DE3874834T2

DE3874834T2 - Drehmomentsteuerung mittels motorlast in bodenwischgeraeten.

Info

Publication number: DE3874834T2
Application number: DE8888111860T
Authority: DE
Inventors: Bruce F Field; Joseph G Kasper
Original assignee: Tennant Co
Current assignee: Tennant Co
Priority date: 1987-07-27
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2008-07-23
Also published as: EP0301437A2; DE3874834D1; BR8803736A; EP0301437B1; JPS6468229A; US4757566A; EP0301437A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen automatischen Kompensator für den Druck von Werkzeugen einer Bodenwartungsmaschine gegen die zu wartende Oberfläche nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 12.
Ein derartiger Kompensator ist in der US-A-46 79 271 offenbart. Der bekannte Kompensator ist ausgelegt, um den aktuellen Wert einer Werkzeugkraft gegen eine zu wartende Oberfläche mittels des Gewichts der Werkzeuge auf der darunterliegenden Oberfläche zu messen und die Kraft mit einer Referenzkraft zu vergleichen und dann die Bodenwartungswerkzeuge in Übereinstimmung mit dem Vergleich zu heben oder zu senken, um so eine konstante Werkzeugkraft auf der zu wartenden Oberfläche zu erhalten. Der bekannte Kompensator weist weiterhin eine Einrichtung zum Feststellen der Belastung auf die Antriebsmittel der Bodenwartungswerkzeuge auf und Mittel zum Verwenden dieses festgestellten Belastungssignals, nachdem es mit niederen und hohen Referenzpunkten verglichen wurde, als ein Begleitmittel zum Anheben oder Senken der Oberflächenwartungswerkzeuge, falls der Antriebsmotor außerhalb der Referenzgrenzen liegt.
In der CH-A-64 28 33 ist ein Steuerschaltkreis zum Bestimmen der Größe der Ausdehnung von Borsten eines Bürstenwerkzeugs außerhalb eines Gehäuses einer Teppichkehrmaschine beschrieben. Der Steuerschaltkreis weist Mittel zum Feststellen der Belastung des Motors, welcher die Bürste antreibt, auf, und Mittel,um dieses Signal in ein sichtbares Signal zu verändern, was den Bedienungsmann darüber informiert, ob die Borsten zu lang oder zu kurz sind. In dieser Veröffentlichung sind weder ein automatischer Kompensator noch Mittel zum Auswählen eines gewünschten Werkzeugdrehmoments aus einer Vielzahl von möglichen Werkzeugdrehmomenten, noch Mittel zur Verwendung dieses elektrischen Signals zum Anheben und Absenken der Bodenwartungswerkzeuge,um das gewünschte Werkzeugdrehmoment aufrechtzuerhalten, beschrieben.
In der DE-A-24 55 200 ist ein automatischer Kompensator für eine Bodenwartungsmaschine mit einem Steuersystem beschrieben, welches so ausgelegt ist, daß es ein konstantes Drehmoment an dem hydraulischen Motor, welcher das Werkzeug antreibt, aufrechterhält. Dieser bekannte Kompensator zeigt keine Mittel zum Auswählen eines gewünschten Werkzeugdrehmoments aus einer Vielzahl von möglichen Werkzeugdrehmomenten und keine Mittel zum Erzeugen eines dafür repräsentativen elektrischen Signals, welche verwendet werden, um dieses gewünschte Werkzeugdrehmoment aus einer Vielzahl von Werkzeugdrehmomenten aufrechtzuerhalten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen automatischen Werkzeugdrehmomentkompensator für eine Bodenwartungsmaschine zu schaffen, welcher einfach konstruiert ist und zuverlässig arbeitet und welcher mehrere Einstellungen für ein gewünschtes Werkzeugdrehmoment hat und welcher den Belastungsstrom des elektrischen Motors oder den differenziellen hydraulischen Druck des hydraulischen Motors, welche die Bodenwartungswerkzeuge antreiben, feststellt, um so das angelegte Werkzeugdrehmoment bei einer ausgewählten Einstellung durch Veränderung des Drucks der Werkzeuge gegen die zu wartende Oberfläche automatisch aufrechtzuerhalten, obwohl in der Oberfläche Änderungen auftreten können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der automatische Kompensator gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 12 ausgebildet ist.
Der erfindungsgemäße automatische Werkzeugdrehmomentkompensator wird an einer Bodenwartungsmaschine, wie einem Schrubber oder einer Kehrmaschine, verwendet, welche einen Vergleichsschaltkreis verwendet, in welchem ein Signal, das repräsentativ für den Belastungsstrom in einem elektrischen Motor oder dem differenziellen hydraulischen Druck in einem hydraulischen Motor, welche die Bodenwartungswerkzeuge antreiben, ist, durch ein Signal modifiziert wird, welches repräsentativ für das gewünschte Werkzeugdrehmoment ist, wobei die Resultierende mit einer Referenz verglichen wird, um das angelegte Werkzeugdrehmoment auf einem gewünschten Level mittels Kontrolle des Drucks der Werkzeuge gegen die zu wartende Oberfläche aufrechtzuerhalten.
In der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere rotierende Bodenwartungswerkzeuge, wie Kehrbürsten, Schrubberbürsten oder Polierkissen verwendet werden und es können einer oder mehrere elektrische Motoren, welche die Bodenwartungswerkzeuge antreiben, vorhanden sein. Dem Fachmann ist es geläufig, daß in einem elektrischen Gleichstrommotor der Strom, welchen der Motor zieht, proportional zur Belastung des Motors ist. Deshalb kann ein Signal, welches repräsentativ für den Strom in einem oder mehreren der Werkzeugantriebsmotoren ist, das Drehmoment wiedergeben, welches an die Werkzeuge durch den Antriebsmotor angelegt ist. Die Erfindung kann auch an einer Bodenwartungsmaschine mit rotierenden Werkzeugen, welche von einem hydraulischen Motor anstatt von einem elektrischen Motor angetrieben werden, angewendet werden. In diesem Fall kann ein elektrisches Signal, welches die Belastung des hydraulischen Motors darstellt, von einem differenziellen Druckumwandler erhalten werden, welcher über den hydraulischen Leitungen angeordnet ist, die zu und von einem oder mehreren der hydraulischen Motoren wegführen. Dieses Signal stellt das Drehmoment, welches an die Werkzeuge angelegt ist, dar.
