EP4294989B1

EP4294989B1 - Arbeitsmaschine

Info

Publication number: EP4294989B1
Application number: EP22741295.4A
Authority: EP
Inventors: Manuel Bös; Johann Präauer
Original assignee: Liebherr Werk Bischofshofen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Bischofshofen GmbH
Priority date: 2021-07-14
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2026-05-20
Anticipated expiration: 2042-07-11
Also published as: DE102021118210A1; WO2023285380A1; EP4294989A1; EP4294989C0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, vorzugsweise eine Erdbewegungsmaschine, wie insbesondere Radlader, Bagger, Planierraupe, Muldenkipper etc. mit einem Fahrersitz für den Maschinenführer der Arbeitsmaschine.
Mobile Erdbewegungsmaschinen wie Radlader, Bagger, Planierraupen oder Muldenkipper werden künftig neben dem klassischen manuellen Betrieb - gesteuert durch einen Fahrer in der Kabine - auch fahrerlose Betriebsmodi haben. Dies können ein ferngesteuerter bzw. teleoperierter Betrieb, ein autonomer Betrieb oder auch Mischformen sein. Die Erfindung betrifft somit eine "Mulit-Use" - Arbeitsmaschine, die mehrere unterschiedliche Betriebsmodi hat, zwischen denen der Nutzer beliebig wechseln kann. Eine derartige Arbeitsmaschine wird in US 10 005 500 B2 gezeigt.
Bekannte Arbeitsmaschinen weisen einen Fahrersitz (im Folgenden auch einfach als "Sitz" bezeichnet) auf, der primär vertikal gefedert ist, um die Schwingungsbelastung auf den Maschinenführer zu reduzieren. Üblich ist eine niederfrequente Auslegung mit einer Eigenfrequenz bis unter 1 Hz und folglich eine sehr weiche Federung mit großen Federwegen. Die Fahrersitze bekannter Arbeitsmaschinen sind hierzu entweder mechanisch oder pneumatisch gefedert.
Problematisch ist es, dass die Fahrersitze bekannter Arbeitsmaschinen nicht dafür ausgelegt sind, ohne die Masse des Maschinenführers (im Folgenden auch einfach als "Fahrer" bezeichnet) betrieben zu werden. Befindet sich der Maschinenführer nicht auf dem Fahrersitz, während die Arbeitsmaschine in einem fahrerlosen Betriebsmodus arbeitet, treten große Schlackerbewegungen des Fahrersitzes auf, da die "Dämpfung" des Fahrersitzes durch den Fahrer fehlt, wobei diese Schlackerbewegungen eine deutlich reduzierte Lebensdauer des Fahrersitzes und seiner Anbauteile (Armlehnen, Bedienelemente) zur Folge haben können.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Lebensdauer des Fahrersitzes auch im fahrerlosen Betrieb der Arbeitsmaschine nicht beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei es sich bei dem ersten Betriebsmodus um einen Zustand handelt, bei dem der Maschinenführer die Arbeitsmaschine von dem Fahrersitz aus bedient, d.h. sich auf dem Fahrersitz befindet, und wobei es sich bei dem zweiten Betriebsmodus um einem Zustand handelt, bei der die Arbeitsmaschine ferngesteuert oder autonom betrieben wird, d.h. der Fahrer sich nicht auf dem Fahrersitz befindet, wobei Arretierungsmittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Fahrersitz zu arretieren, wenn sich die Arbeitsmaschine in dem zweiten Betriebsmodus befindet.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, Arretierungsmittel vorzusehen, die im fahrerlosen Zustand den Fahrersitz arretieren und somit die oben genannten Schlackerbewegungen einschränken oder ganz verhindern, wodurch Beeinträchtigungen von dessen Lebensdauer vermieden werden.
Prinzipiell könnte beim Wechsel vom manuellen Betriebsmodus in einen fahrerlosen Betriebsmodus der Maschinenführer das Arretierungsmittel händisch aktivieren.
Bevorzugt sind allerdings intelligente, automatisierte Ansätze zur Arretierung, welche durch Vernetzung erreichbar sind und unabhängig vom Fahrerverhalten arbeiten. Gleichwohl sind auch manuell zu betätigende Arretierungsmittel von der Erfindung umfasst.
Sämtliche der im Rahmen der Erfindung genannte Arretierungsmittel können manuell und/oder automatisiert betrieben werden.
