DE3711239C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Sicherung von verfahrbaren Ladegeräten, insbesondere Radlagern, Raupentransportern oder Gabelstaplern, gegen Kippen beim Beladen und/oder Verfahren der Last, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist für einen Gabelstapler beispielsweise aus der DE 32 03 553 A1 bekannt und berücksichtigt lediglich ein mögliches Kippen über die der Gabel zugewandten Vorderräder bzw. gegebenenfalls ein seitliches Kippen des Staplers. Es wird nicht etwa auf eine unterschiedliche Belastung des Fahrzeugrahmens, bei welchem Lasten sowohl in der Nähe des Vorderrades als auch in der Nähe des Hinterrades aufgebracht werden können, sondern lediglich auf die Verhältnisse der Gabel abgestellt und es sind daher lediglich ein Hubdruckmeßfühler und ein Kippdruckmeßfühler vorgesehen, welche mit den entsprechenden Antrieben der Gabel verbunden sind. Eine derartige Ausbildung berücksichtigt somit ausschließlich die Zuverlässigkeit der Belastung der Gabel in Abhängigkeit von der Schwenkstellung der Gabelführung in Höhenrichtung. Auch bei Gabelstaplern kann es jedoch beispielsweise ohne weiteres vorkommen, daß beim Verfahren zusätzliche Lasten im Bereich der Hinterräder aufgelegt sind, wodurch sich die Gesamtverhältnisse wesentlich verändern würden. Derartig geänderte Verhältnisse können jedoch durch Belastungsmeßeinrichtungen, welche lediglich im Bereich der Gabel vorgesehen sind, nicht ordnungsgemäß berücksichtigt werden.

Für die Überprüfung der Belastung bzw. Durchbiegung von Trägern oder Auslegerarmen ist weiters der Einsatz von Dehnungsmeßvorrichtungen bzw. Lastmomentbegrenzungseinrichtungen bekannt, wie dies beispielsweise für einen Kranausleger der DE-OS 21 06 411 entnehmbar ist.

Fahrbare Ladegeräte bzw. Fahrzeuge, wie sie beispielsweise auch von Baggern, Kränen, Schaufelradbaggern und schweren Lastkraftfahrzeugen gebildet sind, werden beim Verfahren ebenso wie beim Anheben und Absenken von Lasten keineswegs immer mit gleicher Last und darüber hinaus in Abhängigkeit von der Neigung der Abstützfläche bzw. der Position der Last relativ zum Fahrwerk mit unterschiedlichen Kippmomenten beansprucht. Es ist, wie oben bereits erwähnt, bereits bekannt, das Gewicht einer Last unmittelbar an einem derartigen Ladegerät zu erfassen, wobei allerdings durch die Erfassung des Gewichtes der Last für sich genommen noch nichts über die Kippstabilität des Fahrzeuges ausgesagt werden kann. Aus Erfahrungswerten kann in solchen Fällen, insbesondere bei Turmdrehkränen, zwar davon ausgegangen werden, daß, solange ein maximal zulässiges Gewicht nicht überschritten wird, die Gefahr eines Kippens weitgehend ausgeschlossen werden kann. Bei verfahrbaren Fahrzeugen, welche im Gelände eingesetzt werden und selbst in ihrer jeweiligen Arbeitsposition zur Horizontalen unterschiedlich geneigt positioniert sind, genügt eine derartige Kenntnis des Gewichtes keinesfalls, um die Gefahr eines Kippens auszuschließen.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Belastung bzw. die Schwerpunktslage eines Fahrzeuges der eingangs genannten Art zu bestimmen, um rechtzeitig vor einem Kippen des Fahrzeuges geeignete Gegenmaßnahmen, beispielsweise ein Verschieben der Last auf der Auflagefläche für die Last oder ein Verändern der Position des Fahrzeuges bewirken zu können. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung darin, daß die Belastungsmeßeinrichtung aus wenigstens drei Druck- und/oder Dehnungsmeßeinrichtungen besteht, welche am Fahrwerk nahe einer Abstützstelle zur Fahrbahn angebracht sind. Durch die Anordnung von wenigstens drei Druck- und/oder Dehnungsmeßeinrichtungen am Fahrwerk nahe den Abstützstellen zur Fahrbahn kann beliebigen Auflagerstellen für Lasten bzw. Angriffsstellen von Lasten am Fahrzeug Rechnung getragen werden, da unmittelbar der benötigte Bodendruck als Meßgröße eingesetzt wird, welcher naturgemäß je nach Ort des Angriffes der Lasten am Fahrzeug verschieden ist. Aus den sich durch eine derartige Anordnung der Meßeinrichtungen ergebenden Meßwerten läßt sich unmittelbar die Schwerpunktslage des gesamten Fahrzeuges ermitteln und eine korrekte Ermittlung gelingt auch dann, wenn im Bereich des Fahrzeugrahmens Lasten unterschiedlich verteilt angeordnet werden. Die Erfindung geht davon aus, daß die Auswertung der Meßwerte der Belastung an vorgegebenen Punkten die rechnerische Ermittlung der Lage des Schwerpunktes ermöglicht. Die Lage des Schwerpunktes spielt eine wesentliche Rolle für die Stabilität des Fahrzeuges und eine auf diese Weise ermittelte, unzulässige Schwerpunktslage kann unmittelbar für das Auslösen entsprechender Gegenmaßnahmen ausgewertet werden. Beispielsweise können aufgrund der Signale, welche von einem frei programmierbaren Schaltwerk bei Verlassen des Sollwert-Feldes für die korrekte Schwerpunktslage erzeugt werden, Stellglieder, beispielsweise Hydraulikzylinder, Stellmotoren od. dgl., betätigt werden, um die Lage des theoretischen Lastangriffspunktes wieder in den Sollbereich zu bringen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise in solchen Fällen die Last geneigt oder verschoben werden.

