DE4331776A1 - Grenzbereichsteuerung für eine Auslegereinrichtung - Google Patents

Description

Da beim Einsatz von Arbeitsmaschinen, z. B. fahrbarer Ladebagger oder Ladekräne in einer Lagerhalle mit üblicherweise begrenzter Höhe dauernd Gefahr besteht, daß die Auslegereinrichtung die Deckenkonstruktion, Lampen usw. beschädigt, kann der Maschinen­ führer seine Aufmerksamkeit nur ungenügend auf das Arbeitswerk­ zeug konzentrieren. Viele Stellungen der Auslegereinrichtung sind wegen der begrenzten Höhe überhaupt nicht anfahrbar. In Umschlaghallen oder überdachten Lagerplätzen eingebaute Lauf­ kräne haben den Nachteil, daß mit ihrem an einem Seilzug aufge­ hängten Greiferwerkzeug ein Verdichten z. B. von Spänen oder Müll nicht möglich ist. Vergleichbare Probleme treten bei Arbeitsmaschinen auf, wenn sie unter elektrischen Freileitungen oder unter Straßen- und Eisenbahn-Oberleitungen arbeiten.

Ziel der Erfindung ist, den Bediener einer Lade-, Sortier- oder dergleichen Maschine so zu entlasten, daß er nach Voreinstel­ lung bestimmter Grenzlinien, z. B. der Obergrenze des Arbeits­ bereiches, ungehindert alle Bewegungen ansteuern kann, jedoch die über die Grenzlinie hinausgehenden Bewegungen des Werkzeu­ ges, z. B. Greifer und bestimmter Gelenkpunkte der Auslegerbau­ gruppe automatisch gestoppt und erst dann wieder freigegeben werden, wenn an geeigneten Auslegerkomponenten gegenüber der Grenzlinie ausweichende Richtungssteuerungen betätigt werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jedem Schwenkarm ein Meßgerät für seine Erstreckungsrichtung und im Fall eines Teleskoparms ein zusätzliches Meßgerät für die Er­ streckungslänge zugeordnet ist, wobei ein Rechner aus diesen Meßwerten die jeweiligen Ist-Positionen der Gelenkpunkte der Auslegerbaugruppe sowie des Ladearmendes errechnet. Der Rechner enthält einen Speicher, dem vorab entsprechend der verfügbaren Arbeitshöhe die oberhalb einer Höhen-Grenzlinie liegenden Sperrpositionen für die Gelenkpunkte und das Ladestielende ein­ gespeichert sind, sowie eine Vergleichseinrichtung, die bei Übereinstimmung der Ist-Positionen mit den Sperrpositionen Sperrsignale zur Betätigung von Unterbrechereinrichtungen ab­ gibt, die Steuerleitungen für die Antriebe der Auslegerkompo­ nenten zugeordnet sind, so daß eine weitere Steuerung der Aus­ legerkomponenten nur entlang der Grenzlinie oder in einer sich vom Bereich der Sperrpositionen entfernenden Richtung möglich ist.

Im Speicher des Rechners können auch noch andere Sperrposi­ tionsbereiche gespeichert werden, z. B. die hinter einer senk­ rechten Grenzlinie liegenden Sperrpositionen, die den Mindest­ abstand des Ladearmendes von der Maschinen- oder Fahrzeugvor­ derseite unterschreiten, um zu vermeiden, daß durch ein am La­ dearmende angehängtes Greiferwerkzeug beim Entladen oder beim Manipulieren das Fahrzeug oder die Fahrerkabine beschädigt wird.

Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Grenzbereich­ steuerung ist der Rechner dahingehend programmiert, daß vom Bediener eingeleitete Werkzeugbewegungen bei Erreichen einer Grenzlinie automatisch entlang ihrer parallel zu dieser Linie verlaufenden Richtungskomponente bis zum Aufbrauch der in der Auslegerkombination vorhandenen Bewegungsmöglichkeiten weiter­ gesteuert werden, solange die am Handhebel eingeleitete Bewe­ gungsrichtung betätigt bleibt.

