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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Sicherheitssystem für einen
Bedienhebel, und insbesondere ein Sicherheitssystem zur Verhinderung
des Betriebs von Arbeitsanlagen nach Auslösen eines Sicherheitshebels,
während
ein Bedienhebel zur Steuerung der Baumaschine aktiv ist.
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2. Stand der Technik
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Im
allgemeinen ist ein Baufahrzeug mit einem Bagger mit einem Bedienhebel
ausgerüstet,
der einem Joystick oder einem Fahrpedal ähnelt. Der Joystick dient der
Betätigung
von Arbeitsgeräten,
wie Ausleger, Arbeitsarme, Schaufeln und Schwenkeinheit. Das Fahrpedal
dient der Beschleunigung des Fahrzeugs.
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Der
Hydraulikdruck von einer motorbetriebenen Hydraulikpumpe ist eine
Antriebskraftquelle für die
Betätigung
des Arbeitsgeräts,
des Schwenkgeräts
und der Fahrausrüstung.
Ein Regler kontrolliert jede Art von Regelventilen gemäß der (variabel
manipulierten) Steuerungseingabe des Bedienhebels und regelt grundsätzlich den
an das Arbeitsgerät
weitergegebenen Hydraulikdruck und die Richtung und Strömung des
Hydraulikfluids zur Betätigung
des Arbeitsgeräts.
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Wenn
der Bagger beispielsweise ein schweres, massives Baugerät ist und
mittels Hydraulikdrucks betätigt
wird, ist es sehr wichtig, die Arbeitssicherheit zu gewährleisten.
In der Regel dient ein Sicherheitshebel dazu, eine unerwartete Aktivität des Arbeitsgeräts zu verhindern.
Zur Gewährleistung
der Sicherheit ist deshalb das Arbeitsgerät nur dann in Betrieb, wenn
der Sicherheitshebel gelöst
ist; wenn der Sicherheitshebel während
des Betriebs des Arbeitsgeräts
gesperrt wird, unterbricht der Bedienhebel die Arbeit und sämtliche
Gerätschaft
stellen ebenfalls ihre Aktivitäten
ein.
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Wird
jedoch der Sicherheitshebel ausgelöst, wenn der Bedienhebel noch
in Betrieb ist, besteht immer die Möglichkeit, dass das Arbeitsgerät gleichzeitig
mit der Auslösung
des Sicherheitshebels in Betrieb ist. Mit anderen Worten, obwohl
der Sicherheitshebel das Arbeitsgerät in einer Notsituation eigentlich anhalten
sollte und als Sicherheitssystem funktioniert, das eine Arbeitsunterbrechung
des Arbeitsgeräts
gewährleistet,
besitzt er keine Funktion zur Verhinderung einer Fehlfunktion der
Ausrüstung,
wenn der Sicherheitshebel bei aktivem Bedienhebel ausgelöst wird.
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Als
Versuch zur Lösung
des genannten Problems gab es eine Technik zur Feststellung eines
Betriebszustands des Bedienhebels auf der Grundlage eines Signals
von einem Drucksensor, der mit der Hydraulikfluidleitung des Bedienhebels
verbunden ist, und zum Anhalten des Motors des Baggers, wenn der
Bedienhebel aktiv ist, bevor der Motor startet.
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Gemäß dieser
Technik ist ein Regler, auch wenn der Bedienhebel in Betrieb ist,
während
der Sicherheitshebel gelöst
ist, nach Feststellung des Zustands des Bedienhebels in der Lage,
den Motor anzuhalten. Folglich kommt es nicht mehr zur mechanischen
Fehlfunktion, bei der das Arbeitsgerät plötzlich den Betrieb aufnimmt,
sobald der Motor startet. Wenn jedoch der Fahrer unbeabsichtigt
den Sicherheitshebel löst,
während
der Bedienhebel aktiv ist, nachdem der Motor den Betrieb begonnen
hat, besteht immer die Möglichkeit,
dass das Arbeitsgerät plötzlich zu
arbeiten beginnt und einen Unfall auslöst.
