DE102022112131A1

DE102022112131A1 - Systeme und verfahren zur überwachung der leistung von fräsmaschinen

Info

Publication number: DE102022112131A1
Application number: DE102022112131.3A
Authority: DE
Inventors: Nathan L. Mashek; Eric S. Engelmann
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2022-11-24
Also published as: CN115372033A; US20220372716A1; US12018441B2

Abstract

Ein Verfahren zur Ermittlung und Überwachung der Leistung einer Fräsmaschine umfasst das Erfassen eines Betriebsparameters einer Fräsmaschine (110) mit einem Sensor (56, 64A-64K, 104A, 104B, 204A, 204B, 252, 270, 357, 358, 359, 360a, 360b, 360c, 364), das Übertragen von Daten von dem Sensor der Fräsmaschine an einen externen Standort (384), das Ermitteln eines Leistungsparameters der Fräsmaschine aus den Daten an dem externen Standort, das Übertragen des Leistungsparameters an die Fräsmaschine und das Anzeigen des Leistungsparameters (339) auf einem Bildschirm (338) der Fräsmaschine.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anwendung bezieht sich im Allgemeinen, jedoch nicht einschränkend, auf Sensorsysteme und -verfahren für Straßenfräsmaschinen, sodass diese zum Abtragen von befestigten Flächen verwendet werden können. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Anwendung auf Systeme und Verfahren zur Verfolgung der Produktivität und Überwachung der Leistung solcher Maschinen.
Stand der Technik
Straßen mit Asphaltoberflächen werden gebaut, um Fahrzeugverkehr zu ermöglichen. In Abhängigkeit von Benutzungsdichte, Zustand des Untergrunds, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeitsschwankungen und/oder physischem Alter können Straßenoberflächen möglicherweise verformt oder abgenutzt und untauglich werden, die Radlasten von Fahrzeugen zu tragen. Um die Straßen für den weiteren Straßenverkehrseinsatz wieder in Stand zu setzen, wird abgenutzter Asphalt zur Vorbereitung der Belagerneuerung mit neuem Asphalt entfernt. Kaltfräsen, die manchmal auch als Straßenfräsen oder Aufreißer bezeichnet werden, dienen zum Aufbrechen und Abtragen von Straßenasphaltschichten bei Belagerneuerungsvorgängen. Eine Kaltfräse umfasst üblicherweise einen durch Raupen- oder Radantriebseinheiten angetriebenen Rahmen. Der Rahmen trägt einen Antrieb, einen Führerstand, eine Fräswalze und Förderbänder. Die mit Schneidmeißeln bestückte Fräswalze wird über eine geeignete Schnittstelle mit dem Motor um eine Achse gedreht, um die Oberfläche der Fahrbahn aufzubrechen. Das zerkleinerte Straßenmaterial wird durch die Fräswalze auf die Förderbänder abgelegt, die das zerkleinerte Material zum Abtransport aus dem Arbeitsbereich in Lastkraftwagen überführen. Der Kaltfräse folgt in einem gewünschten Abstand ein Straßenfertiger, der die gefräste Fläche mit frischem Asphalt bedeckt. Lastkraftwagen mit frischem, heißem Asphalt aus einem Asphaltwerk fahren regelmäßig zwischen dem Straßenfertiger und der Kaltfräse, um dem Straßenfertiger zusätzlichen Asphalt zuzuführen. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zum Abschluss des Belagerneuerungsvorgangs.
Für Straßenfertigungsbetriebe kann es nützlich sein, den Fortschritt der verschiedenen Belagerneuerungsvorgänge zu überwachen. Beispielsweise kann es hilfreich sein, das Volumen oder die Tonnage des gefrästen Altasphalts zu kennen, um beispielsweise den eingehenden Asphalt für den Straßenfertiger zu koordinieren. Die Erfassung nützlicher Daten aus dem Belagerneuerungsvorgängen erfordert jedoch in der Regel den Einsatz einer Vielzahl von Sensoren und Onboard-Computern in den verschiedenen Straßenfertigungsmaschinen, was die Kosten und die Komplexität der Maschinen erhöht.
Das US-Patent Nr. 9,121,146 an Paulsen et al. mit dem Titel „Determining Milled Volume or Milled Area of a Milled Surface“ (Ermittlung des gefrästen Volumens oder des gefrästen Bereichs einer gefrästen Oberfläche) und das US-Patent Nr. 10,829,899 an Sturos mit dem Titel „Partial-Cut-Width Sensing for Cold Planar“ (Teilschnittbreitensensorik für Kaltfräsen) beziehen sich auf Straßenfräsen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Ein System zur Ermittlung und Überwachung der Leistung einer Fräsmaschine kann ein Schneidsystem mit einem sich über einen Schneidweg um eine Drehachse erstreckenden Schneidwerkzeug, einen an der Fräsmaschine angeordneten Sensor zum Erfassen eines Leistungsparameters des Schneidwerkzeugs und zum Erzeugen von Sensor-Rohdaten, eine mit dem Sensor elektronisch gekoppelte Kommunikationsvorrichtung zum Empfangen der Sensor-Rohdaten und zum Übertragen der Sensor-Rohdaten außerhalb der Fräsmaschine und eine von der Fräsmaschine getrennt angeordnete Überwachungsvorrichtung umfassen, die zum Empfangen der Sensor-Rohdaten und zum Bewerten der Leistung der Fräsmaschine konfiguriert sein kann.
Ein Verfahren zur Ermittlung und Überwachung der Leistung einer Kaltfräsmaschine kann das Erfassen eines Betriebsparameters einer Fräsmaschine mit einem Sensor, das Übertragen von Daten von dem Sensor der Fräsmaschine an einen externen Standort, das Ermitteln eines Leistungsparameters der Fräsmaschine aus den Daten an dem externen Standort, das Übertragen des Leistungsparameters an die Fräsmaschine und das Anzeigen des Leistungsparameters auf einem Bildschirm der Fräsmaschine umfassen.
Figurenliste

1 zeigt einen beispielhaften Einsatzort für einen Belagerneuerungsvorgang mit beispielhaften Fräs- und Straßenfertigungsmaschinen.
2 ist eine schematische Seitenansicht einer Fräsmaschine, die ein Schneidsystem, ein Anti-Slabbing-System, ein Fördersystem und ein Teilschnittbreiten-Sensorsystem darstellt.
3 ist eine schematische Seitenansicht des Schneidsystems, des Anti-Slabbing-Systems, des Fördersystems und des Teilschnittbreiten-Sensorsystems von 2, die Unterschiede in der Tiefe von gedeckten und gefrästen Fahrbahnflächen darstellt.
4 ist eine schematische Vorderansicht des Teilschnittbreiten-Sensorsystems von 3, die die Lage der einzelnen Sensoren bezüglich der Breite einer Schneidwalze und der gedeckten und gefrästen Fahrbahnoberflächen darstellt.
5 ist eine schematische Unteransicht des Schneidsystems, des Anti-Slabbing-Systems, des Fördersystems und des Teilschnittbreiten-Sensorsystems der 3 und 4, die die Lage der einzelnen Sensoren für ein Teilschnittbreiten-Sensorsystem bezüglich eines Rahmens und einer Schneidwalze der Kaltfräse darstellt.
6 ist eine schematische Seitenansicht eines Laser-Profil-Scannersystems, das zur Durchführung von Triangulationsmessungen von Teilschnittbreiten verwendet werden kann.
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Laser-Profil-Scannersystems aus 6, die eine gescannte Kante eines teilweise geschnittenen Streifens aus Straßenfertigungsmaterial darstellt.
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht ähnlich wie 7, die ein Laser-Profil-Scannersystem darstellt, das zur Durchführung von Laufzeitmessungen der Schnitttiefe verwendet werden kann.
9 ist eine schematische Vorderansicht eines Abstandssensors, der an einer Seitenplatte der Fräsmaschine aus 2-5 angebracht ist.
10 ist eine schematische Darstellung eines Leistungsüberwachungssystems der vorliegenden Offenbarung, das zur Verfolgung und Überwachung des Betriebs der Fräsmaschine aus 2-5 verwendet werden kann.
11 ist ein Liniendiagramm, das Verfahren zur Gewinnung und Übermittlung von Fräsmaschinen-Betriebsdaten von einer Fräsmaschine an einen externen Standort zur Verarbeitung darstellt.

Ausführliche Beschreibung
1 stellt die Fräsmaschine 110, etwa eine Kaltfräse oder einen Rotationsmischer, im Arbeitsbereich 112 dar, beispielsweise bei einem Belagerneuerungsvorgang. Im Rahmen des Belagerneuerungsvorgangs kann die Fräsmaschine 110 die Fläche 114 der Fahrbahn fräsen und das Fräsgut in einen oder mehrere erste Lastkraftwagen 120 (nur einer dargestellt) umladen. Wenn die Lastkraftwagen 120 vollständig beladen sind, können sie von der Fräsmaschine 110 abfahren, um das Fräsgut zu einem Lagerplatz (nicht dargestellt) zu bringen, und ein leerer Lastkraftwagen 120 kann die Fräsmaschine 110 anfahren, um einen vollständig beladen Lastkraftwagen 120 zu ersetzen, damit ein kontinuierlicher Fräsvorgang möglich ist.
Die Straßenfertigungsmaschine („Straßenfertiger“) 118 kann hinter der Fräsmaschine 110 folgen und eine Schicht Straßenfertigungsmaterial, wie z. B. frischen Asphalt, auf die Fläche 114 auftragen, nachdem diese von der Fräsmaschine 110 gefräst wurde. Ein oder mehrere zweite Lastkraftwagen 116 (nur einer dargestellt) können in regelmäßigen Abständen zwischen dem Straßenfertiger 118 und der Fräsmaschine 110 hin- und her fahren, um den Straßenfertiger 118 mit frischem Asphalt zu versorgen und so einen kontinuierlichen Deckeneinbauprozesses zu ermöglichen. Zusätzliche Lastkraftwagen 116 mit frischem Asphalt können von einem Asphaltwerk (nicht dargestellt) oder einer Versandeinrichtung angefordert werden, wenn festgestellt wird, dass zusätzlicher Asphalt benötigt wird.
Wie hierin erörtert, kann die Fräsmaschine 110 einen oder mehrere Sensoren umfassen, die einen oder mehrere Betriebs- und Leistungsparameter der Fräsmaschine 110 zur Übertragung von der Fräsmaschine 110 zur Auswertung durch ein externes Computersystem, wie z. B. eine mobile Vorrichtung, eine andere Fräs- oder Straßenfertigungsmaschine oder ein Backoffice, an die Fräsmaschine 110, sammeln können.
2 ist eine schematische Seitenansicht der Fräsmaschine 110, die das Schneidsystem 12, das Anti-Slabbing-System 14, das Fördersystem 16 und das Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 darstellt.
Die Fräsmaschine 110 kann ferner einen Rahmen 20 mit einem vorderen Rahmenende 22 und einem hinteren Rahmenende 24 umfassen. Vordere Antriebselemente 26 und die hinteren Antriebselemente 28 können mit dem Rahmen 20 in der Nähe des vorderen Rahmenendes 22 bzw. des hinteren Rahmenendes 24 verbunden sein. Jedes der Antriebselemente 26 und 28 kann zwei parallele, in den Boden eingreifende Ketten beinhalten, obwohl die vorliegende Offenbarung dadurch nicht beschränkt ist. Der Bedienersteuerstand 30 kann mit dem Rahmen 20 verbunden sein und die Steuerung 344 (10) zur Durchführung von Steuerungs- und Überwachungsfunktionen der Fräsmaschine 110 umfassen. Das Schneidsystem 12 kann mit dem Rahmen 20 verbunden sein und ein Gehäuse 32 umfassen, das eine Schneidkammer 34 für eine drehbare Schneidwalze 38 definiert. Höhensteuerschenkel, oder Stützpfosten, 66A und 66B können vorgesehen sein, um das Gehäuse 32, einschließlich der Kammer 34 mit der Schneidwalze 38, anzuheben und abzusenken, üblicherweise in Verbindung mit Einstellungen der Schnitttiefe des Schneidsystems 12. Seitenplattenzylinder 36 können zur Einstellung der Höhe der Seitenplatte 48 ausgelegt sein. Das Schneidsystem 12 kann ein Schneidwerkzeug, wie beispielsweise die drehbare Schneidwalze 38, beinhalten, die sich in einer Richtung entgegen einer Vorwärtsfahrtrichtung der Fräsmaschine 110 drehen kann. Die drehbare Schneidwalze 38 kann innerhalb des Gehäuses 32 befestigt und zum Schneiden des Materials der Decke oder des Substrats 40 unter der Fräsmaschine 110 ausgelegt sein. Das Substrat 40 kann die Fläche 114 aus 1 umfassen.
