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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Hublage eines über Hubeinrichtungen mit Fahreinrichtungen verbundenen Maschinenrahmens einer Bodenfräsmaschine sowie eine Bodenfräsmaschine, insbesondere zum Durchfuhren des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gattungsgemäße Bodenfräsmaschinen sind beispielsweise aus der
DE102006062129A1 ,
DE102005044211A1 ,
EP1855899B1 , der
EP2722441B1 und
DE 102014019168A1 bekannt. Derartige Bodenfräsmaschinen werden zum Auffräsen des Bodenuntergrundes, beispielsweise zum Abfräsen von Straßendecken und/oder für Stabilisierungs- und/oder Recycling-Maßnahmen des Bodenuntergrundes, verwendet und weisen dazu eine Bodenfräseinrichtung mit einer Fräswalze auf, die mit ihrer Rotationsachse in der Regel quer zur Arbeitseinrichtung horizontal gelagert ist und im rotierenden Arbeitsbetrieb über entsprechende auf der Außenmantelfläche der Fräswalze angeordnete Arbeitswerkzeuge den Bodenuntergrund auffräst. Neben der Bodenfräseinrichtung umfasst eine solche Bodenfräsmaschine femer einen Maschinenrahmen, der die wesentliche Tragstruktur der Bodenfräsmaschine darstellt. Ferner sind am Maschinenrahmen üblicherweise ein Paar vordere Fahreinrichtungen und ein Paar hintere Fahreinrichtungen angeordnet, wobei unter Fahreinrichtungen vorliegend sowohl Räder als auch Kettenlaufwerke verstanden werden. Ein einzelnes Paar der Fahreinrichtungen kann allerdings grundsätzlich auch durch eine einzelne Fahreinrichtung in bekannter Weise ersetzt werden.
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Um verschiedene Höhenpositionierungen des Maschinenrahmens gegenüber dem Bodenuntergrund zu ermöglichen, ist wenigstens ein Paar der vorderen und/oder hinteren Fahreinrichtungen über in Vertikalrichtung verstellbare Hubeinrichtungen, umfassend üblicherweise einen Aktor, wie beispielsweise eine hydraulisch angetriebene Zylinder-Kolben-Einheit, mit dem Maschinenrahmen verbunden. Die Hubeinrichtungen sind funktional in der Weise ausgebildet, dass sie den Abstand zwischen dem Maschinenrahmen und der Fahreinrichtung, insbesondere zumindest anteilig in Vertikalrichtung, variieren können, um eine Hubverstellung in Vertikalrichtung des Maschinenrahmens gegenüber dem Bodenuntergrund zu bewirken. Eine solche Hubverstellung kann beispielsweise zu Beginn eines Fräsprozesses durch Absenken der Bodenfräsmaschine bis hin zu einer gewünschten Frästiefe und/oder zur Ausrichtung des Maschinenrahmens, beispielsweise beim Überfahren von Hindernissen, und/oder zum Anheben der Fräseinrichtung über den Bodenuntergrund bei Transportfahrt genutzt werden. Diese Hubeinrichtungen können als sogenannten Hubsäulen linear verstellbar ausgebildet sein. Femer umfassen gattungsgemäße Bodenfräsmaschinen eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Hubverstellung der Hubeinrichtungen durch die jeweiligen Aktoren ausgebildet ist. Eine Hauptaufgabe der Steuereinrichtung kann darin liegen, eine zueinander koordinierte Verstellung der Stellglieder bzw. Hubeinrichtungen zu ermöglichen, um einerseits die Höhenverstellung der Baumaschine an sich und andererseits die Lage des Maschinenrahmens üblicherweise gegenüber dem Bodenuntergrund regulieren zu können.
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Insbesondere dann, wenn sämtliche der vorhandenen Fahreinrichtungen höhenverstellbar gegenüber dem Maschinenrahmen sind, stellt die Steuerung der einzelnen Hubeinrichtungen eine beträchtliche Herausforderung an den Bediener dar, der gleichzeitig die übrigen Funktionen der Bodenfräsmaschine, wie beispielsweise den Fräsprozess an sich und den Verladevorgang des Fräsgutes sowie das Umfeld der Maschine, beobachten muss.
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Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, den Bediener einer Bodenfräsmaschine zu entlasten und den Bedienkomfort der Bodenfräsmaschine zu erhöhen.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Baumaschine sowie einem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Hublage eines über Hubeinrichtungen mit Fahreinrichtungen verbundenen Maschinenrahmens einer Bodenfräsmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ein Erfassen und Überwachen einer Ist-Längsneigung des Maschinenrahmens gegenüber einer Lotrichtung mit wenigstens einem Längsneigungssensor und Übermitteln der Ist-Längsneigung des Maschinenrahmens an eine Steuereinheit. Wesentlich ist somit, dass der direkte oder indirekte Bezug der Ermittlung der Längsneigung auf die Lotrichtung, d.h. insbesondere die örtliche Richtung der Schwerebeschleunigung, bezogen ist und somit nicht auf eine lokale durch den jeweiligen Bodenuntergrund bestimmte Referenzfläche. Erfindungsgemäß erfolgt die Ermittlung der Längsneigung der Bodenfräsmaschine somit unabhängig von den örtlichen Gegebenheiten, in denen sich die Bodenfräsmaschine gerade befindet, und insbesondere auch nicht durch eine Erfassung der Lage einer Bodenebene, auf der die Bodenfräsmaschine aktuell aufsteht. Die Längsneigung bezeichnet dabei die Neigung des Maschinenrahmens gegenüber dieser Lotrichtung in einer virtuellen Referenzebene, die durch die Lotrichtung und die Längserstreckung bzw. die Vorwärtsfahrrichtung der Bodenfräsmaschine definiert ist.