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Das
Dokument
US 2003/149518
A1 (Brandt) offenbart ein Sicherheitssystem für einen
Bedienhebel gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Sicherheitssystem
für einen
Bedienhebel eines Baufahrzeugs zu schaffen, mit dem sichergestellt
wird, dass Arbeitsgeräte
nicht plötzlich
dann, wenn ein Sicherheitshebel gelöst wird, bevor und nachdem
ein Motor zu laufen beginnt, den Betrieb aufnehmen, wodurch die
Sicherheit des Baufahrzeugs erhöht
wird.
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Um
das genannte Ziel zu erreichen, ist ein Sicherheitssystem für einen
Bedienhebel eines Baufahrzeugs gemäß Anspruch 1 vorgesehen, bei
dem das Arbeitsgerät
in Betrieb gehen kann, nachdem geprüft wurde, ob der Motor läuft, ob
sich der Bedienhebel in neutraler Stellung befindet und ob der Sicherheitshebel
operativ ist.
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In
einem Aspekt der Erfindung wird ein Sicherheitssystem für einen
Bedienhebel eines Baufahrzeugs geschaffen, in dem das Baufahrzeug
eine Mehrzahl von Arbeitsgeräten
umfasst, deren jedes von einer motorbetriebenen hydraulischen Pumpe angetrieben
wird, ferner einen Bedienhebel zum Erzeugen eines Antriebssignals
für die
Arbeitsgeräte und
einen Sicherheitshebel zum Anhalten des Bedienhebels, wenn der Sicherheitshebel
gesperrt ist, wobei das Sicherheitssystem Folgendes umfasst: Einen
Empfänger
zum Empfangen eines Detektionssignals von einem Motordrehzahl-Detektor,
der die Motorwellendrehzahl erfasst; einen Steuerungseingangsdetektor
des Bedienhebels und einen Sicherheitshebelpositionsdetektors; einen
Datenprozessor, der auf der Grundlage des im Empfänger empfangenen
Signals entscheidet, ob der Motor startet, ob der Bedienhebel sich
in der Neutralposition befindet und ob der Sicherheitshebel in Betrieb
ist, und der darüber
entscheidet, ob das Arbeitsgerät
in Betrieb versetzt werden soll, und der über ein Neutralpositionsprüfbit im
Datenprozessor speichert, ob die Entscheidung über die Stellung des Bedienhebels
getroffen ist; und einen Ausgang, der, basierend auf dem Verarbeitungsergebnis
des Datenprozessors, je nach dem Steuerungseingang des Bedienhebels
ein Motorstoppsignal, ein Alarmsignal und ein Antriebssignal abgibt.
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Wenn
sich der Bedienhebel während
angehaltenem Motorbetrieb nicht in Neutralstellung befindet, gibt
das Sicherheitssystem für
den Bedienhebel vorzugsweise ein Motorstoppsignal und ein Alarmsignal
ab; wenn der Sicherheitshebel in Betrieb ist, wenn der Motor startet,
schaltet das Sicherheitssystem das Neutralpositionsprüfbit aus;
wenn der Motor startet und der Sicherheitshebel gelöst und das
Neutralpositionsprüfbit
ausgeschaltet ist, gibt das Sicherheitssystem ein Motorstoppsignal
und eine Warnmeldung ab, vorausgesetzt, der Bedienhebel ist nicht
in Neutralstellung, und das Sicherheitssystem ändert den Wert des Neutralpositionsprüfbits auf 'ein', vorausgesetzt,
der Bedienhebel befindet sich in Neutralstellung; und wenn der Motor
startet und der Sicherheitshebel gelöst und das Neutralpositionsprüfbit auf 'ein' ist, gibt das Sicherheitssystem
ein Antriebssignal gemäß Steuerungseingang
des Bedienhebels ab, vorausgesetzt, ein Signal vom Bedienhebel ist
normal; und das Sicherheitssystem gibt eine Warnmeldung ab, vorausgesetzt
ein Signal vom Bedienhebel ist abnormal.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben genannten Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden besser ersichtlich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Sicherheitssystems für einen
Bedienhebel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 stellt
ein Steuerungsfließdiagramm dar,
in dem ein Betriebszustand eines Sicherheitssystems für einen
Bedienhebel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung illustriert ist.
