DE10321669A1

DE10321669A1 - Steuersystem für eine Grabanordnung einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE10321669A1
Application number: DE10321669A
Authority: DE
Inventors: Roger D. Pekin Koch
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-01-22
Also published as: US6725142B2; JP2004044375A; US20040010359A1

Abstract

Ein Steuersystem zur Orientierung einer Schwenkachse einer Arbeitsmaschine wird offenbart. Die Arbeitsmaschine weist einen Schwenkrahmen und eine Rahmenstruktur auf, und das Steuersystem weist eine Bedienerschnittstelle auf, die konfiguriert ist, um Bedienereingaben aufzunehmen, wobei die Bedienereingaben eine erwünschte Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens darstellen. Das Steuersystem weist auch eine Sensoranordnung auf, die konfiguriert ist, um eine tatsächliche Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens zu bestimmen, und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um die erwünschte Orientierung mit der tatsächlichen Orientierung der Schwenkachse zu vergleichen, um einen Schwenkwinkel zu bestimmen. Die Steuervorrichtung ist geeignet, den Schwenkwinkel auszugeben. Die Schwenkachse kann eingestellt werden durch Einstellung des Arbeitsmaschinenrahmens oder durch Einstellung einer Rahmenanordnung unabhängig von dem Arbeitsmaschinenrahmen.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein automatisches Steuersystem für eine Arbeitsmaschine. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein automatisches System zur Orientierung einer Schwenkachse der Arbeitsmaschine.

Hintergrund

Grabmaschinen, wie beispielsweise ein Baggerlader, sind vielseitige Maschinen, die mit einem Arbeitswerkzeug ausgerüstet sind, wie beispielsweise mit einem Schaufelmechanismus, um Neigungen zu graden bzw. zu formen, Gräben zu graben und andere Grabvorgänge auszuführen. Diese Grabvorgänge sind oft in enger Nähe zu Gebäuden, Gehwegen oder eingegrabenen Einrichtungen.

Auf irgend einem Erdboden oder Terrain muß ein Bediener vorsichtig sein, damit er die Grabmaschine ordnungsgemäß vor dem Beginn der Arbeit orientiert, oder die Maschine wird nicht mit einer geraden horizontalen Oberfläche graben. Wenn beispielsweise die Grabmaschine sich zu einer Seite auf einer flachen Oberfläche lehnen würde, würde die Schaufel an einer Ecke der Schaufel tiefer graben als an der anderen. Die Fähigkeit, eine vertikale Stirnseite oder eine Vertiefung mit einer vertikalen Wand zu graben wird insbesondere durch eine außerhalb des Niveaus bzw. rechten Winkels liegenden Maschine behindert. Eine sich außerhalb des Niveaus befindliche Maschine kann eine sich außerhalb des Niveaus befindende Schaufel zur Folge haben, die entweder eine Vertiefung mit einer abgewinkelten Stirnseite gräbt oder eine in gewisser Weise vertikale Stirnseite erzeugt, die verkippte Kanten hat.

Wenn eine Grabmaschine, wie beispielsweise ein Baggerlader, verwendet wird, um eine Neigung abzuziehen, wird der Baggerlader an einer Position an der oberen Kante der Neigung stationiert. Der Ausleger und die Schaufel erstrecken sich von dem Baggerlader über die Kante der Neigung. Ein Bediener steuert die Schaufel herunter auf den geneigten Erdboden, um Material entlang der Neigung zu entfernen oder zu verteilen. Der Ausleger und die Schaufel werden um eine Schwenkachse geschwenkt und erstrecken sich dahingehend, daß sie alle zugänglichen Regionen der Neigung graden bzw. abziehen. Während des Abziehens hält die Kante der Schaufel eine ordnungsgemäße Roll- bzw. Querneigungsposition, so daß sie nur parallel zur Ebene der gegradeten bzw. abgezogenen Neigung ist, wenn der Ausleger entweder direkt herunter zur Neigung oder entlang des steilsten Gradienten der Neigung zeigt. Wenn sich der Ausleger um die Schwenkachse zu irgend einer Richtung verkippt, die nicht direkt herunter entlang der Neigung oder entlang des steilsten Gradienten ist, wird die Schaufelkante nicht parallel zur Neigungsfläche sein. Als solches wird, wenn man abzieht oder Erdboden bewegt, eine Kante der Schaufel sich vor der anderen eingraben, was Kanten im Erdboden anstelle der erwünschten flachen Oberfläche bewirkt.

Einige Grabmaschinen sind mit Stabilisierungsarmen ausgerüstet, die dahingehend konfiguriert sind, daß sie das Gewicht der Maschine von den Reifen der Maschine wegnehmen, und die Maschine während des Grabvorgangs stabilisieren. Diese Stabilisierungsarme werden auch verwendet, um die Maschine auszurichten. Jedoch ist der Ausrichtungs- bzw. Nivellierungsvorgang typischerweise nur eine Annäherung und ist abhängig von der Einschätzung des Maschinenbedieners. Wenn die Einschätzung des Bedieners nicht gut ist, kann die Ausgrabung beträchtlich abgewinkelt sein, was eine Beschädigung von benachbarten Strukturen oder von zuvor eingegrabenen Kabeln oder Rohrleitungen zur Folge haben kann.

Ein Versuch, die oben beschriebenen Nachteile anzusprechen, wird im US-Patent 5 288 196 beschrieben, welches an Sutton, II am 23. Februar 1999 ausgegeben wurde. Das '196-Patent offenbart einen computergesteuerten Baggerlader mit einem Rahmen mit einer imaginären Roll- bzw. Querneigungsachse und einer Gierungs- bzw. Längsneigungsachse. Zwei Ausleger werden verwendet, um den Rahmen relativ zur Querneigungsachse mit geeigneten hydraulischen Betätigungsvorrichtungen zu nivellieren, um die Ausleger zu bewegen. Das System weist ein Dual-Achsengyroskop auf, welches kontinuierlich die Position der Quer- und Längsneigungsachsen des Rahmens abfühlt. Die Information wird zu einem Computer geliefert, der Veränderungen der Rahmenposition kompensiert. Das '196-Patent sieht jedoch nicht ein automatisiertes Steuersystem vor, welches kontinuierlich die Schwenkachse einer Grabanordnung einer Arbeitsmaschine in eine erwünschte Orientierung einstellen kann.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der Probleme oder der Nachteile zu überwinden, die mit dem Stand der Technik assoziiert sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem zur Orientierung einer Schwenkachse einer Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine weist einen Schwenkrahmen und eine Rahmenstruktur auf, und das Steuersystem weist eine Bedienerschnittstelle auf, die konfiguriert ist, um Bedienereingaben aufzunehmen, wobei die Bedienereingaben eine erwünschte Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens darstellen. Das Steuersystem weist auch eine Sensoranordnung auf, die konfiguriert ist, um eine tatsächliche Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens zu bestimmen, und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um die erwünschte Orientierung mit der tatsächlichen Orientierung der Schwenkachse zu vergleichen, um einen Schwenkwinkel zu bestimmen. Die Steuervorrichtung ist geeignet, den Schwenkwinkel auszugeben.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zur Orientierung einer Schwenkachse einer Arbeitsmaschine mit einem Schwenkrah men und einer Rahmenstruktur offenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf, Bedienereingaben in eine Bedienerschnittstelle einzugeben, wobei die Bedienereingaben eine erwünschte Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens darstellen, weiter die tatsächliche Orientierung der Schwenkachse abzufühlen, die erwünschte Orientierung mit der tatsächlichen Orientierung der Schwenkachse zu vergleichen, um einen Schwenkwinkel zu bestimmen, und die Schwenkachse basierend auf dem Schwenkwinkel einzustellen, um die erwünschte Orientierung der Schwenkachse zu erhalten.