Die Tätigkeit des Maschinenführers kann auch dadurch verein­ facht werden, daß der Rechner mit einem Bildschirm verbunden ist, der die jeweils errechneten Ist-Positionen des Auslegersy­ stems bzw. der Gelenkpunkte zusammen mit einer bei Erreichen einer Grenzlinie erscheinenden Pfeil- oder sonstige Signalan­ gabe darstellt, um dem Bediener zu zeigen, welche Handhebelbe­ wegungen bzw. Richtungssteuerungen der Auslegerkomponenten er­ forderlich sind, um eine Werkzeugbewegung außerhalb des ange­ fahrenen Bereiches von Sperrpositionen fortzusetzen.

Damit bei Anliegen eines Sperrsignals an einer Unterbrecherein­ richtung der Maschinenbetrieb sachgerecht fortgesetzt werden kann, sind den Rechnerausgängen Deblockierungsmittel zugeord­ net, die das erzeugte Sperrsignal unter der Voraussetzung auf­ heben, daß eine automatisch oder manuelle Richtungssteuerung der Auslegerkomponenten entweder der Grenzlinie folgt oder vom Bereich der Sperrpositionen weggerichtet ist.

Die den Gelenkstellen der Auslegerkomponenten zugeordneten Meßgeräte können aus elektrischen Winkelmeßgeräten, z. B. Dreh­ widerständen oder aus den die Schwenkverstellung betätigenden Hydraulikzylindern zugeordneten Wegmeßgeräten bestehen, wobei die Erstreckungslänge eines teleskopischen Ladearms ebenfalls mit Hilfe eines Wegmeßgerätes ermittelt wird.

Ein weiterer Vorschlag der Erfindung sieht vor, daß im Rechner bestimmte Steilstellungswinkel des Ladearms als Sperrpositionen gespeichert und überwacht sind, um das Anstoßen eines pendelnd aufgehängten Werkzeuges am Ladearm zu verhindern. Aufgrund die­ ser Maßnahme kann der Ladestiel unter Vermeidung der üblicher­ weise wegen der Pendelfreiheit des Werkzeuges vorgesehenen kostspieligen Kröpfungen in einfacher Bauart geradlinig ausge­ führt sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Grenzbereichsteuerung nach der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen

Fig. 1 eine mobile Lademaschine mit einer dreigliedrigen Aus­ legerbaugruppe und einem Greifer in einer Halle mit begrenzter Arbeitshöhe,

Fig. 2 die mit dem freien Ende des äußeren Ladearms einer dreigliedrigen Auslegerbaugruppe ähnlich Fig. 1 kine­ matisch erreichbaren, von einer Hüllkurve umgebenen Positionen,

Fig. 2a die Lademaschine nach Fig. 1 in vereinfachter Form mit möglichen Schwenkstellungen der Auslegerbaugruppe un­ ter Berücksichtigung von zwei maximalen Arbeitshöhen X₀ und X₁,

Fig. 3 eine innerhalb einer Halle im Einsatz befindliche La­ demaschine, an deren Ausleger ein teleskopisch verlän­ gerbarer Ladearm angelenkt ist, und

Fig. 4 eine schematische Übersicht über eine Ausführungsform der Grenzbereichsteuerung nach der Erfindung.

Nach Fig. 1 besitzt eine Lademaschine 1 einen auf Rädern fahr­ baren Unterwagen 2 mit einer hydraulisch ausfahrbaren Vier­ punkt-Abstützung 3, einen auf einem Drehlager 4 abgestützten Oberwagen 5 mit einem rückwärtigen Gegengewicht 6 und einer vorderen Lagerung 7 für einen Ausleger 11, der durch am Ober­ wagen angelenkte Auslegerzylinder 12, vorzugsweise Zwillingszy­ linder um ca. 120° verschwenkbar ist und die mit ausgezogenen Linien dargestellte rückwärtige Endstellung einnimmt. Ein Zwischenarm 13 ist einenends über eine Lagerstelle 8 und einen Zwischenarmzylinder 14 am Ausleger 11 angeschlossen und steht anderenends über eine Lagerstelle 9 und einen Stielzylinder 16 mit einem Ladestiel 15 in gelenkiger Verbindung. Am freien Ende 10 des Ladestiels 15 ist ein Greiferwerkzeug 17 mit hydraulisch betätigten Greiferarmen angehängt, das durch beliebige andere Werkzeuge ersetzt sein kann, wobei z. B. für einen Baggerlöffel am Ladestiel 15 eine nicht gezeigte Schwenkkinematik vorgesehen ist. Ein vorn neben dem Ausleger 11 angeordneter Fahrerstand ist zwischen einer unteren Fahrstellung 19 und einer angehobe­ nen Arbeitsstellung 18 vertikal beweglich einstellbar.

Die Lademaschine 1 arbeitet in einer Halle 20, deren freie Ar­ beitshöhe durch obere waagerechte Dachbinder 21 begrenzt ist. Einige der beim Stapeln oder Umschlagen z. B. von Schrott, ande­ rem Abfall oder Müll auftretenden Stellungen der Auslegerbau­ gruppe sind mit unterbrochenen Linien angedeutet. Besonders ab einer gewissen Höhe des Abfallberges muß der Maschinenführer bei der Steuerung des Arbeitswerkzeuges ständig darauf achten, daß die Gelenkpunkte 9 und 10 unterhalb der Höhe der Dachbinder 21 verbleiben, wenn man davon ausgeht, daß die Länge des mit unterbrochenen Linien in seiner senkrechten Stellung angedeute­ te Auslegers 11 einschließlich des Gelenkpunktes 8 noch inner­ halb der verfügbaren Arbeitshöhe verbleibt.

Fig. 2 veranschaulicht den von einer Hüllkurve H umschlossenen kinematisch möglichen Arbeitsbereich einer Lademaschine mit dreigliedriger Auslegerbaugruppe ähnlich Fig. 1. Diese Hüllkur­ ve wird vom Ende 10 des Ladearms 15 beschrieben, z. B. ausgehend von dem in der rückwärtigen Auslegerstellung maximal gestreck­ ten Zustand bei Schwenkung entgegen dem Uhrzeigersinn. Wenn der Ausleger 11 seine vordere Endstellung erreicht, setzt sich die Hüllkurve zunächst nach unten auf einen Bogen fort, der dem Schwenkwinkel von 105° des Zwischenarms 13 entspricht, und danach von der Schwenkendstellung des Zwischenarms 13 aus auf einen vom Ladearm 15 beschriebenen Viertelkreisbogen bis unter das Ladefahrzeug. Von dieser bei maximal zusammengefalteter Auslegerbaugruppe entstehenden Stelle verläuft die Hüllkurve durch Anheben und Rückschwenken des Auslegers 11 auf einem Kon­ kavbogen um die Fahrzeugvorderseite. Daran schließen sich Bogen an, die durch Strecken des Zwischenarms 13 bzw. des Ladearms 15 entstehen.

Fig. 2 macht gleichzeitig deutlich, daß der Maschinenführer be­ trächtliche Anteile des möglichen Arbeitsbereiches nicht anfah­ ren darf. Aufgrund der Bedingung, daß das am Ende 10 des La­ dearms 15 pendelnd aufgehängte Greiferwerkzeug in einem Sicher­ heitsabstand vor der Vorderseite des Fahrzeuges verbleiben muß, der in Fig. 2 durch die senkrechte Grenzlinie Y dargestellt ist, können die rechts davon schattiert eingezeichneten Ab­ schnitte 26 des Arbeitsbereiches nicht genutzt werden. Auch der links von der senkrechten Grenzlinie Y sichelförmig schattierte Abschnitt 27 ist nicht nutzbar, weil oberhalb der Bogenlinie 25 der Ladearm 15 den Mindest-Steilstellungswinkel unterschrei­ tende Werte besitzt, bei denen die Gefahr besteht, daß das pendelnde Greiferwerkzeug an diesen Ladearm anstößt.

Damit der Maschinenführer automatisch von der Möglichkeit ent­ lastet wird, nicht nutzbare, verbotene Positionen anzufahren, werden in einen beispielsweise auf dem Ladefahrzeug angeordne­ ten Rechner die Grenzlinie Y bzw. die rechts davon innerhalb der Abschnitte 26 des Arbeitsbereiches liegenden Positionen als Sperrpositionen eingespeichert. Die Grenzlinie Y läuft durch die Bodenebene hindurch, da auch beim Entleeren von Gruben die Sicht bei der Y-Linie aufhört.

Die beispielsweise durch die lichte Höhe 21 einer Lagerhalle 20 vorgegebene maximale Arbeitshöhe entspricht einer der in Fig. 2 eingetragenen waagerechten Linien X₀, X₁ oder X₂. Folglich wird der Arbeitsbereich der Auslegerbaugruppe durch die oberhalb der jeweils vorgegebenen Arbeitshöhen entsprechend der X-Linie vorhandenen Sperrpositionen reduziert, die als solche ebenfalls im Rechner gespeichert werden, so daß nur noch der schraffierte Teil innerhalb der Hüllkurve als nutzbarer Arbeitsbereich ver­ bleibt. Mit Hilfe der gespeicherten Sperrpositionen und zusätz­ licher weiter unten beschriebenen Maßnahmen wird deren Anfahren automatisch verhindert.

Entsprechend Fig. 2a sind für das vereinfacht gezeichnete Ar­ beitsfahrzeug aus Fig. 1 sowohl die senkrechte Grenzlinie Y als auch zwei waagerechte Grenzlinien X₀ und X₁ eingetragen, wobei die Grenzlinie X₀ einer durch den senkrecht auf dem Fahrzeug aufgestellten Ausleger 11 bestimmten Mindestarbeitshöhe ent­ spricht, in der mit der Lademaschine ungehindert gearbeitet werden kann. Am Beispiel der Grenzlinien X₀ und X₁ sind einige Grenzpositionen der Auslegerbaugruppe und des Werkzeuges darge­ stellt.

Bei einer Variante der Auslegereinrichtung gemäß Fig. 3 ist am Gelenkpunkt 8 des Auslegers 11 ein teleskopischer Ladearm 22 angeschlossen, der ein ausfahrbares Schiebeteil 23 enthält. Diese Ausführung hat gegenüber einer dreigliedrigen Ausleger­ baugruppe den Vorteil, daß ein größerer Arbeitsweg entlang der X-Grenzlinie verfügbar ist und die Auslegerbaugruppe auf die gezeigte niedrige Fahr- oder Transporthöhe 24 zusammengefaltet werden kann. Das für den Straßenverkehr wichtige Maß der ausra­ genden Teile vor der Kabine kann durch diese Bauart eingehalten werden.

In der schematischen Übersicht gemäß Fig. 4 sind für die be­ schriebene dreigliedrige Auslegerbaugruppe an den Gelenkpunkten 7, 8 und 9 angeordnete Meßgeräte als Drehwiderstände 30, 31 bzw. 32 vorgesehen, an denen die Winkelstellungen der Ausleger­ komponenten 11, 13 und 15 gemessen und damit deren Erstreckungs­ richtungen ermittelt werden. Die Ausgänge oder Abgriffe der Widerständen 30, 31, 32 werden einem Rechner 40 mit drei Eingängen zugeführt, der aus den Meßsignalen ständig die Ist-Positionen der Gelenkpunkte und auch des Ladearmendes 10 er­ rechnet. Auch für eine aus Ausleger 11 und Teleskoparm 22 be­ stehende Auslegerbaugruppe gemäß Fig. 3 sind in Fig. 4 die Meß­ geräte dargestellt, wobei das an der Stelle 33 angedeutete Meß­ gerät ein Wegmesser z. B. Linearwiderstand ist, der die Ausfahr­ länge des Teleskoparms mißt.

In einem Speicher des Rechners 40 sind die oberhalb der waage­ rechten Grenzlinie X und neben der senkrechten Y-Grenzlinie liegenden Sperrpositionen für die Gelenkpunkte 8 und 9 sowie für das Ladearmende 10 gespeichert, mit denen in einer Ver­ gleichseinrichtung des Rechners die Ist-Positionen verglichen werden. Stimmt die Ist-Position mit einer Sperrposition über­ ein, so liefert der Rechner an einem oder mehreren seiner sechs Ausgänge 41 Sperrsignale, die Unterbrechereinrichtungen 46 zu­ geführt werden. Die Unterbrechereinrichtungen 46 sind Steuer­ leitungen 44 zugeordnet, die von über Handhebel 42 (Überkreuz­ hebel) betätigten Vorsteuergeräten 43 zu einem hydraulischen oder elektro-hydraulischen Steuerschieberblock 50 für die die Auslegerkomponenten verstellenden Hydraulikzylinder 12, 14, 16 führen. Der Steuerschieberblock 50 enthält einen Schieber 51 für die Drehbewegung des Oberwagens, einen Schieber 52 für den Ausleger, einen Schieber 53 für den Zwischenarm und einen Schieber 54 für den Stiel oder Ladearm 15.

Zur Grenzbereichsteuerung werden die aus den drei Winkel- oder Zylinderwegaufnahmen errechneten Werte mit den im Rechner ge­ speicherten zulässigen Winkel-Wegkombinationen verglichen. Im Fall der Übereinstimmung mit einer Sperrposition werden die jeweiligen Hydraulikfunktionen gesperrt, um zu verhindern, daß das eingestellte (gespeicherte) X-Y-Fenster überschritten wird.

Im Rechner 40 sind alle Winkelkombinationen gespeichert. Eine feste Maske (Y-Achse) und eine bewegliche oder verstellbare (X-Achse) deckt alle nichtzulässigen Zahlen-(Winkel-)Kombina­ tionen ab und schaltet diejenige oder diejenigen Steuerfunk­ tion(en) an den Hydraulikzylindern ab, die die Maske überfahren würden, so daß der Maschinenführer nur die noch freien Bewegun­ gen, z. B. Zwischenarm 13 senken, betätigen kann, bevor Ladearm 15 und/oder Ausleger 11 wieder zu Bewegungen in Richtung Grenz­ linie freigegeben werden.

Eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit besteht darin, die Steilstellung des Ladearms oder Stiels 15 zu überwachen. Die Pendelbewegung des Greifers und sein Anstoßen am Stiel wird verhindert, indem der Winkel α (Fig. 2) zwischen der Senkrech­ ten und dem Stiel 15 dahingehend überwacht wird, daß alle Win­ kelgradkombinationen, in denen der Stiel einen kleineren Winkel als den limitierten hat, ebenfalls gesperrt sind und so der Win­ kel nur vergrößert, aber nicht verkleinert werden kann.

Claims (7)

1. Grenzbereichsteuerung für eine aus einem schwenkbaren Ausle­ gerarm und mindestens einem schwenkbaren Ladearm bestehende und mit einem Werkzeug versehene Auslegerbaugruppe auf einem um eine senkrechte Achse drehbaren Obergestell einer insbesondere fahrbaren hydraulischen Lade- oder Baggermaschine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - jedem Schwenkarm (11, 13, 15) ist ein Meßgerät (30-32) für seine Erstreckungsrichtung und bei Teleskopausführung (22) ein zusätzliches Meßgerät (23) für seine Erstreckungslänge zugeord­ net;
• - die Meßgeräte sind an einen Rechner (40) angeschlossen, der aus den Meßsignalen ständig die Ist-Positionen der Gelenkpunkte (8, 9) der Auslegerbaugruppe sowie des Ladearmendes (10) er­ rechnet;
• - der Rechner enthält einen Speicher, in dem je nach verfügba­ rer Arbeitshöhe oberhalb einer waagerechten Höhen-Grenzlinie (X) liegende Sperrpositionen für die Gelenkpunkte (8, 9) und das Ladearmende (10) speicherbar sind, sowie eine Vergleichs­ einrichtung, die bei Übereinstimmung der Ist-Positionen mit den Sperrpositionen Sperrsignale abgibt;
• - Steuerleitungen (44) für die Antriebe der Auslegerkomponenten sind an die Sperrsignale abgebenden Rechnerausgänge angeschlos­ sene Unterbrechereinrichtungen (46) zugeordnet, die eine weite­ re Steuerung der jeweiligen Auslegerkomponente nur entlang der Grenzlinie oder in einer sich von der Grenzlinie entfernenden Richtung zulassen.

2. Grenzbereichsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Speicher (40) außerdem durch andere Grenzwerte bestimmte Sperrpositionen, insbesondere hinter einer senkrech­ ten Grenzlinie (Y) liegende Sperrpositionen für den Abstand des Ladearmendes (10) von der Maschinenvorderseite speicherbar sind.

3. Grenzbereichsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rechner (40) dahingehend programmiert ist, daß vom Bediener eingeleitete Werkzeugbewegungen bei Er­ reichen einer Grenzlinie automatisch entlang ihrer parallel zu dieser Linie (z. B. X-Achse) verlaufenden Richtungskomponenten bis zum Aufbrauch der in der Auslegerkombination vorhandenen Bewegungsmöglichkeiten weitergesteuert werden, solange die am Handhebel (42) eingeleitete Bewegungsrichtung betätigt bleibt.

4. Grenzbereichsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (40) mit einem Bildschirm verbunden ist, der die jeweils errechneten Positio­ nen des Auslegersystems bzw. der Gelenkpunkte zusammen mit einer bei Erreichen einer Grenzlinie erscheinenden Pfeil- oder sonstige Signalangabe darstellt, die dem Bediener zeigt, welche Handhebelbewegungen bzw. Richtungssteuerungen der Auslegerkom­ ponenten erforderlich sind, um eine eingeleitete Werkzeugbewe­ gung (Greifer usw.) außerhalb des angefahrenen Bereiches von Sperrpositionen fortzusetzen.

5. Grenzbereichsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß den Rechnerausgängen Deblockierungsmittel zugeordnet sind, die das bei Erreichen einer Grenzlinie erzeugte Sperrsig­ nal aufheben, wenn eine automatische oder manuelle Richtungs­ steuerung der Auslegerkomponenten der Grenzlinie folgt oder vom Bereich der Sperrpositionen weggerichtet ist.

6. Grenzbereichsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gelenkstellen der Aus­ legerkomponenten zugeordneten Meßgeräte (30-32) aus elektri­ schen Winkelmeßgeräten, z. B. Drehwiderständen und/oder aus den die Teleskop- bzw. Schwenkverstellung betätigenden Hydraulikzy­ lindern zugeordneten Wegmeßgeräten (33) bestehen.

7. Grenzbereichsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner bestimmte Steil­ stellungswinkel des Ladearmes (15; 22) als Sperrpositionen ge­ speichert und überwacht sind, um das Anstoßen eines pendelnd angehängten Werkzeuges (17) am Ladearm auszuschließen.