Es gibt einige diskrete Werte des Werkzeugdrehmoments, die für den Bedienungsmann zugänglich sind, obwohl die Erfindung in ihrem weitesten Sinne gleichermaßen anwendbar bei einer Maschine ist, bei welcher eine unendliche Anzahl von Werten des Werkzeugdrehmoments erhältlich sind. Hat der Bedienungsmann einmal festgelegt, welcher Wert des Werkzeugdrehmoments gewünscht ist, was durch Manipulation an den Steuerschaltern, welche einen Teil des elektronischen Kontrollsystems bilden, erreicht wird, dann wird der Werkzeugdrehmomentkompensator automatisch das gewünschte Werkzeugdrehmoment aufrechterhalten, obwohl die zu wartende Oberfläche in Höhe und Struktur sich verändern kann. Dies geschieht dadurch, daß der Kompensator ein elektrisches Signal verwendet, welches repräsentativ für die Stromlast des Werkzeugantriebsmotors ist, und ein Signal, welche repräsentativ für den gewünschten Wert des Werkzeugdrehmoments ist, und sie denn integriert, um ein Signal zu erzeugen, was die Bodenwartungswerkzeuge hebt oder senkt, was deren Druck gegen die zu wartende Oberfläche verändert.
Das Drehmoment, welches in den Werkzeugen erreicht wird, ist eine Funktion des abwärts gerichteten Drucks der Werkzeuge gegen die zu wartende Oberfläche und des Widerstandes dieser Oberfläche oder der Unterlage auf ihr gegen die Rotation der Werkzeuge. Verschiedene Oberflächen ergeben verschiedene Widerstandsgrade, welche von deren Struktur und der Unterlage auf ihnen abhängt. Jedoch kann das Drehmoment in den Werkzeugen auf einem konstanten Wert gehalten werden mittels Anpassen des abwärts gerichteten Drucks der Werkzeuge gegen die Oberfläche wie erforderlich, selbst wenn diese Oberfläche in Struktur und/oder Art der Auflage sich verändern kann. Dabei verändert sich die senkrechte Position der Werkzeuge etwas, dies beeinträchtigt jedoch nicht die Qualität der Wartungsarbeit, welche ausgeführt wird, da eine im wesentlichen konstante Arbeitsmenge von den Werkzeugen zu jeder Zeit bei irgendeinem gegebenen ausgewählten Werk des Werkzeugdrehmoments getan wird. Die Verwendung eines konstanten Drehmoments ist vorteilhaft, da sie die Lebensdauer des Werkzeugs erhöht, die von der Maschine benötigte Energie reduziert und die Antriebsmotoren innerhalb ihrer Nennleistung hält, was zu einer gleichmäßigeren Bodenreinigung führt, verglichen mit denjenigen Maschinen, welche keine Werkzeugsdrehmomentskontrolle haben.
In einer Weiterbildung hebt der automatische Werkzeugdrehmomentskompensator automatisch die Wartungswerkzeuge beim Auftreten einer unnormalen Bedingung in dem Antriebsmotor.
In einer Weiterbildung enthält der automatische Werkzeugdrehmomentskompensator nicht nur mehrere diskrete Werte von gewünschten Drehmomenten, sondern enthält auch für eine begrenzte Zeit, einen wesentlich erhöhten Wert des gewünschten Werkzeugdrehmoments.
Der elektrische Schaltkreis der vorliegenden Erfindung für die automatische Kontrolle des Drehmoments einer Bodenwartungsmaschine kann an verschiedene Arten von Bodenwartungsmaschinen angewendet werden, welche unterschiedliche Bodenwartungswerkzeuge haben und für verschiedene Oberflächenwartungsfunktionen sorgen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Zeichnung dargestellt.
Hierbei stellen dar
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer typischen Bodenwartungsmaschine zum Dahinterhergehen, welche die Steuerung der vorliegenden Erfindung verwenden kann,
Fig. 2a und 2b zusammen ein Blockdiagramm, welches die Steuerung zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Drehmoments in den Bodenwartungswerkzeugen darstellt,
Fig. 3 ein Blockdiagramm gemäß Fig. 2a, jedoch mit einem hydraulischen Motor zum Antrieb der Bürsten,
Fig. 4 eine Darstellung einer geänderten Form eines Stellgliedes zum Heben und Senken der Werkzeuge und
Fig. 5 ein Diagramm des verstärkten Lastsignals, was den Effekt einer neutralen toten Zone und eines Tiefpaßfilters auf das Signal zeigt.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Schrubber,als 10 bezeichnet,und kann von einem Typ sein, wie er von Tennant Company in Minneapolis, Minnesota, Anmelder der vorliegenden Erfindung, oder von Tennant Trend, Inc., von Niagara Falls, New York hergestellt wird. Der Schrubber weist ein Gehäuse 12 und eine hintere Bedienungssteuerung 14 auf, welche von dem Bedienungsmann benutzt wird, um die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Richtung zu kontrollieren. Weiterhin ist ein Paar von rotierenden Bürsten oder Polstern, wobei eine von diesen mit 16 bezeichnet ist, vorhanden,und eine der zwei Antriebsräder des Fahrzeugs ist mit 18 bezeichnet. Ein Gummischrubber 20 ist normalerweise an der Hinterseite des Fahrzeugs angeordnet und wirkt bekannterweise, um den Boden zu schrubben und jegliches stehende Wasser zu entfernen. Normalerweise ist eine Vakuumvorrichtung an dem Gummischrubber angebracht, welche ein Saugen bewirkt, um das stehende Wasser, welches von dem Gummischrubber gesammelt wird, zu entfernen. Der Vakuumschlauch ist mit 22 bezeichnet.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Schrubber beschrieben wird, wird darauf hingewiesen, daß die Steuerung Anwendung bei anderen Arten von Fahrzeugen findet, welche Bodenwartungswerkzeuge benutzen, wie beispielsweise einen Wischer oder eine Polier- oder Hochglanzpoliermaschine.
Die Oberflächen, welche von derartigen Maschinen gewartet werden, können auch verschiedenartig sein. Sie können Böden aller Arten, Schiffdecks, Straßen, Schnellstraßen und Parkflächen oder andere derartige Oberflächen, für welche Wischen, Schrubben, Polieren und Hochglanzpolieren erforderlich ist, beinhalten.