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DETAILLIETRE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Nachstehend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung werden
allgemein bekannte Funktionen oder Konstruktionen nicht detailliert
beschrieben, da dies das Verständnis
der Erfindung unnötig
erschweren würde.
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In 1 ist
die Struktur eines Sicherheitssystems für einen Bedienhebel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Wie in 1 dargestellt, sind
die wichtigen Komponenten eines Baggers, einschließlich des
Sicherheitssystems 1, miteinander verbunden.
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Bezug
nehmend auf 1 umfasst der Bagger eine Hydraulikpumpe 100,
die von einem Motor 2 betrieben wird, eine Mehrzahl von
Arbeitsgeräten 101,
die von der Hydraulikpumpe 100 betrieben werden, ein Richtungsventil 102 zur
Leitung von Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 100 zum
Arbeitsgerät 101,
einen Joystick 4 und ein Fahrpedal 6 zur Abgabe
eines Antriebssignals für
das Arbeitsgerät 101, einen
Sicherheitshebel 8 und ein Sicherheitssystem für einen
Bedienhebel 1.
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Im
weiteren werden der Joystick 4 und das Fahrpedal 6 als
Bedienhebel 50 zusammengefasst.
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Das
Sicherheitssystem für
den Bedienhebel 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst einen Empfänger 10, einen Datenprozessor 20 und
einen Ausgang 30. Der Empfänger 10 empfängt jede
Art von Signal, der Datenprozessor 20 verarbeitet die empfangenen
Signale an den Empfänger 10,
und der Ausgang 30 gibt ein Signal als Reaktion auf ein
verarbeitetes Signal nach außen
ab.
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Insbesondere
empfängt
der Empfänger 10 ein
Signal von einem (nicht dargestellten) Motordrehzahldetektor zur
Feststellung der Drehzahl der Motorwelle, von Steuerungseingangsdetektoren 5a, 5b und 7 des
Bedienhebels 50 bzw. von einem Sicherheitshebelpositionsdetektor 9.
Der (zwar nicht in der Zeichnung illustrierte) Motordrehzahldetektor
ist in einer Motorsteuereinheit (ECU) untergebracht und erfasst
die Drehzahl der Motorwelle; ein erfasstes Signal wird von der ECU
zum Empfänger 10 übertragen.
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Die
Steuerungseingangsdetektoren 5a, 5b und 7 des
Bedienhebels 50 sind mit den Joysticks 4a und 4b bzw.
dem Fahrpedal 6 verbunden und geben den erfassten Steuerungseingang
des Bedienhebels 50 als Signal aus und übertragen das Signal auf den Empfänger 10.
Auch der Sicherheitshebelpositionsdetektor 9 ist mit dem
Sicherheitshebel 8 verbunden und überträgt an den Empfänger 10 ein
Signal, das angibt ob der Sicherheitshebel 8 gelöst oder
gesperrt ist.
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Der
Datenprozessor 20 entscheidet auf Basis des vom Empfänger 10 empfangenen
Signals, ob der Motor 2 läuft, ob der Bedienhebel 50 in
Neutralstellung ist und ob der Sicherheitshebel 8 aktiv
ist, und bestimmt anschließend,
ob das Arbeitsgerät 101 in
Betrieb gehen soll. Des weiteren umfasst der Datenprozessor 20 ein
Neutralpositionsprüfbit 21,
welches die Gegebenheit der Entscheidung speichert, ob sich der
Bedienhebel 50 in Neutralstellung befindet. Deshalb kann
der Datenprozessor 20 besser die Situation prüfen, wenn
der Sicherheitshebel 8 gelöst ist, während der Bedienhebel 50 aktiv
ist, vorausgesetzt, der Motor 2 hat gestartet.