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Ferner ist erfindungsgemäß das Definieren einer Soll-Längsneigung des Maschinenrahmens vorgesehen. Dies kann manuell erfolgen oder auch durch eine Steuereinheit unterstützt, beispielsweise derart, dass bei Inbetriebnahme der Bodenfräsmaschine und/oder in bestimmten Betriebssituationen eine oder mehrere vordefinierte Längsneigungslagen des Maschinenrahmens von der Steuereinheit gesteuert angefahren werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Bediener der Bodenfräsmaschine eine gewünschte Lage des Maschinenrahmens, zumindest in Bezug auf dessen Längsneigung, einstellt und anschließend diese Längsneigungslage per manuellen Steuerbefehl, beispielsweise per Betätigung eines Bedienelementes, individuell als Soll-Längsneigung definiert.
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Dann, wenn die Ist-Längsneigung von der Soll-Längsneigung abweicht, ist erfindungsgemäß ein geregeltes Nachfuhren der Hublage hinterer oder vorderer Hubeinrichtungen durch eine Steuereinheit vorgesehen. Dies kann insbesondere im laufenden Fahrbetrieb der Bodenfräsmaschine erfolgen. Die Regelung erfolgt derart, dass die Ist-Längsneigung der Soll-Längsneigung des Maschinenrahmens angenähert wird, idealerweise bis die Ist-Längsneigung der Soll-Längsneigung entspricht. Dies setzt einen entsprechenden Regelkreis voraus, dessen Regelgröße die mithilfe der Längsneigungssensors ermittelte Ist-Längsneigung und dessen Steuergröße eine Huberstellung der Hubeinrichtungen vorderer und/oder hintere Fahreinrichtungen und dessen Stellglied beispielsweise ein Schaltventil einer Hydraulikversorgung der Hubeinrichtung etc. sein kann. Bevorzugt erfolgt das geregelte Nachführen automatisch und selbsttätig von der Steuereinheit gesteuert. Es kann auch ein semiautomatischer Betriebsmodus vorgesehen sein, bei dem die Steuereinheit dem Fahrer zunächst signalisiert, dass eine „Nachregelung“ erforderlich wäre, wenn die Soll-Längsneigung aufrecht erhalten werden soll, diese aber erst dann durchgeführt wird, wenn der Bediener, insbesondere per manuellem Steuerbefehl, die Nachregelung startet.
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Der Schritt c) kann vorzugsweise grenzwertabhängig erfolgen. Dies bedeutet, dass nicht jede kleinste Abweichung zwischen dem Ist-Längsneigungswert und dem Soll-Längsneigungswert eine Anpassung der Hubverstellung bzw. eine Durchführung einer Hubverstellung initiiert. Vorzugsweise kann ein geregeltes Nachführen erst beim Überschreiten eines Differenzgrenzwertes zwischen der Soll-Längsneigung und der Ist-Längsneigung gestartet werden. Der Differenzgrenzwert kann manuell vorgegeben oder in der Steuereinheit, beispielsweise ab Werk, fix vorgegeben sein. Ergänzend oder alternativ kann das geregelte Nachführen zeitabhängig erst nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls erfolgen. Auch die Länge des Zeitintervalls kann manuell vorgegeben oder in der Steuereinheit, beispielsweise ab Werk, fix definiert sein.
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Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Zeitintervall von der Steuereinheit dynamisch angepasst wird, derart, dass die Länge des Zeitintervalls bei steigenden Differenzgrenzwerten sinkt und umgekehrt. Je eklatanter die Abweichung zwischen der Ist-Längsneigung und der Soll-Längsneigung somit ist, desto kürzer soll das Zeitintervall sein. Hier können für die Zeit und/oder die Differenz zwischen Ist- und Soll-Längsneigung zur dynamischen Anpassung zudem weitere Grenzwerte definiert werden, bei deren Über- und/oder Unterschreiten beispielsweise gar kein Zeitglied und/oder gar kein Differenzglied mehr zwischen Ist-Längsneigung und Soll-Längsneigung mehr vorgesehen ist.