Der Steuerschaltkreis ist in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Der Bedienungsmann hat, neben anderen Steuerschaltmitteln, zwei Schalter zum Auswählen des Werkzeugdrehmoments. Es ist ein Werkzeugdrehmomentauswahlknopf 24 und ein Superschrubbknopf 26 vorhanden. Die Bedienung des Superschrubbknopfes 26 sorgt für eine aggressive Anwendung der Schrubbkraft auf den Boden oder der zu wartenden Oberfläche durch ein im wesentlichen starkes Anwachsen des Drehmoments in den Werkzeugen für eine vorbestimmte Zeitdauer, z. B. für 15 Sekunden, und danach geht die Steuerung wieder in ihren vorherigen Zustand zurück.
Der Auswahlknopf 24 ist mit einem Vier-Bit-Zähler 28 verbunden, welcher für eine binäre Ausgabe sorgt, die mit einem Dekoder 30 verbunden ist. Mit dem Dekoder ist auch eine Kopfpositionsanzeige 32 und ein Positionsrückstellungsschaltkreis 34 verbunden. Die Anzeige 32 zeigt visuell dem Bedienungsmann den ausgewählten Wert des Werkzeugdrehmoments an. Der Rückstellschaltkreis 34 ist so angeordnet, daß der Dekoder 30 zurücksetzt, nachdem eine Anzahl von Werkzeugdrehmomenten durchlaufen ist, welche für eine bestimmte Maschine angepaßt sind. Wie hierin beschrieben, sind mehrere diskrete Werkzeugdrehmomente möglich, welche für den Bedienungsmann zugänglich sind. Verschiedene Arten von Maschinen können verschiedene Anzahl von solchen diskreten Werkzeuganwendungsdrehmomenten haben. In der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Maschine sind es sechs.
Die Ausgabe des Dekoders 30 ist ein digitales Signal, welches mit einem Auswahlschalter 36 verbunden ist. Verbunden mit dem Auswahlschalter 36 sind eine Vielzahl von Werkzeugdrehmomentssteuerschaltkreise für die Werkzeugdrehmomente 1 bis Werkzeugdrehmoment 6 und tragen entsprechend die Bezugsziffern 38 bis 48. Jeder dieser Schaltkreise sorgt für eine Spannung, welche anfänglich mittels eines herkömmlichen variablen Widerstandes gesetzt und danach fixiert wird, wobei die Spannung repräsentativ für ein gewünschtes Werkzeugdrehmoment ist. Die Werkzeugdrehmomentssteuerschaltkreise 38 bis 48 sind bewegbar und können leicht durch andere Einheiten mit unterschiedlichem Wert ersetzt werden, falls dies in einer unterschiedlichen Anwendung erwünscht ist. Der Auswahlschalter 36, welcher mittels der nachfolgenden Schließung des Auswahlschalters 24 gesteuert wird, verbindet eine der ausgewählten Spannungen mit einem weiteren Auswahlschalter 50, welcher auch einen Eingang von einem Superschrubbknopf 26 über einen Zeitschaltkreis 52 hat. Wie bereits oben ausgeführt, ist die Betriebsdauer des Superschrubbers von einer zeitlich begrenzten Dauer, wie sie durch den Zeitschaltkreis 52 kontrolliert wird und dies stellt zusammen mit der Ausgabe des Selektors 36 die Eingaben für den Auswahlschalter 50 dar.
Es ist auch möglich, einen unendlich variablen Bereich von Drehmomenten anstelle von diskreten Schritten vorzusehen, und zwar durch Ersetzen des Auswahlknopfs 24 durch einen variablen Potentiometer, welcher mit dem Selektor 50 verbunden ist. Dies würde den Gebrauch des Zählers 28, Dekoders 30, Rücksetzung 34, Selektor 36 und Werkzeugdrehmomente 38 bis 48 unnötig machen. Die Anzeige 32 könnte an das Potentiometer angeschlossen werden.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gibt es zwei Werkzeugantriebsmotoren, obwohl die Erfindung gleichermaßen anwendbar ist auf eine Bodenwartungsmaschine, welche mehr als zwei oder nur einen einzigen Werkzeugantriebsmotor hat. Die Werkzeugantriebsmotoren sind mit 54 und 56 bezeichnet und eine Maschine dergestalt, wie in Fig. 1 dargestellt, wird batteriebetrieben und zwar üblicherweise mit einer 36-Volt-Versorgung, wie dargestellt. Die Versorgungsspannung für die zwei Werkzeugmotoren ist abgreifbar an Werkzeugmotorpolen 58 und 60, welche entsprechend den Werkzeugmotoren 54 und 56 entsprechen. Zum Kontrollieren des Werkzeugdrehmoments ist es nur notwendig, den Belastungsstrom in einem der zwei Werkzeugmotoren festzustellen und eine Feststellvorrichtung 62, welche in der Form eines ringförmigen Kerns oder Spule sein kann, welche die Verbindung umgibt, die den Werkzeugmotorbelastungsstrom führt, wird diese Funktion ausführen. Die Ausgabe des Kerns 62, was eine Spannung ist, welche von dem Belastungsstrom in einem der beiden Werkzeugantriebsmotoren abhängt, sorgt für eine Eingabe in einen Stromfeststellverstärker 64. Die andere Eingabe für den Verstärker erfolgt von dem Auswahlschalter 50 und diese Eingabe wird verwendet, um die Verstärkung des Verstärkers zu kontrollieren. Eine Spannungsversorgung 66 ist ebenfalls mit dem Verstärker 64 verbunden. Die Ausgabe des Verstärkers 64 ist eine Spannung, abhängig von dem Belastungsstrom in einem der beiden Werkzeugantriebsmotoren, welche durch das Signal, welches das gewünschte Werkzeugdrehmoment darstellt, modifiziert oder verstärkt wird.
Das Werkzeugdrehmoment 1 stellt das geringste Werkzeugdrehmoment dar, was ausgewählt werden kann, während das Drehmoment 6 das größte Drehmoment darstellt, wobei die Drehmomente 2, 3, 4 und 5 dazwischen liegen. Das Werkzeugdrehmoment 1 sendet eine relativ hohe Spannung zu dem Stromfeststellverstärker 64, während die Werkzeugdrehmomente 2 bis 6 eine deutlich niedrigere Spannung senden. Diese Spannungen steuern die Verstärkung des Verstärkers 64, so daß die größte Verstärkung auftritt, wenn das Werkzeugdrehmoment 1 ausgewählt ist und die niedrigste Verstärkung auftritt, wenn das Werkzeugdrehmoment 6 ausgewählt ist.
