DE102019123466A1

DE102019123466A1 - Arbeitsgerät mit einem Werkzeug zur Erstellung eines Bodenschachts

Info

Publication number: DE102019123466A1
Application number: DE102019123466.2A
Authority: DE
Inventors: Mathias Schneller; Hüseyin Üzüm
Original assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät umfassend ein Werkzeug, insbesondere eine Schlitzwandfräse oder einen Schlitzwandgreifer, zur Erstellung eines Bodenschachts, ein Erfassungssystem, mittels welchem die momentane räumliche Ausrichtung des Werkzeugs, insbesondere innerhalb des Bodenschachts, erfassbar ist, und ein Visualisierungssystem, mittels welchem ein Verlauf der räumlichen Ausrichtung des Werkzeugs in Abhängigkeit eines Parameters auf einer Anzeigeeinheit darstellbar ist. Erfindungsgemäß ist das Visualisierungssystem dazu eingerichtet, einen Verlauf der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs darzustellen, dessen zugrundeliegende Datenpunkte Mittelwerte über Parameterintervalle einer definierten Länge repräsentieren. Das Visualisierungssystem ist erfindungsgemäß ferner dazu eingerichtet, zusätzlich zu dem Verlauf der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs die Verläufe von Extremwerten der innerhalb der Parameterintervalle erfassten Ausrichtung des Werkzeugs darzustellen. Die Erfindung betrifft ferner ein Visualisierungssystem für ein derartiges Arbeitsgerät.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Visualisierungssystem für ein derartiges Arbeitsgerät.
Die Erstellung von Bodenschächten mit Hilfe spezieller Arbeitsgeräte und Werkzeuge ist in zahlreichen Gebieten des Bauwesens sowie zum Erstellen von Probe- bzw. Erkundungsbohrungen und zum Fördern flüssiger oder gasförmiger Stoffe erforderlich. Im Bereich des Bauwesens, genauer gesagt des Tiefbaus, sind hierbei vor allem die Erstellung von Bohrlöchern im Rahmen der Pfahlgründung oder die Erstellung von Bodenschlitzen mittels Schlitzwandfräsen oder -greifern zur Herstellung von Schlitzwänden zu nennen.
In den überwiegenden Fällen sollen vertikale Bodenschächte mit Hilfe eines senkrecht in den Boden getriebenen bzw. abgesenkten Werkzeugs erstellt werden. Dabei ist es für ein zufriedenstellendes Resultat essentiell, dass der Verlauf des Bodenschachts, d.h. beispielsweise der Neigungswinkel des Schachts in Abhängigkeit der Tiefe, nicht zu stark vom Sollverlauf abweicht. Hierfür ist ggf. eine entsprechende Überprüfung des Bodenschachts oder eine während der Erstellung des Schachts erfolgende Überwachung der Ausrichtung des verwendeten Werkzeugs mit Hilfe spezieller Sensoren wie Neigungssensoren oder Gyroskopen erforderlich. Die Gyroskope werden insbesondere dazu verwendet, die Verdrehung des Werkzeugs um dessen Hochachse zu bestimmen (bei einem vertikalen Schlitz um die vertikale Achse). D.h. typischerweise werden einerseits die Abweichungen des Werkzeugs zur Lotrechten mit den Neigungssensoren und andererseits die Verdrehung um die Hochachse mit Gyroskopen bestimmt. Die Messwerte können dem Bediener des das Werkzeug antreibenden Arbeits- bzw. Trägergeräts auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden, sodass er bei einer zu starken Abweichung eingreifen kann.
Bei der Erstellung eines Bodenschlitzes mittels einer Schlitzwandfräse, eines Schlitzwandgreifers oder eines ähnlichen Werkzeugs wird die Überprüfung der Vertikalität des Bodenschlitzes beispielsweise häufig dadurch erschwert, dass während des Betriebs etwa durch das Werkzeug selbst und/oder das Antriebssystem des Trägergeräts oder extern erzeugte Vibrationen oder sonstige, z.B. durch Schock oder Steuerklappenverstellung erzeugte Erschütterungen auftreten, die die Messwerte verfälschen. Dies führt üblicherweise dazu, dass die gemessenen Neigungswerte stark variieren und somit dem Bediener der Arbeitsmaschine eine Interpretation der Güte bzw. Zuverlässigkeit der angezeigten Werte erschwert wird.