Das Anti-Slabbing-System 14 kann mit dem Gehäuse 32 der Kammer 34 verbunden sein und eine nach oben gerichtete Grundplatte 42, die sich über eine Vorderseite der Schneidkammer 34 erstreckt, einen nach vorne vorstehenden Pflug 44 zum Schieben von auf dem Substrat 40 liegendem losem Material und eine Vielzahl von Kufen 46 beinhalten. Die Seiten der Schneidkammer 34, die an ein Schneidwerkzeug des Schneidsystems 12 angrenzen, können von Seitenplatten 48 umschlossen sein.
Der Primärförderer 50 kann vor der Grundplatte 42 positioniert und mit der Grundplatte 42 verbunden sein und auf dieser getragen werden. Der Primärförderer 50 kann das vom Substrat 40 geschnittene Material über die drehbare Schneidwalze 38 dem Sekundärförderer 52 zuführen, der vor dem Rahmenende 22 vorspringt. Der Positioniermechanismus 53 kann mit dem Sekundärförderer 52 verbunden sein, um eine linke, rechte und auf- und abgehende Positionssteuerung des Sekundärförderers 52 zu ermöglichen. Der Sekundärförderer 52 kann das entfernte Substrat 40 in eine Aufnahme, wie z. B. die Mulde eines Muldenkippers, ablegen.
Die Fräsmaschine 110 kann auch mit einem Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 ausgestattet sein, um zu ermitteln, wie viel der Breite des Schneidsystems 12 (in der Ebene von 2) das Substrat 40 schneidet. Das Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 kann Montageschiene 54 und Sensoranordnung 56 beinhalten. Im Beispiel von 2-5 kann das Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 eine Vielzahl von diskreten Abstandssensoren umfassen, die in Abständen über die Schnittbreite der Schneidwalze 38 angeordnet sind. Es können jedoch auch andere Arten von Teilschnittbreiten-Sensorsystemen, wie beispielsweise die in 6-9 beschriebenen, sowie andere verwendet werden. Die von den hierin beschriebenen Teilschnittbreitensystemen gesammelten Daten sowie andere von der Fräsmaschine 110 gesammelte Informationen können von der Fräsmaschine 110 zur Verarbeitung und Auswertung an Standorte außerhalb der Fräsmaschine 110 übertragen werden, wodurch die Fräsmaschine 110 keine teure Datenverarbeitungshardware und Software beinhalten muss, die häufig aktualisiert werden muss. Die Fräsmaschine 110 kann über das Substrat 40 fahren, sodass die vorderen Antriebselemente 26 auf der Fläche 58 (z. B. Fläche 114 in 1) abrollen. Die Fräsmaschine 110 kann zum Abtragen des Substrats 40 von einer Fahrbahn ausgebildet sein, um Fläche 60 zu hinterlassen. Die hinteren Antriebselemente 28 können auf Fläche 60 abrollen, wobei das Schneidsystem 12 eine Kante des Substrats 40 zwischen den Flächen 58 und 60 erzeugt. Die Fläche 60 kann eine Oberfläche umfassen, von der das Straßenfertigungsmaterial vollständig entfernt wurde, oder eine Oberfläche aus Straßenfertigungsmaterial, von der eine oberste Schicht des Straßenfertigungsmaterials entfernt wurde.
Die Fräsmaschine 110 kann für eine Fahrt in Vorwärtsrichtung (von links nach rechts mit Bezug auf 2) ausgelegt sein, um Substrat 40 zu entfernen. Das Anti-Slabbing-System 12 kann über die Oberseite des Substrats 40 fahren, um zu verhindern bzw. zu unterbinden, dass sich das Substrat 40 während des Betriebs zum Entfernen des Substrats 40 vorzeitig löst. Die drehbare Schneidwalze 38 kann hinter dem Anti-Slabbing-System 14 folgen, um das Substrat 40 zu erfassen. Die drehbare Schneidwalze 38 kann mit Bezug auf 2 zur Drehung gegen den Uhrzeigersinn ausgelegt sein, sodass das Material des Substrats 40 von den Schneidzähnen der drehbaren Schneidwalze 38 angehoben und in kleine Stücke zerkleinert werden kann. Das Anti-Slabbing-System 14 kann für die Aufnahme von Substratstücken 40 innerhalb der Schneidkammer 34 ausgelegt sein. Abgetragene Teile des Substrats 40 werden auf den Primärförderer 50 geschoben und, beispielsweise durch ein Endlosband, zum Sekundärförderer 52 befördert. Der Sekundärförderer 52 kann vor dem vorderen Rahmenende 22 nach vorne auskragend sein, um über einem Sammelgefäß, z. B. den Kasten eines Muldenkippers, positioniert zu werden.
Um den Betrieb und die Leistung der Fräsmaschine 110 zu bewerten, kann die Fräsmaschine 110 mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet sein. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, die Produktivitätsmessungen der Fräsmaschine 110 in Echtzeit oder am Ende eines Vorgangs auszuwerten. Die Fräsmaschine 110 kann beispielsweise für das Abtragen einer bestimmten Tiefe des Substrats 40 (z. B. der Höhendifferenz zwischen den Flächen 58 und 60) ausgelegt sein. Die Fräsmaschine 110 kann daher Systeme zur Ermittlung einer Schnitttiefe des Schneidsystems 12 beinhalten, um beispielsweise zwischen geschnittenem und ungeschnittenem Belag zu unterscheiden. In Kombination mit der Drehzahl der Fräsmaschine 110 und der Breite des Schneidsystems 12 kann das für eine bestimmte Betriebsdauer abgetragene Volumen des Substrats 40 ermittelt werden. Fahrbahnen sind in der Regel um ein Vielfaches breiter als die Breite der Fräsmaschine 110. Daher können mehrere Arbeitsgänge der Fräsmaschine 110 zum Abtragen der gesamten Breite des Substrats 40 verwendet werden. Allerdings erstrecken sich nicht alle Arbeitsgänge der Fräsmaschine 110, insbesondere der letzte Arbeitsgang, über eine Breite des Substrats 40, die die gesamte Breite des Schneidsystems 12 (z. B. die Breite der Schneidwalze 38) einnimmt. Wird die Teilschnittbreite nicht berücksichtigt, können die Berechnungen des Abtragsvolumens verzerrt werden, insbesondere wenn lange Strecken des Fahrbahnmaterials abgetragen werden. Das Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 und andere hierin beschriebene Systeme können zur Erfassung des Anteils der Breite des Schneidsystems 12, mit dem das Substrat 40 tatsächlich geschnitten wird, ausgelegt sein, um die Genauigkeit der Produktivitätsbewertungen des Schneidsystems 12 der Fräsmaschine 110 zu erhöhen, die außerhalb der Fräsmaschine 110 abgeschlossen werden können, um die Hardware- und Softwareanforderungen der Fräsmaschine 110 zu reduzieren.
3 ist eine schematische Seitenansicht des Schneidsystems 12, des Anti-Slabbing-Systems 14, des Fördersystems 16 und des Teilschnittbreiten-Sensorsystems 18 aus 2, die Unterschiede in der Tiefe der gedeckten Fahrbahnoberfläche 58 und der angrenzenden gefrästen Fahrbahnoberfläche 60 darstellt.
Das Schneidsystem 12 kann eine drehbare Schneidwalze 38 umfassen, die hinter der Seitenplatte 48 angeordnet ist. Die Seitenplatte 48 kann an dem die Kammer 34 definierenden Gehäuse 32 angebracht sein. Das Anti-Slabbing-System 14 kann mit dem Gehäuse 32 verbunden sein, das die Kammer 34 vor der Schneidwalze 38 definiert. Das Anti-Slabbing-System 14 kann einen Pflug 44 umfassen, an dem Kufen 46 (5) und eine Grundplatte 42 (2) montiert sind. Der Primärförderer 50 kann mit dem Anti-Slabbing-System 14 verbunden sein und sich von einem ersten Ende in der Nähe des Anti-Slabbing-Systems 14 zu einem zweiten Ende vor dem Anti-Slabbing-System 14 innerhalb der Maschine 10 erstrecken. Das Antriebselement 26, das aus einer Endloskette 62 bestehen kann, kann über den Höhensteuerschenkel 66A mit dem Rahmen 20 verbunden sein. Der Höhensteuerschenkel 66A kann von der Steuerung 344 ( 10) der Fräsmaschine 110 betätigt werden, um die Position des Rahmens 20 relativ zum Substrat 40 zu verändern, um beispielsweise die Änderung der Schnitttiefe des Schneidsystems 12 zu unterstützen. Die Montageschiene 54 des Teilschnittbreiten-Sensorsystems 18 kann innerhalb der Fräsmaschine 110 vor dem Schneidsystem 12 montiert sein, um die Sensoranordnung 56 über dem Substrat 40 zu positionieren. In einem Beispiel kann die Montageschiene 54 direkt mit dem Rahmen 20 verbunden sein. Zusätzlich kann die Montageschiene indirekt am Rahmen 20 befestigt werden, etwa durch die Anbringung an einem oberen Abschnitt des Anti-Slabbing-Systems 14, wie zum Beispiel in den 3 - 5 dargestellt. In anderen Beispielen kann eine Montageschiene jedoch auch indirekt am Rahmen angebracht werden, beispielsweise durch einen unteren Abschnitt des Anti-Slabbing-Systems 14.
Obwohl in 3 in einer erhöhten Position über dem Substrat 40 dargestellt, kann das Anti-Slabbing-System 14 abgesenkt werden, sodass es oberhalb des Substrats 40 auf der Fläche 58 aufliegt. Ähnlich ist das Antriebselement 26 als auf der gefrästen Fahrbahnoberfläche 60 aufliegend dargestellt, kann jedoch so ausgelegt sein, dass es im Betrieb in die gedeckte Fahrbahnoberfläche 58 eingreift. Das Schneidsystem 12 kann abgesenkt werden, sodass die Seitenplatte 48 auf der zuvor gefrästen Fahrbahnoberfläche 60 neben dem Substrat 40 aufliegt. Während das Antriebselement 26 die Fräsmaschine 110 (mit Bezug auf 3 nach rechts) entlang des Substrats 40 bewegt, greift die Schneidwalze 38 in eine Kante des Substrats 40 ein. Während eines Vollbreitenarbeitsgangs kann sich das Substrat 40 über die gesamte Schneidwalze 38 zwischen den Seitenplatten 48 erstrecken. Daher kann die Berechnung des Volumens des abgetragenen Substrats 40 eine Tiefenmessung für die Tiefe d₀ (gleich der Differenz der Abstände d₁ und d₂ für die Flächen 58 (114) und 60), eine Breitenmessung der Schneidwalze 38 und eine Wegstreckenmessung der Fräsmaschine 110 umfassen. Somit wäre nur die Tiefenmessung des Schnitttiefensensors 360c (10) bzw. des Steuersystems erforderlich. Jedoch beinhalten nicht alle Fräsvorgänge das Schneiden des Substrats 40 über die gesamte Breite der Schneidwalze 38. Somit kann die Sensoranordnung 56 eine Vielzahl von über die Breite der Fräsmaschine 110 verteilten Sensoren beinhalten, um den Anteil der Breite der Schneidwalze 38 zu ermitteln, der das Substrat 40 entfernt.