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Der
Ausgang 30 stoppt gemäß dem Ergebnis der
Verarbeitung durch den Datenprozessor 20 den Motor 2 durch Übertragung
eines Motorstoppsignals an die ECU 3 oder überträgt ein Alarmsignal
an eine Anzeigevorrichtung 104 oder gibt ein Antriebssignal gemäß dem Steuerungseingang
des Bedienhebels 50 an ein elektronisches Regelventil 103 ab.
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In 2 ist
ein Steuerungsfließdiagramm dargestellt,
das einen Betriebszustand des Sicherheitssystems für den Bedienhebel
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschreibt. Es folgen Details über den
Betriebszustand des Sicherheitssystems für den Bedienhebel 1 unter Bezugnahme
auf 2.
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Der
Steuerungsablauf des Sicherheitssystems 1 zeigt an, dass
die Betriebszustände
des Systems 1 unterschiedlich sind, abhängig davon, ob der Motor 2 gleichzeitig
mit dem System 1 gestartet hat. Die Betätigung des Sicherheitssystems 1 ist
folglich aufgeteilt in vor und nach dem Start des Motors 2.
- A) Vor dem Motorstart:
Nachdem der Motor 2 angehalten
hat, stellt das Sicherheitssystem 1 fest, ob sich der Bedienhebel 50 in
Neutralstellung befindet, und wenn sich herausstellt, dass sich
der Bedienhebel 50 nicht in Neutralstellung befindet, gibt
das Sicherheitssystem 1 ein Motorstoppsignal und ein Alarmsignal aus.
Wenn sich der Bedienhebel 50 nicht in der Neutralstellung
befindet, wird das Motorstoppsignal in die ECU 3 eingegeben,
und der Motor startet nicht. Auf diese Weise kommt es zu keiner Fehlfunktion
des Bedienhebels 50.
- B) Nachdem der Motor gestartet hat:
1) Wenn der Sicherheitshebel
gesperrt ist;
Wenn der Motor 2 läuft, stellt der Datenprozessor 20 des
Sicherheitssystems 1 fest, ob der Sicherheitshebel 8 aktiv
ist oder nicht. Wenn der Sicherheitshebel 8 aktiv oder
gesperrt ist, schaltet der Datenprozessor 20 das Neutralpositionsprüfbit 21 aus,
und das Neutralpositionsprüfbit 21 speichert die
Tatsache, dass das System 1 noch nicht festgestellt hat,
ob der Bedienhebel 50 in Neutralstellung war – dies beendet
die Operation des Systems 1.
2) Wenn der Sicherheitshebel
gelöst
ist;
Wenn der Sicherheitshebel 8 gelöst ist,
während der
Motor 2 läuft,
ermittelt das Sicherheitssystem 1 zunächst einen im Neutralpositionsprüfbit 21 gespeicherten
Wert. Wenn der Wert des Neutralpositionsprüfbits 21 'aus' ist, bedeutet das,
dass noch nicht festgestellt wurde, ob sich der Bedienhebel 50 in
der neutralen Stellung befindet. So stellt das System 1 nun
fest, ob sich der Bedienhebel 50 in der neutralen Stellung
befindet.
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Wenn
sich der Bedienhebel 50 in der neutralen Stellung befindet, ändert das
System 1 den Wert des Neutralpositionsprüfbits 21 auf 'ein' und ermöglicht dem
Neutralpositionsprüfbit 21 das
Speichern der Tatsache, dass das System 1 festgestellt
hat, ob sich der Bedienhebel 50 in der neutralen Stellung
befindet; anschließend
endet die Operation des Systems 10. Wenn sich jedoch der
Bedienhebel 50 nicht in der neutralen Stellung befindet
und stattdessen aktiv ist, gibt das System 1 ein Motorstoppsignal
oder eine Warnmeldung aus, weil das Arbeitsgerät 101 in diesem Fall
nicht betrieben werden sollte. Ferner gibt das System 1 ein
Antriebssignal aus, um den Wert des Hydraulikfluids auf '0' zu stellen, und beendet den Vorgang.