Es sei bemerkt, daß sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und nur erklärend sind und nicht die Erfindung einschränken, wie sie beansprucht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die hier miteingeschlossen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der geschriebenen Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.

1 ist eine schematische Seitenansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung.

2 ist eine Rückansicht der Arbeitsmaschine der 1.

3 ist eine schematische Seitenansicht einer Grabanordnung für eine Arbeitsmaschine, die eine Schwenkachse zeigt.

4 ist ein Flußdiagramm, welches ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel des Steuersystems der vorliegenden Erfindung zeigt.

5 ist eine Vorderansicht einer Bedienerschnittstelle eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

6 ist eine schematische Seitenansicht eines zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung.

7 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils des zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiels des Steuersystems der vorliegenden Erfindung, welches in 6 in gestrichelten Linien gezeigt ist.

8 ist eine Vorderansicht der Anordnung der 7.

9 ist eine Draufsicht der Anordnung der 7.

Detaillierte Beschreibung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wo gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente anzeigen. Ebenfalls entspricht in den Figuren die am weitesten links liegende Ziffer von jedem Bezugszeichen der Figur, in der das Bezugszeichen zuerst verwendet wird. Während spezifische Konfigurationen und Anordnungen besprochen werden, sei bemerkt, daß dies nur zu Veranschaulichungszwecken getan wird. Ein Fachmann wird erkennen, daß andere Konfigurationen und Anordnungen verwendet werden können, ohne vom Kern und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Mit Bezugnahme auf 1 weist eine Arbeitsmaschine 100 zur Ausführung einer Vielzahl von Arbeitsfunktionen eine Rahmenstruktur 102 auf, weiter ein Bedienerabteil 106, welches auf der Rahmenstruktur 102 getragen wird, und eine Grabanordnung 108, die von der Rahmenstruktur 102 getragen wird und typischerweise mit dem hinteren Teil der Arbeitsmaschine 100 verbunden ist.

Die Arbeitsmaschine 100 weist Vorderräder 104 und Hinterräder 105 auf, um die Arbeitsmaschine 100 zu tragen. Die Arbeitsmaschine 100 könnte von irgend einer Bauart sein, die üblicherweise als Baggerlader bezeichnet wird, und die weiter eine vordere Arbeitswerkzeuganordnung 130 aufweist, wie beispielsweise eine Laderschaufelanordnung, die mit der Rahmenstruktur 102 am vorderen Teil der Arbeitsmaschine 100 verbunden sein kann. Während das beispielhafte Ausführungsbeispiel als ein Baggerlader gezeigt ist, können andere Arten von Arbeitsmaschinen die vorliegende Erfindung verwenden.

Die Grabanordnung 108 weist einen Schwenkrahmen 110 auf, weiter ein Auslegerglied 112, ein Vorderauslegerglied 114 und ein Arbeitswerkzeug 116. Die Grabanordnung 108 kann beispielsweise verwendet werden, um ein Loch oder eine Vertiefung zu graben, den Erdboden zu nivellieren oder eine Fläche in einem erwünschten Winkel zu graden bzw. abzuziehen. Der Schwenkrahmen 110 kann mit der Rahmenstruktur 102 verbunden sein und davon getragen werden. Das Auslegerglied 112 erstreckt sich zwischen dem Schwenkrahmen 110 und dem Vorderauslegerglied 114. Das Vorderauslegerglied 114 erstreckt sich vom Auslegerglied 112 zum Arbeitswerkzeug 116. Das Arbeitswerkzeug 116 ist mit einem Ende des Vorderauslegergliedes 114 verbunden.

Das Arbeitswerkzeug 116 kann beispielsweise eine Schaufel oder eine Laderschaufel sein, um Abraum und Erdboden aufzunehmen, kann jedoch irgend ein anderes Werkzeug sein, wie es dem Fachmann offensichtlich sein würde. Betätigungsvorrichtungen 118 erstrecken sich zwischen dem Schwenkrahmen 110 und dem Auslegerglied 112, zwischen dem Auslegerglied 112 und dem Vorderauslegerglied 114 und zwischen dem Vorderauslegerglied 114 und dem Arbeitswerkzeug 116, um das Auslegerglied 112, das Vorderauslegerglied 114 und das Arbeitswerkzeug 116 zu betätigen. Betätigungsvorrichtungen 118 sind typischerweise hydraulisch mit Leistung versorgte Zylinder, können jedoch andere Arten von Betätigungsvorrichtungen sein, wie es dem Fachmann offensichtlich sein würde.

Die Arbeitsmaschine 100 kann ein Stabilisierungssystem 120 aufweisen, welches am besten in 2 zu sehen ist. Das Stabilisierungssystem 120 der Arbeitsmaschine 100 weist erste und zweite Stabilisierungsarme 221, 222 und jeweilige erste und zweite Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen 224, 226 auf. Die Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen können hydrau lisch angetriebene Zylinder sein, können jedoch andere Arten von Betätigungsvorrichtungen sein, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre.

Die Stabilisierungsarme 221, 222 erstrecken sich von der Rahmenstruktur 102 und sind geeignet, die Arbeitsmaschine 100 während eines Grabvorgangs zu stabilisieren. Weil die Räder an Arbeitsmaschinen mit Luft gefüllt sind und zusammengedrückt werden können, kann im allgemeinen das Aufbringen von großen Lasten, wie sie beispielsweise durch das Graben, das Anheben und das Drehen der Grabanordnung 108 aufgebracht werden, die Arbeitsmaschine 100 während eines Grabvorgangs verkippen, springen lassen oder in anderer Weise bewegen. Die Stabilisierungsarme 221, 222 können verwendet werden, um das Gewicht der Arbeitsmaschine 100 genauso wie das Gewicht der Grabanordnung 108 und von irgend welchem Material, welches von der Grabanordnung getragen wird, von den Rädern 105 wegzunehmen, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, daß die Arbeitsmaschine springt oder sich inkrementell verschiebt. Wenn weiterhin das Arbeitswerkzeug schwere Lasten trägt, sieht die Ausfahrbewegung des Auslegergliedes 112 und des Vorderauslegergliedes 114 eine steigende Hebelbelastung vor, die bewirken kann, daß die Arbeitsmaschine 100 instabil wird. Entsprechend können sich die Stabilisierungsarme 221, 222 über die Breite der Hinterräder 105 ausdehnen, um eine breitere Basis zur Stabilisierung der Arbeitsmaschine 100 vorzusehen.

Die vordere Werkzeuganordnung 130 kann verwendet werden, um die Vorderräder 104 vom Erdboden abzuheben, wodurch ein Springen des vorderen Endes der Arbeitsmaschine 100 eliminiert wird. Wenn die vordere Arbeitswerkzeuganordnung 130 abgesenkt wird, um irgend eine Last von den Vorderrädern 104 wegzunehmen, und wenn die Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen 224, 226 abgesenkt werden, um irgend eine Belastung von den Hinterrädern wegzunehmen, wird die Arbeitsmaschine 100 durch ein dreibeinartiges Drei-Punkt-Balancesystem stabilisiert.

Die Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen 224, 226 arbeiten dahingehend, daß sie ausfahren oder einfahren, um die Anordnung der Stabilisierungsarme 221, 222 zu steuern. Durch Verlängerung der Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen 224, 226 werden die Stabilisierungsarme 221, 222 zum Boden hin abgesenkt, und die Rahmenstruktur 102 und die Hinterräder 105 können vom Erdboden angehoben werden. Durch Verkürzung der Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen 224, 226 senken die Stabilisierungsarme 221, 222 die Rahmenstruktur 102 und die Hinterräder 105 zum Erdboden ab, und dann werden die Stabilisierungsarme 221, 222 vom Erdboden angehoben.