4 ist eine schematische Vorderansicht des Teilschnittbreiten-Sensorsystems 18 aus 3, die die Lage der einzelnen Tiefensensoren 64A-64K bezüglich einer Breite W₀ der Schneidwalze 38 und der gedeckten Fahrbahnoberfläche 114 und der gefrästen Fahrbahnoberfläche 60 darstellt. In 4 ist das Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 der Übersichtlichkeit halber vor dem Antriebselement 26 dargestellt, obwohl sich die Sensormontageschiene 54 in Wirklichkeit hinter dem Antriebselement 26 vor dem Schneidsystem 12 befinden könnte, wie in 3 dargestellt.
Der Rahmen 20 der Fräsmaschine 110 kann die Höhensteuerschenkel 66A und 66A tragen, die zum Tragen des Antriebselements 26 verwendet werden können. Das Antriebselement 26 kann eine erste Kette 68A und eine zweite Kette 68B umfassen. Die Ketten 68A und 68B können vor der Schneidwalze 38 angeordnet sein, um über das Substrat 40 zu rollen, während die Schneidwalze 38 hinter den Ketten 68A und 68B Fräsvorgänge durchführt. Wie aus 4 ersichtlich ist, erstreckt sich das Substrat 40 nicht immer über die gesamte Schneidwalze 38 zwischen den Seitenplatten 48. Die Sensoren 64A - 64K sind an der Montageschiene 54 (5) angeordnet, die auf vielfältige Weise mit dem Rahmen 20 oder dem Anti-Slabbing-System 14 verbunden werden kann.
Die Seitenplatten 48 können zur Definition der Schneidkammer 34 an gegenüberliegenden Seiten der Schneidwalze 38 angebracht sein. Die Schneidwalze 38 kann die Schnitt- oder Fräsbreite W₀ definieren. Die Montageschiene 54 kann an der Fräsmaschine 110 befestigt sein, um sich über die Breite W₀ zu erstrecken. Beispielsweise kann die Montageschiene 54 mit jeder geeigneten Montagehardware, wie Halterungen, Befestigungselementen, Verlängerungen, Riemen und dergleichen, oder dem Anti-Slabbing-System 14 am Rahmen 20 angebracht werden. Die Sensoren 64A - 64K können über die gesamte Breite der Montageschiene 54 angeordnet sein. Zum Beispiel können die Sensoren 64A - 64K in regelmäßigen, vorher festgelegten Abständen angeordnet werden, um die Breite W₀ in Segmente bekannter Länge zu unterteilen, die in einer Speichervorrichtung gespeichert werden können. Die Position der Montageschiene 54 in Bezug auf die Unterseite der Fräsmaschine 110 kann an einer bekannten oder vorgegebenen Stelle liegen. So kann beispielsweise die Höhe H der Montageschiene 54 über der Unterseite der Ketten 68A und 68B als Ausgangswert für die Ermittlung einer Schnitt- oder Frästiefe verwendet werden. Die Lage und Länge der Segmente und die Höhe H können in einem mit der Steuerung 344 (10) und dem externen Computer 384 (10) verbundenen Speicher gespeichert werden und zur Berechnung oder Ermittlung der Teilschnittbreiten der Schneidwalze 38 verwendet werden.
Die Sensoren 64A - 64K können die Abstände zwischen der Montageschiene 54 und der unter jedem der Sensoren 64A - 64K liegenden Fläche erfassen. Der Sensor 64A kann sich am ersten Ende 70A der Montageschiene 54 befinden und der Sensor 64K kann sich am zweiten Ende 70B befinden. Der Sensor 70F kann auf halber Strecke zwischen den Sensoren 64A und 64F liegen. Somit können die Sensoren 64A - 64K die Schnittbreite W₀ zumindest in zwei Segmente unterteilen. In anderen Beispielen können die Sensoren 64A - 64K jedoch die Breite W₀ mit Hilfe der Sensoren 64C und 64H in vier Segmente unterteilen. Die im Beispiel dargestellten Sensoren 64A - 64F unterteilen die Breite W₀ in zehn Segmente. Je größer die Anzahl der Segmente ist, in die die Breite W₀ unterteilt werden kann, desto höher ist die Auflösung der Teilschnittbreite, die erhalten werden kann.
Die Sensoren 64A - 64K können ausgelöst oder aktiviert werden, und ihre Messungen können auf verschiedene Weise zur Ermittlung verwendet werden, wie viel von der Breite W₀ das Substrat 40 tatsächlich schneidet. Wie in 4 dargestellt, können die Sensoren 64A-64K Sensorsignale 72A-72K aussenden, die in Verbindung mit der Steuerung 344 oder dem externen Computer 384 (10) verwendet werden können, um eine relative Dicke des von der Schneidwalze 38 an der Stelle jedes der Sensoren 64A-64K entfernten Substrats 40 zu ermitteln. Die Sensoren 64A-64K müssen die tatsächliche Dicke des Substrats 40 nicht messen, da andere Sensoren, wie die in 10 beschriebenen Sensoren 360c, eine solche Funktion vorsehen können. Die Sensoren 64A-64K können jedoch in verschiedenen Beispielen zum Erfassen der Dicke des Substrats 40 ausgelegt sein. Darüber hinaus müssen die Sensoren 64A-64K keinen absoluten Abstand der Flächen 58 und 60 von einem bestimmten Bezugspunkt messen, da die Ermittlungen der Teilschnittbreite nur durch die Unterschiede in den einzelnen Sensorsignalen 72A-72K relativ zueinander ermittelt werden können. Die Sensorsignale 72A-72K können von der gedeckten Fahrbahnoberfläche 58 oder der gefrästen Fahrbahnoberfläche 60 abprallen und zu den Sensoren 64A-64K zurückkehren, um eine Entfernungsmessung vorzusehen. In verschiedenen Beispielen können die Sensoren 64A-64K akustische Sensoren, Schallsensoren, Lasersensoren und dergleichen oder andere Abstands-, Füllstands-, Näherungs- oder Anwesenheitssensoren umfassen. In einem Beispiel können die Sensoren 64A-64K berührungslose Schallsensoren beinhalten. In verschiedenen Ausführungsformen können jedoch auch Kontaktsensoren verwendet werden, wie beispielsweise Magnetspulensensoren und Sensoren mit einer Skala.
In einem Beispiel können die für jeden der Sensoren 64A-64K durchgeführten Messungen gemittelt werden und die durchschnittliche Entfernungsmessung kann mit jeder individuellen Entfernungsmessung verglichen werden. Bei Unterschieden zwischen der gemittelten Entfernungsmessung und der individuellen Entfernungsmessung, die kleiner als der Durchschnitt sind, kann die Steuerung 344 (10) oder der externe Computer 384 (10) ermitteln, ob Substrat 40 vorhanden ist. Bei Unterschieden zwischen der gemittelten Entfernungsmessung und der individuellen Entfernungsmessung, die größer als der Durchschnitt sind, kann die Steuerung 344 (10) oder der externe Computer 384 (10) ermitteln, dass kein Substrat 40 vorhanden ist. Für die Sensoren, bei denen ermittelt wurde, dass kein Substrat 40 vorhanden ist, kann der Abschnitt der Breite W₀, über den sich die Sensoren erstrecken W_E von der Breite W₀ abgezogen werden, um die tatsächliche Schnittbreite W_P zu ermitteln. Zusätzlich kann das Verhältnis der Sensorerfassungstiefe d1 zur Gesamtzahl der Sensoren zur Ermittlung der Teilschnittbreite W_P verwendet werden.
In einem anderen Beispiel können individuelle Sensormessungen direkt mit benachbarten Sensorsignalen verglichen werden, um eine Stelle entlang der Breite W₀ zu ermitteln, an der das Substrat 40 endet.
5 ist eine schematische Unteransicht des Schneidsystems 12, des Anti-Slabbing-Systems 14, des Fördersystems 16 und des Teilschnittbreiten-Sensorsystems 18 der 2-4, die die Lage der einzelnen Sensoren 64A - 64K für ein Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 bezüglich der Schneidwalze 38 der Fräsmaschine 110 darstellt.
Die Montageschiene 54 kann sich über die Fräsmaschine 110 bis vor die Schneidwalze 38 erstrecken. Die Montageschiene 54 kann am ersten Ende 70A und zweiten Ende 70B hinter dem Primärförderer 50 und dem Antriebselement 26 und vor dem Anti-Slabbing-System 14 am Rahmen 20 angebracht sein. In zusätzlichen Beispielen kann die Montageschiene 54 am vorderen Abschnitt des Pfluges 44 des Anti-Slabbing-Systems 14, wie in 2 und 3 dargestellt, oder an anderen Stellen des Anti-Slabbing-Systems 14 angebracht sein. In anderen Ausführungsformen kann eine Montageschiene der vorliegenden Anmeldung an dem Primärförderer 50 angebracht sein, beispielsweise an Bauteilen, die ein umlaufendes Band des Förderers 50 tragen, das von dem Rahmen 20 getragen werden kann.
2-5 veranschaulichen Beispiele von Sensoren und Systemen, die zur Ermittlung, Erfassung oder Auswertung einer Teilschnittbreite verwendet werden können. Es können jedoch auch andere Arten von Vorrichtungen und Systemen zur Ermittlung der Teilschnittbreite verwendet werden. 6-9 zeigen weitere Beispiele für Sensorsysteme zur Ermittlung der Teilschnittbreite einer Fräsmaschine, einschließlich beispielsweise Laser-Profil-Scanner, Triangulationssensoren, Laufzeitsensoren, Abstandssensoren und dergleichen.
6 ist eine schematische Seitendraufsicht des Laser-Profil-Scannersystems 200 umfassend ein System der Art Triangulation. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Scannersystems 200 aus 6. 6 und 7 werden nachfolgend gleichzeitig erörtert.
Das System 200 kann einen ersten Sensor 204A und einen zweiten Sensor 204B umfassen. Die Sensoren 204A und 204B können zur Ansicht der der Fräswalze 208, beispielsweise einer Schneidwalze 38, vorgelagerten Bodenfläche 206 ausgelegt sein. Die Bodenfläche 206 kann eine erste Kante 210A und eine zweite Kante 210B beinhalten. Die erste Kante 210A kann eine zuvor geschnittene Kante sein und die zweite Kante 210B kann eine Kante sein, die gerade von der Fräswalze 208, die eine Instanz der Schneidwalze 38 sein kann, geschnitten wird (2). Als solche kann die erste Kante 210A ferner in der Ebene von 6 liegen, wie in 7 zu sehen ist.
In Beispielen können der erste Sensor 204A und der zweite Sensor 204B Laserprofil-Scanvorrichtungen umfassen, die zur Ermittlung des Profils der Bodenfläche 206 vor der Fräswalze 208 geeignet sind. Derartige Scanner können die Entfernung zu Objekten auf zumindest zwei verschiedene Arten messen. Eine davon ist die Verwendung von Triangulationsverfahren, wie sie in den 6 und 7 beschrieben sind. Die andere ist die direkte Messung von Entfernungen mit Hilfe der Laufzeit von reflektierten Signalen, wie mit Bezugnahme auf 8 erläutert ist.
Das Triangulationsverfahren ist in den 6 und 7 schematisch dargestellt. 6 ist eine seitliche Draufsicht, die den ersten Sensor 204A mit einer Laserquelle und den zweiten Sensor 204B mit einem Empfänger darstellt. Es versteht sich, dass der Sensor 204A und der Sensor 204B auch in eine integrierte Laserprofilscannereinheit integriert sein können. Die Quelle, z. B. der Sensor 204A, kann den Laserstrahl 218 nach unten auf die Bodenfläche 206 direkt vor der vorrückenden Fräswalze 208 projizieren. Der Sensor 204A ist in 7 nicht dargestellt. Das von Sensor 204A reflektierte Licht 212 kann von Sensor 204B empfangen werden.