Um dieses Problem zu umgehen, ist es beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt, den Neigungsverlauf des Bodenschachts während eines Zurückziehens des Werkzeugs zu messen oder das Werkzeug in regelmäßigen Abständen während der Erstellung des Bodenschachts stillzulegen, um die Neigungsmessungen durchzuführen, während das Werkzeug vertikal nicht bewegt wird. Diese Verfahren sind jedoch zeitaufwendig und zudem nicht geeignet, externe Einflüsse auf die Neigungsmessung zu berücksichtigen bzw. anzuzeigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät mit einem Werkzeug zur Erstellung von Bodenschächten bereitzustellen, mittels welchem eine einfache, effiziente und zuverlässige Überwachung des Verlaufs des Bodenschachts möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach umfasst das Arbeitsgerät ein Werkzeug, insbesondere eine Schlitzwandfräse oder einen Schlitzwandgreifer, zur Erstellung eines Bodenschachts, ein Erfassungssystem, mittels welchem die momentane räumliche Ausrichtung des Werkzeugs, insbesondere innerhalb des Bodenschachts, erfassbar ist, und ein Visualisierungssystem, mittels welchem ein Verlauf der räumlichen Ausrichtung des Werkzeugs in Abhängigkeit eines Parameters auf einer Anzeigeeinheit darstellbar ist. Erfindungsgemäß ist das Visualisierungssystem dazu eingerichtet, einen Verlauf der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs darzustellen, dessen zugrundeliegende Datenpunkte Mittelwerte über Intervalle des Parameters, d.h. Parameterintervalle, einer definierten Länge repräsentieren. Das Visualisierungssystem ist erfindungsgemäß ferner dazu eingerichtet, gleichzeitig - also zusätzlich zu dem Verlauf der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs - Verläufe von Extremwerten der innerhalb der Parameterintervalle erfassten Ausrichtung des Werkzeugs darzustellen.
Bei dem Bodenschacht kann es sich beispielsweise um eine Bohrung mit kreisrundem Querschnitt, oder einen Bodenschlitz mit rechteckigem Querschnitt handeln. Die Erfindung kann selbstverständlich aber auch bei anderen Schachtformen bzw. - geometrien zum Einsatz kommen. Der Begriff „Verläufe von Extremwerten“ ist so zu verstehen, dass es sich um einen oder mehrere Extremwerte bzw. deren Verläufe handeln kann.
Die Erfindung ermöglicht es dem Bediener des Arbeitsgeräts, die durch das Erfassungssystem gemessenen Werte bezüglich der Ausrichtung des Werkzeugs korrekt zu interpretieren und deren Güte bzw. Zuverlässigkeit abzuschätzen. Die gemittelten Werte der Ausrichtung des Werkzeugs lassen alleine keine Rückschlüsse dahingehend zu, ob innerhalb des Parameterintervalls, über das gemittelt wurde, die Messwerte verfälscht bzw. beeinflusst wurden, beispielsweise aufgrund von Vibrationen, externen Erschütterungen, einem Schock oder einer Verstellung von aktiven Elementen bzw. Klappen zur aktiven Ausrichtung des Werkzeugs innerhalb des Bohrschachts.
Daher schlägt die Erfindung vor, zusätzlich zum Verlauf der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs die Verläufe von Extremwerten der innerhalb der Parameterintervalle erfassten Messwerte darzustellen. Die Extremwerte hängen von den auf die Einzelmessungen ausgeübten Einflüssen ab. So lassen sich beispielsweise Vibrationen, die innerhalb eines Parameterintervalls aufgetreten sind, nicht ohne weiteres von dem über besagtem Parameterintervall betrachteten Mittelwert der Werkzeugausrichtung ablesen. Da derartige Vibrationen aber zu einer Spreizung der innerhalb des Parameterintervalls erfassten Werte führen (d.h. diese liegen weiter auseinander), ergibt sich ebenfalls eine Spreizung der entsprechenden Extremwerte dieses Parameterintervalls. So liegen in einem solchen Fall beispielsweise die Minimal- und Maximalwerte der innerhalb des Parameterintervalls erfassten Messwerte weiter auseinander.