Die Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen 224, 226 können getrennt betätigt werden, um eine individuelle Einstellung der Stabilisierungsarme zu gestatten. Als solches kann die Aktivierung der Stabilisierungsbetätigungsvorrichtungen 224, 226 auch dazu dienen, die Arbeitsmaschine 100 und die Grabanordnung 108 relativ zum Erdboden zu verkippen, wodurch ermöglicht wird, daß der Bediener die Arbeitsmaschine in einer erwünschten Verkippung oder einem erwünschten Winkel orientiert.

Der Schwenkrahmen 110 der Grabanordnung 108 kann sich zu jeder Seite der Arbeitsmaschine 100 um eine Schwenkachse 228 drehen. Weil der Schwenkrahmen 110 das Auslegerglied 112, das Vorderauslegerglied 114 und das Arbeitswerkzeug 116 trägt, dreht sich die gesamte Grabanordnung 108 um die Schwenkachse 228.

Eine Schwenkachse ist besser mit Bezug auf die getrennte Grabanordnung zu sehen, die in 3 veranschaulicht ist. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Grabanordnung 300, die einen Schwenkrahmen 302, ein Auslegerglied 304, ein Vorderauslegerglied 306 und ein Arbeitswerkzeug 308 aufweist. Wie gezeigt, schwenkt der Schwenkrahmen 302 um die Schwenkachse 310.

4 und 5 beziehen sich auf ein beispielhaftes Verfahren und ein System zur Einrichtung des Steuersystems der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Flußdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Steuerung der Orientierung einer Schwenkachse einer Arbeitsmaschine zeigt. 5 ist eine beispielhafte Bedienerschnittstelle 500 für das Steuersystem. Das Steuersystem kann ein Computersteuermodul aufweisen, wie beispielsweise einen Computerprozessor mit einer Zwischenphase und einem vorprogrammierten ROM bzw. Lesespeicher, der konfiguriert ist, um Verschiebungsbefehle zu berechnen und auszugeben, um die Orientierung einer Schwenkachse einer Arbeitsmaschine zu verändern. Das Steuermodul kann beispielsweise irgend ein üblicher Zentralprozessor in einem Computer sein, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre.

Das Verfahren und das Steuersystem können bei einer Vielzahl von Arbeitsmaschinen ausgeführt und verwendet werden, und werden zu Veranschaulichungszwecken nun so beschrieben, wie sie bei der Arbeitsmaschine 100 ausgeführt und verwendet werden. Als solches könnte das Steuersystem verwendet werden, um die Orientierung der Schwenkachse 228 der Arbeitsmaschine 100 zu steuern. Die Bedienerschnittstelle 500 (5) kann innerhalb des Bedienerabteils 106 (in 1) angeordnet werden, und kann durch den Bediener während der Anwendung der Arbeitsmaschine 100 verwendet werden und kann Bezug darauf nehmen. Die Bedienerschnittstelle 500 kann eine Titelzeile 502 aufweisen. Die Titelzeile 502 könnte den gezeigten Titel haben: "Automatiknivellierung Bedienerschnittstelle", oder könnte irgend einen anderen Titel haben, der die Bedienerschnittstelle 500 als Nivellierungsschnittstelle bezeichnet. Alternativ muß die Bedienerschnittstelle 500 überhaupt keinen Titel oder überhaupt keine Titelzeile haben.

In einem Schritt 400 der 4 aktiviert ein Bediener das System. Ein An/Aus-Umschaltschalter, der bei 504 in 5 gezeigt ist, kann verwendet werden, um das System anzuschalten. Wenn der Umschaltschalter 504 auf aus geschaltet ist oder der Bediener das Steuersystem übersteuert bzw.

umgeht, wenn das System angeschaltet ist, kann die Arbeitsmaschine 100 manuell nivelliert oder orientiert werden, wie es der Bediener erwünscht.

In einem Schritt 402 gibt der Bediener die Einheiten ein, mit denen der Bediener zu arbeiten wünscht. Die Einheiten können durch eine Querneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 506 und eine Längsneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 508 eingegeben werden. Die Querneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 506 und die Längsneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 508 gestatten es einem Bediener, die Winkeleinheiten auszuwählen, die verwendet werden, um die Schwenkachse 228 zu orientieren. Die Einheiten, die von der Querneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 506 und der Längsneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 508 ausgewählt werden, sind die Einheiten, die einem Bediener in Wertanzeigen angezeigt werden, wie es weiter unten beschrieben wird.

Die Querneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 506 und die Längsneigungswinkeleinheitsauswahlvorrichtung 508 gestatten es einem Bediener, Einheiten von einer Optionsliste auszuwählen, die beispielsweise Grad, Radiant und Prozent-Grad aufweisen kann. Andere Einheiten können verfügbar sein, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre. Ein Bediener kann unterschiedliche Einheitsoptionen unter Verwendung von irgend einem Verfahren auswählen, welches beispielsweise ein Drop-Down-Menü aufweist, welches alle auswählbaren Einheiten zeigt, weiter eine Wählvorrichtung oder ein Menü, welches konfiguriert ist, um durch die Einheitsauswahlmöglichkeiten zu scrollen, wobei jeweils eine Option angezeigt wird. Es wird in Betracht gezogen, daß die Einheiten voreingestellt sein können, oder daß das System eingestellt werden kann, um auf eine spezielle Einheitsoption voreingestellt zu werden, wenn der Bediener keine Auswahl vornimmt.

In einem Schritt 404 gibt der Bediener eine erwünschte Orientierung der Schwenkachse ein. Der Bediener kann die erwünschte Orientierung der Schwenkachse als erwünschte Längsneigungs- und Querneigungswinkel eingeben. Ein Querneigungswinkel ist die Abweichung der Schwenkachse 228 von der vertikalen Position in eine Richtung von Seite zu Seite. Entsprechend wird der Rollwinkel bzw. Querneigungswinkel durch die Einstellung der Stabilisierungsarme 221, 222 beeinflußt. Wenn beispielsweise der erste Stabilisierungsarm 221 mehr als der zweite Stabilisierungsarm 222 betätigt wird, wodurch die Arbeitsmaschine 100 gekippt wird, ist der Verkippungswinkel der Schwenkachse 228 der Querneigungswinkel. Ein Gierungswinkel bzw. Längsneigungswinkel ist die Abweichung der Schwenkachse 228 von einer vertikalen Position in einer Richtung von vorne nach hinten. Entsprechend wird der Gierungs- bzw. Längsneigungswinkel beeinflußt durch die Einstellung der Stabilisierungsarme 221, 222 in Bezug zum Vorderteil der Arbeitsmaschine. Wenn beide Stabilisierungsarme 221, 222 verwendet werden, um den Hinterteil der Arbeitsmaschine 100 anzuheben, und wenn das vordere Ende nicht angehoben wird, ist als solches der Winkel der Verkippung der Schwenkachse 228 in der Richtung von vorne nach hinten oder in der Richtung von hinten nach vorne der Gierungs- bzw. Längsneigungswinkel. Wenn in gleicher Weise die vordere Werkzeuganordnung 130 verwendet wird, um das vordere Ende der Arbeitsmaschine 100 anzuheben oder abzusenken, wird der Längsneigungswinkel beeinflußt.