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Es kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die aktuell ermittelte Längsneigung des Maschinenrahmens dem Fahrer angezeigt wird und/oder von der Steuereinheit genutzt wird, um festzustellen, ob die Maschine gerade auf einem horizontal verlaufendem Untergrund, bergauf oder bergab fahrt. Letzteres kann beispielsweise auch in Kombination mit einem Abgleich der Längsneigung des Maschinenrahmens zum Verlauf des Bodenuntergrundes in Vorwärtsrichtung der Maschine erfolgen. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Änderung der aktuell ermittelten Längsneigung des Maschinenrahmens und/oder eine aktuelle Differenz zu einer festgelegten Längsneigung angezeigt und/oder von der Steuereinheit zur Einstellung einer oder mehrerer Hublagen der Hubeinrichtungen genutzt wird. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, um das Einfahren in eine Steigung oder in ein Gefälle und/oder das Überfahren einer Fräskante zu detektieren.
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Weiter ergänzend oder alternativ ist es bevorzugt, wenn wenigstens ein Längsneigungsgrenzwert definiert ist, der eine maximale/minimale Längsneigung des Maschinenrahmens in Vorwärtsrichtung definiert und begrenzt. Dies kann beispielsweise dann hilfreich sein, wenn die Maschine in einem Gefälle oder einer Steigung in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Je größer der Winkel des Gefälles/der Steigung gegenüber einer virtuellen Horizontalen zur Lotrichtung ist, desto größer müssen die Unterschiede der Stellpositionen der vorderen und/oder hinteren Hubeinrichtungen sein, um die Ist-Längsneigung des Maschinenrahmens aufrecht zu erhalten. Um jedoch auch in Extremlagen der Maschine immer noch eine Stellwegreserve zur Verfügung zu haben, ist es vorteilhaft, wenn die Steuerung das weitere Nachführen der vorderen und/oder hinteren Hubeinrichtungen in Abhängigkeit von der Ist-Längsneigung bei Erreichen bestimmter maximaler/minimaler Längsneigungslagen des Maschinenrahmens unterbindet.
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Im Betrieb gattungsgemäßer Bodenfräsmaschinen ist es bekannt, dass sogenannten Nivelliereinrichtungen verwendet werden, über die eine Regelung der aktuellen Frästiefe erfolgt. Dazu kann beispielsweise auf Stellwegsensoren, insbesondere an einem oder mehreren Seitenschilden, und/oder beispielsweise kontaktlosen Abstandssensoren, wie beispielsweise Ultraschall- oder Lasersensoren und/oder eine oder mehrere Kameras zur optischen Abstandsbestimmung, zurückgegriffen werden, mit denen die aktuelle Frästiefe, beispielsweise über eine Ermittlung der Relativhublage des oder der Seitenschilde relativ zum Maschinenrahmen, bestimmbar und überwachbar ist. Es ist nun bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung der Hublage wenigstens einer Hubeinrichtung in Abhängigkeit von der Längsneigung des Maschinenrahmens in Vorwärtsrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einem Steuer- oder Regeleingriff dieses Verfahrens eine solche Nivellierregelung außer Kraft gesetzt wird. Wenn eine geregeltes Nachführen der Hublage hinterer oder vorderer Hubeinrichtungen durch die Steuereinheit zur Anpassung der Ist-Längsneigung an die Soll-Längsneigung erfolgt, werden somit gleichzeitig Regelungseingriffe an eine, mehrere oder alle Hubeinrichtungen durch die Nivelliereinrichtung nicht zugelassen bzw. unterbunden. Diesbezüglich ist diese Regelung somit der Nivellierregelung bevorzugt priorisiert.
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Ergänzend zu den vorstehenden erfindungsgemäßen Verfahrensschritten kann es vorgesehen sein, dass die Gewichtskraftverteilung an den Hubeinrichtungen, insbesondere den Hubsäulen, ermittelt wird, wie beispielsweise in der
DE102014019468A1 offenbart. Auch diese Weiterbildung ermöglicht es insbesondere, gleichzeitig Rückschlüsse auf den Verlauf des Bodenuntergrundes zu ziehen. Darüber hinaus erlaubt eine solche Anordnung ergänzend oder alternativ auch Aussagen zur aktuellen Querneigung der Maschine.
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Es ist bekannt, dass gattungsgemäße Bodenfräsmaschinen ein sogenanntes Verladeförderband umfassen, mit dessen Hilfe das im Fräsprozess erzeugte Fräsgut auf beispielsweise ein Transportfahrzeug überladen werden kann. Derartige Förderbänder sind unter anderem in den Druckschriften
DE102006062129A1 ,
DE102005044211A1 ,
EP1855899B1 ,
EP2722441B1 und
DE 102014019168A1 beschrieben. Um verschiedene Abwurfhöhen realisieren zu können, ist es bekannt, ein solches Förderband um eine horizontale und insbesondere quer zur Vorwärtsrichtung verlaufende Achse verschwenkbar am Maschinenrahmen zu lagern. Auch eine Lagerung, die eine Verschwenkbarkeit um eine vertikale Achse ermöglicht, ist bekannt. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es nun bevorzugt, wenn insbesondere die Höhenlage des Abwurfpunktes des höhenverstellbaren Förderbandes nachgeführt wird derart, dass bei einer Veränderung der Ist-Längsneigung des Maschinenrahmens die Hublage des Förderbandes derart gegengeregelt wird, dass der Abwurfpunkt zum Bodenuntergrund im Wesentlichen den gleichen Abstand beibehält. Werden somit beispielsweise die hinteren Hubeinrichtungen ausgefahren, weil die Maschine beispielsweise in eine Steigung einfährt, wird der Abwurfpunkt des Förderbandes, welches üblicherweise in Vorwärtsrichtung nach vom von der Maschine absteht, abgesenkt. Es ist dann vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dann gleichzeitig eine Stellbewegung der Hubverstellung des Förderbandes derart steuert, dass der Abwurfpunkt wieder auf seine ursprüngliche Höhe angehoben wird. Auch hier kann es vorgesehen sein, dass Grenzwerte definiert werden, die für die Auslösung einer Stellbewegung des Förderbandes über- oder unterschritten werden müssen.