Vorzugsweise sind erfindungsgemäß sogar vier derartige Druck- oder Dehnungsmeßeinrichtungen vorgesehen, wobei es mit einer derartigen Anordnung möglich wird, Lasten zu berücksichtigen, welche irgendwo zwischen den Abstützstellen zur Fahrbahn am Fahrzeug angreifen, wofür weiters bevorzugt die Ausbildung so getroffen ist, daß die Abstützstelle von einem Rad oder von mehreren Rädern oder einer Raupe oder von mehreren Raupen gebildet ist.

In besonders einfacher Weise kann die Ausbildung bei auf Rädern verfahrbaren Fahrzeugen so getroffen sein, daß am Fahrwerk an den Achsen der Räder nahe den Rädern Dehnungsmeßstreifen als Belastungseinrichtung angeordnet sind. Die Signale derartiger Dehnungsmeßstreifen können über Signalleitungen in einem frei programmierbaren Schaltwerk, beispielsweise einem Mikroprozessor, ausgewertet werden und für die Anzeige unzulässiger Betriebszustände oder die unmittelbare Behebung eines derartigen unzulässigen Betriebszustandes herangezogen werden.

Fahrzeuge der eingangs genannten Art können ein oder mehrere Fahrwerke aufweisen, wobei in diesen Fällen mit Vorzug die Ausbildung so getroffen ist, daß das Fahrwerk, vorzugsweise das Fahrwerk des Raupentransporters, unter Zwischenschaltung von als Druckmeßeinrichtungen oder als Dehnungsmeßeinrichtungen ausgebildeten Belastungsmeßeinrichtungen mit einem Grundrahmen des Ladegerätes verbunden ist. Der apparative Aufwand beschränkt sich in diesen Fällen auf einfache Einrichtungen, welche bei bestehenden Ladegeräten der eingangs genannten Art ohne weiteres nachgerüstet werden können.

Bei Fahrzeugen mit an einem Grundrahmen des Fahrzeuges abgestützten hydraulischen oder pneumatischen Zylinderkolbenaggregaten, wie sie beispielsweise für fahrbare Hebebühnen oder aber auch im Falle hydropneumatischer Federungen von derartigen Fahrzeugen Verwendung finden, kann die Ausbildung in besonders einfacher Weise so getroffen sein, daß ein Grundrahmen des Ladegerätes über hydraulische oder pneumatische Zylinderkolbenaggregate mit dem Fahrwerk verbunden ist und daß an die Arbeitsräume der Zylinderkolbenaggregate Druckmeßeinrichtungen angeschlossen sind. Auch in diesen Fällen ist die Nachrüstung bei bereits bestehenden Fahrzeugen unproblematisch.

