines Traktors konstruktiv vorgesehen werden.
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Man kann in der 1 auch gut erkennen, dass die Vorrichtung 1 durch seitliche Räder 10 (ein Rad ist wiederum wegen der Schnittdarstellung nicht zu sehen) gegenüber dem Gelände abgestützt ist. Alternativ könnten hier auch Kufen oder Kettenlaufwerke angebracht sein. Es wird in der 1 - in Verbindung mit der 2 - deutlich, wie sehr eine Schütthöhen-Steuerung allein über die Räder oder Kufen oder eine funktionell vergleichbare Tragkonstruktion zu einem nachteiligen Schüttprofil 16 führen würde, weil die gesamte Maschine vorhandene Geländeunebenheiten durch entsprechendes Anheben oder Absinken stets nachvollzieht und damit auch die Welligkeit des Untergrundes in gleicher Weise auf das Endprofil der späteren (z. B. Fahrbahn-)Oberfläche übertragen wird.
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In den Darstellungen der 1 bis 3 wird beispielhaft angenommen, dass das Schüttgut 2 beim Verdichten auf die Hälfte seiner Ursprungshöhe zusammen gedrückt wird. Wenn man von einem Geländeprofil 15 ausgeht, so müsste das die Höhe des auszubringenden Schüttgutes 2 (wegen der obigen Annahme) doppelt so hoch sein wie das gewünschte Endprofil 17 nach dem Verdichten.
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Damit die Steuerung der Vorrichtung 1 Daten über das Geländeprofil erlangt, werden gemäß der Erfindung - in Arbeitsrichtung 8 betrachtet - in einem Abstand w1 vor der Wand 4 - also auch vor dem aus dem Zwischenspeicher 7 austretenden Schüttgut 2 - Sensoren 19 a bis 19n angeordnet. Weil die Wand 6 in einzelne Wand-Segmente 18a-18n unterteilt ist und jede Wand-Sektion 18a-18n ihre individuellen Messdaten erhalten soll, gibt es genauso viele Sensoren wie Wand-Segmente. Der zur Detektion der Oberflächenbeschaffenheit des Geländes erforderliche Messstrahl 21 kann als Infrarotlicht, Ultraschall, Laserlicht oder ähnlich ausgestaltet sein. An seiner Stelle kann auch eine mechanische Abtastsensorik vorgesehen werden.
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Da der Messort und der Spalt zwischen der Wand 6 bzw. den Wand-Segmenten 18a-18n und dem Geländeprofil 15 den Abstand (bzw. Vorlauf) w1 aufweisen, müssen die Messdaten der Sensoren solange zwischengespeichert werden, bis sich der Spalt durch Vorrücken der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Arbeitsrichtung über der vormaligen Messstelle befindet. Deshalb müssen die Messdaten digital erfasst werden. Dies hat den Vorteil, dass eine digitale Steuerung wesentlich komplexer als eine analoge Steuerung gestaltet werden kann. Es sind sehr aufwendige Computer-Programme für die Steuerung denkbar.
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2 zeigt die nebeneinander angeordneten Wand-Segmente 18a-18n. Weil eine derartig segmentierte Wand wenig Stabilität aufweist, ist sie vorteilhafterweise über eine Traverse 9, also über eine vorrichtungsbreite Abstützung (siehe 1), abgestützt. An der Traverse 9 können auch die Räder 10 angebracht sein. Auch die Stellmotoren 13 für die Wand-Segmente 18a-18n können an der Traverse angebracht sein. Die Traverse 9 kann auch insgesamt eine Rahmenkonstruktion für die Vorrichtung sein.
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Damit die Wand-Segmente 18a-18n eine sichere Führung haben, sind sie in Führungsleisten 20 geführt.