Die Darstellung der Verläufe dieser Extremwerte parallel zur Darstellung des mittleren Verlaufs der Ausrichtung erlaubt es also, eine Aussage hinsichtlich der Zuverlässigkeit bzw. Güte der entsprechenden angezeigten Mittelwerte zu treffen. Eine zu große Spreizung der Extremwerte in einem bestimmten Parameterbereich deutet folglich auf das Auftreten von die Messwerte beeinflussenden Faktoren hin, sodass direkt reagiert werden kann, beispielsweise durch aktives Gegensteuern mittels entsprechend vorgesehener Ausrichtungselemente wie z.B. Steuerklappen, oder durch Stilllegen des Werkzeugs. Diese störenden Faktoren lassen sich direkt und auf leicht verständliche Weise von der Anzeige ablesen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass jedes Parameterintervall mindestens zwei Werte der durch das Erfassungssystem erfassten momentanen Ausrichtung des Werkzeugs enthält. Mit mindestens zwei Werten lässt sich, sofern sich diese Werte voneinander unterscheiden, ein Mittelwert berechnen und es existiert sowohl ein Minimal- als auch ein Maximalwert (bzw. es lassen sich Quantile definieren). Zwar ist es prinzipiell vorstellbar, dass ein Parameterintervall nur einen einzigen Messwert umfasst, allerdings fällt dieser dann mit dem Mittelwert sowie dem Extremwert zusammen, sodass sich keine Aussage über die Güte dieses Messwerts treffen lässt. Zur Verbesserung der Genauigkeit ist es allgemein vorteilhaft, wenn jedes Parameterintervall eine Vielzahl von Einzelmesswerten umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei den Mittelwerten um den Durchschnitt oder den Median der durch das Erfassungssystem erfassten Einzelmesswerte der momentanen Ausrichtung des Werkzeugs des jeweiligen Parameterintervalls handelt. Bei Verwendung des Medians als Mittelwert sind die zusätzlich angezeigten Extremwerte in der Regel noch aussagekräftiger, da einzelne, unsymmetrisch in eine bestimmte Ausrichtung ausschlagende Messwerte im Gegensatz zum Durchschnitt keinen Einfluss auf den Median haben. Es können jedoch auch andere Arten von Mittelwert berechnet und angezeigt werden. Idealerweise kann der Bediener über eine entsprechende Eingabeeinheit die Art von angezeigtem Mittelwert einstellen bzw. auswählen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei den Extremwerten um die minimalen und maximalen Werte der durch das Erfassungssystem erfassten momentanen Ausrichtung des Werkzeugs innerhalb der jeweiligen Parameterintervalle handelt. Beim Auftreten störender Faktoren wie z.B. Vibrationen erfolgt eine Spreizung der Einzelmesswerte innerhalb des entsprechenden Parameterintervalls, was wiederum in einer Spreizung der Extremwerte resultiert. Somit lässt sich direkt am Abstand der Extremwerte ablesen, wie zuverlässig die Messungen waren: ein geringerer Abstand indiziert eine zuverlässigere Messung innerhalb des betrachteten Parameterintervalls und eine höhere Güte des berechneten Mittelwerts, während ein größerer Abstand der Extremwerte eine geringere Güte des entsprechenden Mittelwerts anzeigt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei den Extremwerten um Quantile der durch das Erfassungssystem erfassten momentanen Ausrichtung des Werkzeugs innerhalb der jeweiligen Parameterintervalle handelt. Auch diese Quantile, deren Werte vorzugsweise durch den Bediener einstellbar bzw. konfigurierbar sind, variieren mit der Stärke der innerhalb des Parameterintervalls aufgetretenen Erschütterungen bzw. Störungen. Eine größere Spreizung der Quantile steht dabei für eine geringere Güte des entsprechenden Mittelwerts der Werkzeugausrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei dem Parameter um die Zeit oder die Vordringtiefe des Werkzeugs entlang einer insbesondere vertikalen Bewegungsrichtung handelt. D.h. der Verlauf der mittleren Ausrichtung sowie die Verläufe der entsprechenden Extremwerte werden über die Zeit oder die Vortriebposition des Werkzeugs - bei einer vertikalen Bewegungsrichtung also die Tiefe - dargestellt. Bei den Parameterintervallen handelt es sich entsprechend um Zeit- oder Vorschubstreckenintervalle bzw. Tiefenbereiche.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verlauf der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs sowie die Verläufe der Extremwerte durch diskrete Werte und/oder kontinuierliche Verläufe gebildet werden. Die Verläufe stellen insbesondere eindimensionale Verläufe dar, d.h. es ist insbesondere jeweils die Ausrichtung des Werkzeugs entlang einer einzigen Dimension in Abhängigkeit des Parameters dargestellt. Dadurch ergibt sich eine besonders intuitive Darstellungsform. Bei den kontinuierlichen Verläufen kann es sich um Interpolationen diskreter Werte (d.h. Mittel- und Extremwerte) handeln. Alternativ können die diskreten Werte durch einfache Linien verbunden sein. Bei einer Darstellung der diskreten Werte können die Extremwerte als mit dem jeweiligen Mittelwert verbundene „Fehlerbalken“ dargestellt werden, deren Länge dem jeweiligen Abstand zum Mittelwert entspricht.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mittels des Visualisierungssystems Grenzwerte für die Ausrichtung des Werkzeugs definierbar und/oder darstellbar sind, wobei das Visualisierungssystem vorzugsweise eingerichtet ist, einen Vorgang auszulösen, falls die mittlere Ausrichtung des Werkzeugs und/oder ein Extremwert einen der Grenzwerte über- oder unterschreitet. Bei den Grenzwerten kann es sich beispielsweise um minimale und/oder maximale Neigungswinkel handeln, die das Werkzeug aufweisen darf. Die Grenzwerte können dauerhaft, beispielsweise als Linien oder eingefärbte Bereiche, in der Anzeige der Verläufe angezeigt werden, sodass der Bediener des Arbeitsgeräts stets im Blick hat, wie stark die Ausrichtung von dem Sollwert abweicht und sich ggf. kritischen Bereichen nähert. Ebenfalls kann der Bediener so direkt sehen, ob sich ein Extremwert außerhalb der Grenzwerte befindet, und wird so direkt auf starke Einflüsse wie Erschütterungen hingewiesen. Ferner ist es möglich, unterschiedliche Grenzwerte für die Mittelwerte und für die Extremwerte zu definieren. Vorzugsweise sind die Grenzwerte über ein entsprechendes Eingabemittel definierbar. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Grenzwerte auf der Anzeige ein- und ausgeblendet werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Visualisierungssystem eingerichtet ist, auf Grundlage des Abstands der Extremwerte eines Parameterintervalls zueinander und/oder zu dem mittleren Wert der Ausrichtung einen Gütewert zu bestimmen oder zu berechnen, wobei das Visualisierungssystem vorzugsweise ferner eingerichtet ist, einen Vorgang auszulösen, falls der Gütewert einen Gütegrenzwert über- oder unterschreitet. Durch die automatisierte Kontrolle der Güte / Zuverlässigkeit der angezeigten Werte wird die Qualität des durch das Werkzeug erstellten Bodenschachts erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der initiierte Vorgang das Auslösen eines Alarmsignals und/oder eine Änderung der Betriebsparameter des Arbeitsgeräts und/oder des Werkzeugs beinhaltet. Es ist also eine Möglichkeit, dass bei einem Über- oder Unterschreiten eines Grenzwerts ein akustisches und/oder optisches Alarmsignal ausgelöst wird, welches dem Bediener eine starke Abweichung der Werkzeugausrichtung vom Sollwert (z.B. der Vertikalen) und/oder eine zu große Spreizung oder Abweichung der Extremwerte signalisiert. Daraufhin kann der Bediener eingreifen und beispielsweise das Werkzeug mittels entsprechender am Werkzeug vorgesehener Steuerelemente eines Positionierungssystems im Bodenschacht ausrichten oder das Werkzeug stilllegen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Vorgang eine automatische Ansteuerung des Positionierungssystems zur aktiven Ausrichtung des Werkzeugs beinhaltet. Auch eine automatische Anpassung der Betriebsparameter des das Werkzeug mit Energie versorgenden Arbeitsgeräts und/oder des Werkzeugs ist möglich, beispielsweise zur Reduzierung von Vibrationen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Visualisierungssystem ein Eingabemittel aufweist, wobei durch eine entsprechende Eingabe die Art des Mittelwerts und/oder die Art der Extremwerte und/oder die Art des Parameters und/oder die Länge der Parameterintervalle und/oder die Art der Darstellung der Verläufe und/oder die Grenzwerte durch den Bediener des Arbeitsgeräts einstellbar bzw. konfigurierbar sind. Dadurch lässt sich die Anzeige an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen. Beispielsweise ist es vorstellbar, dass die Grenzwerte bei einem Untergrund, bei dem stärkere Vibrationen oder Hindernisse zu erwarten sind, entsprechend großzügiger eingestellt werden. Bei dem Eingabemittel kann es sich um eine Tastatur und/oder ein Touchpad (bei dem es sich gleichzeitig um die Anzeigeeinheit handeln kann) und/oder einen oder mehrere zur Steuerung des Arbeitsgeräts vorgesehene Meisterschalter handeln.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Visualisierungssystem eingerichtet ist, die Verläufe der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs und der entsprechenden Extremwerte entlang zweier unterschiedlicher, insbesondere senkrecht zueinander stehender, Richtungen darzustellen. Beispielsweise können die Neigungsverläufe des Werkzeugs bezüglich zweier orthogonaler horizontaler Richtungen darstellbar sein. Die Verläufe können nebeneinander in separaten Bereichen oder überlagert dargestellt werden. Ferner ist aber auch vorstellbar, dass eine dreidimensionale Darstellung der Neigung des Werkzeugs erfolgt, also die Darstellung eines zweidimensionalen Verlaufs oder einer zweidimensionalen Funktion. Zusätzlich kann auch die Drehung, d.h. der Rotationswinkel des Werkzeugs um die Vertikale mittels des Erfassungssystems messbar und darstellbar sein. Wiederum kann die Darstellung des Verlaufs der Drehung als Funktion des Parameters separat oder überlagert dargestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Visualisierungssystem eingerichtet ist, die Verläufe der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs und der entsprechenden Extremwerte graphisch auf der Anzeigeeinheit darzustellen und zusätzlich Zahlenwerte der mittleren Ausrichtung und/oder der Extremwerte anzuzeigen. Die Zahlenwerte können vorzugsweise durch den Bediener ein- und ausgeblendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mittlere Ausrichtung des Werkzeugs und die Extremwerte als Neigungswinkel darstellbar sind. Die Werte des Neigungswinkels können positiv oder negativ sein, abhängig von der Soll-Richtung der Vorschubbewegung des Werkzeugs. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine vertikale Vorschubbewegung, d.h. eine Erstellung eines vertikalen Bodenschachts, sodass der ideale Neigungswinkel bzw. Sollneigungswinkel des Werkzeugs 0° beträgt. Abweichungen der Ausrichtung des Werkzeugs hiervon entsprechen somit positiven oder negativen Neigungswinkeln, welche sich in den entsprechenden durch das Visualisierungssystem dargestellten Verläufen niederschlagen. Alternativ ist jedoch auch eine nicht-vertikale, beispielsweise eine schräge Vorschubbewegung, vorstellbar, sodass Abweichungen von der Soll-Richtung bzw. vom Soll-Neigungswinkel der Vorschubbewegung sämtlich positiv, sämtlich negativ oder sowohl positiv als auch negativ sein können.
