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Die
Erfindung betrifft eine Sicherheitsstoßeinrichtung, insbesondere
einen Bumper für
selbstfahrende Fahrzeuge, mit einem elastischen Stoßkörper und
mit wenigstens einem Sicherheitsschalter, der bei Kontakt des Stoßkörpers mit
einem Hindernis ein Schaltsignal ausgibt. Die Erfindung betrifft
auch einen Ultraschallsensor.
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Bekannte
Sicherheitsstoßeinrichtungen
werden als Bumper für
selbstfahrende Fahrzeuge verwendet, wie sie beispielsweise in Fabrikhallen
zum Materialtransport eingesetzt werden. Solche selbstfahrenden
Fahrzeuge werden beispielsweise durch im Boden der Halle verlegte
Induktionsschleifen geführt.
Als Sicherheitseinrichtung sind solche Fahrzeuge wenigstens an ihrer
Frontseite mit einem Bumper ausgestattet, der beispielsweise aus
Schaummaterial besteht und der mit einem Sicherheitsschalter versehen
ist. Läuft
das Fahrzeug gegen ein Hindernis, so löst der Sicherheitsschalter
aus und stoppt den Antrieb des Fahrzeugs. Problematisch können solche
Bumper sein, wenn Hindernisse auftauchen, die höher oder niedriger als der
Bumper angeordnet sind, bei spielsweise aus einem Regal oberhalb
des Bodens vorstehende Gegenstände.
In einem solchen Fall löst
der Bumper beim Auffahren des Fahrzeugs auf das Hindernis nicht
aus, so dass auch dessen Antrieb nicht abgeschaltet wird. Konventionelle
Abstandssensoren können
zur Vermeidung dieser Nachteile eingesetzt werden, erfordern aber
einen Vergleichsweise hohen Montage- und Justieraufwand.
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Mit
der Erfindung soll eine Sicherheitsstoßeinrichtung und ein Ultraschallsensor
geschaffen werden, die in besonders einfacher Weise montiert und
justiert werden können.
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Erfindungsgemäß ist hierzu
eine Sicherheitsstoßeinrichtung,
insbesondere ein Bumper für
selbstfahrende Fahrzeuge, mit einem elastischen Stoßkörper und
wenigstens einem Sicherheitsschalter vorgesehen, der bei Kontakt
des Stoßkörpers mit
einem Hindernis ein Schaltsignal ausgibt, wobei die Sicherheitsstoßeinrichtung
einen Ultraschallsensor aufweist, der in eine Außenfläche des elastischen Stoßkörpers integriert
ist.
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Auf
diese Weise können
der Bumper und der Ultraschallsensor als ein gemeinsames Bauteil
montiert werden. Der Ultraschallsensor kann dadurch an optimaler
Stelle und beispielsweise an der vordersten Außenfläche des Bumpers platziert werden.
Mittels des Ultraschallsensors kann dann beispielsweise eine berührungslose
Fernerkennung von Hindernissen und / oder eine Geschwindigkeitssteuerung
des Fahrzeugs vorgenommen werden. Abgesichert ist diese Geschwindigkeitssteuerung
und Hinderniserkennung stets durch den Sicherheitsschalter im Bumper,
der bei einem eventuellen auftretenden Kontakt eines Hindernisses
den Antrieb zuverlässig abschaltet.
Dies ermöglichst
es darüber
hinaus, unter Einhaltung der geltenden gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen
eine berührungslose
Geschwindigkeitsregelung oder Geschwindigkeitssteuerung bei selbstfahrenden
Fahrzeugen vorzusehen. Durch Integration des Ultraschallsensors
in eine Außenfläche des
elasti schen Stoßkörpers wird
dabei der Montage- und Justieraufwand verringert und der Ultraschallsensor
kann für
den vorgesehenen Erfassungsbereich optimal platziert werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist der Sicherheitsschalter in den elastischen
Stoßkörper integriert. Vorteilhafterweise
ist der Sicherheitsschalter als Schaltleiste ausgebildet.