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Es sind Bodenfräsmaschinen bekannt, bei denen beispielsweise nur die vorderen oder nur die hinteren Fahreinrichtungen über Hubeinrichtungen mit dem Maschinenrahmen verbunden sind. Die Erfindung betrifft allerdings ganz besonders solche Bodenfräsmaschinen, bei denen alle vorderen und hinteren Fahreinrichtungen jeweils über eine Hubeinrichtung mit dem Maschinenrahmen verbunden sind. Insbesondere für solche Bodenfräsmaschinen ist es vorteilhaft, wenn das geregelte Nachführen der Hublage durch die Steuereinheit ausschließlich bezüglich Hubeinrichtungen der vorderen oder der hinteren Fahreinrichtungen erfolgt. Dies bedeutet, dass die nachregelnde Einstellung der Ist-Längsneigung im Regelvorgang somit exklusiv nur durch eine Ansteuerung der Hubeinrichtungen der vorderen oder der hinteren Hubeinrichtungen durch die Steuereinheit erfolgt. Insbesondere für Bodenfräsmaschinen mit einem solchen Grundaufbau ist es nun weiter bevorzugt, wenn die von der Steuereinheit im Schritt c) geregelt nachgeführten vorderen oder hinteren Hubeinrichtungen bezüglich ihrer individuellen Hublage pendelnd miteinander gekoppelt sind. Eine pendelnde Koppelung liegt dann vor, wenn eine Ausfahrbewegung der einen Hubeinrichtung eine entgegengerichtete Einfahrbewegung der auf der anderen Seite der Maschine angeordneten Hubeinrichtung zur Folge hat. Eine derartige Pendellagerung ist an sich im Stand der Technik bekannt und kann beispielsweise mittels hydraulischer Zwangskoppelung oder auch mittels einer mechanischen Koppelung erreicht werden.
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Optimal ist es, wenn das geregelte Nachführen im Schritt c) beispielsweise ausschließlich auf Grundlage einer Längsneigungserfassung des Maschinenrahmens gegenüber der Lotrichtung erfolgt. Dies ermöglicht einen einfachen und gleichzeitig effizienten Gesamtaufbau des Systems. Besonders vorteilhaft ist es ergänzend oder alternativ, wenn das geregelte Nachführen referenzfrei zur Bodenoberfläche erfolgt. Dies bedeutet, dass Änderungen des Verlaufs der Bodenaufstandsebene Änderungen in der Ist-Längsneigung auslösen und damit einen Nachregelvorgang initiieren, auch wenn die Relativlage des Maschinenrahmens an sich unverändert bleiben würde. Dies kann beispielsweise insbesondere bei wechselnden Steigungsverhältnissen der Bodenaufstandsebene auftreten. In diesem Fall regelt die Steuereinheit die Längsneigung des Maschinenrahmens somit derart, dass sie gegenüber der Lotrichtung im Wesentlichen konstant bleibt und sich gegenüber der aktuellen Bodenaufstandsebene bei fortgesetzter Fahrt ändert. Weiter ergänzend oder alternativ erfolgt das geregelte Nachführen bevorzugt ausschließlich schwerkraftabhängig und/oder abhängig von der Schwerkraftrichtung.
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Es kann schließlich vorgesehen sein, dass das Vorgeben einer Soll-Längsneigung des Maschinenrahmens im Schritt b) manuell erfolgt. Der Bediener kann somit eine für ihn komfortable individuelle Soll-Längsneigung selbst definieren, beispielsweise dadurch, dass der Bediener zunächst eine Längsneigung einstellt und die dann aktuelle Längsneigung als Soll-Längsneigung definiert. Es kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die vom Bediener festlegbare Soll-Längsneigung innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Soll-Längsneigungsbereiches liegen muss, was entsprechend von der Steuereinheit beim Definieren der Soll-Längsneigung überprüfbar ist. Der zulässige Soll-Längsneigungsbereich kann derart festgelegt sein, dass hiervon ausgehend immer noch Längsneigungsveränderungen durch die Steuereinheit in beide Richtungen, d.h. hin zu größeren und hin zu kleineren Ist-Längsneigungen möglich ist. Ergänzend oder alternativ kann der zulässige Soll-Längsneigungsbereich in Abhängigkeit von der aktuellen Ist-Längsneigung variieren, insbesondere hinsichtlich Lage und/oder Umfang.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit anderen Steuer- und Regelverfahren kombiniert werden. So kann beispielsweise eine, insbesondere analog zur vorstehenden Längsneigungsregelung wirkende, Quemeigungsregelung mit vorgesehen sein und/oder eine Nivellierfünktion bzw. Frästiefenregelung. Auch Assistenzfunktionen, wie eine Eintauch- und/oder Aushubautomatik, ein Fräswalzenkastenwechselmodus, ein Transportmodus etc. können in die vorstehend beschriebene Längsneigungsregelung mit integriert werden und/oder derart gesteuert werden, dass einander gleichzeitige Betriebe ausgeschlossen sind.