Eine Soll-Querneigungswinkelanzeige 510 und eine Soll-Längsneigungswinkelanzeige 512 zeigen die erwünschten Winkelwerte, die von einem Bediener eingegeben werden. Die erwünschten Querneigungs- und Längsneigungswinkel können irgend welche Querneigungs- und Längsneigungswinkel sein, in denen der Bediener die Schwenkachse 228 orientieren möchte. Die erwünschten Querneigungs- und Längsneigungswinkel können die Winkel sein, die erforderlich sind, um die Schwenkachse 228 in einer Richtung senkrecht zu einer abgewinkelten Oberfläche zu orientieren, wie beispielsweise einer abzuziehenden Neigung, oder können irgend eine andere erwünschte Winkelrichtung sein. Der erwünschte Querneigungswinkel und der erwünschte Längsneigungswinkel können in das Steuersystem beispielsweise unter Verwendung einer numerischen Tastatur, einer Tastatur, einer Maus, eines Wählschalters, eines berührungsempfindlichen Bildschirms oder irgend einer anderen Eingabevorrichtung eingegeben werden, wie es dem Fachmann offensichtlich sein wird. Das Steuersystem kann so konfiguriert werden, daß es dem Bediener gestattet, entweder den erwünschten Winkel der Schwenkachse oder den Winkel einer Arbeitsfläche oder eine erwünschte Neigung einzugeben. In dem Fall, wo ein Winkel einer Oberfläche eingegeben wird, kann das Steuersystem die Orientierung der Schwenkachse relativ zum eingegebenen Oberflächenwinkel einstellen.

Der Bediener kann eine Warnschwelle im Schritt 406 eingeben. Die Warnschwelle ist das Ausmaß der zulässigen Abweichung der erwünschten Orientierung der Schwenkachse von einer gemessenen Orientierung der Schwenkachse. Die gemessene Orientierung der Schwenkachse ist die tatsächliche Orientierung der Schwenkachse und wird weiter unten beschrieben. Die Bedienerschnittstelle 500 zeigt eine Querneigungswinkelwarnschwellenwertanzeige 514 und eine Längsneigungswinkelwarnschwellenwertanzeige 516. Die Quer- und Längsneigungswinkelwarnschwellenwerte stellen einen Toleranzbereich der Schwenkachse 228 jeweils in Quer- und Längsneigungsrichtungen auf.

Wenn entweder der Querneigungswinkelwarnschwellenwert oder der Längsneigungswinkelwarnschwellenwert überschritten wird, kann ein Alarm aktiviert werden, um den Bediener bezüglich der Abweichung zu warnen. Der Alarm könnte entweder ein sichtbarer Alarm sein, wie beispielsweise ein blinkendes Licht, oder ein hörbarer Alarm, wie beispielsweise ein piepender Alarm, oder beides, wie es dem Fachmann offensichtlich sein würde. Der Bediener kann entweder die Orientierung der Schwenkachse 228 so korrigieren, daß die Abweichung innerhalb des eingestellten Bereiches ist, er kann den Alarm ausschalten und die Abweichung ignorieren oder er kann den Querneigungswinkelwarnschwellenwert oder den Längsneigungswinkelwarnschwellenwert auf einen höheren Wert zurückstellen.

In einem Schritt 408 wählt der Bediener einen Nivellierungsmodus aus einer Nivellierungsmodusauswahlanzeige 518 aus. Die Nivellierungsmodusauswahlanzeige 518 gestattet es einem Bediener, aus mindestens zwei unter schiedlichen Nivellierungsmodi auszuwählen. Die Nivellierungsmodusauswahlanzeige 518 könnte beispielsweise ein Drop-Down-Menü oder ein durchrollendes Menü sein. Alternativ könnte die Nivellierungsmodusauswahlanzeige 518 kontinuierlich alle auswählbaren Nivellierungsmodi anzeigen, wodurch es einem Bediener ermöglicht wird, leicht zu bestimmen, welcher Nivellierungsmodus ausgewählt wird, und welche Nivellierungsmodi nicht ausgewählt sind. Das gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt die Nivellierungsmodusauswahlanzeige 518 als Drop-Down-Menü. Wenn die Nivellierungsmodusauswahlanzeige 518 ausgewählt wird, erscheint das Drop-Down-Menü 520, wobei es auswählbare Nivellierungsmodusanzeigen zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Nivellierungsmodusanzeigen eine Anzeige 522 für einen kontinuierlichen Modus und eine Anzeige 524 für einen Befehlsmodus an. Dieses Ausführungsbeispiel der Bedienerschnittstelle 500 zeigt die Anzeige 522 für den kontinuierlichen Modus als ausgewählt.

Wenn der kontinuierliche Modus ausgewählt wird, liest das Steuermodul des Steuersystems kontinuierlich die Soll-Querneigungs- und Längsneigungswinkel aus und vergleicht diese mit den gemessenen Quer- und Längsneigungswinkeln, die weiter unten beschrieben werden. Das Steuermodul berechnet kontinuierlich einen Schwenkwinkel basierend auf der Abweichung der gemessenen Längs- und Querneigungswinkel von den erwünschten Längs- und Querneigungswinkeln, wobei es kontinuierlich die Schwenkwinkeldaten aktualisiert. Der Schwenkwinkel wird kontinuierlich aus dem Steuermodul ausgegeben, um die Betätigungsvorrichtungen zu aktivieren, die dahingehend arbeiten, daß sie die Schwenkachse des Schwenkrahmens orientieren.

Wenn der Befehlsmodus ausgewählt wird, liest das Steuermodul des Steuersystems die erwünschten Quer- und Längsneigungswinkel der Schwenkachse aus und vergleicht diese mit den gemessenen Quer- und Längsneigungswinkeln der Schwenkachse und berechnet den Schwenkwinkel. Das Steuermodul gibt den Schwenkwinkel aus, um Betätigungsvorrichtungen zu aktivieren, um die Schwenkachse in der erwünschten Orientierung zu orien tieren. Wenn die gemessene Orientierung im wesentlichen gleich der erwünschten Orientierung ist, hört das Steuermodul auf, die Schwenkwinkeldaten zu den Betätigungsvorrichtungen zu senden. Sobald entsprechend die gemessene Orientierung des Schwenkwinkels mit der erwünschten Orientierung der Schwenkachse ausgerichtet ist, arbeitet das Steuermodul nicht länger dahingehend, daß es die Schwenkachse orientiert. Als solches aktualisiert das Steuermodul nicht kontinuierlich die Orientierung der Schwenkachse, sondern aktualisiert sie nur auf einen Befehl des Bedieners hin.

Unter der Annahme, daß der Bediener im Schritt 408 den Befehlsmodus ausgewählt hat, liest eine Meßvorrichtung die tatsächliche gemessene Orientierung der Schwenkachse in einem Schritt 410 aus. Diese gemessene Orientierung könnte als ein gemessener Längsneigungswinkel und als ein gemessener Querneigungswinkel ausgelesen werden. Der gemessene Querneigungswinkel ist in einer Anzeige 526 für den gemessenen Querneigungswinkel angezeigt, und ein gemessener Längsneigungswinkel ist in einer Anzeige 528 für einen gemessenen Längsneigungswinkel auf der Bedienerschnittstelle 500 angezeigt. Der gemessene Querneigungswinkel und der gemessene Längsneigungswinkel stellen die tatsächliche Orientierung der Schwenkachse der Arbeitsmaschine dar. Der gemessene Querneigungswinkel und der gemessene Längsneigungswinkel können durch einen Mechanismus gemessen werden, wie beispielsweise eine Zwei-Achsen-Neigungsmeßvorrichtung oder ein Gyroskop. Jedoch könnte irgend ein anderer geeigneter Meßmechanismus verwendet werden, wie es dem Fachmann offensichtlich wäre. Die Winkel können in eine digitale Form umgewandelt werden und an die Bedienerschnittstelle 500 zur Anzeige in der Anzeige 526 für den gemessenen Querneigungswinkel und in der Anzeige 528 für den gemessenen Längsneigungswinkel ausgegeben werden.