Aufgrund der zuvor geschnittenen Kante 210A ist eine Verschiebung oder Stufe 214 im Laserstrahl 218 leicht erkennbar. Da die genauen Positionen der Quelle, z. B. des Sensors 204A, und des Empfängers, z. B. des Sensors 204B, sowie der Winkel 216 zwischen ihnen bekannt sind, kann die Position der Stufe 214, die die Position der Kante 210A darstellt, z. B. relativ zur Kante 210B, durch Triangulation ermittelt werden. Die Quelle, z. B. der Sensor 204A, und der Empfänger, z. B. der Sensor 204B, können allein oder mit Hilfe der Steuerung 344 oder des externen Computers 384 (10) den Abstand zwischen der Maschine und der Oberfläche der Straße messen. Die Signale können in ein auf die Bodenfläche 206 projiziertes kartesisches Koordinatensystem transformiert werden. Die Erkennung der Stufe 214 kann durch mathematische Gradientenverfahren erreicht werden. So kann die Ermittlung der Position der Kante 210A in Bezug auf die der Kante 210B unmittelbar benachbarte Seite der Schneidwalze 38 beispielsweise dazu dienen, den Prozentsatz der Breite der Fräswalze 208 zu ermitteln, der die Bodenfläche 206 derzeit schneidet.
Ein für die zuvor beschriebene Verwendung geeigneter Laserprofilscanner ist das Lasermesssystem LPS 36 der Firma Leuze electronic GmbH & Co. KG in Owen, Deutschland. 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Scannersystems 250, umfassend ein Laser- oder LED-Scannersystem der Art Laufzeit. Das Scannersystem 250 kann einen Laserprofilscanner 252 umfassen, der die Entfernung über die Laufzeit des von ihm reflektierten Lichts messen kann. Der Laserprofilscanner 252 kann den Fächer 254 des Laserlichts fächerförmig nach unten richten, um die Linie 256 auf der Fläche 206 vor der Fräswalze 208 zu beleuchten. Ein im Laserprofilscanner 252 enthaltener Sensor kann die Laufzeit des reflektierten Lichts messen, um die Entfernung zu den verschiedenen Punkten auf dem Boden entlang der Linie 256 zu ermitteln. Der Scanner 252 kann einen durch gestrichelte Linien angedeuteten Betriebsbereich 258 haben. Der Betriebsbereich 258 kann in Spalten 260A, 260B usw. unterteilt werden, und ein interner Prozessor innerhalb des Scanners 252 oder mit der Steuerung 344 oder dem externen Computer 384 (10) verbunden, kann das reflektierte Licht auswerten und die Höhe der Fläche innerhalb jeder der definierten Spalten erkennen. Ein derartiger Scanner kann die Höhe innerhalb jeder seiner Spalten messen und über die abrupte Höhenänderung auch die Position der Kante 262 entlang der Breite der Fräswalze 208 identifizieren. Ein handelsüblicher Scanner, der als Scanner 252 verwendet werden kann, ist das Lasermesssystem LMS100 der Firma Sick, AG in Waldkirch, Deutschland. Die hierin beschriebenen Laser- und LED-Scannern können, im Vergleich zu den unter Bezugnahme auf 3-5 beschriebenen zweidimensionalen Sensoren, um dreidimensionale Scanner umfassen.
9 ist eine schematische Vorderansicht des Abstandssensors 270, der an einer der Seitenplatten 48 montiert ist. Der von dem Sensor 270 gemessene Profilparameter kann eine direktere Messung der vor der Fräswalze 208 gefrästen Teilschnittbreite sein. Der Sensor 270 kann ein Signal 274 aussenden und ein reflektiertes Signal von der Kante 272 entlang einer Strecke empfangen, um einen Abstand 276 von der Kante der Fräswalze 208 zu der zuvor geschnittenen Kante 272 zu messen. Der Abstand 276 der Strecke kann ein Abschnitt der Gesamtschnittbreite 278 sein. Der Abstand 276 kann von der Gesamtschnittbreite 278 subtrahiert werden, um die Teilschnittbreite 280 zu ermitteln.
Der Sensor 270 kann basierend auf mehreren verschiedenen Technologien arbeiten. Der Sensor 270 kann ein laserbasierter Sensor sein. Der Sensor 270 kann ein LED-basierter Sensor sein. Der Sensor 270 kann auf Ultraschallmessung basieren.
Der Sensor 270, der zur Erkennung der zuvor geschnittenen Kante 272 verwendet wird, kann als berührungsloser Abstandssensor beschrieben werden, der von der Seitenplatte 48 der Fräsmaschine 110 getragen wird. In Beispielen ist die Seitenplatte 48, an der der Sensor 270 befestigt ist, für den Betrieb im zuvor gefrästen Bereich 282 ausgelegt. Der Sensor 270 kann quer zur Fahrtrichtung der Fräsmaschine 110 ausgerichtet sein. Ein zweiter identischer Sensor kann von der gegenüberliegenden Seitenplatte 48 getragen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass alle vorstehend beschriebenen Profilsensoren so beschrieben werden können, dass sie eine maschinelle Beobachtung des Profilparameters beinhalten. Maschinelle Beobachtung bedeutet durch die Nutzung von Sensoren und nicht durch menschliche Messung oder menschliche Beobachtung des Oberflächenprofils.
10 ist eine schematische Darstellung des Teilschnittbreiten-Verarbeitungssystems 300 für die Fräsmaschine 110. Das Teilschnittbreiten-Verarbeitungssystem 300 kann ein System zur Übertragung von Sensorsignalen von der Fräsmaschine 110 an das Backoffice 382 oder ein anderes externes Computersystem umfassen, um die Sensorsignale zu verarbeiten und unter anderem die Produktivität der Fräsmaschine 110 und der Einsatzorte, an denen die Fräsmaschine 110 arbeitet, zu überwachen.
Das Teilschnittbreiten-Verarbeitungssystem 300 kann die Fräsmaschine 110 aus 1 und 2 und den Straßenfertiger 118 umfassen, die relativ zur Fläche 114 positioniert sein können, sowie das Backoffice 382, das sich räumlich getrennt von der Fräsmaschine 110 und dem Straßenfertiger 118 befinden kann.
Die Fräsmaschine 110 kann den Rahmen 20, das Fördersystem 16, das Antriebselement 26, den Schenkel oder Aktor 66A und die Schneidwalze 38 umfassen. Das Fördersystem 16 kann den Förderer 52, den Motor 354, den Riemen 350 und die Riemenscheiben 368 umfassen. Die Schneidwalze 38 kann Schneidmeißel 365 und Sender 367 enthalten. Die Fräsmaschine 110 kann ferner ein Steuersystem 356 umfassen, das die Eingabevorrichtung 342, die Steuerung 344, die Warnvorrichtung 340, die Sensoren 360a, 360b, 360c, die Ortungsvorrichtung 362, den Meißelverschleißsensor 364, die Kommunikationsvorrichtung 366, den Tiefensensor 359, den Bodengeschwindigkeitssensor 357 und den Fördergeschwindigkeitssensor 358 umfassen kann. Die Eingabevorrichtung 342 kann die grafische Benutzeroberfläche 338, die Schnittstellenvorrichtung 336 und die grafische Ausgabe 339 umfassen.
Der Straßenfertiger 118 kann die Kommunikationsvorrichtung 370, die Steuerung 372, die Ortungsvorrichtung 374, die Sensoren 376, die Einbaubohle 378 und den Behälter 380 umfassen.
Das Backoffice 382 kann den externen Computer 384, die Schnittstellenvorrichtung 385 und die grafische Benutzeroberfläche 386 umfassen, die grafische Ausgaben 387 erzeugen kann.
Die Anzeige 338 kann für die Darstellung der Position der Fräsmaschine 110 (z. B. der Schneidwalze 38) in Bezug auf Merkmale des Einsatzortes (z. B. gefräste und/oder ungefräste
Bereiche der Fläche 114) und für die Anzeige von Daten und/oder anderen Informationen für die Bedienperson ausgelegt sein. Die Warnvorrichtung 340 kann für die akustische und/oder visuelle Warnung der Bedienperson der Fräsmaschine 110 ausgelegt sein, wenn sich die Schneidwalze 38 in der Nähe der Merkmale des Einsatzortes befindet und/oder wenn bestimmte Datenstücke einen zugehörigen Schwellenwert überschreiten. Die Eingabevorrichtung 342 kann für den Empfang von Daten und/oder Steueranweisungen von der Bedienperson der Fräsmaschine 110 ausgelegt sein. Es sind auch andere Schnittstellenvorrichtungen (z. B. Steuervorrichtungen) denkbar, und eine oder mehrere der zuvor beschriebenen Schnittstellenvorrichtungen könnten bei Bedarf zu einer einzigen Schnittstellenvorrichtung kombiniert werden.
Die Eingabevorrichtung 342 kann beispielsweise eine analoge Eingabevorrichtung sein, die Steueranweisungen über eine oder mehrere Tasten, Schalter, Wählscheiben, Hebel usw. empfängt. Die Eingabevorrichtung 342 kann auch oder alternativ digitale Komponenten beinhalten, wie eine/n oder mehrere Softkeys, Touchscreens und/oder visuelle Anzeigen. Die Eingabevorrichtung 342 kann zur Erzeugung eines oder mehrerer Signale ausgelegt sein, die basierend auf den von der Bedienperson empfangenen Eingaben verschiedene Parameter der Fräsmaschine 110 und/oder ihrer Umgebung anzeigen.
Wie in 10 dargestellt, kann das Steuersystem 356 mit der Fräsmaschine 110 verbunden sein und Elemente beinhalten, die mit dem Backoffice 382 zusammenarbeiten, um die Übergabe des Fräsguts an den Lastkraftwagen 120 (1) zu überwachen und zu analysieren und die Kommunikation zwischen der Fräsmaschine 110 und der Straßenfertigungsmaschine 118 und/oder zwischen der Fräsmaschine 110 und den Lastkraftwagen 116, 120 zu ermöglichen. Beispielsweise können Elemente des Steuersystems 356 mit dem Backoffice 382 zur Erzeugung von Daten in Bezug auf eine Fräsgeschwindigkeit der Fräsmaschine 110 zusammenarbeiten, die zur Ermittlung der tatsächlichen Fräsgeschwindigkeit wieder zurück an das Backoffice 382 übertragen werden können. Die Fräsgeschwindigkeit der Fräsmaschine 110 kann ein Massendurchsatz an und/oder ein Volumendurchsatz (V) von Fräsgut sein, das von der Fräsmaschine 110 in den Lastkraftwagen 120 entladen wird. Die Fräsgeschwindigkeit kann nach Bedarf in Bezug auf die Zeit, den Abstand oder einen anderen Referenzparameter ermittelt werden. Das Steuersystem 356 oder der externe Computer 384 können zur Ermittlung der Gesamtmenge (z. B. Gesamtgewicht W oder Gesamtvolumen V) des gefrästen und/oder umgeladenen Materials über einen bestimmten Zeitraum, des Füllstands Σ des Lastkraftwagens 120, der verbleibenden Zeit TF, bis der Lastkraftwagen 120 voll ist, und/oder anderer statistischer Informationen konfiguriert sein. Auf diese Weise können eines oder mehrere des Steuersystems 356 der Fräsmaschine 110 und des externen Computers 384 des Backoffice 382 zusammenarbeiten, um die Leistung der Fräsmaschine 110 auszuwerten und zu überwachen, ohne die Steuerung 344 der Fräsmaschine 110 zu belasten.