Nach einer Ausführungsform sind die Arretierungsmittel somit ausgebildet, manuell betätigt zu werden, wobei die Arretierungsmittel vorzugsweise einen Gurt umfassen. Somit ist besteht eine Ausgestaltung der Erfindung darin, das externe, manuell durch den Menschen einzulegende Verriegelungen vorgesehen werden. Denkbare Ausführungen sind ein Gurt/Gummiband o.ä., um den Sitz in Richtung eines Endanschlags zu zwingen und die freie Bewegung einzuschränken. Alternativ oder zusätzlich ist die Nutzung des Sitzgurts selbst zum Verspannen des Fahrersitzes mit der Fahrerkabine vorgesehen oder zumindest die Verwendung des bereits existierenden Gurtschlosses für das Einklinken eines externen Spannsystems.
In einer Ausführungsform können Signalisierungsmittel vorgesehen sein, die ausgebildet sind, den Maschinenführer über ein akustisches und/oder optisches Signal beim Wechsel von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus an seine Aufgabe zu erinnern, die Verriegelung/Verspannung einzulegen bzw. vorzunehmen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass Bestätigungsmittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, den Maschinenführer aufzufordern, die Erfüllung der Aufgabe der Arretierung zu bestätigen, wie z.B. durch Tastendruck, Bildschirmeingabe etc. Erfolgt diese Bestätigung nicht, ist es denkbar, dass ein Alarmsignal aktiviert wird, das erst dann deaktiviert wird, wenn die Bestätigung durch den Maschinenführer erfolgt ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Arretierungsmittel ausgebildet sind, durch eine Sitzsteuerung betätigt zu werden. In diesem Falle erfolgt die Aktivierung der Arretierungsmittel somit nicht händisch, sondern automatisiert.
Die genannte Sitzsteuerung kann Bestandteil der Fahrzeugsteuerung sein oder auch als dazu separate Einheit ausgebildet sein. Im zweiten Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Sitzsteuerung ihrer Signale von der Fahrzeugsteuerung erhält.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Arretierungsmittel durch ein oder mehrere Elemente der Sitzfederungsmechanik und/oder durch ein oder mehrere andere Elemente gebildet werden.
Insbesondere luftgefederte Sitze besitzen bereits heute schon eine relativ umfangreiche Technik wie einen Kompressor, elektronisch ansteuerbare Ventile, eine Höhenmesseinrichtung, einen hydraulischen Dämpfer und eine elektronische Steuerung, d.h. die Sitzsteuerung. Dies wird heute primär zur automatischen Gewichtseinstellung verwendet, mit der sich das Sitz auf verschieden schwere Fahrer einstellen und optimale Federungseigenschaften gewährleistet. Zur weiteren Optimierung des Fahrerkomforts sind teilweise zusätzliche Systeme verbaut, welche es erlauben die Feder- und/oder Dämpfereigenschaften an die Fahrsituation anzupassen. So können Dämpferkennlinien verstellt oder Luftvolumina der Luftfeder verändert werden.
Vorzugsweise werden eine oder mehrere dieser bekannten Komponenten, die bereits an bekannten Fahrersitzen vorhanden sind, zur Arretierung des Fahrersitzes verwendet. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass auf zusätzliche Arretierungsmittel verzichtet werden kann.
Beispielsweise kann durch die (bisher noch nicht übliche) Vernetzung bzw. elektronische Verbindung des Sitzes mit der Maschinensteuerung (die wiederum über den aktuellen Betriebsmodus informiert ist) und diverse Logiken das gewünschte Verhalten, d.h. die Arretierung erzeugt werden.
Bevorzugt ist es, wenn die Arretierungsmittel durch einen oder mehrere Endanschläge des Fahrersitzes gebildet werden. Bekannte Fahrersitze weisen einen oberen und einen unteren Endanschlag auf. Wird der Sitz (manuell oder automatisiert) in eine dieser Endstellungen gefahren, erfolgt eine Stabilisierung des Sitzes, weil eine Bewegung über den Endanschlag hinaus nicht möglich ist.