Wenn die Maschine ein hohes Drehmoment auf die Werkzeuge anlegt, dann tritt ein relativ großer Belastungsstrom in dem Werkzeugmotor 64 auf, und der Kern 62 sendet ein relativ hohes Spannungssignal an den Verstärker 64. Dieses Signal erhält eine relativ geringe Verstärkung vom Werkzeugdrehmoment 6 und Steuerschaltkreis 48.
Umgekehrt, wenn die Maschine ein geringes Drehmoment an die Werkzeuge anlegt, dann tritt ein relativ geringer Belastungsstrom in dem Werkzeugmotor 64 auf, so daß der ringförmige Kern 62 ein relativ niedriges Spannungssignal zu dem Verstärker 64 sendet. Dieses Signal wird stark mittels der Eingabe von dem Werkzeugdrehmoment 1 und Steuerschaltkreis 38 verstärkt.
Auf diese Weise ist der Stromausgang des Verstärkers 64 auf einer bestimmten Spannung, wenn das angelegte Werkzeugdrehmoment in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Werkzeugdrehmoment ist, ungeachtet dessen, welches Werkzeugdrehmoment ausgewählt worden ist und kann nach oben oder unten von dieser Referenzspannung variiert werden, je nachdem wie das Werkzeugdrehmoment aufgrund von den Arbeitsbedingungen variiert.
Der Ausgang des Verstärkers 64 ist verbunden mit einer Schaltvorrichtung 68, welche bewirkt, daß entweder die Ausgabe des Verstärkers oder Signale repräsentativ für gewisse andere Steuerfunktionen, welche später diskutiert werden, mit einem Integrator 70 verbunden werden. Dieser Ausgang des Integrators 70 ist verbunden mit einem Oben-Komparator 72 und einem Unten-Komparator 74. Der Oben-Komparator hat ein oberes Referenzlevel und der Unten-Komparator hat ein unteres Referenzlevel und in dem Fall, wo die Spannungsausgabe von dem Integrator 70 die Referenz des Komparators 72 überschreitet oder unterhalb der Referenz des Komerators 74 ist, wird ein angemessenes Signal ausgegeben, um eine nach oben oder unten gerichtete Bewegung der Bodenwartungswerkzeuge zu bewirken. Dies verändert die angelegte Werkzeugkraft gegen die zu wartende Oberfläche, was das Drehmoment in den Werkzeugen verändert und so den Strom in dem Werkzeugmotor 64, so daß die Steuerschleife geschlossen wird und das angelegte Werkzeugdrehmoment mit einem Wert, welcher von dem Bedienungsmann ausgewählt worden ist, aufrechterhalten wird.
Das System ist empfindlich und könnte das Stellglied dazu veranlassen, kontinuierlich zu reagieren, was seine Lebensdauer herabsetzen würde, so daß eine neutrale tote Zone in den Komparatoren 72 und 74 vorgesehen ist. Ein Signal nahe Null wird nicht zu dem Spannungsvorverstärker 76 weitergegeben, so daß kein Signal zu dem Stellglied gesendet wird, bis das Signal in den Komparatoren die tote Zone überschreitet. Es wurde festgestellt, daß die Breite dieser toten Zone etwa grob proportional zu der Motorbelastung sein sollte, so daß eine Tote-Zone-Auswahlschaltung 112 vorgesehen ist. Sie erhält eine Eingabe von dem Selektor 50 und dient dazu, die Breite der toten Zone gemäß dem Einstellwert der Motorbelastung zu kontrollieren. Die tote Zone ist enger, wenn die Motorbelastung geringer ist und sie ist breiter, wenn die Motorbelastung größer ist. Sie kann so angepaßt werden, daß die Reaktion des Stellgliedes mehr oder weniger empfindlich ist, je nach experimentellen Erfahrungswerten.
Der Integrator 70 weist einen Tiefpaßfilter auf, welcher Ausgangsspitzen in dem Belastungsfeststellverstärkersignal glättet, welche von Unebenheiten in dem Boden oder Vibrationen in der Maschine herrühren können. Die Verstärkung dieses Filters ist entsprechend der Art der Operation, welche die Maschine ausführt, gesetzt. Z.B. erfordert eine Hochpolieroperation ein relativ geringes Werkzeugdrehmoment und dieses Drehmoment muß nahezu konstant gehalten werden. Für eine Hochglanzpoliermaschine kann das Filter bei einer hohen Verstärkung gesetzt werden, was die meisten der Belastungsfeststellverstärkersignalwellenformen durchlassen würde und das Stellglied veranlaßt, sehr empfindlich zu reagieren. Schrubben jedoch erfordert ein großes Werkzeugdrehmoment, das wenig empfindlich auf Bodenunebenheiten ist. Bei einem Schrubber würde der Filter auf eine niedrige Verstärkung gesetzt werden, was viele der Spitzen in dem Belastungsfeststellverstärkersignal eliminieren würde. Das Stellglied würde weniger empfindlich in seinen Reaktionen sein und dies würde seine Lebensdauer verlängern. Diese Effekte des Tiefpaßfilters und der neutralen toten Zone auf das Signal, welches zu dem Stellglied geführt wird, sind schematisch in Fig. 5 gezeigt.
Die Ausgänge des Komparators 72 und 74 sind verbunden mit einem Spannungsvorverstärker 76, welcher auch Eingaben von einem Geschwindigkeitssteuerschaltkreis 78 und 80 erhält. Diese sind Pulsbreitenmodulationssteuerungen, welche kontrollieren, wie schnell die Oberflächenwartungswerkzeuge gehoben oder gesenkt werden. Sie können anfänglich, wie gewünscht,gesetzt werden und danach erfordern sie keine weitere Beachtung. Der Ausgang des Verstärkers 76 ist verbunden mit zwei Mosfet-Verstärkern 82 und 84, welche die Komparatorausgaben weiterbehandeln, so daß sie auf einem Signallevel sind, um ein Stellglied 86 anzutreiben, welches die Bodenwartungswerkzeuge hebt oder senkt. Ebenfalls mit den Verstärkern 82 und 84 ist eine diagnostische Anzeige 88 verbunden, welche von dem Bedienungspersonal verwendet werden kann, um festzustellen, ob das Werkzeugdrehmomentsteuersystem elektrisch funktioniert.
Das Steuersystem weist auch einen manuellen Anhebeschalter 90 auf, welcher direkt mit dem Integrator 70 verbunden ist und für ein elektrisches Signal sorgt, welches es ermöglicht, die Werkzeuge aus irgendeinem Grund, wenn es dem Bedienungsmann erforderlich erscheint, zu heben.