Elemente des Steuersystems 356 können Schnittstellenvorrichtungen 336, den Bodengeschwindigkeitssensor 357, den Fördergeschwindigkeitssensor 358, den Tiefensensor 359, einen oder mehrere Materialmesssensoren 360a-c („Sensoren“), die Ortungsvorrichtung 362, den Meißelverschleißsensor 364, die Kommunikationsvorrichtung 366 und die Steuerung 344 beinhalten, die elektronisch mit jedem der anderen Elemente verbunden ist. Elemente des Steuersystems 356 können zur Erzeugung von Signalen ausgelegt sein, die der Fräsmaschine 110 zugeordnete Betriebsparameter anzeigen und von einem oder beiden des Steuersystems 356 und des externen Computers 384 zur weiteren Verarbeitung verwendet werden können. Diese Signale, z. B. die Sensor-Rohdaten, können über die Kommunikationsvorrichtung 366 von der Fräsmaschine 110 aus zur Verwaltung des Einsatzortes und zur Analyse im Back-Office gesendet werden. Diese Signale können wiederum vom externen Computer 384 verarbeitet und in Nutzdaten bezüglich der Leistung der Fräsmaschine 110 umgewandelt werden, die dann an die Fräsmaschine 110, den Straßenfertiger 118 und die Lastkraftwagen 116, 120 übertragen werden können. Die Informationen, einschließlich des Massendurchsatzes (m), des Volumendurchsatzes (V), des Gesamtgewichts W, des Gesamtvolumens V, des Füllstands Σ und der verbleibenden Zeit TF, können sodann der Bedienperson der Fräsmaschine 110 über die Anzeige 338 dargestellt und von der Bedienperson und/oder der Steuerung 344 verwendet werden, um die Betriebsparameter der Fräsmaschine 110 zu regeln (z. B. Fahrgeschwindigkeit, Walzendrehzahl, Frästiefe, Fräsgeschwindigkeit usw.) und/oder die Lastkraftwagen 116, 120 zu disponieren.
Das Steuersystem 356 und/oder der externe Computer 384 können zur Ermittlung des Füllstands Σ des Lastkraftwagens 116 basierend auf dem Massendurchsatz, dem Volumendurchsatz (V) und/oder dem Gesamtgewicht W oder dem Volumen V des Fräsguts in Verbindung mit bekannten Merkmalen des Lastkraftwagens 120 (z. B. Geometrie, Fassungsvermögen, Form, Taragewicht, Gewichtsgrenze usw.) konfiguriert sein. Anhand dieser Informationen und der Signale von einem oder mehreren der Sensoren 360a-c kann das Steuersystem 356 und/oder der externe Computer 384 zur Ermittlung der verbleibenden Zeit TF bis der Lastkraftwagen 116 beladen ist (d. h. einen Schwellenwert erreicht, einen gewünschten Füllstand erreicht usw.) konfiguriert sein. Der externe Computer 384 kann beispielsweise den Massendurchsatz (m), den Volumendurchsatz (V), das Gesamtgewicht W und/oder den Füllstand Σ mit einer Gewichtsgrenze, Volumenkapazität und/oder einem Zielfüllstand des Lastkraftwagens 116 über einen Zeitraum der Förderzeit vergleichen und ermitteln, wie viel Zeit verbleibt, bis das Transportfahrzeug vollständig beladen sein wird. Anhand dieser Informationen kann ermittelt werden, wann leere Lastkraftwagen 120 zur Fräsmaschine 110 oder volle Lastkraftwagen 116 mit frischem Straßenfertigungsmaterial zum Straßenfertiger 118 zu schicken sind.
Der Geschwindigkeitssensor 358 kann zur Erzeugung eines Signals konfiguriert sein, das eine lineare Bandgeschwindigkeit des Bandes 350 anzeigt. Der Geschwindigkeitssensor 358 kann zum Beispiel ein wellengetriebener Sensor sein, der an der Riemenscheibe 368 des Fördersystems 16 befestigt ist. Die Riemenscheibe 368 kann mit dem Band 350 in Kontakt stehen und vom Motor 354 angetrieben werden. Die Riemenscheibe 368 kann alternativ auch eine freilaufende Scheibe, wie etwa eine Spannrolle, eine Spannvorrichtung oder eine andere Art von Riemenscheibe sein. Der Geschwindigkeitssensor 358 kann alternativ direkt an einer Welle des Motors 354 angebracht sein, und sein Signal kann ebenfalls einen Hinweis auf die Drehzahl des Motors 354 geben. In einigen Ausführungsformen können mehrere Geschwindigkeitssensoren 358 verwendet werden, deren Ausgaben von dem Steuersystem 356 und/oder dem externen Computer 384 verarbeitet werden, um die durch den Schlupf des Bandes 350 verursachten Ungenauigkeiten zu verringern. Der Geschwindigkeitssensor 358 kann die Drehzahl einer Welle oder eines Rades mit Hilfe eines magnetischen, optischen, pulsierenden oder eines anderen Sensorelements erfassen. Die vom Geschwindigkeitssensor 358 erzeugten Signale können zur Verarbeitung an das Steuersystem 356 und/oder den externen Computer 384 weitergeleitet werden.
Der Tiefensensor 359 kann zur Erzeugung eines Signals ausgelegt sein, das eine Tiefe D der Schneidwalze 38 unterhalb der Fläche 114 anzeigt. Das heißt, der Tiefensensor 359 kann ein Signal erzeugen, das die Schnitttiefe der Fräsmaschine 110 anzeigt. In einigen Beispielen kann der Tiefensensor 359 den Schenkeln 66A, 66B zugeordnet und zur Erzeugung eines Signals ausgelegt sein, das von der Steuerung 344 und dem externen Computer 384 verwendet werden kann, um basierend auf der Position der Schenkel 66A, 66B in Verbindung mit bekannten Informationen (z. B. bekannten Versätzen zwischen dem Rahmen 20 und der Schneidwalze 38) einen Abstand zu anderen Maschinenmerkmalen wie der Fräskammer 34 oder den Seitenplatten 48 zu ermitteln. In anderen Beispielen kann der Tiefensensor 359 zur Erzeugung eines Signals ausgelegt sein, das die relative Position der Schneidwalze 38 in Bezug auf den Rahmen 20 oder eine andere Referenzkomponente der Fräsmaschine 110 anzeigt.
Die Sensoren 360a-c können einen oder mehrere Sensoren und/oder Sensorsysteme beinhalten, die zur Erzeugung von Signalen ausgelegt sind, die eine Menge an gefrästem und/oder über das Fördersystem 16 in den Lastkraftwagen 116 befördertem Material anzeigen. Beispielsweise kann der Sensor 360a eine Bandwaage sein. Das heißt, der Sensor 360a kann einen Kraftaufnehmer beinhalten, der zur Messung einer Normalkraft ausgelegt ist, die durch das Gewicht des Materials auf dem Fördersystem 16 auf das Band 350 ausgeübt wird. In Beispielen kann der Sensor 360a die vom Förderer 52 beförderte Materialmenge ermitteln, ohne bewegliche Teile des Förderers 52 zu berühren. Das vom Sensor 360a erzeugte Signal kann vom externen Computer 384 und der Steuerung 344 in Verbindung mit dem vom Geschwindigkeitssensor 358 und/oder anderen Sensoren (z. B. einem Neigungsmesser) erzeugten Signal verwendet werden, um den Massendurchsatz und/oder den Volumendurchsatz (V) des in den Lastkraftwagen 120 eingebrachten Fräsguts zu ermitteln.
Der Sensor 60b kann zur Erzeugung eines Signals ausgelegt sein, das einen Betriebsparameter anzeigt, mit dem ermittelt werden kann, wie viel Leistung für den Antrieb des Förderers 52 verwendet wird. Der Sensor 360b kann beispielsweise zur Messung einer Hydraulikdruckdifferenz, einer elektrischen Spannung oder eines anderen Parameters des Motors 354 ausgelegt sein. Das vom Sensor 360b erzeugte Signal kann vom externen Computer 384 und der Steuerung 344 in Verbindung mit anderen Parametern (z. B. Strömungsrate der Hydraulikflüssigkeit, Motordrehzahl, Motorverschiebung, elektrischer Widerstand, elektrischer Strom usw.) zur Ermittlung der für den Antrieb des Förderers 52 verwendeten Leistung verwendet werden. Die für den Antrieb des Förderers 52 verwendete Leistung kann zusammen mit anderen Parametern (z. B. Größe und Drehzahl der Riemenscheibe 368, Neigungswinkel des Förderers 52 usw.) von dem externen Computer 384 und der Steuerung 344 zur Ermittlung der Fräsgeschwindigkeit (z. B. des Massendurchsatzes (m) und/oder eines Volumendurchsatzes (V)) der Fräsmaschine 110 verwendet werden.
Sensor 360c kann einen Sensor oder ein System verkörpern, der/das für die Ermittlung einer Schnitttiefe D vor der Schneidwalze 38 ausgelegt ist. Der Sensor 360c kann zum Beispiel ein radioaktives Detektionssystem, ein Laserscansystem, einen optischen Scanner, eine Kamera, einen Ultraschallsensor oder eine andere Art von Sensor beinhalten, der zur Erzeugung eines Signals ausgelegt ist, das eine Länge (z. B. eine Breite, eine Höhe, eine Tiefe usw.), eine Fläche oder ein Volumen des von der Schneidwalze 38 gefrästen Materials angibt. Bei Bedarf können auch andere Arten von Sensoren oder Erfassungssystemen verwendet werden. Die von den Sensoren 360a-c erzeugten Signale können vom externen Computer 384 und der Steuerung 344 in Verbindung mit anderen Parametern (z. B. der Bandgeschwindigkeit) zur Ermittlung der Fräsgeschwindigkeit der Fräsmaschine 110 (z. B. des Massendurchsatzes (m) und/oder des Volumendurchsatzes (V) des gefrästen Materials) verwendet werden. In Beispielen kann die Ausgabe des Sensors 360c auch zur Ermittlung der durch den Förderer 52 beförderten Materialmenge verwendet werden, ohne dass bewegliche Teile des Förderers 52 berührt werden.
Die Lokalisierungsvorrichtung 362 kann zur Erzeugung eines Signals ausgelegt sein, das die geografische Position der Fräsmaschine 110 in Bezug auf einen lokalen Referenzpunkt, ein dem Arbeitsbereich zugeordnetes Koordinatensystem, ein der Erde zugeordnetes Koordinatensystem oder eine andere Art von 2D- oder 3D-Koordinatensystem anzeigt. Beispielsweise kann die Lokalisierungsvorrichtung 362 einen elektronischen Empfänger, der zur Kommunikation mit einem oder mehreren Satelliten ausgestaltet ist, oder ein lokales Funk- oder Laserübertragungssystem, das zur Bestimmung einer relativen geografischen Position von sich selbst verwendet wird, verkörpern. Die Lokalisierungsvorrichtung 362 kann hochfrequente Funksignale mit niedriger Leistung oder Lasersignale von mehreren Orten empfangen und analysieren, um eine relative dreidimensionale geografische Position zu triangulieren. Ein Signal, das diese geographische Position angibt, kann dann von der Ortungsvorrichtung 362 an den externen Computer 384 und die Steuerung 344 übermittelt werden. In Beispielen kann die Ortungsvorrichtung 362 ein Signal des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) umfassen, wie beispielsweise die Signale des globalen Positionierungssystems (GPS) und des globalen Navigationssatellitensystems (GLONASS).
Der Meißelverschleißsensor 364 kann für die Erkennung ausgelegt sein, wann ein oder mehrere an der Schneidwalze 38 angebrachte Schneidmeißel 365 eine Verschleißschwelle überschreiten. Die Schneidmeißel 365 können für die Ausgabe zumindest eines Signals über einen oder mehrere Sender 367 ausgelegt sein, die sich in jedem Schneidmeißel 365 befinden. Die Sender 367 können Opferkomponenten sein, die im Schneidmeißel 365 in einer Tiefe unterhalb der äußeren Fläche angeordnet sind, sodass die Sender 367 intakt bleiben und ein Signal aussenden, bis der Schneidmeißel 365 abgenutzt ist (d. h. den Schwellenwert überschreitet). Überschreitet der Schneidmeißel 365 die Verschleißgrenze, werden die Sender 367 möglicherweise freigelegt. Einmal freigelegt, können die Sender 367 zerstört werden und keine Signale mehr aussenden oder aus dem Schneidmeißel 365 herausfallen. Jeder Sender 367 kann beispielsweise ein Radiofrequenz-Identifikations-Tag (RFID-Tag) sein, der ein Signal aussendet, das eine ID angibt. Der Meißelverschleißsensor 364 kann zur Erkennung des von jedem Sender ausgesendeten Signals ausgelegt sein und die Signale an den externen Computer 384 und die Steuerung 344 übermitteln. Der Sender 367 kann eine andere Art von Sender sein, der bei Bedarf zur Erzeugung eines Signals aus dem Schneidmeißel 365 in der Lage ist.
