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Mit
diesem neu entwickelten Rasenmähermaschine
ist es möglich,
eine Rasenfläche
so zu mähen,
das in zwei, bzw. mehrere Schnitthöhen gleichzeitig oder nacheinander
gemäht
werden können. Weiterhin
kann programmiert werden, in welcher Fahrtrichtung gemäht werden
soll. Durch die Computersteuerung ist es möglich, jegliche gewünschte Form
in eine Rasenfläche
zu mähen.
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Die
Hauptkomponenten dieser Anlage sind:
- a) Zwei
oder mehrere Rasenmäher
in unterschiedlichen Größen. (Je
nach Genauigkeit und Aufwand der Ausführung)
- b) Mähwagen
- c) Ein beweglicher Schlitten, in dem der Mähwagen montiert ist
- d) Ein Längsträger der
sich über
den Rasen spannt auf dem der Schlitten montiert wird
- e) Diverse Schrittmotoren, alternativ auch Servomotoren
- f) Hardware
- g) Software
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Beschreibung der einzelnen
Komponenten:
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Rasenmäher: Benutzt
werden elektrisch angetriebene Motoren mit einem zum Mähen geeignetem
Schnittwerkzeug. Andere Antriebsmittel für die Rasenmäher sind
zwar möglich,
aber nicht vorteilhaft, da für
die elektronische Steuerung an allen entscheidenden Stellen elektrischer
Strom benötigt
wird, und ein Anschluss an die Rasenmähermotoren hier naheliegend
ist.
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Mähwagen:
Darunter ist ein Wagen zu verstehen, in dem die Rasenmäher mit
ihren nötigen Komponenten
montiert sind. Innerhalb des Mähwagens
sind die Rasenmäher
an einer in z-Achse
beweglichen Halterung befestigt. Die Höhensteuerung der Rasenmäher erfolgt über Schrittmotoren
oder alternativ über
Servomotoren. Auch eine mechanische Höhenverstellung ist vorstellbar,
z.b. über
eine Spindel. Da innerhalb des Mähwagens
empfindliche Technik montiert ist, sollte er durch wenige Handgriffe vom
Schlitten (siehe nächster
Punkt) zu trennen sein.
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Schlitten:
Der Schlitten ist nötig,
um den Mähwagen
in die gewünschten
Positionen zu bringen. Weitere Komponenten wie Rasenauffangkorb können sowohl
hier, als auch am Mähwagen
angebracht werden. Der Schlitten ist beweglich am Hauptträger befestigt.
Der Schlitten soll über
einen Schrittmotor (alternativ über
einen Servo) über
die gesamte Breite zu bewegen sein. (y-Achse) Der Vortrieb kann hier
nach allen anerkannten Regeln der Technik ausgeführt werden.
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Hauptträger: Der
Hauptträger
wird über
die gesamte Breite des Rasens gespannt. Um den Häuptträger bewegen zu können, muss
dieser auf Räder
gelagert werden. Damit der Hauptträger spielfrei und positionsgenau
manövriert
werden kann, ist dieser auf ein Schienensystem zu legen. Daraus folgt,
das der Rasen auf mindestens zwei Seiten durch Schienen eingegrenzt
ist. Alternativ können
die Schienen auch durch die Rasenfläche gelegt werden. Der Antrieb
wird wiederum über
einen Schrittmotoren (alternativ über Servomotor) gesteuert. (x-Achse).
Auch hier ist die Ausführung
des Antriebes durch verschiedene Techniken vorstellbar. Sind große Spannweiten
zu überbrücken, kann
bzw. muss der Träger
durch weitere Stützräder entlastet
werden.
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Hardware:
Als Hardwaregrundlage kann ein PC oder aber auch speziell entwickelte
Schrittmotor-Steuerelemente benutzt werden. Weiterhin wird eine
Schrittmotor-Steuerkarte benötigt.
Auf dieser sitzen die Endstufen der Schrittmotoren und alle dazu gehörenden Komponenten.
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Software: Handelsübliche Schrittmotorensteuerungssoftware
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Verfahrensweise:
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Um
eine homogene Rasenfläche
(d.h. eine Rasensorte unter einheitlichen Bedingungen) eine gewünschte Figur
einzumähen
gibt es zwei Möglichkeiten.
Entweder wird die Rasenfläche
in zwei Höhen gemäht, oder
der optische Effekt wird durch die Mährichtung erzielt. Wird der
Rasen in unterschiedlichen Höhen
gemäht,
wirkt die niedriger gemähte
Fläche heller.
Dies liegt vermutlich an weniger Blattgrün im unteren Bereich der Grashalme.