Die Verwendung eines frei programmierbaren Schaltwerkes erlaubt es ohne weiteres, auch zusätzliche Meßwerte für die Erfassung unzulässiger Betriebszustände, welche die Kippgefahr erhöhen würden, auszuwerten und für Steuerungen heranzuziehen. Beispielsweise kann die Ausbildung bei Ladegeräten mit über einen Auslegerarm verschwenkbaren und anhebbaren Lasten in einfacher Weise so getroffen sein, daß Winkelstellungsgeber vorgesehen sind, die mit dem Auslegerarm verbunden sind und deren Signalleitungen mit dem frei programmierbaren Schaltwerk verbunden sind. Zusätzlich zu der augenblicklichen Belastungssituation an den Drucksensoren und/oder Dehnungsmeßstreifen ist es aufgrund der Meßwerte derartiger Winkelstellungsgeber ohne weiteres möglich, rasch zu erkennen, in welcher Richtung eine Maßnahme sinnvoll erscheint, welche der Behebung des unzulässigen Betriebszustandes dient. Wenn beispielsweise beim Aufwärtsschwenken eines Auslegerarmes der Schwerpunkt insgesamt angehoben wird, und die Maschine selbst auf einem geneigten Untergrund steht, kann im Zuge des Anhebens ein Punkt erreicht werden, bei welchem die Schwerpunktslage an die Außenkante des Fahrzeuges heranreicht, oder über die Außenkante des Fahrzeuges hinausgeht. Wirksam ist in diesem Falle jeweils wieder die Projektion der Schwerpunktslage in vertikaler Richtung und in Kenntnis der exakten Winkelstellung des Auslegerarmes kann beispielsweise rasch erkannt werden, daß der unzulässige Betriebszustand durch Absenken des Ladearmes ohne weiteres wieder behoben werden kann.

Zusätzlich kann die Ausgestaltung so getroffen sein, daß am Fahrwerk und/oder am Grundrahmen Inklinometer vorgesehen sind, deren Signalleitungen mit dem frei programmierbaren Schaltwerk verbunden sind. Durch diese zusätzliche Information über die Neigung des Fahrwerkes bzw. des Grundrahmens des Fahrzeuges selbst läßt sich erkennen, ob sich der zulässige Belastungsbereich einengt oder gegebenenfalls erweitert, wobei dies von der jeweiligen Neigung des Grundrahmens abhängig ist.

Eine vollautomatische Kontrolle bzw. Beseitigung unzulässiger Betriebszustände wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß das frei programmierbare Schaltwerk über Steuerleitungen mit einem Hebe- und Absenkantrieb für einen Auslegerarm und/oder einem Drehantrieb für das Verdrehen des Auslegerarmes um eine das Fahrwerk oder den Grundrahmen schneidende oder kreuzende Achse verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Radlader auf abschüssigem Gelände in der Vorderansicht,

Fig. 2 eine Anordnung von Drucksensoren bei hydraulisch abgestützten Bühnen einer Transporteinrichtung und

Fig. 3 die Anordnung von Dehnungsmeßstreifen bei einem Radlader entsprechend der Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Radlader dargestellt, dessen Räder mit 1 und dessen Ladeschaufel mit 2 bezeichnet ist. Nach Aufnahme der Last und Anheben der Auslegerarme 3 befindet sich aufgrund des in Fig. 1 dargestellten abschüssigen Geländes, dessen Oberkante mit 4 bezeichnet ist, die Projektion des Schwerpunktes 5 außerhalb der Standfläche der Räder 1. Je nach Ausmaß der Anhebung kann hier ein Betriebszustand erreicht werden, bei welchem das Fahrzeug mit zu großer Last auf einer stark geneigten Fahrbahn steht, wodurch die Resultierende von Fahrzeug, Gewicht und Last ein Kippmoment ausübt, welches entweder zur Überlastung der Achse 6 oder zu einem Kippen führt.