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Auf
diese Weise wird ein kompaktes Bauteil geschaffen, das zwei unabhängig voneinander
arbeitende Sensoren, den Sicherheitsschalter und den Ultraschallsensor,
aufweist, die dennoch gemeinsam mit dem elastischen Stoßkörper montierbar
sind. Die Ausbildung des Sicherheitsschalters als Schaltleiste erlaubt
die zuverlässige
Erkennung des Kontaktes mit einem Hindernis über eine größere Kontaktfläche, beispielsweise
eine Vorderkante und die Seitenkanten eines Bumpers.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist der Ultraschallsensor mittels einer
Aufnahme in den elastischen Stoßkörper integriert,
wobei der Ultraschallsensor innerhalb der Aufnahme im Bezug auf
seine Erfassungsrichtung ausrichtbar aufgenommen ist.
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Auf
diese Weise lässt
sich der Ultraschallsensor noch im montierten Zustand des elastischen Stoßkörpers justieren,
so dass sein Erfassungsbereich unabhängig von Montagetoleranzen
des elastischen Stoßkörpers eingestellt
werden kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist ein Gehäuse des Ultraschallsensors
kugelabschnittsförmig ausgebildet
und in der in Aufnahme angeordnet.
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Das
Vorsehen eines kugelabschnittsförmigen
Gehäuses
erlaubt zum einen eine äußerst stabile,
glattflächige
und damit wenig verschmutzungsempfindliche Gestaltung des Ultraschallsensors. Durch
das kugel abschnittsförmige
Gehäuse
kann der Ultraschallsensor in besonders einfacher Weise in unterschiedlichen
Positionen in einer oder unterschiedlichen Aufnahmen angeordnet
werden. Vorteilhafterweise ist das Gehäuse verstellbar in Aufnahme angeordnet.
Auf diese Weise kann eine sehr einfache Justierung des Ultraschallsensors
erfolgen, indem dessen Gehäuse
innerhalb der Aufnahme durch einfaches Verdrehen des kugelabschnittsförmigen Gehäuses ausgerichtet
und dann fixiert wird. Bei entsprechender Gestaltung der Aufnahme
kann das kugelabschnittsförmige
Gehäuse
um alle drei Raumachsen in der Aufnahme verdreht werden. Zweckmäßigerweise
wird das eigentliche Sensorelement in einer ebenen Fläche des
Gehäuses
angeordnet, bei entsprechender Gestaltung des Sensorelements kann
das Gehäuse
aber auch eine Vollkugelform oder eine ähnlich Form aufweisen.
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In
Weiterbildung der Erfindung gibt der Sicherheitsschalter beim Kontakt
mit einem Hindernis in einer ersten Richtung, insbesondere einer
Fahrtrichtung, ein Schaltsignal aus und ein Erfassungsbereich des
Ultraschallsensors ist mit einer Hauptkomponente in eine zweite,
von der ersten Richtung verschiedene Richtung, insbesondere senkrecht
zur Fahrtrichtung, ausgerichtet.
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Auf
diese Weise lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Sicherheitsstoßeinrichtung
Hindernisse aus zwei unterschiedlichen Richtungen absichern, so
dass die Sensoren für
verschiedene Erfassungsrichtungen in einem Bumper integriert und
als gemeinsames Bauteil an einem selbstfahrenden Fahrzeug montiert
werden kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die Sicherheitsstoßeinrichtung
als Front-, Heck- oder Seitenbumper eines Fahrzeugs ausgebildet
und der Sicherheitsschalter gibt beim Kontakt mit einem Hindernis in
oder entgegen der Fahrtrichtung oder aus seitlichen Richtungen ein
Schaltsignal aus, wobei Ultraschaltsensoren in den seitlichen Eckbereichen
des Front-, Heck- oder Seitenbumpers integriert sind, deren Erfassungsbereich
mit einer Hauptkomponente senkrecht nach oben ausgerichtet ist.
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Durch
diese Maßnahmen
lässt sich
neben der Absicherung in oder entgegen der Fahrtrichtung und aus
seitlichen Richtungen zusätzlich
eine Erfassung des vor den Ecken eines Fahrzeugs liegenden Bereichs
bewirken. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, um Kollisionen mit
oberhalb einer Fahrbahn in die Fahrbahn hinein ragenden Hindernissen
zu vermeiden. Dies können
beispielsweise aus Regalen vorstehende Hindernisse oder dergleichen
sein. Diese Hindernisse können
mittels der Ultraschallsensoren in den seitlichen Eckbereichen erfasst
werden und das Fahrzeug kann dann dementsprechend angesteuert werden.