In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2, bei dem der Schwenkrahmen 110 mit der Rahmenstruktur 102 verbunden ist, könnte der Meßmechanismus an der Arbeitsmaschine 100 selbst befestigt sein. In einem solchen Ausführungsbeispiel werden der gemessene Querneigungswinkel und der gemessene Längsneigungswinkel der Arbeitsmaschine 100 dem Querneigungswinkel und dem Längsneigungswinkel der Schwenkachse 228 entsprechen. In einem Ausführungsbeispiel, wo die Schwenkachse unabhängig von der Orientierung der Rahmenstruktur der Arbeitsmaschine drehbar ist, wie sie weiter unten mit Bezugnahme auf die 6-9 beschrieben wird, sollte der Meßmechanismus an der Struktur befestigt werden, die einen Querneigungswinkel und einen Längsneigungswinkel hat, die dem Querneigungswinkel und dem Längsneigungswinkel der Schwenkachse entsprechen, wie beispielsweise an dem Schwenkrahmen der Grabanordnung.

Der gemessene Längsneigungswinkel und der gemessene Querneigungswinkel können auch in analoger Form durch eine analoge Querneigungswinkelanzeige 530 und durch eine analoge Längsneigungswinkelanzeige 532 gezeigt werden. In einem Ausführungsbeispiel werden sowohl die Anzeige 526 für den gemessenen Querneigungswinkel, als auch die Anzeige 528 für den gemessenen Längsneigungswinkel, die analoge Querneigungswinkelanzeige 530 und die analoge Längsneigungswinkelanzeige 532 in Echtzeit aktualisiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Anzeigen und Anzeigevorrichtungen nur in Intervallen aktualisiert.

In einem Schritt 412 bestimmt das Steuermodul, ob die gemessene Orientierung der Schwenkachse von der erwünschten Orientierung in einem Ausmaß abweicht, welches die Warnschwellengröße überschreitet. Wenn die gemessene Orientierung der Schwenkachse nicht von der gewünschten Orientierung um eine Größe abweicht, die die Warnschwellengröße überschreitet, unternimmt das Steuermodul keine korrigierende Handlung, was die Steuerung im Schritt 414 beendet.

In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann das Steuersystem weiterhin die Abweichung der gemessenen Orientierung der Schwenkachse von der erwünschten Orientierung überwachen und kann den Alarm aktivieren, wenn die Abweichungsgröße die Warnschwellengröße überschreitet. Auch dann wird das Steuermodul keine korrigierende Handlung vornehmen, wenn es in dem eingeschalteten Befehlsmodus ist.

Wenn beim Schritt 412 die gemessene Orientierung der Schwenkachse nicht von der erwünschten Orientierung um ein Ausmaß abweicht, welches die Warnschwellengröße überschreitet, dann erzeugt das Steuermodul ein Signal als einen Schwenkwinkel und sendet das Signal zu den Betätigungsvorrichtungen, um den tatsächlichen Längs- und Querneigungswinkel der Schwenkachse einzustellen, wie im Schritt 416. Entsprechend wird die gemessene Orientierung durch das Steuermodul verändert.

In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die gemessene Orientierung verändert, wenn das Steuermodul des Steuersystems den Schwenkwinkel als einen Befehl oder als Befehle an Betätigungsvorrichtungen ausgibt, die auf den Stabilisierungsarmen angeordnet sind. Die Betätigungsvorrichtungen werden durch die Befehle aktiviert, um die Stabilisierungsarme zu bewegen, um die augenblickliche Orientierung der Arbeitsmaschine so zu verändern, daß sie sich mit der erwünschten Orientierung der Schwenkachse in einem Ausmaß ausrichtet, welches kleiner ist, als die Warnschwelle. Der Befehl oder die Befehle können auch an die Betätigungsvorrichtungen geliefert werden, die die vordere Arbeitswerkzeuganordnung steuern.

Die Betätigungsvorrichtungen können auch Hydraulikzylindersteuervorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um das Schwenkwinkelsignal von dem Steuermodul zu empfangen und Steuersignale basierend auf dem Schwenkwinkelsignal auszugeben. Weiterhin können die Betätigungsvorrichtungen Zylinderverschiebungswandler aufweisen, die an den Stabilisierungsarmen und/oder an der vorderen Arbeitswerkzeuganordnung angeordnet sind, die konfiguriert sind, um Meßsignale an das Steuermodul zu senden. Die Zylinderverschiebungswandler können die Bewegung der Betätigungsvorrichtung messen, die die Stabilisierungsarme und/oder die vordere Arbeitswerkzeuganordnung verschiebt.

Die Wandler können alternativ Winkelwandler bzw. Winkelmeßvorrichtungen sein, die an Schwenkpunkten der Stabilisierungsarme und der vorderen Arbeitswerkzeuganordnung angeordnet sind. Die Winkelwandler können konfiguriert sein, Meßsignale an das Steuermodul zu senden. Die Wandler können Linearwandler, Drehwandler oder irgend welche anderen Wandler sein. Geeignete Wandler bzw. Meßvorrichtungen können beispielsweise von MTS System Corporation, Eden Prairie, Minnesota bezogen werden.

Nach oder während der Zeit, zu der die tatsächlichen und somit die gemessenen Quer- und Längsneigungswinkel der Schwenkachse im Schritt 416 eingestellt werden, unternimmt die Meßvorrichtung neue Messungen der eingestellten Längs- und Querneigungswerte im Schritt 410. Das Steuersystem fährt fort, sich durch die Schritte 410, 412 und 416 zu bewegen, bis die gemessene Orientierung nicht von der erwünschten Orientierung in einem Ausmaß abweicht, welches die Warnschwellengröße überschreitet. Das Steuersystem kann dann im Schritt 414 enden.

Wenn der Bediener den kontinuierlichen Modus im Schritt 408 auswählt, liest das Steuersystem eine tatsächliche gemessene Orientierung der Schwenkachse in einem Schritt 418 aus. Diese gemessene Orientierung könnte als ein gemessener Längsneigungswinkel und als ein gemessener Querneigungswinkel ausgelesen werden, wie oben beschrieben.

In einem Schritt 420 bestimmt das Steuermodul, ob die gemessene Orientierung der Schwenkachse von der erwünschten Orientierung um ein Ausmaß abweicht, welches die Warnschwellengröße überschreitet. Wenn die gemessene Orientierung der Schwenkachse nicht von der erwünschten Orientierung in einem Ausmaß abweicht, welches die Warnschwellengröße überschreitet, dann unternimmt das Steuermodul keine korrigierende Handlung zu diesem Zeitpunkt. Wenn im Schritt 420 die gemessene Orientierung der Schwenkachse von der erwünschten Orientierung in einem Ausmaß abweicht, welches die Warnschwellengröße überschreitet, dann erzeugt das Steuermodul ein Signal, wie beispielsweise einen Schwenkwinkel und sen det das Signal an Betätigungsvorrichtungen, um die tatsächlichen Längs- und Querneigungswinkel der Schwenkachse einzustellen, wie im Schritt 422 gezeigt. Entsprechend wird die gemessene Orientierung durch das Steuersystem verändert, in dem es Signale sendet, wie oben mit Bezug auf den eingeschalteten Befehlsmodus beschrieben.

Wenn es im kontinuierlichen Modus ist, liest das Steuermodul den Schwenkwinkel in Echtzeit aus und berechnet diesen, wobei es kontinuierlich die Schwenkwinkeldaten aktualisiert. Der Schwenkwinkel ist der Korrekturwinkel, der erforderlich ist, um die gemessenen Winkel mit den erwünschten Winkeln auszurichten. Abhängig von dem verwendeten System kann der Schwenkwinkel nicht ein tatsächlicher Winkel sein, sondern kann nur Korrekturdaten darstellen, die die gemessene Schwenkachsenorientierung mit der erwünschten Schwenkachsenorientierung ausrichten würde. Der Schwenkwinkel wird aus dem Steuermodul ausgegeben, um Betätigungsvorrichtungen zu aktivieren, die dahingehend arbeiten, daß sie die Schwenkachse 228 des Schwenkrahmens 110 orientieren.