Es kann ein Speicher vorgesehen sein, auf welchen das Visualisierungsmittel zugreifen kann. In dem Speicher können die für die Visualisierung benötigten Daten, beispielsweise die Einzelmessungen, die daraus berechneten Mittelwerte und Extremwerte und weitere Daten abgelegt sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Visualisierungssystem für ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Arbeitsgerät, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Die obigen Ausführungen hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Visualisierungssystems gelten daher entsprechend.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

1: das als Schlitzwandgreifer ausgebildete Werkzeug des erfindungsgemä-ßen Arbeitsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel bei der Erstellung eines Bodenschachts in einer perspektivischen Ansicht;
2: eine Darstellung der Mittelwerte der Ausrichtung des Werkzeugs und der entsprechenden Extremwerte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
3: eine Darstellung der Mittelwerte der Ausrichtung des Werkzeugs und der entsprechenden Extremwerte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 10 des erfindungsgemäßen Arbeitsgeräts dargestellt, wobei es sich bei dem Werkzeug 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Schlitzwandgreifer mit einer am unteren Ende angeordneten Grabschaufel zum Aushub von Bodenmaterial handelt. Alternativ kann es sich um eine Schlitzwandfräse oder ein anderes Werkzeug (z.B. ein Bohrwerkzeug) handeln, mittels welchem ein Bodenschacht erstellbar ist. Bei dem Arbeitsgerät (hier nicht dargestellt) handelt es sich in diesem Fall um ein Trägergerät, welches den Schlitzwandgreifer 10 mit Energie versorgt, trägt und vertikal bewegt.
Durch wiederholtes Absenken des Schlitzwandgreifers 10 in den Boden und Betätigung der Grabschaufel wird ein quaderförmiger, vertikaler Bodenschlitz erstellt. Bei Verwendung einer Schlitzwandfräse erfolgt hingegen ein kontinuierlicher Abtrag des Bodenmaterials am unteren Ende des Bodenschlitzes mittels mehrerer Fräsräder. Die Qualität bzw. Dichtheit der finalen Schlitzwand hängt entscheidend davon ab, dass die einzelnen mit Beton zu befüllenden Bodenschlitze zueinander korrekt ausgerichtet, d.h. insbesondere vertikal sind. Hierzu weist der Schlitzwandgreifer 10 ein Erfassungssystem mit einer Reihe von Sensoren auf, mittels welchen sich dessen räumliche Ausrichtung innerhalb des Bodenschlitzes erfassen lässt. Hierzu werden die Neigungswinkel X1 und Y1 des Schlitzwandgreifers 10 um die senkrecht zueinander stehenden horizontalen Achsen X und Y gemessen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Drehung Z1 des Schlitzwandgreifers 10 um die vertikale Achse Z zu messen und ggf. auch in Abhängigkeit von der Tiefe anzuzeigen. Der Schlitzwandgreifer 10 weist ferner an den Außenseiten eine Reihe von aktiv betätigbaren Steuerklappen (nicht dargestellt) auf, mittels welchen die Ausrichtung des Schlitzwandgreifers 10 innerhalb des Bodenschlitzes verändert werden kann, insbesondere zum Ausgleichen bei einer Abweichung von der Vertikalen. Bei den Sensoren kann es sich um Neigungssensoren bzw. Inklinometer, Gyroskopsensoren und/oder Beschleunigungssensoren handeln.
Das erfindungsgemäße Arbeitsgerät weist ein Visualisierungssystem auf, an welches die gemessenen Neigungswerte des Schlitzwandgreifers 10 übermittelt werden. Der Verlauf der Ausrichtung des Schlitzwandgreifers 10 über die Zeit oder Tiefe gibt dabei Aufschluss über den entsprechenden Neigungsverlauf des Bodenschlitzes über die Tiefe. Das Visualisierungssystem umfasst eine Anzeigeeinheit (bei der es sich z.B. um ein Touchpad handeln kann), über welche dem Bediener des Arbeitsgeräts der Neigungsverlauf des Schlitzwandgreifers 10 in Abhängigkeit der Tiefe darstellbar ist. Dabei werden dem Bediener die Mittelwerte der räumlichen Ausrichtung des Schlitzwandgreifers 10 innerhalb des Bodenschlitzes über Tiefenbereiche bzw. -intervalle einer bestimmten Länge dargestellt.