Im Falle einer Transportvorrichtung mit hydraulisch heb- und senkbarer Plattform, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, werden Lasten auf einer Plattform 7 über Hubzylinder 8 angehoben bzw. abgesenkt. Jeder dieser Hubzylinder 8 hat in seiner Druckmittelleitung 9 eine Druckmeßeinrichtung 10, deren Signale über eine Signalleitung 11 einem freiprogrammierbaren Schaltwerk bzw. Mikroprozessor 12 zugeleitet werden. Durch Messung der Drücke in den Hydraulikzylindern und Auswertung der gemessenen Drücke mittels eines geeigneten Algorithmus läßt sich die Lage des Lastangriffspunktes rechnerisch ermittelt. Aus den ermittelten Werten für die Istlage des Schwerpunktes lassen sich geeignete Steuerinformationen zur Ansteuerung der Hydraulikzylinder ableiten.

Die Auswertung der Signale der Druckmeßeinrichtungen 10 kann beispielsweise in einfacher Weise so erfolgen, daß die Soll-Drücke von vier an den Ecken eines Quadrates angeordneten Hubzylindern wie folgt definiert werden.

Jeweils in diesen Algorithmus einzusetzenden Drücke auf der rechten Seite der Gleichungen entsprechen demgemäß den Istwerten, wobei dieser Algorithmus davon ausgeht, daß die Summe P1+P2+P3+P4 dem Gewicht der Last entspricht. Naturgemäß muß bei entsprechend schweren Auflageplattformen eine entsprechende Kompensation bezüglich des Gewichtes der auf den Hubzylinder abgestützten Platte vorgenommen werden.

Die Berechnung der Istlage des Schwerpunktes kann in einfacher Weise so vorgenommen werden, daß eine im wesentlichen quadratische Auflagefläche durch die die an den Ecken des Quadrates angeordneten Hubzylinder verbindenden Diagonalen in vier Quadranten unterteilt wird. Ausgehend vom Mittelpunkt eines auf diese Weise aufgespannten kartesischen Koordinatensystemes und unter der Voraussetzung, daß die halbe Diagonale, welche zwei gegenüberliegende Stempel bzw. Hubzylinder verbindet, mit a bezeichnet ist, ergibt sich mit dem Schnittpunkt der Diagonalen als Ursprung des Koordinatensystems folgende Beziehung für die x- und y-Werte der Lage des Schwerpunktes.

Aufgrund derartiger einfacher Beziehungen läßt sich somit die Istlage des Schwerpunktes ermitteln, und im Falle der Übereinstimmung dieser Istlage mit einem vorgegebenen Sollwert-Feld, für die Schwerpunktslage lassen sich Solldrücke für die einzelnen Hubzylinder festlegen, wie dies in den oben genannten vier Beziehungen für die Solldrücke der einzelnen Hubzylinder angegeben ist.

Es ergibt sich somit, daß, sofern der Lastangriffspunkt sich außerhalb eines vorgegebenen Bereiches befindet, die Bühne um eine geeignete Achse um einen bestimmten Wert gekippt werden kann, worauf die neue Lage überprüft wird. Falls der Lastangriffspunkt in diesen Fällen immer noch außerhalb des Sollbereiches liegt, wird neuerlich eine weitere Kippachse ausgewählt und dieses Verfahren solange fortgesetzt, bis der Lastangriffspunkt im Sollbereich liegt. Sofern sich der Lastangriffspunkt innerhalb eines vorgegebenen Bereiches befindet, wird die gleichmäßige bzw. erlaubte Belastung der Einrichtung dadurch erzielt, daß die Drücke in den einzelnen Zylindern gemessen werden, daß die Drücke mit Minimal- und Maximalwerten verglichen werden und soferne einer der Zylinder einen Minimaldruck unterschreitet, dieser solange beaufschlagt wird, bis ein vorgegebener lastabhängiger Soll-Wert erreicht wird. Falls ein Hubzylinder 8 einen Maximaldruck überschritten hat, kann dieser solange abgesenkt werden, bis ein vorgegebener, auch lastabhängiger Soll-Wert erreicht wird.

Zur Steuerung dieser korrekten Einstellung der Plattform 7 sind Steuerleitungen 13 mit Magnetventilen 14 in den Hydraulikleitungen der Zylinder 8 verbunden. Zusätzlich kann ein Anzeigegerät 15 vorgesehen sein, welches einen unzulässigen Betriebszustand deutlich sichtbar macht.