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In der 2 weist die Oberfläche des Schüttgutes 2 einen gezackten Verlauf auf. Dieser verbildlicht als Momentaufnahme die unterschiedliche Hubhöhe der Wand-Segmente 18a-18n, von denen jede einzelne unabhängig von den anderen sensorgesteuert entsprechend der Welligkeit des Untergrundes durch die Stellmotoren 13 angehoben oder abgesenkt werden kann. Auf diese Weise können die Wand-Segmente 18a-18n entsprechend der Geländebeschaffenheit beim Vorrücken der Vorrichtung 1 in Arbeitsrichtung fortlaufend in ihrer Höhe so variiert werden, dass sie an jeder Stelle auf gesamter Arbeitsbreite der Vorrichtung 1 alle Geländeunebenheiten (z. B. rundliche oder als Rillen verlaufende Erhebungen) nivellieren, indem sie die zu deren Nivellierung jeweils individuell erforderliche Schüttgutmenge punkt- und mengengenau dosiert ausbringen. Die Teilung der Wand-Segmente 18a-18n ist in der 2 zur besseren Veranschaulichung relativ grob gewählt worden, um einen Teilaspekt der Erfindung deutlicher zeigen zu können. In der Praxis kann die Teilung feiner sein.
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Der gezackte Verlauf des Schüttprofils quer zur Arbeitsrichtung 8 stellt technisch kein Problem dar, da nach dem Verdichten des Schüttgutes 2 diese „Zacken“ verschwinden.
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Mit der 3 werden noch einmal die verschiedenen Profile - vor und nach dem Verdichten - verdeutlicht. Auf ein Geländeprofil 15 wird ein Schüttgut 2 mit Überhöhungen ausgebracht. In der beispielhaften Annahme (siehe auch weiter oben im Text), dass das Schüttgut nach dem Verdichten mit einer Walze 14 auf die Hälfte seiner Höhe zusammengedrückt wird, ergibt sich ein Schüttprofil 16, wobei die Steuerung die individuelle Schüttmenge spiegelbildlich zum Geländeprofil 15 dosiert, indem sie unter Zugrundelegung des Endprofils 17 als Spiegelachse an denjenigen Stellen eine Schüttmengenüberhöhung bewirkt, wo das Geländeprofil 15 eine Vertiefung aufweist, und umgekehrt eine Schüttmengenreduzierung veranlasst, wo das Geländeprofil 15 überdurchschnittlich hoch ist. So wird erfindungsgemäß mit dem Schüttgut 2 nicht nur ein „Loch“ eben aufgefüllt, sondern stattdessen noch ein Schüttgutberg „draufgepackt“, welcher anschließend beim Verdichten nicht zu einer erneuten Vertiefung, sondern ebenso wie auch die umliegenden Bereiche auf das erwünschte einheitliche Endprofil-Niveau 17 komprimiert wird.
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Die Stellmotoren 13 können elektrisch, aber auch hydraulisch ausgestaltet sein. Hydraulische Stellmotoren 13 haben den Vorteil, dass bei einer relativ geringen Baugröße trotzdem große Stellkräfte möglich sind. Zusätzlich ist vorteilhaft, dass hydraulische Energie bei Baumaschinen wegen anderer verbauter Komponenten in der Regel ohnehin schon verfügbar ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Schüttgut
- 3
- Ladefläche eines Lastwagens
- 4
- Vorderwand
- 5
- Seitenwand
- 6
- Segmentierte Wand als Schild oder Rakel
- 7
- Zwischenspeicher
- 8
- Arbeitsrichtung
- 9
- Traverse
- 10
- Stützrad
- 11
- Anhängung
- 12
- Zugmaul
- 13
- Stellmotor
- 14
- Verdichtungswalze
- 15
- Geländeprofil
- 16
- Schüttprofil
- 17
- Endprofil
- 18a-18n
- Wand-Segmente
- 19a-19n
- Sensoren
- 20
- Führungsleisten
- 21
- Messstrahl
- w1
- Vorlaufabstand der Sensoren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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