Anhand der angezeigten Mittelwerte ist es dem Bediener möglich, den Neigungsverlauf des Schlitzwandgreifers 10 und somit die Vertikalität des Bodenschlitzes zu überwachen und ggf. durch entsprechende Ansteuerung der Steuerklappen zu korrigieren. Während der Messung der Neigungswerte können jedoch Faktoren wie Vibrationen, Schock oder andere externe Einflüsse, beispielsweise das Auftreffen des Schlitzwandgreifers 10 auf ein Hindernis, auftreten, die die Messung stören und die Messwerte verfälschen. Diese störenden Faktoren schlagen sich jedoch nicht zwangsläufig in den angezeigten Mittelwerten nieder, beispielsweise bei in beide Neigungsrichtungen gleichermaßen ausschlagenden Vibrationen. Die Anzeige der Mittelwerte der Ausrichtung bzw. Neigung des Schlitzwandgreifers 10 alleine lassen also keinen Rückschluss auf die Güte bzw. Zuverlässigkeit der zugrundeliegenden Messungen zu. Auch eine Anzeige der Einzelmesswerte ohne Mittelwertbildung ist nicht zielführend, da durch zwangsläufig auftretende Schwankungen dieser Messwerte eine ausgedehnte und unübersichtliche Datenwolke angezeigt würde, die dem Bediener eine Interpretation und Überwachung erschwerte.
Erfindungsgemäß werden daher zusätzlich zu den Mittelwerten der Ausrichtung bzw. zum mittleren Neigungsverlauf auch die Verläufe der innerhalb der Tiefenintervalle auftretenden Extremwerte der zugrundeliegenden Messwerte angezeigt. Bei den Extremwerten kann es sich um die Minimal- und Maximalwerte oder um bestimmte Quantile handeln.
Im Falle einer diskreten Darstellung der Datenpunkte, d.h. der Mittelwerte 14 und der zugehörigen Extremwerte 20, 22, bezeichnet der Begriff „Verlauf“ die Gesamtheit der Mittelwerte 14 bzw. Extremwerte 20, 22 in Abhängigkeit des Parameters (vorliegend also der Tiefe).
In der 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anzeige des mittleren Neigungsverlaufs 12 und der Verläufe der entsprechenden Extremwerte entlang einer Neigungsrichtung über die Tiefe gezeigt. Eine Anzeige des Neigungsverlaufs entlang der anderen Neigungsrichtung kann daneben in einem separaten Bereich oder überlagert erfolgen. Anstelle des Parameters „Tiefe“ kann auch eine Anzeige der Verläufe über die Zeit erfolgen. Die Tiefe des Schlitzwandgreifers kann beispielsweise über eine Bestimmung der Länge des abgespulten Tragseils erfolgen. Die in der Anzeige mittig dargestellt schwarze Linie bezeichnet eine vertikale Ausrichtung des Schlitzwandgreifers 10, d.h. einen Neigungswinkel von 0°, während Werte rechts bzw. links von der Linie eine positive bzw. negative Neigung darstellen.
Die mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichneten schwarzen Kästen stellen über Tiefenintervalle 16 einer bestimmten Länge (z.B. 10 cm) berechnete Mittelwerte der Neigung des Schlitzwandgreifers 10 dar. Bei den Mittelwerten 14 kann es sich um den Durchschnitt oder den Median der einzelnen Messwerte innerhalb der Tiefenintervalle 16 handeln. Zu jedem Mittelwert 14 werden als Extremwerte die minimalen und maximalen Neigungswerte 20, 22 des entsprechenden Tiefenintervalls 16 angezeigt. Die Extremwerte 20, 22 sind in diesem Ausführungsbeispiel als mit dem Mittelwertsymbol 14 verbundene horizontale Balken dargestellt, deren Länge den jeweiligen Abstand zum berechneten Mittelwert 14 repräsentiert. Es sind jedoch selbstverständlich beliebige andere Darstellungs- bzw. Visualisierungsformen denkbar, die eine gleichzeitige Anzeige der Mittelwerte 14 und der entsprechenden Extremwerten 20, 22 ermöglichen.