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Die Erfindung betrifft auch eine Bodenfräsmaschine, insbesondere Straßenfräse, ganz besonders Heckrotorfräse oder Mittelrotorfräse, umfassend einen Maschinenrahmen, eine Bodenfräseinrichtung, und vordere und hintere Fahreinrichtungen, wobei wenigstens die vorderen oder hinteren Fahreinrichtungen, und insbesondere alle Fahreinrichtungen, über vertikal verstellbare Hubeinrichtungen mit je einem Aktor mit dem Maschinenrahmen höhenverstellbar verbunden sind. Die Bodenfräsmaschine umfasst ferner eine Antriebseinrichtung zum Antrieb der Stellglieder der Hubeinrichtungen und eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Hubverstellung der Hubeinrichtungen durch die Aktoren ausgebildet ist. Wesentlich ist nun, dass die Bodenfräsmaschine ferner einen Längsneigungssensor zur Ermittlung der Längsneigung des Maschinenrahmens gegenüber einer Lotrichtung umfasst, und dass eine Steuereinheit vorhanden ist, die derart ausgebildet ist, dass sie die Hubverstellung der Hubeinrichtungen in Abhängigkeit von einer Langsneigungsänderung des Maschinenrahmens steuert. Die Lotrichtung bezeichnet bekanntermaßen insbesondere die örtliche Richtung der Schwerebeschleunigung. Bezugsebene für die Ermittlung der Längsneigung ist somit ein in Längsrichtung bzw. Vorwärtsrichtung der Bodenfräsmaschine und in Vertikalrichtung verlaufende virtuelle Bezugsebene. Bezugsstrahl zur Winkelbestimmung der Längsneigung ist die Lotrichtung und ein ortsfest zum Maschinenrahmen definierter Bezugsstrahl, der sich wenigstens teilweise in oder entgegen der Längsrichtung bzw. der Vorwärtsrichtung der Bodenfräsmaschine erstreckt. Es versteht sich, dass die Längsneigung absolut mehr oder weniger willkürlich im vorstehend genannten Umfang definierbar ist. Darauf kommt es vorliegend allerdings nicht an. Wesentlich ist die Abweichung der Ist-Längsneigung gegenüber der definierten Soll-Längsneigung.
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Die konkrete Ausgestaltung des Längsneigungssensors kann variieren. Wesentliche ist, dass er zur Ermittelung der Lotrichtung und einer Referenzlängsneigung des Maschinenrahmens ausgebildet sein sollte. Der Längsneigungssensor kann beispielsweise ein kapazitiver, magnetostriktiver, elektronischer, induktiver, und/oder optischer Neigungssensor und/oder ein Gyroskopsensor sein.
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Es ist ergänzend oder alternativ vorteilhaft, wenn der Längsneigungssensor vibrationsgedämpft am Maschinenrahmen oder an einem vibrationsgedämpften Fahrstand gelagert ist. Eine solche Vibrationsdämpfung kann beispielsweise über geeignete Gummipuffer etc. erreicht werden.
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Ergänzend oder alternativ können auch mehr als ein Längsneigungssensor vorgesehen sein, beispielsweise in paarweiser Anordnung auf beiden Seiten rechts und links der Maschine und/oder in Längsrichtung der Bodenfräsmaschine hintereinander, bevorzugt in der vorderen und der hinteren Hälfte der Bodenfräsmaschine und/oder im Bereich bzw. horizontal gesehen auf Höhe des Fahrstandes und oder auf Höhe der Bodenfräseinheit.
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Der Längsneigungssensor ist weiter ergänzend oder alternativ bevorzugt unmittelbar am Maschinenrahmen der Bodenfräsmaschine oder an einer zu diesem ortsfesten Komponente angeordnet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die über den wenigstens einen Längsneigungssensor ermittelten Sensordaten ergänzend nicht nur zur Ermittlung der Längsneigung des Maschinenrahmens gegenüber der Schwerkraftfeld genutzt wird, sondern weitere Informationen aus den erhaltenen Sensordaten abgeleitet werden. So ist es beispielsweise möglich, es den Sensordaten die Umdrehungsfrequenz der Fräswalze etc. zu bestimmten. In diesen Fällen erfüllt der Längsneigungssenor somit eine Doppelfunktion.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass ergänzend wenigstens ein weiterer Längsneigungssensor an einer der Fahreinrichtungen angeordnet ist, wie beispielsweise einem Kettenlaufwerk. In Kombination mit der Längsneigungsinformation über die Längsneigung des Maschinenrahmens können weitere Betriebssituationen identifiziert werden, wie beispielsweise das Überfahren von Bodenhindernissen etc.
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Offensichtlich ist es bevorzugt, wenn die Bodenfräsmaschine, und insbesondere die Steuereinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind. Dazu ist es besonders bevorzugt, wenn im Bereich des Fahrstandes ein zusätzliches Betätigungselement vorhanden ist, durch dessen Betätigung der Bediener die aktuelle Ist-Längsneigungslage des Maschinenrahmens als Soll-Längsneigung festlegen kann.
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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;
- 2 eine Draufsicht auf die Bodenfräsmaschine gemäß 1;
- 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Steuersystems;
- 4 eine schematische Schnittansicht auf eine Hubeinrichtung mit Fahreinrichtung;
- 5 eine Seitenansicht auf eine Bodenfräsmaschine auf horizontalem Untergrund;
- 6 eine Seitenansicht auf eine Bodenfräsmaschine in einer Steigung; und
- 7 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gleiche Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen angegeben, wobei nicht jedes sich wiederholende Bauteil in den Figuren separat gekennzeichnet ist.
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1 veranschaulicht eine gattungsgemäße Baumaschine, konkret eine Straßenkaltfräse 1. Wesentliche Elemente der Straßenfräse 1 sind ein Maschinenrahmen 2, mit dem die zueinander starre, wesentliche Tragstruktur der Bodenfräsmaschine 1 bezeichnet wird, eine in einem Fräswalzenkasten 3 angeordnete Fräswalze 4 (gestrichelt angedeutet), Fahreinrichtungen 5, konkret beispielsweise Kettenlaufwerke, die über Hubeinrichtungen, vorliegend beispielsweise in Form von in Vertikalrichtung verstellbaren Hubsäulen 6, mit dem Maschinenrahmen 2 verbunden sind und die Bodenfräsmaschine 1 tragen, eine Antriebseinrichtung 9, insbesondere ein Verbrennungsmotor, und ein Fahrstand 7. Die Hubeinrichtungen sind in Höhenrichtung H, d.h. in Richtung ihrer Längsachse, verstellbar. Ferner können ein oder mehrere Fördereinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise ein Frontverladeförderband 8. Im Arbeitsbetrieb fährt die Bodenfräsmaschine 1 in Arbeitsrichtung a aus eigenem Antrieb in Vorwärtsrichtung über den aufzufräsenden Bodenuntergrund, wobei die Fräswalze 4 dabei um eine horizontal und quer zur Arbeitsrichtung verlaufende Rotationsachse R rotierend in den Bodenuntergrund eintaucht und mit nicht näher angegebenen Fräswerkzeugen in im Stand der Technik an sich bekannter weise den Bodenuntergrund auffräst.
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2 verdeutlicht den grundsätzlichen Aufbau der Bodenfräsmaschine 1 in einer schematischen Draufsicht. Insgesamt umfasst die Bodenfräsmaschine 1 demnach ein Paar vordere Fahreinrichtungen 5VR und 5VL, die jeweils über eine der Hubsäulen 6VR oder 6VL mit dem Maschinenrahmen 2 verbunden sind. Ferner ist ein Paar hintere Fahreinrichtungen 5HR und 5HL vorhanden, die über die Hubsäulen 6HR und 6HL mit dem Maschinenrahmen verbunden sind. „H“ und „V“ bezeichnen dabei die Anordnung in Vorwärtsrichtung a der Bodenfräsmaschine 1 und stehen für „hinten“ und „vorne“, „R“ und „L“ bezeichnen die Seite der Bodenfräsmaschine 1 in Vorwärtsrichtung gesehen und stehen für „rechts“ und „links“.
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In den 1 und 2 ist ferner die Längsachse L der Bodenfräsmaschine 1 angegeben. Diese entspricht der Längserstreckung der Bodenfräsmaschine 1 in Vorwärtsrichtung a und parallel zum Bodenuntergrund.
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Im Arbeitsbetrieb der Bodenfräsmaschine 1 stellen sich für den Maschinenführer zwei grundsätzliche Herausforderungen in Bezug auf die Positionsstabilität der Bodenfräsmaschine 1. Einerseits ist ein Auffräsen des Bodenuntergrundes in vorgegebener und kontrollierter Frästiefe gewünscht („Nivellierung“), um beispielsweise einen ausreichenden Oberflächenabtrag zu gewährleisten und tiefere Schichten des Straßenbetts gegebenenfalls nicht zu beschädigen. Andererseits neigen derartige Bodenfräsmaschinen aufgrund ihres hohen Schwerpunkts insbesondere beim Überfahren von Bodenhindernissen, wie beispielsweise von Fräskanten, zum vergleichsweise schnellen Umkippen. Um die Kippstabilität dieser Bodenfräsmaschinen 1 zu erhöhen, ist daher eine sogenannte „Pendelung“ vorgesehen, die im Sinne einer Pendelachse den gegenläufigen Höhenausgleich des Paares vorderer Fahreinrichtungen 5VR und 5VL und hinterer Fahreinrichtungen 5HR und 5HL und linker Fahreinrichtungen 5VL und 5HL und rechter Fahreinrichtungen 5VR und 5HR vorsieht und dadurch Bodenunebenheiten zum Maschinenrahmen 2 hin zumindest teilweise ausgleicht. Hierzu sind die Hubeinrichtungen 6 höhenverstellbar ausgebildet. Jede Hubeinrichtung 6 kann dazu beispielsweise ein in Form eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders ausgebildeten Aktor 10 aufweisen, dessen Aufbau und Funktionsweise in 4 vorsorglich näher angegeben ist, an sich im Stand der Technik allerdings auch bekannt ist. Die beiden hinteren Hubeinrichtungen können übergangsweise pendelnd miteinander, beispielsweise hydraulisch oder elektronisch, gekoppelt sein/werden, um eine 3-Fach-Pendelung zu realisieren. Hierzu sind in 2 die Kipplinien KL angegeben.
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Wie nachstehend noch weiter angegeben ist, ermöglicht das vorliegende System eine Steuerung der Hubverstellung der vorderen oder der hinteren Hubeinrichtungen in Abhängigkeit von einem Ist-Längsneigungswert des Maschinenrahmens 2 gegenüber einer Lotrichtung V. Zur Ermittlung eines Ist-Längsneigungswertes weist die Bodenfräsmaschine 1 einen Längsneigungssensor 13 auf. Dieser ist zur Ermittlung der aktuellen Neigung des LängsNeigungssensor 13 vorliegende Richtung der Schwerebeschleunigung. Die Längsneigung W bestimmt sich somit in einer virtuellen Bezugsebene, die durch die Längserstreckung L der Bodenfräsmaschine 1 in Vorwärts- bzw. Arbeitsrichtung A und die Lotrichtung V aufgespannt wird. Relevant ist die Ermittlung der Lage des Maschinenrahmens 2 in dieser virtuellen Referenzebene relativ zur Lotrichtung V und der Änderung dieser Anlage. Es kommt vorliegend nicht unbedingt auf die Ermittlung einer absoluten Winkelangabe an, sondern auf eine Änderung der Ist-Längsneigung gegenüber einer Soll-Längsneigung. Der tatsächliche Neigungswinkel kann dazu entlang eines Referenzstrahls ermittelt werden, der sich in der virtuellen Referenzebene erstreckt und beispielsweise parallel zur Längserstreckung des Maschinenrahmens oder aber auch senkrecht hierzu verläuft. Der Längsneigungssensor 13 kann direkt am Maschinenrahmen 2 gelagert sein oder auch beispielsweise im Fahrstand 7 positioniert sein.
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3 veranschaulicht einen möglichen Gesamtaufbau des Hubsystems, mit dem der Maschinenrahmen mit den Fahreinrichtungen 5 verbunden ist. Der Maschinenrahmen 2 ist dabei gestrichelt beispielhaft in einer parallel zur Längserstreckung verlaufenden Maschinenrahmenebene ME, die im vorliegenden Beispiel parallel zum horizontalen Bodenuntergrund verläuft, angegeben. Zum Antrieb der Höhenverstellung ist die Antriebseinrichtung 9 vorhanden, bei der es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor handeln kann, der eine Hydraulikpumpe eines entsprechenden Hydraulikversorgungssystems antreibt. Die Antriebseinrichtung 9 kann dazu über entsprechende Hydraulikleitungen 17 (strichpunktiert) mit jedem der als Hydraulikzylinder ausgebildeten Aktoren 10 der Hubeinrichtungen 6 fluidisch verbunden sein. Die Koordination der Stellbewegung der Aktoren 10 und damit der Hubsäulen 6 erfolgt über eine Steuereinheit 18, die mit dem ortsfest zum Maschinenrahmen angeordneten Längsneigungssensor 13 verbunden ist. Ferner können Wegmess- und/oder Druck- und/oder Gewichtskraftsensoren 19 an den einzelnen Hubeinrichtungen 19 vorgesehen sein.
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Der Grundaufbau möglicher Hubeinrichtungen ist beispielhaft in 4 angegeben. 4 ist dabei eine Längsschnittansicht durch eine Hubsäule 6 in Vertikalrichtung entlang ihrer Mittellängsachse. Wesentliches Element jeder Hubsäule 6 ist dabei insbesondere ein Aktor 10, über das die Verstellkraft aufgebracht wird. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist der Aktor 10 eine Hydraulikzylinderkolbeneinheit mit einem Hydraulikzylinder 11 und ein Kolben 12. Zur Linearführung ist ein Außenhülsenpaar 16a, 16b in an sich bekannter Weise vorhanden, die die Zylinderkolbeneinheit nach außen hin abgeschirmt.
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Die Steuereinheit 18 ist dazu ausgebildet, dass sie im vorliegenden Fall insbesondere die Hublage der hinteren Hubeinrichtungen in Abhängigkeit von der Ist-Längsneigung hin zu einer definierten Soll-Längsneigung regelt. 5 zeigt dazu eine Ausgangslage der Bodenfräsmaschine 1, bei der sie auf einem horizontal verlaufenden Bodenuntergrund aufsteht und mit einer Frästiefe FT im Bodeneingriff steht. Die Aufstandsebene der Bodenfiäsmaschine 1 verläuft in diesem Fall somit senkrecht zur Lotrichtung V. Bewegt sich die Bodenfräsmaschine 1 aus 5 heraus in eine Steigung, wie in 6 angegeben, wird dies vom Längsneigungssensor 13 durch eine Änderung der Ist-Längsneigung des Maschinenrahmens 2 detektiert. Damit kommt es zu einer Abweichung der Ist-Längsneigung zur Soll-Längsneigung und die Steuereinheit 18 leitet einen Nachregelvorgang ein, in dem die im vorliegenden Fall hinteren Hubeinrichtungen ausgefahren und damit der Maschinenrahmen wieder eine horizontale Lage einnimmt. Der Maschinenrahmen liegt dann bezüglich seiner Längsachse nicht mehr parallel zum Bodenuntergrund, sondern nach wie vor senkrecht zur Lotrichtung V.
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In den 5 und 6 ist dazu zunächst der Winkel W angegeben, der den Längsneigungswinkel zwischen der Lotrichtung V und einem senkrecht dazu in der Horizontalebene in Richtung der Arbeitsrichtung A verlaufenden Winkelschenkel angibt. Vorliegend handelt es sich bei dem Winkel W um einen 90° Winkel. In 6 ist mit ΔW die Abweichung einer in der virtuellen Bezugsebene von Lotrichtung V und Maschinenlängsrichtung L parallel zum Boden verlaufenden Parallele P und der Längsrichtung L des Maschinenrahmens 2 in dieser Ebene angegeben.
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Ein Vergleich der 5 und 6 verdeutlicht dabei, dass bei einer alleinigen Regelung der Hubverstellung der Hubeinrichtungen, beispielsweise nur hinten, die Frästiefe mit sich ändernden Steigungen m Gelände variiert. Um dem entgegenzuwirken, kann es vorgesehen sein, dass der Fahrer beispielsweise manuell die Frästiefe nachregelt und oder ein Nivelliersystem die gewünschte Frästiefe überwacht und einregelt. Dazu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass ein solches Nivelliersystem dann auf Hubwegsensoren zurückgreift, die an Seitenschilden des Fräswalzenkastens sitzen oder in entsprechende Hubeinrichtungen für die Seitenschilde in an sich bekannter Weise implementiert sind. Es ist jedoch bevorzugt, dass ein solches Nivelliersystem dann übergangsweise abgeschaltet wird, wenn die vorstehend erläuterte Anpassung der Längsneigung des Maschinerahmens hin zur Ist-Längsneigung durch die Steuereinheit 13 erfolgt.
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7 schließlich veranschaulicht den prinzipiellen Ablauf eines möglichen Steuerungsverfahrens. Im Schritt 21 ist zunächst das Ermitteln und Überwachen der Ist-Längsneigung des Maschinenrahmens vorgesehen. Parallel, vorab oder nachfolgend kann im Schritt 22 eine Soll-Längsneigung definiert werden. Wird nun beispielsweise ein Fahrbetrieb aufgenommen, läuft die Ermittlung und Überwachung der Ist-Längsneigung gemäß Schritt 1 weiterhin im Hintergrund ab, wobei es dann, wenn die Ist-Längsneigung von der Soll-Längsneigung abweicht, im Schritt 23 vorgesehen ist, dass ein geregeltes Nachführen der Hublage der, vorliegend beispielsweise hinteren, Hubeinrichtungen durch die Steuereinheit erfolgt. Die Nachregelung läuft so ab, dass durch die Hubverstellung der hinteren Hubeinrichtungen die Ist-Längsneigung der Soll-Längsneigung des Maschinenrahmens angenähert wird. Es kann vorgesehen sein, dass in diesen Phasen der Anpassung der Ist-Längsneigung Eingriffe eines Nivelliersystems zur Einstellung der Frästiefe unterbunden werden.
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Als Auslöseschwelle für den Schritt 23 kann ein funktional vorgelagerter Schritt 24 vorgesehen sein, der überwacht, ob die Abweichung der Ist-Längsneigung gegenüber der Soll-Längsneigung einen festgelegten Grenzwert und/oder ein Zeitintervall überschreitet. Erst beim Überschreiten des Grenzwertes erfolgt ein Nachregeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006062129 A1 [0002, 0016]
- DE 102005044211 A1 [0002, 0016]
- EP 1855899 B1 [0002, 0016]
- EP 2722441 B1 [0002, 0016]
- DE 102014019168 A1 [0002, 0016]
- DE 102014019468 A1 [0015]