Die Kommunikationsvorrichtung 366 kann Hardware und/oder Software beinhalten, die das Senden und Empfangen von Datennachrichten zwischen der Steuerung 344 und dem externen Computer 384 oder einer anderen Einrichtung ermöglicht. Die Datennachrichten können nach Wunsch über eine direkte Datenverbindung und/oder eine drahtlose Kommunikationsverbindung gesendet und empfangen werden. Die direkte Datenverbindung kann eine Ethernet-Verbindung, ein Connected Area Network (CAN) oder eine andere im Fachgebiet bekannte Datenverbindung umfassen. Die drahtlosen Kommunikationen können Satelliten-, Mobilfunk-, Bluetooth-, WLAN-, Infrarot- und/oder jedweden anderen Typ von drahtloser Kommunikation beinhalten, welcher der Kommunikationsvorrichtung 366 einen Austausch von Informationen ermöglicht. Die Sensoren der Fräsmaschine 110 können in direkter Kommunikation mit der Steuerung 344 der Fräsmaschine, der Kommunikationsvorrichtung 366 oder dem externen Computer 384 stehen. Somit können die Sensor-Rohdaten über die Kommunikationsvorrichtung 366 direkt an das Steuersystem 356 oder an den externen Computer 384 übertragen werden. Die Kommunikationsvorrichtung 366 kann anschließend verarbeitete Sensordaten für die grafische Ausgabe auf der Anzeige 338 empfangen. Zusätzlich oder alternativ können die Sensor-Rohdaten direkt an die Steuerung 344 zur Verarbeitung und anschließend an die Anzeige 338 und/oder die Kommunikationsvorrichtung 366 übertragen werden. In Beispielen der vorliegenden Offenbarung werden Sensor-Rohdaten zur Verarbeitung durch den externen Computer 384 von der Fräsmaschine 110 übertragen und die verarbeiteten Sensordaten werden in vereinfachter Form und mit verringerter Auflösung oder Frequenz an die Steuerung 344 zurückgegeben, um die Rechenlast der Steuerung 344 zu minimieren. Somit kann die Kommunikationsvorrichtung 366 zur Übertragung und zum Empfang von Daten mit dem externen Computer 384 fähig sein.
Die Kommunikationsvorrichtung 366 kann zur Kommunikation mit dem Straßenfertiger 118 über eine Kommunikationsvorrichtung 370 ausgelegt sein, die elektronisch mit einer Steuerung 372 des Straßenfertigers 118 verbunden ist. Die Kommunikationssignale und Daten können in beide Richtungen zwischen der Kommunikationsvorrichtung 366 und der Kommunikationsvorrichtung 370 übertragen werden. Auf diese Weise kann die Steuerung 344 der Fräsmaschine 110 für den Empfang von Eingaben und anderen Informationen von der Steuerung 372 des Straßenfertigers 118 und umgekehrt konfiguriert sein. Solche Eingaben können beispielsweise ein oder mehrere Signale beinhalten, die eine Position des Straßenfertigers 118, eine Deckeneinbaugeschwindigkeit des Straßenfertigers 118, eine Menge an verfügbarem Straßenfertigungsmaterial für die Verwendung durch den Straßenfertiger 118, eine Menge an verfügbarer Einbaudauer und oder andere Informationen bezüglich des von dem Straßenfertiger 118 durchgeführten Deckeneinbauprozesses anzeigen. Der Straßenfertiger 118 kann zum Beispiel eine Ortungsvorrichtung 374 beinhalten, die zur Erzeugung eines Signals konfiguriert ist, das die Position des Straßenfertigers 118 anzeigt. Das von der Ortungsvorrichtung 374 erzeugte Signal kann eine absolute Position (z. B. eine GPS-Koordinatenposition) oder eine relative Entfernung (z. B. basierend auf einem laser-, ultraschall- oder funkbasierten Messsystem) zwischen der Fräsmaschine 110 und dem Straßenfertiger 118 angeben.
Der Straßenfertiger 118 kann auch einen oder mehrere zur Erzeugung von Signalen ausgelegte Sensoren 376 beinhalten, die Parameter zur Ermittlung der Deckeneinbaugeschwindigkeit des Straßenfertigers 118 anzeigen. Die Sensoren 376 können beispielsweise Positionssensoren beinhalten, die den an dem Straßenfertiger 118 angebrachten Komponenten der Einbaubohle 378 zugeordnet sind. Die von den Sensoren 376 erzeugten Signale können zur Ermittlung der Höhe der Einbaubohle 378 über der Fläche 114, der Breite der Einbaubohle 378 und/oder des Winkels eines oder mehrerer Glättbleche in Bezug auf die Fläche 114 verwendet werden bzw. einen Hinweis darauf geben. Basierend auf diesen Signalen und in Verbindung mit anderen Informationen (z. B. der Bodengeschwindigkeit des Straßenfertigers 118, der Dichte des Straßenfertigungsmaterials usw.) kann die Steuerung 372, der externe Computer 384 oder die Steuerung 344 zur Ermittlung der Deckeneinbaugeschwindigkeit (z. B. der volumetrischen Strömungsrate, des Massendurchsatzes usw.) des Straßenfertigers 118 ausgelegt sein. Die Deckeneinbaugeschwindigkeit des Straßenfertigers 118 kann eine Menge an Straßenfertigungsmaterial (z. B. ein Gewicht, eine Masse, ein Volumen, etc.) sein, die auf der Fläche 114 in Bezug auf einen Referenzparameter, wie z. B. die Zeit oder die Entfernung, aufgebracht wird.
Bei der Menge an verfügbarem Straßenfertigungsmaterial kann es sich um die Menge des im Behälter 380 des Straßenfertigers 118 verfügbaren Straßenfertigungsmaterials, um das im Lastkraftwagen 116 (siehe 1) verfügbare Material oder um das in einem Straßenfertigungswerk für einen bestimmten Zeitraum, z. B. einen bestimmten Tag, eine bestimmte Schicht oder ein bestimmtes Projekt, verfügbare Material handeln. In einigen Fällen kann die Menge an verfügbarem Material von einer Kommunikationsvorrichtung im Werk an den Straßenfertiger 118 übertragen werden, der sie wiederum an die Fräsmaschine 110 weiterleitet. In anderen Fällen kann die Menge des verfügbaren Straßenfertigungsmaterials direkt an die Fräsmaschine 110 übertragen werden.
Die zur Verfügung stehende Zeit für den Deckeneinbau kann vom Personal im Arbeitsbereich ermittelt werden oder wird von den Arbeitsbedingungen, beispielsweise der von einem Kunden oder einer Aufsichtsbehörde zugewiesenen Zeit, diktiert. Zum Beispiel kann die Deckeneinbauzeit auf die Zeit zwischen morgendlichem und abendlichem Berufsverkehr, auf Zeiten außerhalb der Hauptverkehrszeiten, auf Tages- oder Nachtzeiten usw. beschränkt werden. Die verfügbare Deckeneinbauzeit kann über eine dem Straßenfertiger 118 zugeordnete Schnittstellenvorrichtung 336 (10), über die Schnittstellenvorrichtung 336 der Kaltfräse oder über eine externe Instanz, wie beispielsweise einen externen Computer 384, eingegeben werden. Andere Betriebsparameter des Straßenfertigers 118, wie beispielsweise eine Bodengeschwindigkeit, eine Fahrtrichtung, ein Betriebsstatus (z. B. Betrieb, Stopp, Störung usw.) oder andere Informationen können ebenfalls an den Straßenfertiger 118, die Fräsmaschine 110 und den externen Computer 384 übermittelt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass alle Informationen, die der Fräsmaschine 110 über die Kommunikationsvorrichtung 366 von dem Straßenfertiger 118 bereitgestellt werden, alternativ auch von dem externen Computer 384 bereitgestellt werden können. So können zum Beispiel alle Informationen, die von dem Straßenfertiger 118 erzeugt werden, wie Position, Deckeneinbaugeschwindigkeit und Geschwindigkeit des Straßenfertigers 118, von dem Straßenfertiger 118 an den externen Computer 384 und dann von dem externen Computer 384 an die Fräsmaschine 110 weitergeleitet werden. Zusätzlich können mit beiden Verfahren Informationen von der Fräsmaschine 110 an den Straßenfertiger 118 übertragen werden. Informationen bezüglich des Deckeneinbauprozesses, wie etwa die verfügbare Deckeneinbauzeit und das verfügbare Straßenfertigungsmaterial, die Dichte des Straßenfertigungsmaterials, die Einsatzortpläne usw., können zwischen der Fräsmaschine 110, der Straßenfertigungsmaschine 118 und dem externen Computer 384 in mehrere Richtungen fließen. Wie hierin beschrieben, können Sensor-Rohdaten von der Fräsmaschine 110 und dem Straßenfertiger 118 an den externen Computer 384 fließen und die von dem externen Computer 384 verarbeiteten Sensordaten können an die Fräsmaschine 110 und den Straßenfertiger 118 fließen.
Bei dem externen Computer 384 kann es sich um jede Art von Back-Office-Computer, Laptop-Computer, Mobiltelefon, persönlichen digitalen Assistenten, Tablet, spezielle Hardware-Vorrichtung oder eine andere Art von stationärer oder mobiler Computervorrichtung handeln, die zur Übermittlung von Informationen über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung ausgelegt ist. Ein Back-Office-Computer kann sich am Einsatzort der Fräsmaschine 110 und des Straßenfertigers 118 oder in dessen unmittelbarer Nähe befinden oder von diesem Einsatzort entfernt befindlich sein. In Beispielen ist der Back-Office Computer 384 physisch von jeder physischen Komponente der Fräsmaschine 110 getrennt, sodass das einzige Verbindungsglied zwischen dem Back-Office-Computer 384 und der Fräsmaschine 110 ein elektronisches Kommunikationssignal ist, wodurch sich die Fräsmaschine 110 frei bewegen kann, während der Back-Office-Computer 384 stationär bleiben kann.
Die Steuerung 344 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten, die ein Mittel zur Überwachung der Bedienperson- und der Sensoreingaben und zur reaktiven Anpassung der Betriebseigenschaften der Fräsmaschine 110 basierend auf den Eingaben beinhalten. Die Steuerung 344 kann zum Beispiel einen Speicher, eine Sekundärspeichervorrichtung, eine Uhr und einen Prozessor wie eine Zentraleinheit oder jedwedes andere Mittel zum Bewerkstelligen einer Aufgabe beinhalten, die mit der vorliegenden Offenbarung konsistent ist. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können zum Durchführen der Funktionen der Steuerung 344 konfiguriert sein. Es sollte offensichtlich sein, dass die Steuerung 344 leicht eine allgemeine Maschinensteuerung verkörpern könnte, die zum Steuern zahlreicher anderer Maschinenfunktionen fähig ist. Der Steuerung 344 können verschiedene andere bekannte Schaltungen, einschließlich Signalkonditionierschaltungen, Kommunikationsschaltungen und anderer geeigneter Schaltungen, zugeordnet sein. Statt ein Computersystem zu beinhalten oder zusätzlich zu diesem kann die Steuerung 344 bei Bedarf weiterhin mit einem externen Computersystem kommunikativ gekoppelt sein.
Die Steuerung 344 und/oder der externe Computer 384 können zur Ermittlung der verbleibenden Zeit bis zur Wartung ausgelegt sein, indem sie die von den Sendern 367 erzeugten Signale, die vom Meißelverschleißsensor 364 erkannt werden, über die Zeit verfolgen. Beispielsweise können die vom Meißelverschleißsensor 364 erfassten Signale auf den sich mit der Zeit ändernden Verschleiß der Schneidmeißel 365 hinweisen, woraus die Steuerung 344 den Zeitraum TT bis zum vollständigen Verschleiß der Schneidmeißel 365 extrapolieren kann. Die für die Inspektion und/oder den Austausch der verschlissenen Schneidmeißel 365 benötigte Zeit kann eine vorgegebene oder geschätzte Zeitdauer sein, die im Speicher der Steuerung 344 gespeichert ist. Diese Zeitdauer kann auch basierend auf der Anzahl der Schneidmeißel 365, die einer Inspektion oder eines Austauschs bedürfen, erhöht oder verringert werden, wie durch die vom Meißelverschleißsensor 364 empfangenen Signale ermittelt.