Das etwas höhere gemähte Gras
ist deutlich dunkler. Je größer der
Höhenunterschied
ist, desto deutlicher wird der Farbunterschied. Es kann gewünscht werden,
das die Rasenfläche
in einer einheitlichen Höhe
geschnitten werden soll. Auch in diesem Fall ist es möglich, optische
Effekte zu erzielen, indem die Rasenfläche in unterschiedliche Richtungen
gemäht
wird. Wird nun eine Rasenfläche
nur von links nach rechts gemäht, und
innerhalb dieser Fläche.
eine geometrische Figur oder sonstige gewünschte Form von rechts nach links
gemäht,
ist dies deutlich zu erkennen. Dies ist dadurch zu erklären, das
sich die einzelnen Grashalme beim Mähen in die gemähte Richtung
neigen. Die Lichtrefflektion ist wesentlich vom Auftreffen der Lichtstrahlen
auf die einzelnen Grashalme abhängig. Das
Licht wird auf einem links geneigten Grashalm anders reflektiert
als auf einem rechts geneigten. So wird ein optischer Effekt erzielt,
der nicht so deutlich wie bei einem Schnitt mit unterschiedlichen
Höhen ist,
doch auch die kleinen farblichen Unterschiede, hervorgerufen durch
die Schnittrichtung, nimmt das menschliche Auge wahr.
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Funktionsweise:
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Der
zu mähende
Rasen muss in ein imaginäres
Koordinatensystem gelegt werden, dass der Steuersoftware als Grundlage
dient. Sind die beiden Hauptachsen X und Y (Länge und Breite der Rasenfläche) definiert,
so können
das Trägersystem
und der sich darauf befindliche Schlitten den Mähwagen an jeden Punkt dieses
Rasens mittels X,Y-Koordinate ansteuern. Es ist für jede dieser
beiden Achsen mindestens ein Schrittmotor nötig. Konstruktionsbedingt können die
Schrittmotoren mit Getriebe, Zahnriemen, Gewindevortriebe oder anderen
Antriebsmechanismen ausgeführt
werden.
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Alternativ
könnten
auch Servomotoren zum Einsatz kommen.
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Um
die zu mähenden
Flächen
so genau wie möglich
auszumähen,
werden verschieden große Mäher am Schlitten
befestigt. Dies ist nötig,
da die Funktionsweise eines handelsüblichen Rasenmähers ein
sich drehendes Schneidwerkzeug ist. Damit ist es unmöglich eine
z.B. tiefergeschnittene Ecke auszumähen. Je kleiner der Mähdurchmesser
eines Mähers
ist, desto genauer kann eine solche „Ecke" gemäht
werden. Gleiches gilt für
entgegengesetztes mähen.
Falls z.b. ein links gemähtes
Rechteck in eine rechtsgemähte
Fläche
eingemäht
werden soll, werden die einzelnen Ecken nur so genau ausgemäht, wie
der Durchmesser des kleinsten Mähwerkes.
Falls eine andere Rasenmähertechnik
zum Einsatz kommt, kann individuell entschieden werden, ob und wie
viele Mäher
montiert werden.
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Die
Steuerung des Systems erfolgt durch eine handelsübliche Schrittmotor-Steuersoftware. Dabei
gibt der Programmierer die zu mähenden
Flächen
ein und auch die jeweils gewünschte
Schnitthöhe
bzw. Schnittrichtung. Dies geschieht durch Eingabe der dazu nötigen Koordinatenpunkte,
gegebenenfalls auch in Form von mathematischen Gleichungen. Anwenderfreundlich
sind die inzwischen weit verbreiteten CAD-Programme wie Conell Draw
oder ähnliche,
mit denen ebenfalls eine Eingabe von Flächen möglich ist, wobei die Steuerungssoftware
kompatibel zu dem verwendeten CAD Programm sein muss.
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Zu
Beginn des Mähvorganges
wird der Schlitten einjustiert. Dies geschieht am Besten an den
festgelegten 0 Punkten der beiden Hauptachsen x und y oder an einem
Festpunkt, der vom Schlitten solange angesteuert wird, bis eine Übereinstimmung zwischen
Festpunkt und einer am Schlitten vorhandenen Markierung erreicht
ist. Die Einjustierung ist nicht unbedingt erforderlich, gerade
bei kleineren Grundflächen
oder auch bei fest installierten Systemen, in denen das Mähwerk zum
Ende des Mähvorganges
in eine Ausgangsstellung fährt.
Allerdings ist eine regelmäßige Justierung
zu empfehlen.