Anhand von drei exemplarisch ausgewählten Datenpunkten 1, 2, 3 wird nun der Einfluss von störenden Faktoren auf die gewählte Darstellungsform verdeutlicht. Datenpunkt 1 weist einen zu positiven Neigungswerten verschobenen Mittelwert 14 auf. Die mittlere Ausrichtung des Schlitzwandgreifers 10 innerhalb dieses Tiefenintervalls war also nicht vollständig vertikal. Ferner weist der Datenpunkt 1 einen Minimalwert 20 mit relativ großem Abstand zum Mittelwert 14 auf, während sich der Maximalwert 22 näher am Mittelwert 14 befindet. Der relativ große Abstand der beiden Extrempunkte 20, 22 zueinander deutet auf stärkere störende Einflüsse wie beispielsweise Vibrationen und somit auf eine geringere Güte des zugehörigen Mittelwerts 14 hin.
Dagegen liegt der Mittelwert 14 des Datenpunkts 2 auf der mittleren, eine vertikale Ausrichtung repräsentierenden Linie und weist zudem Extremwerte 20, 22 mit geringerem Abstand zueinander auf. Dies impliziert eine geringere Spreizung der zugrundeliegenden Einzelmesswerte innerhalb des betrachteten Tiefenbereichs 16 und somit eine höhere Güte / Zuverlässigkeit des Mittelwerts 14.
Zusätzlich werden als vertikale gestrichelte Linien 30 Neigungswinkel von +0.5° und -0.5° angezeigt. Diese können beispielsweise als Grenzwerte für die Mittelwerte 14 und/oder die Extremwerte 20, 22 dienen. Vorzugsweise kann der Bediener die Grenzwerte 30 mittels eines entsprechenden Eingabemittels selbst festlegen. Bei einem Überschreiten eines dieser Grenzwerte 30 durch den Mittelwert 14 und/oder einen der Extremwerte 20, 22 kann das Auslösen eines Alarmsignals und/oder das automatische Abschalten des Schlitzwandgreifers 10 und/oder eine entsprechende Ansteuerung der Steuerklappen zum Gegenausrichten vorgesehen sein. Ebenfalls ist möglich, dass die Grenzwerte 30 dem Bediener lediglich angezeigt werden (ohne das automatische Auslösen eines Vorgangs bei einem Über- oder Unterschreiten), sodass dieser ggf. manuell eingreifen oder den Schlitzwandgreifer 10 entsprechend ausrichten kann.
Der Mittelwert 14 des Datenpunkts 3 liegt außerhalb des 0.5°-Neigungswinkelgrenzwerts 30. Die Extremwerte 20, 22 weisen einen großen Abstand zueinander auf. All dies deutet darauf hin, dass es während der Messungen innerhalb des betrachteten Tiefenintervalls 16 zu störenden Einflüssen gekommen ist, die eine Spreizung der Einzelmesswerte bewirkt haben. Der entsprechende Mittelwert 14, welcher einen Ausreißer aus dem Gesamtverlauf 12 der Mittelwerte 14 darstellt, weist daher eine geringe Güte und somit für sich genommen eine geringe Aussagekraft hinsichtlich der tatsächlichen Ausrichtung des Schlitzwandgreifers 10 in dem entsprechenden Tiefenbereich 16 auf.
In der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anzeige der Verläufe 12, 21, 23 der mittleren Neigung und der Extremwerte über die Tiefe gezeigt. Im Gegensatz zur 2 werden hier kontinuierliche Verläufe 12, 21, 23 gezeigt, wobei die einzelnen Mittel- bzw. Extremwerte 14, 20, 22 durch gerade Liniensegmente verbunden aber selbst nicht dargestellt sind. Wiederum sind beliebige andere Visualisierungsformen möglich, beispielsweise unter Verwendung unterschiedlicher Symbole, Linienformen, Farben oder schattierter / eingefärbter Bereiche. Auch bei der vorliegenden Darstellungsform ist die Güte der gemessenen Mittelwerte 12 durch den Abstand der Extremwertverläufe 21, 23 zueinander kodiert.
Die erfindungsgemäße Anzeige ermöglicht dem Bediener des Arbeitsgeräts ein einfaches und intuitives Abschätzen der Güte / Zuverlässigkeit der gemessenen Werte und somit eine sichere, effiziente und einfache Überwachung der Ausrichtung bzw. Vertikalität des Schlitzwandgreifers 10 (bzw. eine beliebigen Werkzeugs) während der Erstellung des Bodenschachts. Für die Neigungsmessungen muss daher nicht mehr das Werkzeug 10 stillgelegt oder eigens zurückgezogen werden, sodass die Erstellung des Bodenschachts wesentlich schneller erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Datenpunkt
2: Datenpunkt
3: Datenpunkt
10: Werkzeug / Schlitzwandfräse
12: Verlauf der mittleren Ausrichtung
14: Mittelwert der Ausrichtung
16: Parameterintervall
20: Extremwert (Minimum)
21: Extremwertverlauf (Minimum)
22: Extremwert (Maximum)
23: Extremwertverlauf (Maximum)
30: Grenzwert

Claims

Arbeitsgerät mit einem Werkzeug (10), insbesondere einer Schlitzwandfräse oder einem Schlitzwandgreifer, zur Erstellung eines Bodenschachts, einem Erfassungssystem, mittels welchem die momentane räumliche Ausrichtung des Werkzeugs (10) erfassbar ist, und einem Visualisierungssystem, mittels welchem ein Verlauf (12) der Ausrichtung des Werkzeugs (10) in Abhängigkeit eines Parameters auf einer Anzeigeeinheit darstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Visualisierungssystem eingerichtet ist, einen Verlauf (12) der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs (10) darzustellen, dessen zugrundeliegende Datenpunkte (14) Mittelwerte über Intervalle (16) des Parameters einer definierten Länge repräsentieren, wobei das Visualisierungssystem ferner eingerichtet ist, gleichzeitig Verläufe von Extremwerten (20, 22) der innerhalb der Parameterintervalle (16) erfassten Ausrichtung des Werkzeugs (10) darzustellen.
Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Parameterintervall (16) mindestens zwei Werte der durch das Erfassungssystem erfassten momentanen Ausrichtung des Werkzeugs (10) enthält.
Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mittelwerten (14) um den Durchschnitt oder den Median der Werte der durch das Erfassungssystem erfassten momentanen Ausrichtung des Werkzeugs (10) des jeweiligen Parameterintervalls (16) handelt.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Extremwerten (20, 22) um die minimalen und maximalen Werte der durch das Erfassungssystem erfassten momentanen Ausrichtung des Werkzeugs (10) innerhalb der jeweiligen Parameterintervalle (16) handelt.
Arbeitsgerät nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Extremwerten (20, 22) um Quantile der durch das Erfassungssystem erfassten momentanen Ausrichtung des Werkzeugs (10) innerhalb der jeweiligen Parameterintervalle (16) handelt.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Parameter um die Zeit oder die Vordringtiefe des Werkzeugs (10) entlang einer insbesondere vertikalen Bewegungsrichtung handelt.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf (12) der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs (10) sowie die Verläufe (21, 23) der Extremwerte (20, 22) durch diskrete Werte und/oder kontinuierliche Verläufe gebildet sind und insbesondere eindimensionale Verläufe darstellen.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Visualisierungssystems Grenzwerte (30) für die Ausrichtung des Werkzeugs definierbar und/oder darstellbar sind, wobei das Visualisierungssystem vorzugsweise eingerichtet ist, einen Vorgang auszulösen, falls die mittlere Ausrichtung des Werkzeugs (10) und/oder ein Extremwert (20, 22) einen der Grenzwerte (30) über- oder unterschreitet.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Visualisierungssystem eingerichtet ist, auf Grundlage des Abstands der Extremwerte (20, 22) eines Parameterintervalls (16) zueinander und/oder zu dem Mittelwert (14) der Ausrichtung einen Gütewert zu bestimmen, wobei das Visualisierungssystem vorzugsweise ferner eingerichtet ist, einen Vorgang auszulösen, falls der Gütewert einen Gütegrenzwert über- oder unterschreitet.
Arbeitsgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang das Auslösen eines Alarmsignals und/oder eine Änderung der Betriebsparameter des Arbeitsgeräts beinhaltet und/oder dass das Werkzeug (10) ein Positionierungssystem zur aktiven räumlichen Ausrichtung innerhalb des Bodenschachts aufweist, wobei der Vorgang eine Ansteuerung des Positionierungssystems zur Ausrichtung des Werkzeugs (10) beinhaltet.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Visualisierungssystem ein Eingabemittel aufweist, wobei durch eine entsprechende Eingabe die Art des Mittelwerts (14) und/oder die Art der Extremwerte (20, 22) und/oder die Art des Parameters und/oder die Länge der Parameterintervalle (16) und/oder die Art der Darstellung der Verläufe (12, 21, 23) durch den Bediener des Arbeitsgeräts einstellbar sind.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Visualisierungssystem eingerichtet ist, die Verläufe (12, 21, 23) der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs (10) und der entsprechenden Extremwerte (20, 22) entlang zweier unterschiedlicher, insbesondere senkrecht zueinander stehender, Richtungen darzustellen, wobei die Darstellung vorzugsweise nebeneinander oder überlagert erfolgt.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Visualisierungssystem eingerichtet ist, die Verläufe (12, 21, 23) der mittleren Ausrichtung des Werkzeugs (10) und der entsprechenden Extremwerte (20, 22) graphisch auf der Anzeigeeinheit darzustellen und zusätzlich Zahlenwerte der mittleren Ausrichtung (14) und/oder der Extremwerte (20, 22) anzuzeigen.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Ausrichtung (14) des Werkzeugs (10) und die Extremwerte (20, 22) als Neigungswinkel darstellbar sind.
Visualisierungssystem für ein Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche.