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Die Erfindung betrifft eine Bodenfräsmaschine gemäß dem Schutzanspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben.
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Bodenfräsmaschinen der vorliegenden Art finden beim Auffräsen von Straßenbelägen im Rahmen beispielsweise von Sanierungs- und/oder Reparaturarbeiten von Fahrbahnbelägen Einsatz. Wesentliche Arbeitseinrichtung derartiger Bodenfräsmaschinen ist eine Fräseinrichtung, umfassend eine innerhalb eines Fräswalzenkastens gelagerte und um eine quer zur Arbeits-/Fräsrichtung rotierbare Fräswalze, bei der es sich üblicherweise um ein hohlzylindrisches Tragrohr handelt, auf dessen Außenmantelfläche eine Vielzahl von Fräseinrichtungen, wie beispielsweise Fräsmeißel, angeordnet sind. Eine solche gattungsgemäße Bodenfräsmaschine ist beispielsweise in der
DE102012012607 offenbart.
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Wesentliche Elemente einer solchen selbstfahrenden Bodenfräsmaschine sind ein von vorderen und hinteren Fahreinrichtungen, beispielsweise Räder- oder Kettenlaufwerken, getragener Maschinenrahmen, der über den Fahreinrichtungen wenigstens teilweise höhenverstellbar ist, beispielsweise mithilfe im Stand der Technik bekannter Hubsäulen. Am Maschinenrahmen ist der Fräswalzenkasten mit der Fräswalze angeordnet. Um einen kontrollierten und möglichst sauberen Fräsprozess zu ermöglichen, ist es ferner bekannt, in Fräsrichtung vor dem Fräswalzenkasten einen sogenannten Niederhalter anzubringen. Dieser liegt auf der Oberfläche des ungefrästen Bodenuntergrundes auf und drückt dadurch den unmittelbar vor der Fräswalze liegenden Bodenbereich herab, um beispielsweise das Ausbrechen von größeren Schollen zu verhindern. Der Niederhalter ist über eine geeignete Stelleinrichtung, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, ebenfalls höhenverstellbar und kann somit während des Fräsprozesses zumindest phasenweise auch vom Bodenuntergrund abgehoben werden. Dies wird von einem Bediener der Bodenfräsmaschine häufig dann gemacht, wenn sich in Fräsrichtung vor dem Niederhalter Bodenmaterial, wie beispielsweise Steine, angesammelt hat, um zu verhindern, dass die Bodenfräsmaschine über den Fräsbetrieb hinweg einen sich immer weiter aufbauenden Berg an Bodenmaterial vor sich her schiebt.
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Für den Fräsbetrieb mit der Bodenfräsmaschine ist es von fundamentaler Bedeutung, dass der Bediener der Bodenfräsmaschine eine verhältnismäßig exakte Angabe über die aktuelle Frästiefe hat bzw. in Kenntnis darüber ist, wie tief die Fräswalze gegenüber der ungefrästen Bodenoberfläche in den Bodenuntergrund eingreift. Hierzu ist es bekannt, im Bereich des Niederhalters eine Tastkufe anzulenken, die auf dem ungefrästen Bodenuntergrund aufliegt und auch bei angehobenem Niederhalter idealerweise in Bodenkontakt bleibt. Durch ein Anheben des Niederhalters ändert die Tastkufe jedoch durch ihre Anlenkung am Niederhalter ihre Relativlage zur übrigen Maschine, was in einem unerwünschten Messfehler resultiert. Die
US2015/0167486A1 offenbart in diesem Zusammenhang eine zwischen den Seitenschilden angeordnete Tasteinrichtung, die schwenkbar am Niederhalter angeordnet ist und die, um Verzerrungen einer Abstandsmessung beim Anheben des Niederhalters auszugleichen, eine Tastkufe mit einer Drehausgleichskurve aufweist. Hier erfolgt eine Fehlerkompensation durch die spezielle Ausgestaltung der Auflagekurve der Tastkufe. Diese Lösung ist allerdings vergleichsweise verschleißanfällig und erfordert zudem die exakte Abrundung der Tastkufe.
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Aus der
EP3029200A1 ist es bekannt, unter anderem über die Höhenlage eines Seitenschildes die Frästiefe zu ermitteln. Dies offenbart auch die
DE102006062129A1 sowie ergänzend oder alternativ die Nutzung einer separaten Tasteinrichtung, beispielsweise eines Tastbalkens. Die
WO2008/077963A1 und die
DE102015003153A1 offenbaren zur indirekten Erfassung des Abstandes der Fräswalze zum Boden den Niederhalter mit Hilfe einer Abstandsmesseinrichtung zu nutzen. Ergänzend schlägt die
WO2008/077963A1 vor, über Wegmesssysteme, die an dem Niederhalter befestigt sind, Abstandswerte zwischen dem Maschinenrahmen und dem unbearbeiteten Boden zu ermitteln.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Tasteinrichtung anzugeben, für die bei verschiedenen Relativlagen der Tastkufe zum Niederhalter keine separate Korrekturfunktion erforderlich ist bzw. für die eine ausreichend genaue Ermittlung der Frästiefe mit nur einer Abstandsmesseinrichtung möglich ist, und die gleichzeitig einen vergleichsweise einfachen Aufbau hat.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Bodenfräsmaschine gemäß dem unabhängigen Schutzanspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben.
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Wesentliche Elemente einer gattungsgemäßen Bodenfräsmaschine sind ein von vorderen und hinteren Fahreinrichtungen getragener, wenigstens teilweise höhenverstellbarer Maschinenrahmen, sowie ein am Maschinenrahmen angeordneter Fräswalzenkasten, umfassend eine um eine horizontale und quer zur Fräsrichtung verlaufende Rotationsachse rotierbare Fräswalze. Es ist ferner vorgesehen, dass ein in Fräsrichtung vor dem Fräswalzenkasten angeordneter Niederhalter mit einer Stelleinrichtung vorhanden ist. Dieser kann mithilfe der Stelleinrichtung, beispielsweise einem Hydraulikzylinder, relativ zum Fräswalzenkasten und relativ zum Maschinenrahmen in Vertikalrichtung verstellt werden und ist somit höhenverstellbar. Die erfindungsgemäße Bodenfräsmaschine umfasst ferner eine in Fräsrichtung vor dem Fräswalzenkasten angeordnete Bodentasteinrichtung mit einer Tastkufe und einem Lagerhebel, wobei die Tastkufe relativ zum Niederhalter innerhalb eines Höhenverstellbereiches in Vertikalrichtung verstellbar ist und am Niederhalter über den Lagerhebel, insbesondere um eine horizontale und quer zur Fräsrichtung verlaufende Schwenkachse schwenkbar, bewegbar gelagert. Konkret weist die Tastkufe ein erstes Gelenk auf, über das der Lagerhebel schwenkbar mit der Tastkufe verbunden ist. Ferner ist vorgesehen, dass der Lagerhebel über ein zweites Gelenk mit dem Niederhalter gelenkig, insbesondere um eine horizontale und quer zur Fräsrichtung verlaufende Schwenkachse, schwenkbar, verbunden ist. Das erste und das zweite Gelenk sind somit insbesondere Schwenk- bzw. Drehgelenke mit jeweils einer horizontal und quer zur Fräsrichtung verlaufenden Schwenkachse. Wesentlich ist nun die spezielle Anordnung des Lagerhebels in Bezug auf die Lage des ersten und des zweiten Gelenks. Im Gegensatz zu den bisher im Stand der Technik vorgeschlagenen Konstruktionen, sieht es die vorliegende Erfindung vor, den Lagerhebel derart zwischen der Tastkufe und dem Niederhalter zu positionieren, dass er bei einer Höhenverstellung des Niederhalters gegenüber der Tastkufe über den gesamten Höhenverstellbereich hinweg einen den Stellweg des Lagerhebels in Horizontalrichtung begrenzenden Scheitelpunkt der Bewegungskurve des Lagerhebels um das erste oder zweite Gelenk an- oder durchläuft, insbesondere derart, dass der horizontale Abstand des ersten und des zweiten Gelenks zueinander zunächst größer und anschließend wieder kleiner wird. Der hier maßgebliche Scheitelpunkt bezieht sich somit auf eine theoretische Schwenkkreisbahn des Lagerhebels um das erste oder das zweite Gelenk. Sowohl das erste als auch das zweite Gelenk sind dementsprechend in Bezug auf ihren Vertikalabstand möglichst nahe beieinander angeordnet. Der Effekt dieser Maßnahme liegt darin, dass die Horizontalverschiebung, die der Lagerhebel bei einer Höhenverstellung des Niederhalters durchläuft, so klein wird, dass an dieser Stelle auftretende Messfehler praktisch keine Rolle spielen. Auf diese Weise ist eine separate Fehlerkompensation, wie sie bisher bei der Verwendung entsprechender Tastkufen auftrat, nicht mehr erforderlich. Der Höhenverstellbereich zwischen dem Niederhalter und der Tastkufe bezeichnet denjenigen Abstand in Vertikalrichtung, in dem der Niederhalter üblicherweise relativ zu Tastkufe verstellbar ist. Insbesondere ist dieser Bereich der Bereich zwischen einem gleichzeitigem Aufliegen der Niederhalters und der Tastkufe auf der nichtgefrästen Bodenoberfläche und der maximale angehobenem Position des Niederhalters gegenüber der auf der ungefrästen Bodenoberfläche aufliegenden Tastkufe. Dieser Bereich erstreckt sich somit bevorzugt insbesondere über eine Höhe von wenigstens 10 mm, insbesondere wenigstens 50 mm, bis maximal 350 mm, insbesondere maximal 350 mm. Schließlich ist erfindungsgemäß eine Abstandsmesseinrichtung vorhanden, mit der der Abstand in Vertikalrichtung oder eine damit korrelierende Größe zwischen dem Maschinenrahmen und/oder dem Fräswalzenkasten und der Tastkufe ermittelbar/messbar ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine kontaktlose Messeinrichtung, wie beispielsweise einen optischen Abstandssensor, oder um eine mechanisch wirkende Abstandsmesseinrichtung, wie beispielsweise einen Seilzugsensor oder eine in einen Hydraulikzylinder in an sich bekannter Weise integrierten Wegmesssensor (insbesondere auf Grundlage eines kapazitiven Messprinzips) handeln. Über die Abstandsmesseinrichtung erfolgt somit die tatsächliche Ermittlung des Vertikalabstandes der Tastkufe zum Maschinenrahmen und/oder Fräswalzenkasten oder zumindest einer damit korrelierenden Größe und damit letztlich die Ermittlung der Frästiefe. Je größer die Frästiefe ist, desto kleiner ist dieser Abstand. Dabei ist es möglich, insbesondere ausschließlich mit dieser einen Abstandsmesseinrichtung ohne weitere Korrekturverfahren eine hinreichend genaue Aussage über die aktuelle Frästiefe zu treffen. Der über die Abstandsmesseinrichtung ermittelte Abstand (oder eine damit korrelierende Betriebsgröße) korreliert somit direkt mit der aktuellen Frästiefe.
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Optimal ist es dabei, wenn die Abstandsmesseinrichtung derart am Lagerhebel angelenkt ist, dass ihr Stellweg über den Höhenverstellbereich des Lagerhebels im Wesentlichen in Vertikalrichtung verläuft. Letztlich ist der Vertikalabstand vorliegend zur Ermittlung der Frästiefe von Interesse. Verläuft der Stellweg der Abstandsmesseinrichtung, der den Bewegungsweg des Abstandsmesseinrichtung zur Abstandsermittlung bezeichnet, im Wesentlichen in Vertikalrichtung, treten die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung des Lagerhebels besonders deutlich hervor, da dann der in Kauf genommene marginale Messfehler aufgrund der Horizontalverschiebung der Tastkufe bei einer Vertikalverstellung des Niederhalters besonders gering ist.
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Bevorzugt ist die Abstandsmesseinrichtung gelenkig an der Tastkufe und am Maschinenrahmen oder am Fräswalzenkasten angelenkt. Die Anordnung am Fräswalzenkasten bringt den Vorteil mit sich, dass hierdurch eine modulare Gesamteinheit erhalten wird, was beispielsweise den Tausch von Fräswalzenkästen mit verschiedenen Fräsbreiten an der Bodenfräsmaschine erleichtert.
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Insbesondere in Anbetracht der Anordnung der Abstandsmesseinrichtung im Schmutzbereich der Bodenfräsmaschine ist es vorteilhaft, wenn die Abstandsmesseinrichtung ein Linearaktuator, insbesondere eine Hydraulikzylinderkolbeneinheit, mit integrierter Wegmesseinrichtung ist. Derartige Wegmesseinrichtung sind nach außen hin besonders gut geschützt und für die vorliegende Anwendung daher vorteilhaft.
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Grundsätzlich kann die Abstandsmesseinrichtung irgendwo an der Tastkufe angelenkt werden. Um jedoch eine möglichst kompakte Gesamtanordnung zu erhalten, erfolgt die Anlenkung der Abstandsmesseinrichtung an der Tastkufe in Fräsrichtung gesehen bevorzugt zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenk.
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Der Kniff der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, dass die Verschwenkung der Längsachse des Stellwegs der Abstandsmesseinrichtung in Vertikalrichtung durch die spezielle Anordnung des Lagerhebels sehr klein gehalten werden kann, da der in Horizontalrichtung liegende Scheitelpunkt des Lagerhebels ausgenutzt wird. Die Anlenkung der Abstandsmesseinrichtung, insbesondere in Form eines Hydraulikzylinders mit integrierter Wegmesseinrichtung, erfolgt dabei besonders bevorzugt derart, dass der Stellweg im Wesentlichen in Vertikalrichtung verläuft. Ideal ist es dabei, wenn die theoretische Schwenkbahn des Abstandsmesseinrichtung, die diese bei einer maximalen Relativverstellung des Niederhalters zur Tastkufe in Vertikalrichtung, vollzieht, einen in Vertikalrichtung unteren Scheitelpunkt durchläuft, wodurch die Messgenauigkeit abermals verbessert wird. In der praktischen Anwendung liegt die Tastkufe dabei auf dem Bodenuntergrund auf, so dass in der Vertikallage der Abstandsmesseinrichtung (der Stellweg der Abstandsmesseinrichtung verläuft exakt in Vertikalrichtung) der Messfehler am Geringsten ist und mit steigender Abweichung von der Vertikallage zunimmt. Die Gesamtanordnung wird dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass die maximale Abweichung der Längsachse des Stellwegs der Abstandsmesseinrichtung von einer fiktiven vertikalen Referenzachse kleiner +/–8° und insbesondere kleiner +/–2° ist und/oder der Radius der Schwenkbewegung des Lagerhebels um das erste Gelenk im Bereich von wenigstens 15 cm und insbesondere von wenigstens 20 cm liegt. Wesentlich ist somit, dass die horizontale Stellbewegung der Tastkufe über den gesamten Höhenverstellbereich zwischen der Lagerkufe und dem Niederhalter vergleichsweise klein ist und dadurch die horizontale Auslenkung der Abstandsmesseinrichtung sehr klein gehalten wird. Ausreichend optimale Messergebnisse für den praktischen Einsatz werden insbesondere immer noch dann erhalten, wenn die horizontale Stellbewegung der Tastkufe über den gesamten Höhenverstellbereich maximal 5 cm und insbesondere maximal 3 cm und ganz besonders maximal 2 cm beträgt.
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Bevorzugt erfolgt die Anordnung des Lagerhebels zur Abstandsmesseinrichtung somit derart, dass der Abstand des ersten und des zweiten Gelenks des Lagerhebels, d. h. bevorzugt dessen Längserstreckung, und der lineare Stellweg der Abstandsmesseinrichtung über den Verstellbereich des Niederhalters relativ zur Tastkufe eine zueinander rechtwinklige Lage einnehmen, insbesondere bevorzugt ungefähr dann, wenn der Niederhalter und die Tastkufe ca. in der Mitte ihres maximalen Verstellbereiches in Vertikalrichtung zueinander positioniert sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sowohl der in Horizontalrichtung liegende Scheitelpunkt vom Lagerhebel und der in Vertikalrichtung liegende Scheitelpunkt des Stellweges der Abstandsmesseinrichtung im Wesentlichen gleichzeitig durchlaufen werden und zu beiden Stellrichtung ausgehend aus dieser Position ein nur kleiner Messfehler auftritt. Damit kann auch der maximale Messfehler in der Abstandsmesseinrichtung über das gesamte Positionierungsspektrum zwischen dem Lagerhebel und der Tastkufe verhältnismäßig klein gehalten werden.
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Sämtliche Bereichsangaben beziehen sich vorliegend dabei insbesondere auf einen Verstellbereich zwischen dem Niederhalter und der Tastkufe zwischen einer Position, in der sowohl der Niederhalter als auch die Tastkufe auf dem Bodenuntergrund aufliegen und einer Position, in der die Tastkufe auf dem Bodenuntergrund aufliegt und der Niederhalter maximal in Vertikalrichtung angehoben ist, beispielsweise bis maximal 350 mm und insbesondere bis maximal 150 mm.
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In der konkreten Ausgestaltung des Lagerhebels kann auf mannigfaltige Varianten zurückgegriffen werden. Grundsätzlich ist es dabei bevorzugt, wenn der Lagerhebel ein gradlinig längserstrecktes Bauteil ist. Auf diese Weise kann auf vergleichsweise komplexe und damit kostenintensiver Formgebungen des Lagerhebels verzichtet werden. Ergänzend oder alternativ ist der Lagerhebel in Form eine Lagergabel ausgebildet, wobei die Tastkufe zwischen den einander gegenüberliegenden Streben der Lagergabel angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders zuverlässige Führung der Tastkufe über den Bodenuntergrund durch den Lagerhebel. Um die Auflage der Tastkufe auf dem Bodenuntergrund zu verbessern, kann es ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, den Lagerhebel mit einer in Richtung des Bodenuntergrundes wirkenden Kraft zu beaufschlagen. Dies kann mit einem separaten Stellelement, beispielsweise einer Zug- oder Druckfeder oder einem Hydraulikzylinder, erfolgen. Optimal ist es jedoch, wenn der Lagerhebel ein Beschwerungsgewicht im Bereich des ersten Gelenks umfasst, um die Anpresskraft der Tastkufe in ihrem Frontbereich zu erhöhen.
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Für den praktischen Einsatz umfasst die Bodenfräsmaschine vorliegend bevorzugt eine Steuereinheit, die derart ausgebildet ist, dass sie die Frästiefe anhand des von der Abstandsmesseinrichtung ermittelten Abstandswertes ermittelt, insbesondere als aktuellen Messwert ausschließlich auf Grundlage des ermittelten Abstandswertes. Die Steuereinheit ist somit mit einer signalübertragenden Verbindung mit der Abstandsmesseinrichtung verbunden und generiert aus dem zur Verfügung stehenden Messsignal eine, idealerweise für den Bediener über eine geeignete Anzeigeeinrichtung sichtbare, Frästiefenangabe. Über die Steuereinheit können beispielsweise auch eine Dokumentation und die Festlegung eines Nullpunktes zu Fräsbeginn erfolgen.
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Grundsätzlich ist es möglich, die vorliegende Abstands- und respektive Frästiefenermittlung mit nur einer Tastkufe durchzuführen. Bevorzugt ist jedoch jeweils eine Tasteinrichtung auf den einander in Richtung der Rotationsachse der Fräswalze gegenüberliegenden Seiten des Niederhalters angeordnet, insbesondere in Bezug auf die Fräsrichtung innerhalb des zwischen den beiden Seitenschilden des Fräswalzenkastens liegenden Bereiches. Auf diese Weise kann auf beiden Seiten gleichzeitig eine entsprechende Frästiefenmessung erfolgen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1: eine Seitenansicht auf eine Bodenfräsmaschine;
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2: eine perspektivische Schrägansicht auf den Fräswalzenkasten aus 1;
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3A: eine Seitenansicht auf den Fräswalzenkasten, den Niederhalter und die Tasteinrichtung bei „ankratzender” Fräswalze;
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3B: die Seitenansicht aus 3A mit in der Frästiefe FT abgesenkter Fräswalze;
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3C: die Seitenansicht aus 3C mit angehobenem Niederhalter;
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4A: Ausschnittsvergrößerung des Bereichs A aus 3A;
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4B: Ausschnittsvergrößerung des Bereichs A aus 3B;
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4C: Ausschnittsvergrößerung des Bereichs A aus 3C;
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5: Prinzipskizze zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Anordnungsprinzips.
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1 zeigt zunächst die wesentlichen Elemente einer selbstfahrenden Bodenfräsmaschine 1. Diese umfasst einen von Fahreinrichtungen 2 (zum Beispiel Räder oder Kettenlaufwerke) getragenen, höhenverstellbaren (in Pfeilrichtung A; über Hubsäulen zwischen den Fahreinrichtungen 2 und dem Maschinenrahmen 3) Maschinenrahmen 3, ein Verladeförderband 4, einen Fahrstand 5, einen Antriebsmotor (nicht separat bezeichnet) sowie eine am Maschinenrahmen 3 angeordnete und mit diesem höhenverstellbare Fräseinrichtung 6, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Längsrichtung der Maschine gesehen im Wesentlichen mittig angeordnet ist, insbesondere bei Klein- und Kompaktfräsen aber auch im Heckbereich zwischen den beiden hinteren Fahreinrichtungen 2 angeordnet sein kann. Im Fräs- bzw. Arbeitsbetrieb fährt die Bodenfräsmaschine 1 mit in den Bodenuntergrund eingreifender Fräseinrichtung 6 in Fräsrichtung B. Die Fräseinrichtung 6 umfasst einen Fräswalzenkasten 7 mit einem höhenverstellbaren hinteren Abstreiferschild 8, höhenverstellbaren Seitenschilden 9 (in 1 nicht dargestellt, aber in 2), mit einem mit dem Maschinenrahmen fest verbundenen Tragkasten 10 und mit einer innerhalb des Tragkastens in an sich bekannter Weise angeordneten Fräswalze 11. Diese ist um eine horizontale und quer zur Fräsrichtung verlaufende Rotationsachse rotierbar und weist auf ihrer Außenmantelfläche eine Vielzahl von Fräswerkzeugen, insbesondere Fräsmeißeln, auf. In Fräsrichtung B vor der Fräswalze ist ein, beispielsweise rostartiger ausgebildeter, Niederhalter 12 am Fräswalzenkasten höhenverstellbar gelagert. Dieser liegt auf dem Bodenuntergrund auf und verhindert, dass der vor der Fräswalze liegende Straßenbelag im Fräsprozess in Schollen aufbricht. Der Niederhalter 12 kann gleichzeitig als Bandlagerung für ein Förderband dienen, beispielsweise um Fräsgut aus dem Fräswalzenkasten heraus auf das in 1 schematisch dargestellte sogenannte äußere Förderband 4 zu transportieren. Der Niederhalter 12 ist mithilfe eines Stellgliedes, vorliegend einem Hydraulikzylinder 17, vom Boden anhebbar und absenkbar. Der Hydraulikzylinder 17 sitzt zwischen der Niederhalter 12 und dem Fräswalzenkasten und erstreckt sich im Wesentlichen in Vertikalrichtung.
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Schließlich ist eine Tasteinrichtung 13 vorhanden, umfassend eine Tastkufe 14, einen Lagerhebel 15 und eine Abstandsmesseinrichtung 16. Die Tastkufe 14 liegt auf dem Bodenuntergrund auf. In Fräsrichtung B gesehen vorn ist die Tastkufe 14 über den Lagerhebel 15 am Niederhalter 12 angelenkt. In Fräsrichtung B hinten ist die Tastkufe 14 dagegen mit der Abstandsmesseinrichtung 16 verbunden, bei der es sich um einen in eine Linearrichtung verstellbaren Hydraulikzylinder mit integrierter Wegmesseinrichtung grundsätzlicher bekannter Bauart (beispielsweise kapazitiver Sensor) handelt. Der bezüglich seines Stellweges S (5) im Wesentlichen vertikal angeordnete Hydraulikzylinder ermöglicht es, neben einer Abstandsmessung die Tastkufe 14, beispielsweise bei einer Transportfahrt der Bodenfräsmaschine 1, anzuheben. Mithilfe der Abstandsmesseinrichtung 16 kann somit der Abstand entlang des im Wesentlichen in Vertikalrichtung verlaufenden Stellweges des Hydraulikzylinders zwischen der Tastkufe 14 und dem Anlenkpunkt des Hydraulikzylinders am Fräswalzenkasten und damit letztlich der Abstand des Maschinenrahmens zum Bodenuntergrund bzw. die Frästiefe der Bodenfräsmaschine ermittelt werden, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird. Der Stellweg S bezeichnet dabei die Längserstreckung der Messachse der Wegmesseinrichtung bzw. diejenige Achse, entlang derer der Weg mithilfe der Wegmesseinrichtung ermittelt wird.
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2 zeigt die vorstehend beschriebene Anordnung weiter im Detail, wobei hier aus Übersichtlichkeitsgründen nur der Tragkasten 10 und die an ihm montierten Elemente dargestellt sind und der Maschinenrahmen 3 und weitere über die Fräseinrichtung hinausgehenden Elemente weggelassen wurden. Wichtig ist, dass aus der in 2 dargestellten Ansicht ersichtlich ist, dass sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite (in Fräsrichtung B gesehen) jeweils eine Tasteinrichtung 13 der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen ist, wobei beide Tasteinrichtungen 13 innerhalb des Bereiches zwischen den beiden einander gegenüberliegenden und außen am Tragkasten 10 angeordneten Seitenschilden 9 positioniert sind. Ferner sind die Tasteinrichtungen 13 horizontal und quer zur Fräsrichtung B gesehen jeweils einander gegenüberliegende auf gleicher Höhe neben dem Niederhalter 12 angeordnet.
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Zur weiteren Beschreibung der Erfindung wird ausgehend von der vorstehend beschriebenen Grundanordnung auf die Ausschnittsansichten der 3A bis 3C sowie der weiteren Vergrößerungen des Bereiches A aus diesen Figuren in den 4A bis 4C Bezug genommen.
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Die 3A und 4A zeigen die Nulllage der gesamten Anordnung. Sowohl die Fräswalze 11, als auch der Niederhalter 12 und die Tastkufe 14 liegen auf der ungefrästen Bodenoberfläche auf. Diese Stellung wird auch als „Ankratzen” bezeichnet. In den 3B und 4B ist die Fräswalze in der Frästiefe FT in Vertikalrichtung gegenüber der ungefrästen Bodenoberfläche abgesenkt, beispielsweise durch Einfahren der (insbesondere zumindest vorderen Hubsäulen der vorderen Fahreinrichtungen). Die in Fräsrichtung B vor der Fräswalze angeordneten Elemente Niederhalter 12 und Tastkufe 14 liegen dagegen nach wie vor auf der ungefrästen Bodenoberfläche auf. Ihre Relativlage zueinander hat sich somit nicht verändert. Die 3C und 4C schließlich zeigen eine häufig auftretende Situation im laufenden Arbeitsprozess, nämlich dann, wenn der Bediener der Bodenfräsmaschine den Niederhalter 12 in Vertikalrichtung nach oben um einen Vertikalhub VH vom ungefrästen Bodenuntergrund abhebt, weil sich beispielsweise zu viel loses Bodenmaterial, wie beispielsweise Steine, in Fräsrichtung B vor dem Niederhalter 12 angesammelt hat und vor diesem hergeschoben wird. Dies erfolgt im laufenden Fräsprozess. Durch das Anheben der Niederhalters 12 rutscht dieses Material dann durch zum nachfolgenden Fräswalzenkasten. Um in dieser Situation in Bezug auf die Frästiefe nicht „blind” zu sein, ist es wichtig, dass die Tastkufe 14 der Tasteinrichtung 13 auch in dieser Situation auf der ungefrästen Bodenoberfläche aufliegt und sich die Stellweglage der Abstandsmesseinrichtung 16 dabei möglichst nicht oder nur sehr gering ändert. Die nachstehend insbesondere anhand der 4A bis 4C sowie 5 erläuterte erfindungsgemäße Anordnung insbesondere des Lagerhebels 15 ermöglicht es, sowohl in den in 3B/4B als auch in der in 3C/4C gezeigten Situation mit der Tastkufe 14 ausreichend genaue Rückschlüsse auf die aktuelle Frästiefe zu ziehen, ohne das hierzu eine separate Fehlerkompensation erforderlich ist. Die 3A bis 4C verdeutlichen ferner, dass der Hydraulikzylinder der Abstandsmesseinrichtung 16 beim Eintauchen in den Bodenuntergrund um die der aktuellen Frästiefe im Wesentlichen entsprechenden Strecke in Vertikalrichtung zusammenschoben wird. Dies wird vorliegend zur Ermittlung der Frästiefe mithilfe der Abstandsmesseinrichtung ausgenutzt.
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Wesentlich ist zunächst, dass der Lagerhebel 15 die Tastkufe 14 insbesondere gegenüber einer quer zur Fräsrichtung B erfolgenden Auslenkung stabilisiert. Der Lagerhebel 15 ist sowohl mit der Tastkufe 14 als auch dem Niederhalter 12 gelenkig verbunden. Dafür ist ein erstes Gelenk 18 vorgesehen, mit dem der Lagerhebel 15 mit der Tastkufe 14 verbunden ist. Darüber hinaus ist ein zweites Gelenk 19 vorgesehen, mit dem der Lagehebel 15 am Niederhalter 12 gelagert ist. Der Lagerhebel 15 selbst ist als zwischen den beiden Gelenken 18 und 19 längserstrecktes Element ausgebildet. Wie vorstehend bereits beschrieben, ist die Tastkufe 14 darüber hinaus über die Abstandsmesseinrichtung 16, hier als linear entlang seiner Längsachse verstellbarer Hydraulikzylinder ausgebildet, mit dem Rest der Maschine verbunden, insbesondere dem Fräswalzenkasten oder dem Maschinenrahmen. Hierfür ist die Tastkufe 14 über ein Tastkufengelenk 20 gelenkig mit der Abstandsmesseinrichtung 16 verbunden. Der Niederhalter 12 ist ebenfalls gelenkig über das Haltergelenk 21 mit dem Hydraulikzylinder 17 und über diesen an die Bodenfräsmaschine 1 angebunden.
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Insbesondere ein Vergleich zwischen den 4B und 4C zeigt, wie der Niederhalter 12 über den Hydraulikzylinder 17 aus der in 4 die gezeigten Arbeitsposition heraus um den Vertikalhub VH angehoben werden kann, um vor dem Niederhalter 12 angesammeltes Material zu überfahren. Dadurch, dass die Tastkufe 14 über den Lagerhebel 15 mit dem Niederhalter 12 verbunden ist, wird die Tastkufe 14 durch die Vertikalverstellung des Niederhalters 12 vom Lagerhebel 15 horizontal in Richtung eines horizontalen Stellweges HS bewegt (in 5 rechts beispielhaft gestrichelt angeordnet). Befindet sich beispielsweise das erste Gelenk 18 vertikal über dem zweiten Gelenk 19, während der Niederhalter 12 vertikal nach oben angehoben wird, so wird die Tastkufe 14 vom Lagerhebel 15 in Fräsrichtung B erst nach vorne gedrückt und nach Durchlaufen eines in Horizonalrichtung wirkenden Scheitelpunktes wieder zurückgezogen. Befindet sich dagegen das erste Gelenk 18 vertikal unter dem zweiten Gelenk 19, während der Niederhalter 12 vertikal nach oben angehoben wird, so wird die Tastkufe 14 vom Lagerhebel 15 entgegen der Fräsrichtung B nach hinten gezogen. In beiden Fällen wird die Tastkufe 14 horizontal aus der in 4B gezeigten Arbeitsposition herausbewegt, in der insbesondere die Abstandsmesseinrichtung 16 senkrecht beziehungsweise vertikal auf dem Boden steht. Da die Abstandsmesseinrichtung 16 den Vertikalabstand zum Boden misst, wird das Messergebnis der Abstandsmesseinrichtung 16 durch eine horizontale Bewegung der Tastkufe 14 wie vorstehend beschrieben verfälscht. Diese Verfälschung des Meßergebnisses ist umso größer, je weiter die Tastkufe 14 und damit auch die Abstandsmesseinrichtung 16 aus der in 4B gezeigten Vertikalposition beziehungsweise Arbeitsposition herausbewegt bzw. in Horizontalrichtung verschoben wird.
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Um diese Verfälschung des Meßergebnisses zu minimieren, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die vertikale Verstellbewegung des Niederhalters 12 sowohl einen Teil umfasst, in dem das erste Gelenk 18 vertikal über dem zweiten Gelenk 19 liegt als auch einen Teil umfasst, in dem das erste Gelenk 18 vertikal unter dem zweiten Gelenk 19 liegt. Die beiden Teile werden selbstverständlich verbunden durch einen Moment, in dem die beiden Gelenke 18, 19 in einer gemeinsamen Horizontalebene liegen, sprich, in dem der Lagerhebel 15 horizontal ausgerichtet ist. In diesem Moment ist der Horizontalabstand des ersten Gelenkes 18 zum zweiten Gelenk 19 maximal. Die Bewegung des Niederhalters 12 vertikal nach oben umfasst also einen Teil, in dem die Tastkufe 14 vom Lagerhebel 15 in Fräsrichtung B nach vorne gedrückt und einen Teil, in dem die Tastkufe 14 vom Lagerhebel 15 entgegen der Fräsrichtung B nach hinten gezogen wird. Die Tastkufe 14 wird also während ein und derselben Bewegung des Niederhalters 12 vertikal nach oben (und genauso selbstverständlich andersherum nach unten) sowohl ein kleines Stückchen in Fräsrichtung B nach vorne als auch entgegen der Fräsrichtung B nach hinten bewegt. Die aus diesen beiden Bewegungen resultierende gesamte Horizontalbewegung HS der Tastkufe 14 ist daher wesentlich kleiner als in den Maschinen des Standes der Technik, da sich die Bewegungen in den entgegengesetzten Richtungen gegenseitig aufheben. Die resultierende Bewegung der Tastkufe 14 während einer vertikalen Verstellung des Niederhalters 12 ist also eine Oszillation um die in 4B gezeigte Arbeitsposition der Tastkufe 14, in der die Abstandsmesseinrichtung 16 vertikal auf dem Boden steht und optimale Messergebnisse liefert. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird also erreicht, dass die Bewegung der Tastkufe 14 und der Abstandsmesseinrichtung 16 aus der Arbeitsposition heraus deutlich kleiner ist als im Stand der Technik üblich. Dadurch sind allerdings auch die Messfehler deutlich geringer und liegen in einem Bereich, in dem diese keinen signifikanten Einfluss auf das Arbeitsergebnis haben. Es ist erfindungsgemäß daher möglich, die entstehenden Messfehler zu ignorieren, ohne diese aufwendig kompensieren zu müssen.