Verbunden mit den Werkzeugmotorpolen 58 und 60 ist ein Feststellvergleichsschaltkreis 92, welcher es ermöglicht zu bestimmen, ob die Werkzeugmotorbelastungsversorgungsspannung die gleiche für jeden Motor ist und ob das Spannungslevel über einem vorherbestimmten Minimum ist, welches für einen befriedigenden Betrieb der Oberflächenwartungsmaschine erforderlich ist. Angenommen, daß das Level der Spannung, welche an jedem Motor anliegt, über einem vorbestimmten Level ist und angenommen, daß die Spannungslevels die gleichen sind, dann wird der Vergleichsschaltkreis eine Ausgabe an den Werkzeugmotor-Ein-Detektor 94 haben, welcher für eine Ausgabe an einen Inverter 96 sorgt. Der Inverter 96 sorgt für eine der beiden erforderlichen Eingaben in den Zeitschaltkreis 52, um eine Superschrubboperation zu starten. Wenn der Komparator feststellt, daß die Werkzeugmotorversorgungsspannungen ungleich sind oder daß das Spannungsniveau unterhalb des vorbestimmten Minimums ist, dann wird ein Signal von dem Detektor 94 an einen Abschaltschaltkreis 98 gehen, welcher mit dem Auswahlschaltkreis 68 verbunden ist. Weiterhin gibt es auch eine Ausgabe von dem Detektor 94 über den Inverter 96 zu dem Werkzeuganhebezeitschaltkreis 100. Der Zeitschaltkreis 100 ist weiterhin mit dem Auswahlschaltkreis 68 verbunden, welcher mit einem Anhebestellungsschaltkreis 102 und einem Aus-Stellungsschaltkreis 104 verbunden ist.
Wenn die Maschine unter normalen Betriebsbedingungen angeschaltet wird, dann ist der Werkzeugdrehmomentauswahlschaltkreis automatisch beim Werkzeugdrehmoment 1. Angenommen, daß die Werkzeugmotorspannungen die gleichen sind und über dem vorbestimmten Level, welcher für einen befriedigenden Betrieb erforderlich ist, liegen, dann wird der Inverter 96 für eine der erforderlichen Eingaben in den Zeitschaltkreis 52 sorgen. Der Bedienungsmann kann dann irgendein gewünschtes Werkzeugdrehmoment oder das Superschrubbdrehmoment auswählen, welches, falls ausgewählt, für die von dem Zeitschaltkreis 52 gestartete Zeitdauer anliegt. Falls der Bedienungsmann ein anderes Werkzeugdrehmoment als dasjenige des Werkzeugsdrehmoments 1 will, dann bewirkt der nachfolgende Betrieb des Schalters 24, daß der Dekoder 30 so viele Werkzeugdrehmomentstellungen wie erhältlich für eine bestimmte Maschine durchgeht. Bei dem dargestellten Beispiel sind es sechs. Nachdem ein gewünschtes Werkzeugdrehmoment ausgewählt worden ist, dann wird eine Spannung repräsentativ für dieses Drehmoment über den Selektor 50 zu einem Eingang des Verstärkers 64 gehen. Der Verstärker 64 erhält eine weitere Eingabe von dem ringförmigen Kernsensor 62, dessen Eingabe repräsentativ für das aktuelle Level des Belastungsstroms in einem der beiden Werkzeugantriebsmotoren ist. Das Laststromsignal wird verstärkt durch das gewünschte Werkzeugdrehmomentsignal und über den Auswahlschalter 68 an den Integrator 70 angelegt. Nachdem jeglichen unerwünschten Spitzen beseitigt sind, passiert die Ausgabe den Oben- und Unten-Vergleichsschaltkreis 72 und 74. Falls der aktuelle Belastungsstrom über demjenigen ist, welcher für ein gewünschtes Werkzeugdrehmoment erforderlich ist, dann sendet der Oben-Komparator 72 ein Signal aus, um die Werkzeuge anzuheben, bis der aktuelle Belastungsstrom, wie er von der Werkzeugdrehmomentselektion verstärkt ist, innerhalb des Fensters ist, welches von den zwei Komparatoren definiert wird. Andererseits, falls der aktuelle Belastungsstrom niedriger ist als erforderlich für ein gewünschtes Werkzeugdrehmoment, dann sendet der Unten-Komparator 74 ein ähnliches Signal aus,um die Werkzeuge abzusenken,bis das verstärkte Belastungsstromsignal innerhalb des Fensters ist. So wird ein gewünschtes Werkzeugdrehmoment von zwischen den diskreten Drehmomentstellungen, welche für den Bedienungsmann erhältlich sind, ausgewählt und der beschriebene Steuerschaltkreis hält das Werkzeugdrehmoment auf dem gewünschten Level mittels des beschriebenen Vergleichsschaltkreises aufrecht.
Wenn der Vergleichsschaltkreis 92 feststellt, daß entweder die Werkzeugantriebsmotorversorgungsspannungen ungleich sind oder daß die Versorgungsspannung unterhalb eines Wertes ist, welcher für einen befriedigenden Betrieb erforderlich ist, dann wird ein Signal an den Abschaltschaltkreis 98 und den Werkzeuganhebeschaltkreis 100 gegeben. Der Zeitschaltkreis sendet ein Signal an den Selektor 68, welcher die Spannung von dem Schaltkreis 102 auf einem Level erlaubt, daß die Werkzeuge angehoben werden, um es weiter zu dem Integrator und dann zu den Komparatoren passieren zu lassen, um so ein Anheben der Werkzeuge zu bewirken. Nach dem zeitlich begrenzten Intervall des Zeitschaltkreises 100 erzeugt der Abschaltschaltkreis 98 eine Spannung vom Schaltkreis 104, um sie zu dem Auswahlschaltkreis 68 zu geben, um die Maschine abzuschalten.
Der Werkzeuganhebeschaltkreis 100 ist sinnvoll, da es den Gebrauch für einen mechanischen Begrenzungsschalter an dem Stellglied 86 beseitigt, um das obere Limit seines Hubs zu kontrollieren. Der Zeitschaltkreis 100 ist so gesetzte daß der Strom für die Zeit durchgeht, die das Stellglied für einen vollen Hub benötigt und dann abschaltet. Falls der Stellglied das obere Ende ihres Bereichs erreichen sollte, bevor der Zeitschaltkreis 100 abschaltet, dann kann der Mosfet-Verstärker 82 in einen Strom begrenzenden Mode gehen, um einem übertriebenen Stromfluß in dem Stellglied vorzubeugen. Sowohl dieser und der Mosfet-Verstärker 84 können auch den Schaltkreis fast vollständig ausschalten für den Fall, daß ein Kurzschluß in dem Stellglied oder den Kabeln auftritt, um sowohl das elektronische Schaltkreisbord als auch das Stellglied zu schützen.
Es wurde festgestellt, daß ein sehr glatter Boden den Werkzeugen nicht genügend Widerstand bietet, um die gewünschte Werkzeugmotorbelastung zu entwickeln, falls ein großer Wert des Werkzeugdrehmoments ausgewählt worden ist. In diesem Fall würde sich das Stellglied 86 oder 286 zu der unteren Grenze ihres Hubs erstrecken und das System würde noch danach fragen, um sich weiter zu erstrecken. Um dies zu vermeiden, wird ein Näherungssensor 106 montiert, falls das Stellglied sich fast zu seinem vollen Hub erstreckt hat. Das Signal von diesem Sensor wird durch den Verstärker 108 verstärkt und dann zu dem Abschaltschaltkreis 110 gesendet, welches jede weitere Ausdehnung des Stellglieds beendet.
Der hier beschriebene Steuerschaltkreis ist dergestalt universell verwendbar, daß er bei verschiedenen Arten von Bodenwartungsmaschinen angewendet werden kann. Deshalb wird der ganze Bereich der möglichen Werkzeugdrehmomentauswahl nicht an jeder Maschine verwendet werden und aus diesem Grund enthält der Schaltkreis den Rücksteller 34.
Die digitalen Ausgaben von dem Dekoder 30, welche repräsentativ für ein bestimmtes ausgewähltes Werkzeugdrehmoment sind, haben in gleicher Weise mehrere Verwendungen. Sie bestimmen nicht nur, welche Werkzeugdrehmomentspannung zu den beschriebenen Vergleichsschaltkreisen gesendet wird, sondern die digitalen Ausgaben können auch verwendet werden, um Vakuumventilatoren, Wasserversorgungen, Waschmittelversorgungen und dergl. ein- und auszuschalten. Weiterhin kann bei einem bestimmten ausgewählten Werkzeugdrehmoment das Werkzeug eine Hochpolieroperation ausführen, was zusätzliche Hilfsfunktionen erfordert, welche normalerweise nicht mit dem Schrubben oder Wischen verbunden sind, und die digitalen Ausgaben können verwendet werden, um sicher zu sein, daß solche Hilfsfunktionen ausgeführt werden.
Der Stromsensor, welcher einen ringförmigen Kern 62 verwendet, ist ein Nicht-Kontakttyp-Sensor, was vorteilhaft ist, da es keine Unterbrechung in den Motorversorgungskabeln erfordert. Alternative Stromsensoren können jedoch verwendet werden. Z.B. kann eine Nebenschlußleitung von bekanntem niedrigem Widerstand in die Leitung zum Motor 54 angeordnet werden und der Spannungsabfall über dem Nebenschluß kann als ein Indikator für den Stromfluß durch den Motor verwendet werden.
Fig. 3 zeigt den gleichen Steuerschaltkreis wie in Fig. 2a, jedoch sind hydraulische Werkzeugmotoren verwendet. Gleiche Teile haben identische Bezugsziffern. In Fig. 3 sind die elektrischen Werkzeugmotoren von Fig. 2a durch hydraulische Werkzeugmotoren 254 und 256 ersetzt worden, wobei diese wiederum ein oder mehrere Werkzeugmotoren sein können. Der ringförmige Kern 62 ist durch einen differentiellen Druckwandler 262 ersetzt worden. Der Sicherheitsfeststellvergleicher 92 ist durch einen hydraulischen Überlastungssensor 292 ersetzt worden. Der Belastungssensorverstärker 64 ist durch den Belastungssensorverstärker 264 ersetzt worden. Der Werkzeugmotor an dem Detektor 94 ist beseitigt worden.
Beim Betrieb sind die hydraulischen Werkzeugmotoren 254 und 256 und eine herkömmliche Versorgung von unter Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit in Serie geschaltet. Der differentielle Druckwandler 262 ist über die hydraulische Versorgung und Rückführleitungen für die Motoren, wie durch die Pfeile dargestellt, verbunden, so daß diese Vorrichtung den Druckabfall über den Motoren feststellt. Der Wandler 262 sorgt für ein elektrisches Signal, welches repräsentativ für diesen Druckabfall ist, und dieses Signal wird zu dem Belastungssensorverstärker 264 gesendet. Diese Anordnung ist analog zu dem Signal, welches von dem ringförmigen Kern 62 zu dem Belastungssenorverstärker 64 gesendet wird. Der Belastungssensorverstärker 264 ist ähnlich dem Belastungssensorverstärker 64 und arbeitet in der gleichen Weise, außer daß er einen zusätzlichen Ausgang zu dem hydraulischen Überlastungssensor 292 hat. Die Sensoren 292 dienen dazu, das System im Fall einer Überlastung in den hydraulischen Motoren in gleicher Weise zu schützen, wie es der Sicherheitsfeststellvergleicher 92 tat. Der Sensor 292 sendet ein Signal zu dem Abschaltschaltkreis 98, welcher das Werkzeuganhebestellglied 86 dazu bewirkt, die Werkzeuge anzuheben und sie nach einer Zeitdauer, welche von dem Zeitschaltkreis 100 kontrolliert wird, abzuschalten. All die anderen Schaltkreise in der Funktion 3 haben die gleiche Funktion wie bereits in Verbindung mit Fig. 2a beschrieben.
Die Ausgabe des Auswahlsensors 68 von Fig. 3 ist mit dem Integrator 70 derart verbunden, daß die Kombination der Fig. 3 und der Fig. 2b für die hydraulischen Werkzeugmotoren 254 und 256 so funktioniert, wie die Verbindung der Fig. 2a und 2b für die elektrischen Motoren 54 und 56 von Fig. 2a funktioniert.
Da die Bodenwartungsmaschine Hydraulik für die Antriebskraft der Motoren verwendet, ist es wünschenswert, auch ein hydraulisches Stellglied anstelle eines elektrischen Stellgliedes zum Heben und Senken der Wartungswerkzeuge zu verwenden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Das elektrische Stellglied 86 ist durch das hydraulische Stellglied 286 ersetzt worden, welches eine damit verbundene elektrohydraulische Steuerung 285 hat. Eine herkömmliche Versorgung von unter Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit ist mit der Steuerung 285 verbunden. Mosfets 82 und 84, welche die gleichen wie in Fig. 2b sind, arbeiten derart, um das Stellglied nach oben und unten zu bewegen. Der einzige Unterschied zwischen der Anordnung von Fig. 4 und der elektrischen Anordnung wie in Fig. 2b ist, daß eine elektrohydraulische Steuerung 285 anstelle eines elektrischen Stellgliedes 86 vorgesehen ist.
Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung hier gezeigt und beschrieben worden ist, sollte festgestellt werden, daß viele Änderungen, Ergänzungen und Alternativen im Rahmen der Ansprüche möglich sind.

Claims

1. Automatischer Kompensator für den Druck von Werkzeugen einer Bodenwartungsmaschine (10) gegen die gewartete Oberfläche, mit einer Einrichtung (86, 286) zum Anheben und Absenken einer oder mehrerer Bodenwartungswerkzeuge (16), einer Motoreinrichtung (54, 56, 254, 256) zum Antreiben der Bodenwartungswerkzeuge (16), und einer Einrichtung (62, 262) zum Feststellen der Belastung in der Motoreinrichtung (54, 56, 254, 256) und zum Erzeugen eines dafür repräsentativen elektrischen Signals, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50) zum Auswählen eines gewünschten Werkzeug-Drehmoments aus einer Vielzahl von möglichen Werkzeug-Drehmomenten und zum Erzeugen eines dafür repräsentativen elektrischen Signals, und einer Einrichtung (68, 70) zur Verwendung dieses elektrischen Signals, um den Betrieb der Einrichtung (68, 268) zum Anheben und Absenken des Bodenwartungswerkzeugs (16) zu kontrollieren, um das gewünschte Werkzeug-Drehmoment aufrechtzuerhalten.

2. Automatischer Kompensator nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinrichtung (54, 56) elektrisch angetrieben ist.

3. Automatischer Kompensator nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinrichtung (254, 256) hydraulisch angetrieben ist.