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Erfindungsgemäß ist auch
ein Ultraschallsensor, insbesondere für eine Sicherheitsstoßeinrichtung,
vorgesehen, mit einem Gehäuse
zur Anordnung in einer Aufnahme, wobei das Gehäuse des Ultraschallsensors
kugelabschnittsförmig
ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist das Gehäuse verstellbar in der Aufnahme
angeordnet.
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Auf
diese Weise lässt
sich ein sehr stabiler, kompakter und dabei äußerst variabel unterbringbarer
und justierbarer Ultraschallsensor bereitstellen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bumpers gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bumpers gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
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3 eine
schematische Darstellung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs mit
einem erfindungsgemäßen Bumper,
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4 eine
weitere schematische Darstellung des fahrerlosen Transportfahrzeugs
mit dem erfindungsgemäßen Bumper,
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5 ein
Sensorelement für
einen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor,
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6 das
Schallfeld des Sensorelements der 5 in vertikaler
Richtung,
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7 das
Schallfeld des Sensorelements der 5 in horizontaler
Richtung,
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8 das
Sensorelement der 5 in einer ersten Aufnahme,
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9 einen
erfindungsgemäßen Ultraschallsensor
mit dem Sensorelement der 5 in einem Gehäuse,
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10 den
Ultraschallsensor der 9 in einer ersten Aufnahme und
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11 den
Ultraschallsensor der 9 in einer zweiten Aufnahme.
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In
der perspektivischen Ansicht der 1 ist eine
Sicherheitsstoßeinrichtung,
ein sogenannter Bumper 10, dargestellt, wie er beispielsweise
an selbstfahrenden fahrerlosen Fahrzeugen, die zum Materialtransport
in Fabrikhallen eingesetzt werden, montiert ist. Der Bumper 10 weist
ei nen elastischen Stoßkörper 12 auf,
der aus einem elastischen Schaummaterial besteht. In den elastischen
Stoßkörper 12 eingebettet
ist eine Schaltleiste 14, die ein Schaltsignal ausgibt,
wenn eine Vorderfläche
des Bumpers 10 auf ein Hindernis aufläuft. In der Vorderfläche des
Bumpers 10 sind darüber
hinaus zwei Ultraschallsensoren 16a, 16b vorgesehen,
deren Erfassungsbereich nach vorne, das bedeutet im Wesentlichen
aus der Zeichenebene heraus, gerichtet ist. Die Ultraschallsensoren 16a, 16b ermöglichen damit
die Erfassung von Hindernissen noch vor einem Kontakt mit dem Bumper 10 und
dadurch eine Geschwindigkeitssteuerung oder ein vorausschauendes
Anhalten eines Fahrzeugs bevor es zu einem Kontakt mit einem Hindernis
kommt. Die Ultraschallsensoren 16a, 16b und die
Schaltleiste 14 arbeiten dabei unabhängig voneinander, so dass eine
eventuelle Fehlfunktion einer Geschwindigkeitssteuerung oder der
Ultraschallsensoren 16a, 16b durch die Funktion
der Schaltleiste 14 abgesichert werden kann.
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Die
perspektivische Ansicht der 2 zeigt einen
Bumper 18 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Auch der Bumper 18 weist einen elastischen
Stoßkörper 20 auf,
der beispielsweise aus einem verstärkten Schaummaterial besteht.
In den elastischen Stoßkörper 20 eingebettet
ist eine Schaltleiste 22, die lediglich gestrichelt angedeutet ist
und die entlang von drei Seitenkanten des elastischen Stoßkörpers 20 umläuft. Der
Bumper 18 ist für die
Montage an der Front eines fahrerlosen Transportfahrzeugs vorgesehen.
Mittels der Schaltleiste 22 kann somit sichergestellt werden,
dass bei dem Kontakt des Bumpers 18 mit einem Hindernis
in Fahrtrichtung sowie aus seitlichen Richtungen ein Schaltsignal
ausgegeben und das Transportfahrzeug gestoppt werden kann. Zusätzlich ist
der Bumper 18 mit zwei Ultraschallsensoren 24a, 24b versehen,
die jeweils ein Sensorelement 26a, 26b, ein Gehäuse 28a, 28b für das Sensorelement 26a, 26b und
eine Aufnahme 30a, 30b für das Gehäuse 28a, 28b aufweisen.
Die Aufnahmen 30a, 30b sind in das Schaummaterial
des elastischen Stoßkörpers 20 eingeklebt und
ein jeweiliges Gehäuse 28a, 28b ist
verstellbar in der jeweils zugeordneten Aufnahme 30a, 30b angeordnet.
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Wie 2 zu
entnehmen ist, ist ein Erfassungsbereich der Ultraschallsensoren 24a, 24b nach oben
gerichtet. Der Ultraschallsensor 24a ist im Bereich einer
in Fahrtrichtung gesehen vorderen rechten Ecke eines Transportfahrzeugs
angeordnet und der Ultraschallsensor 24b ist im Bereich
einer vorderen linken Ecke eines Transportfahrzeugs angeordnet.
Mittels der Ultraschallsensoren 24a, 24b kann somit
eine Überwachung
der vorderen Ecken des Transportfahrzeugs in dem Sinn erfolgen,
dass Hindernisse, die nicht zu einem Kontakt mit dem Bumper 18 selbst
führen
würden
mittels der Ultraschallsensoren 24a, 24b erkannt
werden und daraufhin eine entsprechende Steuerung des Antriebs des
Transportfahrzeugs erfolgen kann, um eine Kollision zu vermeiden.
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Zweckmäßigerweise
wird im übrigen
der Bumper 10 der 1 mit dem
Bumper 18 der 2 in der Weise kombiniert, das
sowohl Ultraschallsensoren 16a, 16b mit einer
in Fahrtrichtungen liegenden Erfassungsrichtung als auch Ultraschallsensoren 24a, 24b mit
senkrecht nach oben gerichteten Erfassungsrichtungen vorgesehen
werden. Zusammen mit einer Schaltleiste 14 oder einer Schaltleiste 22 kann
dann ein kompaktes Bauteil bereitgestellt werden, das die für ein fahrerloses
Transportfahrzeug erforderliche Sensorik integriert. Weitere Ultraschallsensoren
oder Schaltleisten können
selbstverständlich
zur Absicherung weiterer Erfassungsrichtungen vorgesehen sein.
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Die
Darstellung der 3 zeigt schematisch ein fahrerloses
Transportfahrzeug 32, das mit dem erfindungsgemäßen Bumper 10 ausgestattet
ist. Ein Erfassungsbereich 34 der Ultraschallsensoren ist
in Fahrtrichtung gerichtet und deckt zwei in 3 angedeutete
Bereiche 36 und 38 ab. Eine nicht dargestellte
Geschwindigkeitssteuerung des Transportfahrzeugs 32 ist
dann so eingerichtet, dass bei Erfassung eines Hinder nisses im Bereich 38 eine
Fahrgeschwindigkeit des Transportfahrzeugs 32 reduziert wird.
Wird innerhalb des Bereichs 36 ein Hindernis erfasst, so
wird das Fahrzeug 32 gestoppt. Beim Ausfall der Ultraschallsensoren
erfolgt dann bei Kontaktierung des Bumpers 10 durch den
dadurch ausgelösten
Sicherheitsschalter ein Not-Aus des Fahrzeugantriebs. Die Funktion
der Ultraschallsensoren und der zugehörigen Geschwindigkeitssteuerung kann
dadurch mittels des Sicherheitsschalters im Bumper 10 abgesichert
werden.
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Die
schematische Darstellung der 4 zeigt
erneut das Transportfahrzeug 32, wobei ein Bumper 40 hier
mit ersten Ultraschallsensoren versehen ist, deren Erfassungsbereich 42 in
Fahrtrichtung des Transportfahrzeugs gerichtet ist und darüber hinaus
mit zweiten Ultraschallsensoren versehen ist, deren Erfassungsbereich 44 im
Bereich der Vorderkanten des Fahrzeugs 32 etwa senkrecht
nach oben ausgerichtet ist. Die ersten und die zweiten Ultraschallsensoren
sind dabei in den elastischen Stoßkörper des Bumpers 40 integriert,
so dass lediglich der Bumper 40 an das Fahrzeug 32 montiert
werden muss, um die Sensorik für
die Erfassung von Hindernissen zu montieren. Die zweiten Ultraschallsensoren
mit dem Erfassungsbereich 44 dienen dazu, Kollisionen mit
Hindernissen zu vermeiden, die oberhalb der Fahrbahn liegen und
die nicht in den Erfassungsbereich 42 der ersten Ultraschallsensoren
gelangen.