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Wenn
der Wert des Neutralpositionsprüfbits 21 auf 'ein' ist, bedeutet das,
dass das System 1 bereits festgestellt hat, ob der Bedienhebel 50 in
der neutralen Stellung war. Es besteht folglich keine Notwendigkeit,
erneut festzustellen, ob sich der Bedienhebel 50 in der
neutralen Stellung befindet. Stattdessen entscheidet das System 1,
ob ein vom Bedienhebel 50 eingegebenes elektrisches Signal
abnormal infolge eines Leitungsschadens oder wegen Rauschens ist.
Wenn sich das Signal als normal erweist, berechnet das System 1 das
Hydraulikfluid gemäß dem Steuerungseingang
und gibt ein entsprechendes Antriebssignal aus. Wenn sich das Signal
jedoch als abnormal erweist, gibt das System 1 eine Warnmeldung
und ein Antriebssignal aus, um den Wert des Hydraulikfluids auf '0' zu stellen, und beendet den Vorgang.
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Wenn,
wie oben beschrieben, der Sicherheitshebel 8 gesperrt ist,
während
der Motor 2 läuft, schaltet
das System 1 das Neutralpositionsprüfbit 21 aus. Auch
wenn der Sicherheitshebel 8 gelöst ist, während der Motor 2 läuft, stellt
das System 1 zuerst den Wert des Neutralpositionsprüfbits 21 fest,
bevor es das Arbeitsgerät 101 antreibt.
Dies deshalb, weil die Sicherheit des Systems 1 gesichert
sein muss, wenn der Sicherheitshebel 8 gelöst ist.
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Für den Fall,
dass der Bedienhebel 50 sich in der neutralen Stellung
befindet, wenn der Sicherheitshebel 8 gelöst wird, ändert das
System 1 den Wert des Neutralpositionsprüfbits 21 auf 'ein'. Dies deshalb, weil
das System 1, wenn der Sicherheitshebel 8 seinen
Zustand von gesperrt auf gelöst ändert, nur
prüft,
ob der Bedienhebel 50 sich in der neutralen Stellung befindet
und dann ein Antriebssignal gemäß dem Steuerungseingang
des Bedienhebels 50 ausgibt, so dass das System 1 die
Stellung des Bedienhebels 50 nicht erneut prüfen muss,
sondern nur prüft,
ob das Signal vom Bedienhebel 50 normal ist.
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Wie
im zweiten Steuerungsfließdiagramm
in 2 dargestellt, stellt das Sicherheitssystem 1 für den Bedienhebel
fest, ob der Motor gestartet ist, ob sich der Bedienhebel in der
neutralen Position befindet und ob der Sicherheitshebel aktiv ist.
Dabei stellt das System 1 sicher, dass das Arbeitsgerät 101 nicht unerwartet
in Betrieb geht, und dies nicht nur, wenn der Motor 2 startet,
sondern auch, wenn der Motor 2 bereits läuft oder
wenn der Sicherheitshebel 8 bei aktivem Bedienhebel 50 gelöst wird.
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Daraus
folgt, dass das Sicherheitssystem für den Bedienhebel gemäß der vorliegenden
Erfindung vorteilhaft zur Erhöhung
der Sicherheit des Baufahrzeugs verwendet werden kann, indem geprüft wird, ob
sich der Bedienhebel in der neutralen Stellung befindet, wenn der
Sicherheitshebel vor und nach dem Start des Motors gelöst wird,
und indem entschieden wird, ob das Arbeitsgerät in Betrieb genommen werden
soll, so dass das Arbeitsgerät
nicht unerwartet oder plötzlich
in Betrieb geht.