Für die Überwachung der Betriebssicherheit bzw. Kippstabilität eines Radladers entsprechend Fig. 3 sind an den Achsen 16 nahe den Rädern 17 Dehnungsmeßeinrichtungen 18 (z. B. Dehnungsmeßstreifen) angeordnet, deren Signale über Signalleitungen 19 dem frei programmierbaren Schaltwerk bzw. Mikroprozessor 12 zugeführt werden. Zusätzlich kann die Stellung des Auslegerarmes 20 über einen Winkelstellungsgeber 21 erfaßt werden und eine Signalleitung 22 vorgesehen sein, welche an das frei programmierbare Schaltwerk bzw. den Mikroprozessor 12 angeschlossen ist. Mit 15 ist wiederum die Anzeigevorrichtung bezeichnet. Aufgrund der Meßwerte der einzelnen Dehnungsmeßstreifen kann die Belastung der Räder ermittelt werden und wiederum die Lage des Lastangriffspunktes errechnet werden. Auch hier gelten wiederum im wesentlichen die für die Auswertung der Druckmeßwerte bei einer hydraulisch heb- und senkbaren Plattform entsprechend Fig. 2 angegebenen allgemeinen Beziehungen sinngemäß.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Sicherung von verfahrbaren Ladegeräten, insbesondere Radladern, Raupentransportern oder Gabelstaplern, gegen Kippen beim Beladen und/oder Verfahren der Last, mit mindestens einer Belastungsmeßeinrichtung, mit Signalleitungen zum Verbinden der Belastungsmeßeinrichtung mit einem frei programmierbaren Schaltwerk, welches aus den Meßwerten und den vorbekannten Lagedaten der Belastungsmeßeinrichtung die Schwerpunktslage der Last und gegebenenfalls des Ladegerätes ermittelt und mit einem vorgegebenen Soll-Wert oder Sollwert-Feld für die zulässige Schwerpunktslage vergleicht, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Signals beim Überschreiten einer maximal zulässigen Abweichung des Ist-Wertes der Schwerpunktslage vom Soll-Wert oder Verlassen des Sollwert-Feldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsmeßeinrichtung aus wenigstens drei Druck- und/oder Dehnungsmeßeinrichtungen (10, 18) besteht, welche am Fahrzeug nahe einer Abstützstelle zur Fahrbahn angebracht sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Druck- und/oder Dehnungsmeßeinrichtungen vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützstelle von einem Rad oder von mehreren Rädern oder einer Raupe oder von mehreren Raupen gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrwerk an den Achsen (16) der Räder (17) nahe den Rädern Dehnungsmeßstreifen (18) als Belastungsmeßeinrichtung angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk, vorzugsweise das Fahrwerk des Raupentransporters, unter Zwischenschaltung von als Druckmeßeinrichtungen (10) oder als Dehnungsmeßeinrichtungen (18) ausgebildeten Belastungsmeßeinrichtungen mit einem Grundrahmen des Ladegerätes verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundrahmen des Ladegerätes über hydraulische oder pneumatische Zylinderkolbenaggregate (8) mit dem Fahrwerk verbunden ist und daß an die Arbeitsräume der Zylinderkolbenaggregate (8) Druckmeßeinrichtungen (10) angeschlossen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ladegeräten mit über einen Auslegerarm (20) verschwenkbaren und anhebbaren Lasten Winkelstellungsgeber (21) vorgesehen sind, die mit dem Auslegerarm (20) verbunden sind und deren Signalleitungen (22) mit dem frei programmierbaren Schaltwerk verbunden sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrwerk und/oder am Grundrahmen Inklinometer vorgesehen sind, deren Signalleitungen mit dem frei programmierbaren Schaltwerk verbunden sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das frei programmierbare Schaltwerk (12) über Steuerleitungen (13) mit einem Hebe- und Absenkantrieb (8) für den Auslegerarm und/oder einem Drehantrieb für das Verdrehen des Auslegerarmes um eine das Fahrwerk oder den Grundrahmen schneidende oder kreuzende Achse verbunden ist.