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Die
perspektivische Darstellung der 5 zeigt
ein Sensorelement 46, wie es für den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor
verwendet werden kann. Eine Schallaustrittsfläche 48 des Sensorelements 46 ist
annähernd
rechteckförmig
gestaltet. Die Diagramme der 6 und 7 verdeutlichen
den Erfassungsbereich des Sensorelements 46. In 6 ist
der Erfassungsbereich in vertikaler Richtung dargestellt. Erkennbar
ist, dass das Sensorelement 46 ein elliptisches Schallfeld
mit einer Schallverteilung von vertikal +/– 5° und horizontal +/– etwa 17° aufweist.
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Die
Darstellung der 8 zeigt das Sensorelement 46 in
einer ersten Aufnahme 50. Die Aufnahme 50 ist
rohrförmig
ausgebildet und kann an ihrer Außenfläche beispielsweise ein Außengewinde
aufweisen. Die Aufnahme 50 kann in den elastischen Stoßkörper eines
Bumpers eingeklebt oder gegebenenfalls auch eingeschraubt werden.
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Die
Darstellung der 9 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor,
bei dem das Sensorelement 46 in einem kugelabschnittförmigen Gehäuse 52 angeordnet
ist. Wie anhand der 9 zu erkennen ist, entsteht
ein sehr kompakter Ultraschallsensor, der aufgrund seines kugelabschnittsförmigen Gehäuses 52 in
besonders einfacher Weise justierbar ist. Das Sensorelement 46 ist
mit seiner Schallaustrittsfläche
bündig
in einer ebenen Vorderfläche
des Gehäuses 52 angeordnet.
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Die
Darstellung der 10 zeigt eine Aufnahme 54 für den in 9 gezeigten
Ultraschallsensor. Die Aufnahme 54 weist einen Grundkörper 56 auf,
in den das kugelabschnittsförmige
Gehäuse 52 eingesetzt
wird und in dem das Gehäuse 52 dann verdrehbar
ist. Speziell ist das Gehäuse
52 im Grundkörper 56 in
den drei Achsenrichtungen verdrehbar, so dass ein Erfassungsbereich
des Sensorelement 46 in besonders einfacher Weise ausgerichtet
und justiert werden kann. Eine gewünschte Lage des Gehäuses 52 im
Grundkörper 56 wird
dann mittels eines aufgesetzten Fixierringes 58 festgelegt,
der mittels vier Schrauben gegen den Grundkörper 56 vorgespannt
werden kann. Beim Anziehen der Schrauben wird folglich das Gehäuse 52 zwischen
dem Fixierring 58 und dem Grundkörper 56 eingeklemmt
und in seiner Lage fixiert. Der Grundkörper 56 wird beispielsweise
in den elastischen Stoßkörper eines Bumpers
eingeklebt.
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11 zeigt
eine weitere Aufnahme 60 für den in 9 gezeigten
Ultraschallsensor. Die Aufnahme 60 weist den Grundkörper 56 der
in 10 gezeigten Aufnahme 54 auf, anstelle
eines Fixierrings ist hier jedoch ein Deckel 62 auf den
Grundkörper 56 aufgesetzt,
der lediglich ein Fenster etwa in der Größe der Austrittsfläche des
Sensorelements 46 aufweist. Der Deckel 62 umschließt das Gehäuse 52 des
Ultraschallsensors in dessen oberen Bereich und fixiert dieses damit
nach Verbindung mit dem Grundkörper 56 in
einer definierten Lage. Im Unterschied zur Aufnahme 54 der 10 erlaubt
die Aufnahme 60 somit eine Justierung des Erfassungsbereichs des
Sensorelements 46 nur in sehr geringem Maß, nämlich dadurch,
dass eine Winkellage des Deckels 62 zum Grundkörper 56 durch
Verstellen der Verbindungsschrauben vom Deckel 62 zum Grundkörper 56 geringfügig justiert
wird.