4. Automatischer Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner gekennzeichnet durch und enthaltend eine Verstärkereinrichtung (64, 264), die angeordnet ist, um die für die Belastung der Motoreinrichtung repräsentativen elektrischen Signale mit der Verstärkung der Verstärkereinrichtung (64, 264), kontrolliert durch das elektrische Signal, das repräsentativ für das gewünschte Werkzeug-Drehmoment ist, zu verstärken.

5. Automatischer Kompensator nach Anspruch 4, ferner gekennzeichnet durch und enthaltend eine Vergleichseinrichtung (70, 72, 74), die mit der Verstärkereinrichtung (64, 264) und mit der Einrichtung (86, 286) zum Anheben und Absenken der Bodenwartungswerkzeuge (16) verbunden ist, um die Ausgangswerte der Verstärkereinrichtung (64, 264) mit einem Referenzwert zu vergleichen, um dadurch das gewünschte Werkzeug-Drehmoment aufrechtzuerhalten.

6. Automatischer Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von möglichen Werkzeug-Drehmomenten einen unbegrenzt variablen Bereich von Werkzeug-Drehmomenten umfaßt.

7. Automatischer Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von möglichen Werkzeug-Drehmomenten eine Mehrzahl von definierten Werten eines Werkzeug-Drehmoments umfaßt.

8. Automatischer Kompensator nach Anspruch 7, ferner gekennzeichnet durch und enthaltend eine Einrichtung (38, 40, 42, 44, 46, 48) zum Erzeugen einer Mehrzahl elektrischer Signale, von denen jedes für einen aus der Mehrzahl der definierten Werte eines Werkzeug-Drehmoments repräsentativ ist.

9. Automatischer Kompensator nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch und enthaltend eine Schaltereinrichtung zum Auswählen von einem aus der Mehrzahl der definierten Werte eines Werkzeug- Drehmoments, wobei die Schaltereinrichtung einen mit der Mehrzahl elektrischer Signale verbundenen Auswahlschalter (36) und eine mit dem Auswahlschalter (36) verbundene Folgeschaltung (28, 30, 34) umfaßt.

10. Automatischer Kompensator nach Anspruch 8 oder 9, ferner gekennzeichnet durch und enthaltend ein Zeitglied (52), das mit der Einrichtung (38, 40, 42, 44, 46, 48) zum Erzeugen eines Wertes aus der Mehrzahl der definierten Werte des elektrischen Signals des Werkzeug-Drehmoments zusammenwirkt, wobei das Zeitglied (52) die Zeitdauer begrenzt, in der dieser Wert des Werkzeug-Drehmoments auf die Bodenwartungswerkzeuge (16) aufgebracht werden kann.

11. Automatischer Kompensator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner gekennzeichnet durch und enthaltend eine Einrichtung (92, 292) zum Feststellen einer unnormalen Betriebsweise der Motoreinrichtung (54, 56, 254, 256), und eine Einrichtung (98, 100) zum Erzeugen eines dafür repräsentativen elektrischen Signals, um ein automatisches Anheben der Bodenwartungswerkzeuge (16) zu bewirken.

12. Automatischer Kompensator für den Druck der Werkzeuge einer Bodenwartungsmaschine (10) gegen die gewartete Oberfläche, mit einer Einrichtung (86, 286) zum Anheben und Absenken eines oder mehrerer Bodenwartungswerkzeuge (16), einer Motoreinrichtung (54, 56, 254, 256) zum Antreiben der Bodenwartungswerkzeuge (16) und einer Einrichtung (62, 262) zum Feststellen der Belastung in der Motoreinrichtung (54, 56, 254, 256) zum Antreiben der Bodenwartungswerkzeuge (16) und zum Erzeugen eines dafür repräsentativen elektrischen Signals, gekennzeichnet durch einen Werkzeug-Drehmoment-Kompensator, der eine Einrichtung (38, 40, 42, 44, 46, 48) zum Erzeugen einer Mehrzahl einzelner elektrischer Signale aufweist, von denen jedes für einen gewünschten Wert eines Werkzeug-Drehmoments repräsentativ ist, einer Verstärkereinrichtung (64, 264), mit einem Eingangswert, für das für die Motorbelastung repräsentative elektrische Signal und einem weiteren Eingangswert für eines aus der Vielzahl der einzelnen elektrischen Signale, wobei das letztere elektrische Signal die Verstärkung der Verstärkereinrichtung (64, 264) regelt, wobei der Ausgangswert der Verstärkereinrichtung (64, 264) ein Signal darstellt, das repräsentativ für die Motorbelastung modifiziert gemäß dem gewünschten Wert des Werkzeug-Drehmoments ist, eine Vergleichseinrichtung (68, 70), die mit der Verstärkereinrichtung (64, 264) verbunden ist und deren Ausgangswert mit einem elektrischen Referenzsignal vergleicht, um die Einrichtung (68, 268) zum Anheben und Absenken des einen oder der Mehrzahl der Bodenwartungswerkzeuge (16) zu kontrollieren, um den gewünschten Wert des Werkzeug-Drehmoments aufrechtzuerhalten.

13. Automatischer Kompensator nach Anspruch 12, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (68, 70) einen Integrationskreis (70) enthält, um das Ansprechen der Vergleichseinrichtung zu kontrollieren.

14. Automatischer Kompensator nach Anspruch 12 oder 13, ferner gekennzeichnet durch und enthaltend eine Schaltereinrichtung (24, 26) zum Auswählen eines gewünschten Werts des Werkzeugs-Drehmoments und des mit ihm verbundenen elektrischen Signals.

15. Automatischer Kompensator nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner gekennzeichnet durch ein neutrales Todband (112) in dem die Einrichtung zum Anheben und Absenken beaufschlagenden Signal, wobei die Breite des Todbandes (112) automatisch in Abhängigkeit von dem gewünschten Wert des Werkzeug-Drehmoments variabel ist.