Ob die gemessene Orientierung von der erwünschten Orientierung um eine Größe abweicht, die die eingerichtete Schwelle im Schritt 420 überschreitet, und nach oder während der Zeit, zu der die tatsächlichen und somit die gemessenen Längs- und Querneigungswinkel der Schwenkachsen im Schritt 422 eingestellt werden, kann das automatische Steuersystem durch eine Anzahl von Deaktivierungsereignissen unterbrochen werden. Wenn irgend eines der Deaktivierungsereignisse auftritt, wird das Steuersystem ausgeschaltet, und die Arbeitsmaschine kehrt zur vollständig manuellen Steuerung zurück. Entsprechend kann die automatische Steuerung fortfahren, bis die Bedingungen für eine Unterbrechung die automatische Steuerung zu irgend einem Zeitpunkt übersteuern, was die automatische Steuerung beendet. In einem Schritt 424 bestätigt das Steuersystem, daß keine Übersteuerungsereignisse aufgetreten sind, und zwar ungeachtet des Schrittes 420. Wie dem Fachmann offensichtlich sein würde, muß das System nicht positiv bestätigen, daß irgend eines der Übersteuerungsereignisse aufgetreten ist, es wird jedoch mit der automatischen Steuerung fortfahren, bis eines der Übersteuerungsereignisse auftritt. Beispiele von Übersteuerungsereignissen weisen das Schalten des Steuersystems auf aus auf, weiter das Umschalten des ausgewählten Nivellierungsmodus, den manuellen Betrieb der Steuerungen der gesteuerten Betätigungsvorrichtungen, das Ingangsetzen der Maschine und das Ausschalten der Maschine. Wenn irgend ein Übersteuerungsereignis aufgetreten ist, beendet das Steuersystem die Steuerung im Schritt 426.

Wenn irgend welche Deaktivierungsereignisse nicht aufgetreten sind, dann kehrt das System vom Schritt 424 zum Schritt 418 zurück, und das Steuermodul bestimmt die gemessene Orientierung der Schwenkachse. Das Steuersystem wird weiter schleifenförmig fortfahren, wenn es im kontinuierlichen Modus ist, bis ein Übersteuerungsereignis auftritt.

In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel aktiviert das Steuermodul des Steuersystems nicht die Betätigungsvorrichtungen zur Einstellung des Schwenkwinkels bis zu dem Punkt, nachdem der Warnschwellenwert überschritten wurde. Daher wird eine korrigierende Handlung in weniger häufigen Intervallen unternommen, als wenn das Steuersystem jede Abweichung der gemessenen Orientierung von der erwünschten Orientierung korrigiert. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel ist eine vorprogrammierte Aktivierungsschwelle in dem Steuersystem vorgesehen, wodurch die Aktivierung nur dann gestattet wird, wenn die Orientierung der Schwenkachse 228 von der erwünschten Orientierung in einem minimalen Ausmaß abweicht, wie beispielsweise 0,25 Grad.

Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel weist die Bedienerschnittstelle 500 eine (nicht gezeigte) Abweichungswertanzeige auf. Die Abweichungswertanzeige zeigt die Differenz der gemessenen Orientierung von der erwünschten Orientierung. Insbesondere zeigt die Abweichungswertanzeige die Differenz zwischen dem gemessenen Querneigungswinkel und dem erwünschten Querneigungswinkel und dem gemessenen Längsneigungswinkel von dem erwünschten Längsneigungswinkel.

Ein zweites beispielhaftes strukturelles Ausführungsbeispiel zur Orientierung einer Schwenkachse wird mit Bezug auf die 6-9 beschrieben. Das zweite beispielhafte Ausführungsbeispiel weist eine Rahmenanordnung auf, die gestattet, daß die Schwenkachse unabhängig von der Orientierung des Rahmens der Arbeitsmaschine orientiert ist. In dem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Schwenkachse unter Verwendung von Betätigungsvorrichtungen in einer Längs- und Querneigungsrahmenanordnung eingestellt. Das mit Bezug auf die 4 und 5 beschriebene Verfahren und System kann in ähnlicher Weise angewandt werden, um automatisch die Schwenkachse des zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiels zu orientieren.

Mit Bezug auf 6 weist eine Arbeitsmaschine 600 eine Rahmenstruktur 602 auf, weiter ein Bedienerabteil 604 und eine Grabanordnung 606, die am hinteren Ende der Arbeitsmaschine 600 angeordnet ist. Die Arbeitsmaschine 600 weist Vorderräder 608 und Hinterräder 610 auf und kann weiter eine vordere Arbeitswerkzeuganordnung 612 aufweisen.

Die Grabanordnung 606 weist einen Schwenkrahmen 614 auf, weiter ein Auslegerglied 616, ein Vorderauslegerglied 618 und ein Arbeitswerkzeug 620 und kann unter Verwendung von Betätigungsvorrichtungen arbeiten, die konfiguriert sind, wie es in der Technik bekannt ist. Die Arbeitsmaschine 600 kann auch ein Stabilisierungssystem 621 aufweisen, welches Stabilisierungsarme aufweist, und zwar ähnlich dem, was mit Bezug auf 1 beschrieben wurde.

Eine Rahmenanordnung 624 mit mehreren Freiheitsgraden kann am Hinterteil der Arbeitsmaschine 600 zwischen der Rahmenstruktur 602 und der Grabanordnung 606 angeordnet sein. Die Rahmenanordnung 624 ist in gestrichelten Linien in 6 umkreist gezeigt. Die Rahmenanordnung 624 gestattet, daß eine Schwenkachse 622 eine Drehfähigkeit in Längsneigungsrichtung und in Querneigungsrichtung unabhängig von dem Arbeitsmaschi nenrahmen hat. Wie oben bemerkt, kann diese Orientierung durch das beispielhafte Steuersystem erreicht werden, welches in Verbindung mit den 4 und 5 beschrieben wurde.

Die Rahmenanordnung 624 wird genauer mit Bezugnahme auf die 7-9 beschrieben. Wie in 7 gezeigt, weist die Rahmenanordnung 624 einen Schwenkrahmen 614 auf, der schwenkbar mit einem Roll- bzw. Querneigungsrahmen 706 verbunden ist. Der Schwenkrahmen 614 kann Teil einer Grabanordnung sein, wie mit Bezug auf 1-3 beschrieben. Der Schwenkrahmen 614 schwenkt um die Schwenkachse 622. Der Querneigungsrahmen 706 ist drehbar mit einem Längsneigungsrahmen 708 verbunden. Der Längsneigungsrahmen 708 wird mit der Rahmenstruktur 602 einer Arbeitsmaschine verbunden oder davon getragen.

Der Schwenkrahmen 614 weist einen oberen Schwenkarm 712 und einen unteren Schwenkarm 714 auf, die sich von einem Hauptkörper 716 erstrecken. Die oberen und unteren Schwenkarme 712, 714 weisen jeweils Durchgangslöcher auf, die ausgerichtet und ausgebildet sind, so daß sie zu oberen und unteren Schwenkstiften 718, 719 passen, um die der Schwenkrahmen 614 sich drehen kann.

Der Querneigungsrahmen 706 kann im allgemeinen eine C-förmige Rahmenstruktur mit einem oberen Teil 720, mit einem unteren Teil 722, mit einer geschlossenen Seite 724 und einer offenen Seite 726 sein. Die offene Seite 726 ist so konfiguriert, daß sie obere und untere Schwenkarme 712, 714 des Schwenkrahmens 614 aufnimmt. Der Querneigungsrahmen 706 weist Öffnungen zur Aufnahme und zur Sicherung von Schwenkstiften 718, 719 auf. Entsprechend kann sich der Schwenkrahmen 614 um die Schwenkachse 622 drehen, wenn diese mit dem Querneigungsrahmen 706 verbunden ist. Der Querneigungsrahmen 706 kann einen Verbindungsstangenträger 728 aufweisen, um den oberen Schwenkarm 712 in dem Querneigungsrahmen 706 zu sichern. Der Verbindungsstangenträger 728 kann ein rechtwinkliger Träger sein, der sich von dem oberen Teil 720 des Querneigungsrahmens 706 zur offenen Seite 726 des Querneigungsrahmens 706 erstreckt. Der obere Schwenkarm 712 des Schwenkrahmens 614 paßt zwischen den oberen Teil 720 des Querneigungsrahmens 706 und dem Verbindungsstangenträger 728. Der obere Schwenkstift 718 erstreckt sich von dem oberen Teil 720 des Querneigungsrahmens 706 durch den oberen Schwenkarm 712 und in den Verbindungsstangenträger 728 des Querneigungsrahmens 706, wobei der Schwenkrahmen 614 an dem Querneigungsrahmen 706 sicher angebracht wird.