Die Steuerung 344 und/oder der externe Computer 384 können bei der Ermittlung der Zielentfernung DT bei Bedarf auch oder alternativ andere Betriebsparameter berücksichtigen. So kann die Steuerung 344 beispielsweise Signale von anderen, der Fräsmaschine 110 zugeordneten Sensoren empfangen, wie beispielsweise einem Kraftstoffstandssensor, einem Ölstandssensor, einem Öldrucksensor, einem Kühlmitteltemperatursensor, Wasserstandssensoren für Tanks mit Bordwasser zur Kühlung der Schneidmeißel 365 und/oder anderen Sensoren. Steuerung 344 kann die von einem oder mehreren dieser anderen Sensoren erzeugten Signale über die Zeit verfolgen und die verbleibende Zeit extrapolieren, bis diese Parameter einen Schwellenwert erreichen, bei dem Wartungsmaßnahmen im Zusammenhang mit den erkannten Parametern erforderlich sind. Solche Verfahren können beispielsweise ein Betankungsverfahren, ein Ölverfahren, ein Reparaturverfahren oder eine andere Wartungsaufgabe beinhalten. Die Steuerung 344 kann auch die für die Durchführung dieser Vorgänge benötigte Zeit basierend auf bekannten Zeitwerten, die in ihrem Speicher gespeichert sind oder vom Personal über die Schnittstellenvorrichtung 336 eingegeben wurden, berücksichtigen.
Die Steuerung 344 und/oder der externe Computer 384 sind beispielsweise zur Erzeugung eines Modells des von dem Straßenfertiger 118 zu füllenden Raums ausgelegt, das auf der Tiefe D der Schneidwalze 38, einer Breite der Schneidwalze und der Position der Fräsmaschine 110 über einen Fräszeitraum basiert. Das heißt, die Steuerung 344 kann die Tiefe D der Schneidwalze 38 kontinuierlich verfolgen und die Tiefe D mit der Breite der Schneidwalze 38 multiplizieren, die ein bekannter, im Speicher abgelegter Wert sein kann, um kontinuierlich einen Schnittbereich der Schneidwalze 38 zu ermitteln. Der Schnittbereich kann mit einer Änderung der Fahrstrecke der Fräsmaschine 110, die durch die Differenz zwischen einem ersten und einem nachfolgenden, durch die Ortungsvorrichtung 362 oder durch den Einsatz des Bodengeschwindigkeitssensors 357 erzeugten Ortungssignal bestimmt wird, multipliziert werden, um ein Schnittvolumen zu ermitteln. Iterative Berechnungen des Fräsvolumens können über einen bestimmten Zeitraum durchgeführt und in Bezug auf den Standort der Fräse 110 kompiliert werden, um ein volumetrisches Modell der von der Fräsmaschine 110 gefrästen Fläche zu erzeugen, die von dem Straßenfertiger 118 zu füllen ist. Das Modell kann indikativ für das Gesamtvolumen der zu befestigenden Fläche sein und detaillierte Tiefen- und Breitendaten entlang der Länge der modellierten Fläche beinhalten.
11 ist ein Liniendiagramm, das das Verfahren 500 zur Überwachung der Produktivität und Bewertung der Leistung der Fräsmaschine 110 darstellt, einschließlich der Ermittlung der Teilschnittbreite und des gefrästen Materialvolumens der Fräsmaschine 110, sodass es mit den hierin beschriebenen Systemen und Verfahren durchgeführt werden kann.
In den Schritten 502A-502E können einer oder mehrere der verschiedenen Betriebsparameter der Fräsmaschine 110 überwacht werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Bordsensoren der Fräsmaschine 110 zur Erfassung von Daten bezüglich eines oder mehrerer Vorgänge der Fräsmaschine 110 verwendet werden. Insbesondere kann die Geschwindigkeit der Fräsmaschine 110 bezüglich des Bodens beispielsweise mit Hilfe des Geschwindigkeitssensors 357 (10) in Schritt 502A überwacht werden. Der Geschwindigkeitssensor 357 kann ein normaler Tachometer sein. In Beispielen kann die Geschwindigkeit der Fräsmaschine 110 mit Hilfe eines Sensors ermittelt werden, der mit einem oder mehreren Antriebselementen 26 und 28 oder einem Antriebsmotor der Fräsmaschine 110, wie z. B. einem Motor, verbunden ist. In zusätzlichen Beispielen kann die Geschwindigkeit der Fräsmaschine 110 unter Verwendung eines Positionssensors, wie beispielsweise eines in Bezug auf Schritt 502B beschriebenen, ermittelt werden.
In Schritt 502B kann der Standort der Fräsmaschine 110 unter Verwendung eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS), wie dem globalen Positionierungssystem (GPS) und dem globalen Navigationssatellitensystem (GLONASS), ermittelt werden. In Beispielen kann die Ortungsvorrichtung 362 zur Ermittlung der Position und Geschwindigkeit der Fräsmaschine 110 verwendet werden.
In Schritt 502C kann die Schnitttiefe der Schneidwalze 38 zum Beispiel unter Verwendung des Sensors 360c erfasst werden. Der Sensor 360c kann ein Ultraschall-, magnetoresistiver, akustischer oder Lasersensor sein, der beispielsweise zur Anzeige der Tiefe d₀ ausgelegt ist.
In Schritt 502D kann die Schnittbreite der Schneidwalze 38 unter Verwendung eines der hierin beschriebenen Verfahren, wie dem Teilschnittbreiten-Sensorsystem 18 (2) oder Laserscannern, sowie anderer Verfahren erfasst werden.
In Schritt 502E können verschiedene andere Sensoreingaben überwacht werden. So können beispielsweise die Ausgaben des Sensors 360a zur Erfassung des Gewichts des Bandes 350, des Sensors 360b zur Erfassung der Betriebsparameter des Motors 354, des Geschwindigkeitssensors 358 bezüglich des Förderers 52 und des Meißelverschleißsensors 364 zur Erfassung der Verschleißparameter eines oder mehrerer Schneidmeißel 365 überwacht werden.
In Schritt 504 können Daten von jedem der Sensoren der Fräsmaschine 110 gesammelt werden. In Beispielen können die Daten von der Steuerung 344 an Bord der Fräsmaschine 110 gesammelt werden. Die Rohdaten der Sensoren der Schritte 502A-502E können über verschiedene drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationssysteme an die Steuerung 344 übertragen werden. Rohdaten können von einem Sensor erfasste Daten umfassen, die noch nicht zur Ermittlung eines Parameters der Fräsmaschine 110 verarbeitet oder analysiert wurden. Das heißt, die Sensor-Rohdaten können nicht der Fräsmaschine 110 zugeordnet sein. Die Sensor-Rohdaten können jedoch vom Sensor selbst oder von einem direkt dem Sensor zugeordneten (z. B. mit ihm verdrahteten) Prozessor aufbereitet oder gefiltert werden, um eine bessere Übersichtlichkeit zu gewährleisten.
In Schritt 506 können die Daten von jedem der Sensoren aus den Schritten 502A-502E von der Fräsmaschine 110 extern übertragen werden. In Beispielen kann die Steuerung 344 Daten von den Sensoren an die Kommunikationsvorrichtung 366 übertragen. Die Kommunikationsvorrichtung 366 kann, wie hierin beschrieben, verschiedene drahtlose Protokolle verwenden. In zusätzlichen Beispielen können die Sensoren der Schritte 502A-502E Daten ohne die Unterstützung der Steuerung 344 direkt an die Kommunikationsvorrichtung 366 übertragen. In zusätzlichen Beispielen können die Sensoren der Schritte 502A-502E Daten direkt an eine Kommunikationsvorrichtung des externen Computers 384 übertragen. Die in Schritt 506 übertragenen Daten können von jedem Sensor, der die Daten zur späteren Neuzusammensetzung erzeugt, individuell mit einem Zeitstempel versehen werden.
In Schritt 508 können die von der Fräsmaschine 110 übertragenen Daten an einem externen Standort empfangen werden. Ein externer Standort kann jeder Ort sein, der nicht physisch mit der Fräsmaschine 110 verbunden ist. Beispiele für externe Standorte können eine mobile Computervorrichtung umfassen, die sich am selben Einsatzort wie die Fräsmaschine 110 befindet. Zusätzliche Beispiele für externe Standorte können Desktop- oder Notebook-Computer umfassen, die sich in einer Büroumgebung befinden. Schritt 508 kann mehrere Standorte umfassen. Die Daten können drahtlos über eines der hierin beschriebenen Protokolle empfangen werden. In anderen Beispielen können die Daten über eine kabelgebundene Verbindung empfangen werden. Die vom externen Computer 384 empfangenen Daten können neu zusammengesetzt und aggregiert werden, etwa durch das Zusammensetzen der Datenströme von einzelnen Sensoren zu einer einzigen Zeitleiste.
In Schritt 510 können die Daten von den Sensoren aus den Schritten 502A-502E am externen Standort von einer Rechenvorrichtung wie einer CPU der Vorrichtung verarbeitet werden. Die Verarbeitung der Sensordaten kann die Manipulation oder Umwandlung der Sensor-Rohdaten in nützliche oder kontextualisierte Informationen umfassen. Solche Informationen können eine reale Erklärung, Größe oder Beschreibung des vom Sensor in Bezug auf die Fräsmaschine 110 erfassten Parameters vorsehen. Solche Informationen können anschließend zur Bewertung der Leistung eines Einsatzortes oder von Teilen davon oder zur Bewertung einzelner Maschinen, wie der Fräsmaschine 110, ausgewertet werden. Die Rohinformationen zur Tiefe oder Breite können zum Beispiel einfach aus Daten bestehen, die Maßeinheiten zur Angabe einer Länge enthalten. Der externe Computer kann diese Informationen durch Korrelation der Länge mit der Länge der in einer Volumenberechnung verwendeten Fahrbahn in einen Kontext setzen. Somit bieten die Sensor-Rohdaten kein vollständiges Bild der Leistungscharakteristik der Fräsmaschine 110, wenn sie um weitere Informationen ergänzt werden.
In Schritt 512 kann ein Einsatzort, wie der in 1, bewertet werden. Daten bezüglich der Effizienz der Fräsmaschine 110, des Straßenfertigers 118 und der Lastkraftwagen 120 und 116 können einem Benutzer im Backoffice 382 beispielsweise in Form einer grafischen Ausgabe auf einer Videoanzeigevorrichtung oder dergleichen angezeigt werden. Die Einsatzortleistung kann umfassen, ob ausreichend Lastkraftwagen eingesetzt werden, um mit der Fräsmaschine 110 und dem Straßenfertiger 118 Schritt zu halten, und ob die Fräsmaschine 118 mit dem Straßenfertiger 110 Schritt hält. Daten bezüglich der Leistung des Einsatzortes und der dort eingesetzten Maschinen können auf der Benutzeroberfläche 386 beispielsweise in tabellarischer oder grafischer Form angezeigt werden.
In Schritt 514 kann die Leistung der Fräsmaschine 110 bewertet, ermittelt oder analysiert werden, wie beispielsweise durch die Anzeige von Informationen bezüglich der Fräsmaschine 110 auf einer Videoanzeigevorrichtung. Die vom Back-Office-Computer 384 verarbeiteten Sensor-Rohdaten können auf der Benutzeroberfläche 386 angezeigt werden. Beispielsweise können die Fräsgeschwindigkeit und das Volumen des von der Fräsmaschine 110 gefrästen Materials in tabellarischer oder grafischer Form angezeigt werden. Die Leistung der Fräsmaschine 110 in Schritt 514 kann die Bewertung des Einsatzortes in Schritt 512 erleichtern. In Schritt 516 können Daten bezüglich des Betriebs und der Leistung der Fräsmaschine 110 für die Übertragung an die Fräsmaschine 110 vorbereitet werden. Beispielsweise können die Daten in ein Format umgewandelt werden, das von der Hard- und Software der Steuerung 344 verwendet werden kann. Auf diese Weise können robuste Datensätze, die auf dem externen Computer 384 erzeugt wurden, für die Verwendung durch die Fräsmaschine 110 zugeschnitten werden. Beispielsweise kann die Auflösung der Daten verringert, d.h. weniger feinkörnig gemacht werden, oder die Geschwindigkeit, mit der die Daten an die Fräsmaschine 110 übertragen werden, z. B. die Aktualisierungsgeschwindigkeit, kann bezüglich der Geschwindigkeit, mit der der externe Computer 384 Daten von der Fräsmaschine 110 empfängt, gedrosselt oder reduziert werden.