Sobald ein fahrerloser Betriebsmodus, d.h. der erfindungsgemäß zweite Betriebsmodus vorliegt, kann bei dieser Ausgestaltung der Fahrersitz angewiesen werden die Luftfeder komplett zu entleeren (Sitz liegt durch sein Eigengewicht am unteren Endanschlag an) oder aber die Feder auf einen hohen bzw. den maximalen Druck vorzuspannen (Sitzt liegt am oberen Endanschlag an). Durch das Anliegen am Endanschlag wird eine Abstützwirkung erzeugt, die bei der Fahrt ohne Fahrer der Lebensdauer des Fahrersitzes zuträglich ist.
Auch ist es denkbar, dass die Arretierungsmittel einen verstellbaren Dämpfer umfassen, wobei es sich bei dem Dämpfer vorzugsweise um den Dämpfer handelt, der ohnehin in der Fahrersitzfederungsmechanik enthalten ist.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Fahrersitz angewiesen werden, seinen (wenn vorhanden) einstellbaren Dämpfer für den Zweck der Verriegelung zu verwenden. Die automatisch einstellbaren Dämpfer haben entweder verstellbare Dämpfungsdüsen (einstellbarer Strömungswiderstand zwischen zwei Dämpferkammern) oder sind mit magneto- oder elektrorheologischen Fluiden gefüllt, welche sich über entsprechende Felder elektronisch beeinflussen lassen. In jedem Fall kann bei dieser Ausgestaltung die Dämpfung maximiert oder gar blockiert werden, um den gewünschten Stabilisierungseffekt zu erreichen.
Grundsätzlich ist es dankbar, dass die Arretierungsmittel ausgebildet sind, die Bewegung des Sitzes reib- und/oder formschlüssig zu verhindern oder einzuschränken.
Denkbar ist beispielsweise die Ausführung der Arbeitsmittel als Bremse, als Verbolzung, oder als Ventil, das ausgebildet ist, den Fluidfluss zwischen zwei Kammern eines Kolbenraums zu drosseln oder zu verhindern.
Sobald ein fahrerloser Betriebsmodus vorliegt, d.h. sich die Arbeitsmaschine im zweiten Betriebsmodus befindet, kann bei dieser Ausgestaltung der Fahrersitz angewiesen werden eine separate Verriegelung einzulegen. Diese Variante eignet sich insbesondere auch für (mechanisch gefederte) Sitze, die über keine eigene Steuerung verfügen und bei der die zusätzliche Verriegelung ggf. auch direkt durch die Maschinensteuerung angesteuert werden kann.
Denkbar ist das mechanische Blockieren der Sitzschwinge durch eine Reibbremse, das formschlüssige Verbolzen, das Stoppen eines Fluidtransfers zwischen zwei Kammern in einem Kolben durch Schließen eines Ventils etc. Die Verriegelung muss hierfür nicht zwingend in der Sitzfederungsmechanik integriert sein, auch außenliegende Systeme sind denkbar (z.B. die Befestigung am Armlehnenmontagepunkt oder anderen äußeren Strukturbauteilen).
Um eine Sitzbeschädigung zuverlässig zu verhindern, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Arretierungsmittel selbsttätig zu aktivieren, wenn sich die Arbeitsmaschine in dem zweiten Betriebsmodus befindet.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit des Weiteren derart ausgebildet, die Arretierungsmittel selbsttätig zu deaktivieren, wenn sich die Arbeitsmaschine in dem ersten Betriebsmodus befindet, sodass der auf dem Sitz befindliche Maschinenführer den gewohnten Dämpfungs- und Federungskomfort erhält.
Vorzugsweise weist beim Wechsel vom manuellen Betriebsmodus, d.h. vom ersten Betriebsmodus, in einen der fahrerlosen Betriebsmodi, d.h. in den zweiten Betriebsmodus, die Maschinensteuerung die Sitzsteuerung an, eine oder kombiniert mehrere der beschriebenen Stabilisierungs-Ausprägungen bzw. Arretierungsmittel zu aktivieren.
Beispielsweise wird der Sitz abgelassen oder aufgepumpt und/oder der Sitzdämpfer auf eine möglichst harte Dämpfung oder sogar Blockage eingestellt und/oder eine oder mehrere externe Verriegelungen eingelegt. Insbesondere im letzten Fall ist dies auch denkbar mit einer direkten Kommunikation zwischen Fahrzeugsteuerung und Verriegelungssystem, ohne eine Sitzsteuerung zu erfordern.
Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass beim Wechsel zurück in den manuellen Betriebsmodus umgekehrt die Verriegelung gelöst wird bzw. der Sitz wieder auf eine typische Arbeitshöhe oder ein vorher abgespeichertes Fahrergewicht voreingestellt wird.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "ein" und "eine" nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:

Figur 1:: eine schematische Ansicht eines Fahrersitzes mit Endanschlägen als Arretierungsmittel,
Figur 2:: eine schematische Ansicht eines Fahrersitzes mit einstellbarem Dämpfer als Arretierungsmittel,
Figur 3:: eine schematische Ansicht eines Fahrersitzes mit separaten Arretierungsmitteln und
Figur 4:: eine schematische Ansicht eines Fahrersitzes mit manuell einzulegenden, ggf. externen Arretierungsmitteln,

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen.
Das Bezugszeichen 10 zeigt die Fahrzeugsteuerung, d.h. die Steuerung der Arbeitsmaschine. Diese steht in Verbindung mit der Sitzsteuerung 20, die ihrerseits eine oder mehrere Komponenten des Fahrersitzes 30 ansteuert. Die auf unterschiedliche Arten erfolgende Verriegelung, d.h. Arretierung ist symbolisch mit dem Bezugszeichen V gekennzeichnet.
In Figur 1 zeigt das Bezugszeichen 32 die Luftfeder und das Bezugszeichen 34 dem Dämpfer des Sitzes 30. Mit 36 sind Ventile und mit 38 ein Kompressor gezeichnet, die zur Ansteuerung, d.h. Befüllung und Entleerung der Luftfeder dienen.
Die Ventile 36 und der Kompressor 38 werden durch die Sitzsteuerung 20 angesteuert.
Sobald ein fahrerloser, d.h. zweiter Betriebsmodus, also beispielsweise ein autonomer oder ferngesteuerter Betriebsmodus vorliegt, kann bei dieser Ausgestaltung der Fahrersitz 30 von der Sitzsteuerung 20 angewiesen werden, mittels des oder der Ventile 36 die Luftfeder 32 komplett zu entleeren, wodurch der Sitz durch sein Eigengewicht am unteren Endanschlag anliegt, oder aber die Luftfeder 32 mittels des Kompressors 38 und geöffneten Ventilen 36 auf einen hohen bzw. den maximalen Druck vorzuspannen, wodurch der Sitz 30 am oberen Endanschlag anliegt.
Figur 2 betrifft eine Ausführungsform, bei der die Arretierung über den oder die verstellbaren Dämpfer 34 des Fahrersitzes 20 erfolgt.
Sobald ein fahrerloser, d.h. zweiter Betriebsmodus, also beispielsweise ein autonomer oder ferngesteuerter Betriebsmodus vorliegt, kann bei dieser Ausgestaltung der Fahrersitz 30 angewiesen werden seinen einstellbaren Dämpfer 34 für den Zweck der Verriegelung zu verwenden. Wie aus Figur 2 ersichtlich, steuert die Sitzsteuerung 20 den Dämpfer 34 an.
Bekannte, automatisch einstellbare Dämpfer 34 haben entweder verstellbare Dämpfungsdüsen, die einen einstellbaren Strömungswiderstand zwischen zwei Kammern des Dämpfers bewirken oder sind mit magneto- oder elektrorheologischen Fluiden gefüllt, welche sich über entsprechende Felder elektronisch beeinflussen lassen. In jedem Fall kann bei dieser Ausgestaltung die Dämpfung maximiert oder gar blockiert werden, um den gewünschten Stabilisierungseffekt des Sitzes 30 zu erreichen.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der - sobald ein fahrerloser, d.h. zweiter Betriebsmodus, also beispielsweise ein autonomer oder ferngesteuerter Betriebsmodus vorliegt - der Fahrersitz 30 über die Sitzsteuerung 20 angewiesen werden eine separate Verriegelung V einzulegen. Unter "separat" ist zu verstehen, dass diese Verriegelung nicht Bestandteil eines bekannten Sitzes, sondern ein zusätzliches Element ist. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere auch für (mechanisch gefederte) Sitze, die über keine eigene Steuerung verfügen und bei der die zusätzliche Verriegelung ggf. auch direkt durch die Maschinensteuerung angesteuert werden kann, wie dies aus Figur 3 hervorgeht.
Derartige separate Arretierungen sind beispielsweise das mechanische Blockieren der Sitzschwinge durch eine Reibbremse, das formschlüssiges Verbolzen, das Stoppen eines Fluidtransfers zwischen zwei Kammern in einem Kolben durch Schließen eines Ventils etc. Die Verriegelung muss hierfür nicht zwingend in der Sitzfederungsmechanik integriert sein, auch außenliegende Systeme sind denkbar. So kommt beispielsweise eine Befestigung am Armlehnenmontagepunkt oder anderen äußeren Strukturbauteilen in Betracht.
Figur 4 zeigt eine Ausgestaltung, die insbesondere dann in Betracht kommt, wenn aus wirtschaftlichen Gründen von vernetzten Lösungen abgesehen wird, d.h. von Lösungen, bei denen der Sitz durch eine Sitzsteuerung und/oder Fahrzeugsteuerung angesteuert wird. Somit ist gemäß Figur 4 keine Anbindung des Sitzes 30 an der Fahrzeugsteuerung 10 vorhanden. Eine Sitzsteuerung 20 ist ebenfalls nicht vorhanden. Das Bezugszeichen B kennzeichnet den Benutzer.
Figur 4 betrifft externe, manuell durch den Menschen einzulegende Arretierungen, d.h. Verriegelungen V. Denkbare Ausführungen sind die Verwendung eines Gurtes und/oder Gummibandes oder dergleichen, um den Sitz 30 in Richtung eines Endanschlags zu zwingen und die freie Bewegung des Sitzes 30 einzuschränken. Besonders einfach ist die Nutzung des Sitzgurts selbst zum Verspannen des Sitzes 30 mit der Fahrerkabine oder zumindest des existierenden Gurtschlosses für das Einklinken eines externen Spannsystems.