Der untere Teil 722 des Querneigungsrahmens 706 weist eine Öffnung zur Aufnahme des unteren Schwenkstiftes 719 auf, wodurch die Öffnung in dem Unterteil 722 des Querneigungsrahmens 706 mit dem Durchgangsloch in dem unteren Schwenkarm 714 ausgerichtet wird, wobei sicher der untere Schwenkarm 714 des Schwenkrahmens 614 an dem Querneigungsrahmen 706 angebracht wird.

Betätigungsvorrichtungen 730, die am besten in den 7 und 9 zu sehen sind, erstrecken sich von der geschlossenen Seite 724 des Querneigungsrahmens 706 zum Schwenkrahmen 614. Die Betätigungsvorrichtungen 730 steuern die Drehung des Schwenkrahmens 614 um die Schwenkachse 622. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel werden zwei Betätigungsvorrichtungen verwendet, um die Drehung des Schwenkrahmens 614 um die Schwenkachse 622 zu steuern. Jedoch könnten mehr oder weniger als zwei Betätigungsvorrichtungen verwendet werden, wie es dem Fachmann offensichtlich sein würde.

Der Querneigungsrahmen 706 ist drehbar mit dem Längsneigungsrahmen 208 durch eine Verbindungsstruktur verbunden, wie beispielsweise durch Querneigungsstifte 732. Die Querneigungsstifte 732 bilden eine Querneigungsachse 734, um die sich der Querneigungsrahmen 706 drehen kann. Die Verbindungsstruktur könnte irgend eine Struktur sein, die den Querneigungsrahmen mit dem Längsneigungsrahmen verbindet und die gestattet, daß sich der Querneigungsrahmen 706 um die Querneigungsachse 734 dreht.

Der Längsneigungsrahmen 708 ist eine dreiseitige Struktur, die am Oberteil offen ist, wie in 7 orientiert. Der untere Teil 722 des Querneigungsrahmens 706 paßt in den offenen Oberteil des Längsneigungsrahmens 708, wie in 7 zu sehen. Der Längsneigungsrahmen 708 weist einen unteren Abschnitt 736 auf, weiter eine erste Wand 738, die auf der Seite benachbart zum Schwenkrahmen 614 angeordnet ist, und eine zweite Wand 740 benachbart zu der geschlossenen Seite 724 des Querneigungsrahmens 706. Die erste Wand 738 und die zweite Wand 740 arbeiten mit den Querneigungsstiften 732 zusammen, um den Querneigungsrahmen 706 zu unterstützen.

Der Längsneigungsrahmen 708 ist mit der Rahmenstruktur 602 durch eine Verbindungsstruktur verbunden, wie beispielsweise durch Längsneigungsstifte 742. Die Längsneigungsstifte 742 bilden eine Längsneigungsachse 846, um die sich der Längsneigungsrahmen 708 drehen kann. Die Verbindungsstruktur könnte irgend eine Struktur sein, die den Längsneigungsrahmen 708 mit der Rahmenstruktur 602 verbindet, und die gestattet, daß sich der Längsneigungsrahmen 708 um die Längsneigungsachse 846 dreht.

Der untere Abschnitt 736 des Längsneigungsrahmens 708 weist eine Verlängerung 848 auf, die sich über die Breite des Querneigungsrahmens 706 erstreckt (am besten in 9 zu sehen). Die Verlängerung 848 wird verwendet, um eine Querneigungsbetätigungsvorrichtung 750 zu tragen. Die Querneigungsbetätigungsvorrichtung 750 erstreckt sich von einer geschlossenen Seite 724 des Querneigungsrahmens 706 zur Verlängerung 848 des Längsneigungsrahmens 708 in einer Richtung senkrecht zur Querneigungsachse 734, wobei sie diese jedoch nicht kreuzt. Die Querneigungsbetätigungsvorrichtung 750 steuert die Drehung des Querneigungsrahmens 706 um die Querneigungsachse 734. Um entsprechend die Schwenkachse 622 in einer Querneigungsrichtung zu orientieren, wird die Querneigungsbetäti gungsvorrichtung 750 aktiviert, um den Querneigungsrahmen 706 um die Querneigungsachse 734 zu drehen, wodurch die Schwenkachse 622 in der Querneigungsrichtung gedreht wird, die an dem Querneigungsrahmen 706 befestigt ist.

Genauso steuert eine Längsneigungsbetätigungsvorrichtung 752 die Drehung des Längsneigungsrahmens 708 um die Längsneigungsachse 846. Die Längsneigungsbetätigungsvorrichtung 752 erstreckt sich von der zweiten Wand 740 des Längsneigungsrahmens 708 zur Rahmenstruktur 602 in einer Richtung senkrecht zur Längsneigungsachse 846, wobei sie diese jedoch nicht kreuzt. Um entsprechend die Schwenkachse 622 in einer Längsneigungsrichtung zu drehen, wird die Längsneigungsbetätigungsvorrichtung 752 aktiviert, um den Längsneigungsrahmen 708 um die Längsneigungsachse 846 zu drehen, wodurch der Querneigungsrahmen 706, der Schwenkrahmen 614 und die Schwenkachse 622 in Längsneigungsrichtung gedreht werden.

Verschiedene alternative Ausführungsbeispiele der beispielhaften Struktur der Rahmenanordnung 624 werden in Betracht gezogen. Beispielsweise kann in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Schwenkrahmen direkt mit dem Längsneigungsrahmen verbunden sein, und der Querneigungsrahmen kann direkt mit der Maschinenrahmenstruktur verbunden sein. In einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Längsneigungsbetätigungsvorrichtung und/oder die Querneigungsbetätigungsvorrichtung mit der Grabanordnung verbunden sein.

Das mit Bezug auf die 4 und 5 beschriebene Steuersystem kann mit den oben beschriebenen Längs- und Querneigungsrahmen verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel vergleicht das Steuermodul des Steuersystems eine eingegebene erwünschte Orientierung der Schwenkachse mit einer gemessenen Orientierung der Schwenkachse und berechnet einen Schwenkwinkel, wie mit Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. Die Meßvorrichtung ist auf der Struktur der Arbeitsmaschine angeordnet, die der Schwenkachse entsprechen wird, wie beispielsweise dem Schwenkrah men. Der Schwenkwinkel kann von dem Steuermodul ausgegeben werden, um die Längs- und Querneigungsbetätigungsvorrichtungen der Rahmenanordnung 624 zu aktivieren, um die Schwenkachse 622 in der gewünschten Orientierung zu orientieren.

Industrielle Anwendbarkeit

Wenn man mit einer Arbeitsmaschine mit einem Arbeitswerkzeug gräbt oder etwas abzieht ist es oft nützlich, die Orientierung der Schwenkachse des Arbeitswerkzeuges und die assoziierte Grabanordnung zu steuern. Beispielsweise ist durch Orientierung der Schwenkachse in einer Richtung senkrecht zu einer erwünschten Abzugsoberfläche die grabende Kante des Arbeitswerkzeuges parallel zu der Ebene der abgegrabenen Oberfläche über dem Schwenkbereich der Grabanordnung. Daher kann eine ebene Arbeitsoberfläche erhalten werden, wenn man abzieht, und sägezahnartige Kanten des Materials werden vermieden. Weiterhin hat die Orientierung der Schwenkachse in einer Richtung senkrecht zur erwünschten Oberfläche, wenn man einen Graben gräbt, einen Graben mit glatten Wänden zur Folge und nicht mit verschobenen bzw. zackigen Wänden.