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Im
Anschluss daran kann mit dem Mähvorgang
begonnen werden. Die Steuersoftware steuert nun den Mähwagen in
vorprogrammierten Wegen über
den Rasen. Aufgrund der Interpolation der beiden Hauptachsen (auch
eine Interpolation aller drei Hauptachsen ist technisch möglich) kann
jeder Punkt der Rasenfläche
aus allen Richtungen in gewünschter
Höhe angefahren
und vom Schnittwerkzeug bearbeitet werden. Bei einfachen Mähvorgängen können auch
mehrere Höhen
gleichzeitig von unterschiedlichen Mäher geschnitten werden. Alternativ
können Reihenfolge
und Weg auch von der Steuerungssoftware berechnet werden. Nach Beendigung
des Mähvorganges
sollte der Mähwagen
vom Trägersystem an
seinen Ausgangspunkt gefahren werden. Wegen der anfälligen Technik
soll der Mähwagen.
so konstruiert sein, das er vom Schlitten mit wenigen Handgriffert
zu entfernen ist. Dieser kann dann wie ein gewöhnlicher Rasenmäher an einem
trockenen Platz untergebracht werden.
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Auf
den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit
der dazugehörigen
Anordnung der Komponenten dargestellt:
Dabei zeigt 1 die Ansicht, Seitenansicht
und die Draufsicht des Mähwagens.
Der Mähwagen
ist auf Lagerrollen gelagert, die sich in alle Richtungen bewegen
lassen. Innerhalb dieses Mähwagens
sind drei unterschiedlich große
Rasenmäher
montiert. Die unterschiedlichen Größen sind notwendig, um gerade
aufwendigere Grafiken möglichst
genau auszumähen
(siehe Funktionsweise). Die Rasenmäher sind in z-Richtung beweglich
an einer starren Verstrebung montiert. Die Schnitthöhe der einzelnen
Rasenmäher
wird über
einen Schrittmotor gesteuert. Am Schrittmotor ist ein Zahnrad montiert,
das sich in einem Zahngestänge
einhakt. Dieses Gestänge
ist fest mit dem Motorblock des Rasenmähers verbunden. Soll sich der
Rasenmäher
um einen cm heben, so steuert der Schrittmotor dies in dem er sich
soweit dreht, bis das Gestänge
sich um einen cm nach oben bewegt hat. Jeder Rasenmäher ist
mit einem Gestänge
versehen, das sich jeweils mit einem Schrittmotor in Bewegung setzen
lässt.
Die Schrittmotoren sind über
Kabel mit der Schrittmotoren-Steuerkarte
verbunden.
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2 zeigt den Mähwagen mit
dem Schlitten in der Draufsicht und der Seitenansicht. An der Oberseite
des Mähwagens
sind zwei senkrechte Rundrohre befestigt. Eines der beiden Rundrohre
ist dabei so gelagert, das es sich um die Schlittenfortbewegungsachse
drehen kann (d.h. eine Achse). Dies ist notwendig um Unebenheiten
des Bodens auszugleichen. Das andere Rundrohr ist ebenfalls einachsig gelagert.
Bei Schiefstellung des Mähwagens
kommt es zu einem veränderten
Abstand dieser beiden Rohre. Daher ist das zweite Rohr in einer
sich seitlich zum anderen Rohr beweglichen Halterung montiert. Um
diese beiden Rundrohre werden Führungsrohre gelegt,
die jeweils an einem Träger
befestigt sind. Diese Träger
sind mit dem Führungsschlitten
verbunden. Die Träger
lassen sich mit jeweils zwei Schlossschrauben vom Schlitten leicht
abmontieren. Dies ist zweckmäßig, da
die empfindliche Technik so nach jedem Einsatz leicht im trockenem
untergebracht werden kann. Der Schlitten ist so gebaut, das er möglichst
spielfrei (max. 1 mm) mit dem Führungsträger verbunden
ist. Weiterhin ist der Schlitten auf Rollen gelagert, so dass er
möglichst
reibungsfrei auf dem Führungsträger sich
bewegen kann. Der Antrieb des Schlittens wird über einen Schrittmotor gesteuert. Vom
Schrittmotor wird über
ein Getriebe ein Zahnrad angetrieben, das den Schlitten über die
im Träger eingefrästen Zähne bewegt.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel
des Schlittens in Ansicht, Draufsicht und Seitenansicht. Der Schlitten
ist aus einem Stück.
In der Öffnung,
in der der Hauptträger
durchläuft,
werden rollen eingesetzt. Daraufhin wird der Schlitten auf den Hauptträger geschoben.
Befindet sich der Schlitten in einer neutralen Zone z.b. mittig
vom Hauptträger
wird der Schrittmotor auf dem Schlitten befestigt und angesteckt.
Der Mähwagen
wird mit den dafür
vorgesehenen Trägern
am Schlitten mittels Schlossschrauben befestigt.
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4 zeigt das Gesamtsystem
in Axiometrie. Der Mähwagen
ist am Schlitten montiert. Unebenheiten des Bodens werden über die
beiden Rindrohre und ihren Halterungen ausgeglichen. Die Halterungen
sind am Schlitten befestigt. Der Schlitten lässt sich über die gesamte Breite des
Rasens steuern. Der Hauptträger
kann mit einem Schrittmotor über
die gesamte Länge
des Rasens gesteuert werden.