Claims

Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader, mit einem Fahrersitz für den Führer der Arbeitsmaschine, wobei
die Arbeitsmaschine in einem ersten Betriebszustand und in einem zweiten Betriebszustand betreibbar ist,

es sich bei dem ersten Betriebszustand um einen Zustand handelt, bei dem der Bediener die Arbeitsmaschine von dem Fahrersitz aus bedient, und

es sich bei dem zweiten Betriebszustand um einen Zustand handelt, bei der die Arbeitsmaschine ferngesteuert oder autonom betrieben wird,

der Fahrersitz mechanisch oder pneumatisch gefedert ist, um eine primär vertikale Federung des Fahrersatzes zu erreichen, und

Arretierungsmittel vorhanden sind, die ausgebildet sind, dann, wenn sich die Arbeitsmaschine in dem zweiten Betriebszustand befindet, den Fahrersitz derart zu arretieren, um eine sich durch die mechanische oder pneumatische Dämpfung ergebende Bewegung des Fahrersitzes einzuschränken, die sich ergibt, wenn der Fahrer sich bei einer Nutzung der Arbeitsmaschine in dem zweiten Betriebsmodus nicht auf dem Fahrersitz befindet.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel ausgebildet sind, manuell betätigt zu werden, wobei die Arretierungsmittel vorzugsweise einen Gurt umfassen.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel ausgebildet sind, durch eine Sitzsteuerung betätigt zu werden.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel durch ein oder mehrere Elemente der Sitzfederungsmechanik gebildet werden.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel durch einen oder mehrere Endanschläge des Fahrersitzes gebildet werden.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel einen verstellbaren Dämpfer umfassen, wobei es sich bei dem Dämpfer vorzugsweise um den Dämpfer der Fahrersitzfederungsmechanik handelt.
Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel ausgebildet sind, die Bewegung des Sitzes reib- und/oder formschlüssig zu verhindern oder einzuschränken.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel eine Bremse, eine Verbolzung, oder um ein Ventil handelt, das ausgebildet ist, den Fluidfluss zwischen zwei Kammern eines Kolbenraums zu drosseln oder zu verhindern.
Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Arretierungsmittel selbsttätig zu aktivieren, wenn sich die Arbeitsmaschine in dem zweiten Betriebsmodus befindet.
Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Arretierungsmittel selbsttätig zu deaktivieren, wenn sich die Arbeitsmaschine in dem ersten Betriebsmodus befindet.