Die vorliegende Erfindung ist ein automatisches Steuersystem, welches es einem Bediener gestattet, eine erwünschte Orientierung der Schwenkachse einer Arbeitsmaschine einzugeben. Das System orientiert dann automatisch die Schwenkachse in die erwünschte Orientierung. Das Steuersystem kann eingerichtet werden, um die Orientierung des Arbeitsmaschinenrahmens einzustellen, wenn die Schwenkachse der Grabanordnung von der Orientierung des Maschinenrahmens abhängig ist. Eine solche Arbeitsmaschine ist in dem Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt. Alternativ kann das Steuersystem eingerichtet werden, daß die Orientierung einer Schwenkachse unabhängig von dem Maschinenrahmen ist. Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in 6 gezeigt.

Das Steuersystem ermöglicht es, daß ein Bediener leicht die Schwenkachse senkrecht zu einer Neigung oder in irgend einer anderen erwünschten Orientierung ausrichtet. Die Einfachheit, mit der ein Bediener die Schwenkachsenposition einstellen und orientieren kann, steigert den Wirkungsgrad des Bedieners, weil der Bediener nicht manuell die Einstellungen durch Versuch und Irrtum einstellen muß.

Zusätzlich können im Laufe eines Grabprojektes bzw. Erdbewegungsprojektes die Bewegungen der Grabanordnung geringfügig die Arbeitsmaschine verschieben, so daß eine anfängliche Winkeleinstellung der Schwenkachse nicht beibehalten werden kann. Das Steuersystem ermöglicht es einem Bediener, die erwünschten Schwenkachsenwinkel beizubehalten, ohne konstant manuell den Winkel einzustellen. Ein solches System ist insbesondere für unerfahrene Bediener oder ermüdete Bediener vorteilhaft, die nicht konstant die Orientierung der Schwenkachse wahrnehmen können. Als eine zusätzliche Vorsichtsmaßnahme benachrichtigt die vorliegende Erfindung einen Bediener, wenn der Winkel der Schwenkachse beginnt, sich von seiner anfänglich eingestellten Orientierung zu verändern.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vielzahl von Arbeitsmaschinen anwendbar, wo eine Schwenkachse mit einer speziellen Orientierung (beispielsweise senkrecht zu einer Arbeitsoberfläche) wünschenswert sein kann. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung für Bagger, für Frontschaufellader, für Materialhandhabungsvorrichtungen oder für irgend eine Arbeitsmaschine nützlich sein, die eine Schwenkachse besitzt, um die sich ein Arbeitswerkzeug dreht.

Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, daß die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Kern und Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird. 20740

Claims

Steuersystem zur Orientierung einer Schwenkachse einer Arbeitsmaschine mit einem Schwenkrahmen und einer Rahmenstruktur, wobei das System Folgendes aufweist: eine Bedienerschnittstelle, die konfiguriert ist, um Eingaben vom Bediener aufzunehmen, wobei die Bedienereingaben eine erwünschte Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens darstellen; eine Sensoranordnung, die konfiguriert ist, um eine augenblickliche Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens zu bestimmen; und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um die erwünschte Orientierung mit der tatsächlichen Orientierung der Schwenkachse zu vergleichen, um einen Schwenkwinkel zu bestimmen, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, den Schwenkwinkel auszugeben.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die erwünschte Orientierung der Schwenkachse auf einem erwünschten Längsneigungswinkel und einem erwünschten Querneigungswinkel basiert.
Steuersystem nach Anspruch 1, welches weiter ein Paar von Stabilisierungsarmen aufweist, die gemäß des Schwenkwinkels betätigt werden, wobei die Stabilisierungsarme die Orientierung der Arbeitsmaschine verändern, um die Schwenkachse in der erwünschten Orientierung zu orientieren.
Steuersystem nach Anspruch 3, welches weiter folgendes aufweist: Zylinderverschiebungswandler, die an dem Paar von Stabilisierungsarmen angeordnet sind, wobei die Zylinderverschiebungswandler so konfiguriert sind, daß sie ein Meßsignal zur Steuervorrichtung senden, welches die Position des Paares von Stabilisierungsarmen anzeigt; und eine Hydraulikzylindersteuervorrichtung, die konfiguriert ist, den Schwenkwinkel von der Steuervorrichtung aufzunehmen und die Position des Paares von Stabilisierungsarmen einzustellen.
Steuersystem nach Anspruch 1, welches weiter Folgendes aufweist: einen Querneigungsrahmen; einen Längsneigungsrahmen, der mit dem Querneigungsrahmen verbunden ist, wobei der Querneigungsrahmen und der Längsneigungsrahmen zwischen der Rahmenstruktur und dem Schwenkrahmen angeordnet sind, so daß die Schwenkachse des Schwenkrahmens sich unabhängig von der Maschinenrahmenstruktur in einer Längsneigungsrichtung und in einer Querneigungsrichtung bewegt; eine erste Betätigungsvorrichtung, die zwischen dem Längsneigungsrahmen und dem Querneigungsrahmen angeordnet ist; und eine zweite Betätigungsvorrichtung, die zwischen der Maschinenrahmenstruktur und dem Längsneigungsrahmen angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen konfiguriert sind, um die Quer- bzw. Längsneigungsrahmen basierend auf dem Schwenkwinkel zu bewegen.
Verfahren zur Orientierung einer Schwenkachse einer Arbeitsmaschine mit einem Schwenkrahmen und einer Rahmenstruktur, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Eingabe von Bedienereingaben in eine Bedienerschnittstelle, wobei die Bedienereingaben eine erwünschte Orientierung der Schwenkachse des Schwenkrahmens darstellen; Abfühlen der augenblicklichen Orientierung der Schwenkachse; Vergleich der erwünschten Orientierung mit der tatsächlichen Orientierung der Schwenkachse zur Bestimmung eines Schwenkwinkels; und Einstellung der Schwenkachse basierend auf dem Schwenkwinkel, um die erwünschte Orientierung der Schwenkachse zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Bedienereingaben einen erwünschten Querneigungswinkel und einen erwünschten Längsneigungswinkel aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Einstellung der Schwenkachse die Aktivierung eines Paars von Stabilisierungsarmen basierend auf dem Schwenkwinkel aufweist, wobei das Paar von Stabilisierungsarmen mit der Rahmenstruktur verbunden ist, so daß die Rahmenstruktur durch die Stabilisierungsarme verschoben wird, um die Schwenkachse in der gewünschten Orientierung zu orientieren.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter folgendes aufweist: Aktivierung einer ersten Betätigungsvorrichtung basierend auf dem Schwenkwinkel zur Bewegung der Schwenkachse des Schwenkrahmens in einer Querneigungsrichtung, wobei die Schwenkachse des Schwenkrahmens sich unabhängig von der Rahmenstruktur in der Querneigungsrichtung bewegt; und Aktivierung einer zweiten Betätigungsvorrichtung basierend auf dem Schwenkwinkel zur Bewegung der Schwenkachse des Schwenkrahmens in einer Längsneigungsrichtung, wobei die Schwenkachse des Schwenkrahmens sich unabhängig von der Rahmenstruktur in der Längsneigungsrichtung bewegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Betätigungsvorrichtung sich von einem Querneigungsrahmen zu einem Längsneigungsrahmen erstreckt, und wobei die zweite Betätigungsvorrichtung sich von dem Längsneigungsrahmen zur Rahmenstruktur erstreckt.