In Schritt 518 kann eine Kommunikationsvorrichtung des Back-Office-Computers 384 verarbeitete und angepasste Sensordaten an die Fräsmaschine 110 übertragen, wobei ein beliebiges geeignetes Fern-, Funk- oder drahtgebundenes Kommunikationsprotokoll verwendet werden kann.
In Schritt 520 können die verarbeiteten und angepassten Sensordaten von der Fräsmaschine 110 empfangen werden. Beispielsweise kann die Steuerung 344 die Daten mit Unterstützung der Kommunikationsvorrichtung 366 empfangen. Die Daten können in einem zur Verwendung mit der Steuerung 344 geeigneten Format empfangen werden, das sich von dem Format, das von den Sensoren der Schritte 502A-502E erzeugt wurde, und von dem Format, das zur Verwendung durch den externen Computer 384 geeignet ist, unterscheidet.
In Schritt 522 können die von der Kommunikationsvorrichtung 366 empfangenen Daten auf der Schnittstellenvorrichtung 336 angezeigt werden. Wie erläutert, können solche Daten die Fräsgeschwindigkeit, das Volumen des gefrästen Materials, die Masse oder das Gewicht des gefrästen Materials und dergleichen umfassen. Die angezeigten Informationen können tabellarische oder grafische Formate umfassen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Anmeldung beschreibt verschiedene Systeme und Verfahren zur Fräsmaschinenerfassung, wie beispielsweise Teilschnittbreitenerfassung, Tiefenerfassung und Geschwindigkeitserfassung, die in Fräsmaschinen, wie Kaltfräsen, eingesetzt werden können, die zum Abtragen von altem oder degradiertem Straßenfertigungsmaterial von Fahrbahnoberflächen betrieben werden können. Die hierin beschriebenen Fräsmaschinen können Sensorsysteme beinhalten, die zur Erzeugung von Datensätzen für die weitere Verarbeitung verwendet werden können. Beispielsweise können die Rohdaten von der Fräsmaschine aus an einen Back-Office-Standort, eine mobile Vorrichtung oder dergleichen gesendet werden. Somit können die Daten unter Verwendung einer Rechenvorrichtung verarbeitet werden, die über eine höhere Verarbeitungsleistung und einen größeren Speicher verfügt. Zusätzlich kann eine solche Vorrichtung einfacher und häufiger mit der neuesten Software aktualisiert werden als die Hardware an Bord der Fräsmaschine. Somit kann die auf der Fräsmaschine verfügbare Rechenleistung ohne weiteres für die Bedienung der Fräsmaschine genutzt werden. Zusätzlich können die Kosten für die Fräsmaschine niedrig gehalten werden, da keine ausgefeilten Computerpakete, einschließlich Hardware und Software, benötigt werden. So führt das bordeigene Computersystem oder die Steuerung der Fräsmaschine in Beispielen keine Produktivitätsbewertungen durch. In zusätzlichen Beispielen kann das bordeigene Computersystem der Fräsmaschine jedoch auch zur Durchführung von Produktivitätsmessungen ausgelegt sein. Derartige Messungen können zur Verfolgung der Effizienz des Betriebs der Kaltfräsmaschinen verwendet werden. Produktivitätsmessungen können beispielsweise die Schätzung der Fräsmeißelnutzung und der Zeit, die für einen Fräsvorgang benötigt wird, unterstützen. Hochentwickelte externe Computersysteme können mehrere Datenströme in Echtzeit verarbeiten und genauere Ausgaben sowohl für die Produktivitätsüberwachung als auch für Leistungsbewertungen vorsehen. So können beispielsweise Kosteneinsparungen durch beispielsweise die Reduzierung der mit dem Austausch von Schneidmeißeln verbundenen Kosten und der mit dem Austausch von Schneidmeißeln verbundenen Arbeitszeit sowie durch die Verkürzung der Dauer eines Deckeneinbauvorgangs durch eine bessere Koordinierung von Fräsmaschinen, Straßenfertigern und Lastkraftwagen erzielt werden.
In Beispielen kann der Back-Office-Computer 384 anschließend die Fräsgeschwindigkeit der Fräsmaschine 110 basierend auf den Signalen der Sensoren 358 und einem oder mehreren der Sensoren 360a-c ermitteln und ein Signal, das die Deckeneinbaugeschwindigkeit des Straßenfertigers 118 anzeigt, von der Steuerung 372 über die Kommunikationsvorrichtung 366 empfangen. Nach dem Vergleich der Fräsgeschwindigkeit und der Deckeneinbaugeschwindigkeit kann der Back-Office-Computer 384 die Leistung der Fräsmaschine 110 und des Straßenfertigers 118 ermitteln, um die Leistung am Einsatzort zu bewerten. Der Back-Office-Computer 384 kann gleichzeitig Wartungssignale von anderen Sensoren, wie etwa dem Meißelverschleißsensor 364, empfangen und anhand der Signale ermitteln, wie viel Zeit noch verbleibt, bis die Fräsmaschine 110 zur Wartung angehalten werden muss. Diese Wartungssignale können auch Informationen wie die Zeit beinhalten, die die Fräsmaschine 110 voraussichtlich auf einen leeren Lastkraftwagen 120 warten muss, um den Einsatzort 112 zu erreichen, bevor die Fräsmaschine 110 mit dem Fräsen der Fläche 114 fortfahren kann.
Während die Fräsmaschine 110 die Fläche 114 fräst, kann der Back-Office-Computer 384 kontinuierlich die Tiefe und Breite der Schneidwalze 38 verfolgen und ein Modell der gefrästen Fläche über die von der Fräsmaschine 110 während des Fräsvorgangs zurückgelegte Strecke erzeugen. Bei dem Modell kann es sich um ein 3-D-Modell handeln, das das von dem Straßenfertiger 118 zu füllende Flächenvolumen genau wiedergibt. Auf diese Weise können Vermesser davon entlastet werden, während des Belagerneuerungsvorgangs ständig den Fortschritt der Fräsmaschine 110 zu ermitteln.
Der Back-Office-Computer 384 kann das Modell der gefrästen Fläche auch in Verbindung mit anderen bekannten Informationen (z. B. der Dichte des frischen Straßenfertigungsmaterials) verwenden, um zu ermitteln, ob die zum Auffüllen der gefrästen Fläche benötigte Menge an Straßenfertigungsmaterial die Menge des verfügbaren Straßenfertigungsmaterials übersteigt. Beispielsweise kann der Back-Office-Computer 384 ein Signal über die Menge des verfügbaren Straßenfertigungsmaterials von einer Materialproduktionsanlage, dem externen Computer 384 oder dem Straßenfertiger 118 über eine Kommunikationsvorrichtung empfangen und ermitteln, ob die Menge des verfügbaren Straßenfertigungsmaterials ausreicht, um das von der Fräsmaschine 110 gefräste Volumen der Fläche auszufüllen. Reicht die Menge des verfügbaren Straßenfertigungsmaterials nicht aus, kann der Back-Office-Computer 384 die Fräsgeschwindigkeit der Fräsmaschine 110 automatisch reduzieren oder auf der Anzeige 338 grafische Objekte erzeugen, die den Unterschied zwischen der Menge des benötigten Straßenfertigungsmaterials und der Menge des verfügbaren Straßenfertigungsmaterials anzeigen. Auf diese Weise kann der Back-Office-Computer 384 automatisch oder mit Unterstützung der Bedienperson verhindern, dass mehr Material gefräst wird als ersetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9121146 [0004]
US 10829899 [0004]

Claims

System zur Ermittlung und Überwachen der Leistung einer Fräsmaschine (110), das System umfassend: ein Schneidsystem (12) mit einem Schneidwerkzeug (38), das sich über einen Schneidweg um eine Drehachse erstreckt; einen an der Fräsmaschine angeordneten Sensor (56, 64A-64K, 104A, 104B, 204A, 204B, 252, 270, 357, 358, 359, 360a, 30b, 360c, 364) zur Erfassung eines Leistungsparameters des Schneidwerkzeugs und zur Erzeugung von Sensor-Rohdaten; eine elektronisch mit dem Sensor gekoppelte Kommunikationsvorrichtung (366) zum Empfangen der Sensor-Rohdaten und zum Übertragen der Sensor-Rohdaten außerhalb der Fräsmaschine; und eine getrennt von der Fräsmaschine angeordnete Überwachungsvorrichtung (384), wobei die Überwachungsvorrichtung zum Empfang der Sensor-Rohdaten und zur Auswertung der Leistung der Fräsmaschine ausgelegt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Sensor einen Frässensor (56, 104A, 104B, 204A, 204B, 252, 270, 364) umfasst, der zum Erfassen einer oder mehrerer einer Schnitttiefe, einer Schnittbreite und einer Teilschnittbreite des Schneidwerkzeugs ausgelegt ist.
System nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Sensor einen dreidimensionalen Scanner (104A, 104B, 204A, 204B, 252, 270) oder eine Vielzahl von Tiefensensoren (64A-64K) umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensor einen globalen Navigationssatellitensystem-Sensor (362) umfasst, der zur Erzeugung von Geschwindigkeits- und Standortdaten für die Fräsmaschine ausgelegt ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Überwachungsvorrichtung ausgelegt ist zum: Ermitteln des Volumens des entfernten Straßenfertigungsmaterials; Ausgeben eines Indikators für das Volumen des entfernten Straßenfertigungsmaterials; und Übertragen des Indikators an die Kommunikationsvorrichtung der Fräsmaschine.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Fräsmaschine ferner eine Bedieneroberfläche (338) umfasst, die zum Empfang verarbeiteter Sensordaten und zur Darstellung einer grafischen Anzeige (339) der verarbeiteten Sensordaten ausgelegt ist, und die Überwachungsvorrichtung eine mobile Rechenvorrichtung oder einen Computer an einem Back-Office-Standort (382) umfasst.
Verfahren zur Ermittlung und Überwachung der Leistung einer Kaltfräsmaschine, das Verfahren umfassend: Erfassen eines Betriebsparameters einer Fräsmaschine (110) mit einem Sensor (56, 64A-64K, 104A, 104B, 204A, 204B, 252, 270, 357, 358, 359, 360a, 30b, 360c, 364); Übertragen der Daten der Sensoren der Fräsmaschine an einen externen Standort (384); Ermitteln eines Leistungsparameters der Fräsmaschine aus den Daten an dem externen Standort; Übertragen des Leistungsparameters an die Fräsmaschine; und Anzeigen des Leistungsparameters (339) auf einem Bildschirm (338) der Fräsmaschine.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Erfassen des Betriebsparameters der Fräsmaschine umfasst: Erfassen einer Teilschnittbreite der Fräsmaschine; Erfassen einer Schnitttiefe; und Erfassen einer Geschwindigkeit der Fräsmaschine.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, wobei das Übertragen von Daten des Sensors außerhalb der Fräsmaschine umfasst: Übertragen von Sensor-Rohdaten; Zeitstempeln der Sensor-Rohdaten; und Drosseln der Aktualisierungsrate der an die Fräsmaschine bereitgestellten Daten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Übertragen von Daten des Sensors der Fräsmaschine an einen externen Standort das Übertragen von Daten des Sensors an eine mobile Vorrichtung, die sich am Einsatzort der Fräsmaschine befindet, oder eine stationäre Vorrichtung (384), die sich in einem Back-Office-Standort (382) befindet, umfasst.