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In 5 ist der Bewegungsablauf in Überlagerung nochmals im Detail dargestellt. Um sowohl die Arbeitsposition der beteiligten Bauteile als auch diejenige Position, in der der Niederhalter 12 angehoben ist, in derselben Figur darstellen zu können, wurde auf eine Darstellung des Niederhalters 12 verzichtet. Der Lagerhebel 15, die Abstandsmesseinrichtung 16 und der Hydraulikzylinder 17 wurden ebenfalls weggelassen, allerdings sind deren Längsmittelachsen bis zu den jeweiligen Gelenken 18, 19, 20, 21 dargestellt. Die Längsmittelachsen 15' bezeichnen also die Längsmittelachsen des Lagerhebels 15 (bzw. die Verbindungslinie zwischen den Gelenken 18 und 19), die Längsmittelachsen 16' bezeichnen die Längsmittelachsen der Abstandsmesseinrichtung 16 (bzw. die Stellwegachse) und die Längsmittelachsen 17' bezeichnen die Längsmittelachsen des Hydraulikzylinder 17 (über die der Niederhalter angehoben werden kann), wobei die durchgezogene Längsmittelachse jeweils die Arbeitsposition gemäß 4B der jeweiligen Bauteile angibt, während die gepunktet dargestellten Längsmittelachsen jeweils die Positionen der Bauteile in derjenigen Position bezeichnen, in der der Niederhalter 12 vertikal angehoben ist. Um die horizontale Bewegung der Tastkufe 14 durch den Lagerhebel 15 zu erläutern, wird in der Darstellung gemäß 5 angenommen, die Tastkufe 14 wäre unbeweglich und ortsfest gelagert bzw. die 5 zeigt eine Überlagerung aus Sicht der Tastkufe 14. Gestrichelt es hiervon abweichend unten rechts ein horizontaler Verstellbereich HS angegeben, der verdeutlicht, wie ich die Tastkufe 14 losgelöst von der gewählten Darstellung aus Sicht der Maschinenrahmens bewegen würde.
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Bei einer Bewegung des Niederhalters 12 vertikal nach oben in Richtung VH wird der Lagerhebel 15 ebenfalls auf seiner am Niederhalter angelenkten Seite nach oben verschwenkt, wie durch die beiden Längsmittelachsen 15' des Lagerhebels 15 5 angedeutet. Der Lagerhebel bewegt sich dabei um einen Winkel W1. Das zweite Gelenk 19, mit dem der Lagerhebel 15 mit dem Niederhalter 12 verbunden ist, bewegt sich daher auf einer durch den gestrichelten Pfeil angedeuteten Bewegungskurve 23. Dadurch ändert sich der horizontale Abstand des ersten Gelenkes 18 zum zweiten Gelenk 19 insgesamt um die als Horizontalweg HW bezeichnete Strecke. Dieser in 5 als Horizontalweg HW des zweiten Gelenkes 19 bezeichnete Abstand wird in der Realität durch den Lagerhebel 15 in eine Bewegung der Tastkufe 14 umgesetzt. Wie aus 5 hervorgeht, ist durch die erfindungsgemäße Konstruktion der entsprechende Horizontalweg HW außerordentlich klein. Dies liegt daran, dass der Lagerhebel 15 durch den die Bewegung in Horizontalrichtung begrenzenden Scheitelpunkt 22 der von ihm durchlaufenen Bewegungskurve 23 hindurch bewegt wird. Der Lagerhebel 15 beziehungsweise das zweite Gelenk 19 durchläuft den Scheitelpunkt 22 der Bewegungskurve 23, wodurch eine Umkehrung der Richtung erreicht wird, in der die Tastkufe 14 vom Lagerhebel 15 bewegt wird. Während einer Bewegung des Niederhalters 12 vertikal nach oben oder nach unten wird die Tastkufe 14 also zwar durchaus in Fräsrichtung B horizontal bewegt, es liegt allerdings eine Umkehrung der Bewegungsrichtung der Tastkufe 14 vor, während der Niederhalter 12 nur in einer Richtung, entweder nach oben oder nach unten, bewegt wird. Auf diese Weise wird die absolute Strecke, um die die Tastkufe 14 aus ihrer in 4B gezeigten Arbeitsposition heraus bewegt wird, minimiert, was insgesamt den resultierenden Messfehler der Abstandsmesseinrichtung 16 so gering wie möglich werden lässt. Gleiches gilt letztlich auch für die Abstandsmesseinrichtung, die um den Gelenkpunkt 20 im Winkelbereich W2 schwenkt. Auch hier wird ein, allerdings in Vertikalrichtung begrenzender, Scheitelpunkt 22' durchlaufen. Wichtig ist ferner, dass bei der vorliegenden Anordnung der Lagerhebel und die Abstandsmesseinrichtung derart angeordnet sind, das beim Anheben der Niederhalters die Achsen 15' und 16' eine Position durchlaufen, in der sie in einem rechten Winkel zueinander stehen. Diese Übergangssituation ist in 5 mit dem gestrichelten Linien und den Achsen 15'' und 16'' angegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012012607 [0002]
- US 2015/0167486 A1 [0004]
- EP 3029200 A1 [0005]
- DE 102006062129 A1 [0005]
- WO 2008/077963 A1 [0005, 0005]
- DE 102015003153 A1 [0005]
