WO2019129376A1 - Verfahren zur bestimmung einer von einer baumaschine auf- oder abgetragenen schichtdicke und baumaschine - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer von einer baumaschine auf- oder abgetragenen schichtdicke und baumaschine Download PDF

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distance sensor
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PCT/EP2018/000571
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Thomas Zahr
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Bomag Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a layer thickness applied or removed by a construction machine, in particular by a paver or by a road milling machine, during a processing of a soil. Moreover, the invention relates to a construction machine, in particular a paver or a road milling machine, for carrying out the method.
  • Generic construction machines are, for example, road pavers and road milling. ' These are used in the construction of streets and squares and, for example, runways. These are self-propelled construction machines that typically have a machine frame, a driver and a chassis. The chassis can handle both wheels and crawler tracks. Furthermore, the generic construction machines to a drive motor, the usual way is a diesel engine. This drives not only the chassis, but also the other working units of the construction machine.
  • Pavers typically run on a prepared, in particular flat, ground and build a base course of a road.
  • For installation material is transported from a arranged on the front end of the paver finisher material bunker through the paver through to the rear.
  • the paving material is distributed across the entire pave width across the working direction of the paver.
  • a likewise arranged at the rear of the paver screed then pulls the distributed property from smooth and also performs a pre-compression of Mate rials.
  • the thickness of the built-in layer is an essential parameter for the economic efficiency of road construction.
  • the nominal thickness of the road to be built is contractually defined precisely, so that if the desired thickness is undershot, a contractual penalty may be due.
  • the desired thickness is exceeded, too much paving material is used consumed, which increases the cost of the road and therefore also uneconomical. It is therefore the goal to comply with the desired thickness of the built road as accurately as possible and documented.
  • Road milling usually cold milling, are used to remove old or damaged road Shen.
  • the central working device of a road milling machine is a hollow cylindrical milling drum, which is equipped on its outer circumferential surface with a variety of chisel tools.
  • the milling drum is rotated about an axis of rotation within a milling drum and engages with its chisel tools in the soil material to be abraded, whereby it is removed and crumpled.
  • the dissolved milled material is over a conveyor, such as a conveyor belt, overloaded on a transport vehicle and transported away from this. Even in road milling, the thickness of the removed layer is of crucial importance for the efficiency of the milling process.
  • a desired milling depth is predetermined here as well, which must at least be achieved.
  • the removal of road surfaces is associated with high wear on the chisel tools, which is why an unnecessary removal of too much road material leads to egg nem increased wear of the chisel tools and therefore kos th due to the increased spare part economies of milling process lowers.
  • the object is achieved with a method and a construction machine according to the independent claims. Preferred developments are given in the dependent claims. Specifically, the solution succeeds with a method for determining a ne of a Baumaschi, in particular of a paver or a road milling machine, during a processing of a soil up or ablated layer thickness with the steps: measuring the distance between a rule on the construction machine mounted distance sensor and a lying behind the Bauma machined area of the ground by the distance sensor and determining the layer thickness of the distance and a known mounting height and the also known measuring angle of the distance sensor between a vertical and a measuring direction of the distance sensors.
  • the core idea of the invention therefore lies in determining the layer thickness applied or removed over the distance of a distance sensor fixedly arranged on the construction machine from a machined area of the floor obliquely behind the construction machine.
  • distance sensors all Liche contactless distance sensors can be used, such as laser distance sensors or radar sensors.
  • the distance sensor is mounted on the construction machine such that its vertical distance from the unprocessed ground remains substantially constant.
  • the distance sensor is mounted on the construction machine, preferably on a vertically as far as possible from the ground point of the construction machine.
  • the distance sensor is arranged on or on the roof of a driving estate of the construction machine.
  • Another core idea of the invention is now that the measurement of the distance of the distance sensor to a machined region of the soil, which is thus increased or reduced by the application or removal of a layer relative to the unprocessed soil, does not take place perpendicular to the processed soil got to. Rather, the distance to a lying obliquely behind the construction machine point of the machined th area of the soil is measured by the distance sensor. Diagonally behind the construction machine means in the present case that the point whose distance is determined to the distance sensor, seen in a working direction of the construction machine behind the construction machine, where this leaves machined surface. The measuring Rich tion of the distance sensor is therefore angled in comparison to the vertical, that is arranged obliquely.
  • the oblique measuring direction of the distance sensor makes it possible to arrange the distance sensor directly to the construction machine and at the same time judge him trainees on the machined portion of the soil without block arranged at the rear of the construction machine components block the distance sensor.
  • the mounting height of the distance sensor relates in particular to the vertical Ab stand of the distance sensor to the ground, in particular to a raw area of the soil. This distance is typically given by the mounting position of the distance sensor on the Bauma machine and is therefore known from the outset. In particular, this distance can be assumed to be constant during operation of the construction machine. This also applies to the measuring angle of the distance sensor.
  • the measuring angle describes the angle between the measuring direction of the distance sensor and the vertical.
  • the measuring direction essentially describes the connection line from the distance sensor to the measuring point, ie that point on the machined area of the floor whose distance to the distance sensor is determined.
  • the vertical is the surface normal of the soil.
  • the measuring angle is also predetermined by the mounting of the distance sensor on the construction machine and can be regarded as constant, for example, during operation of the construction machine.
  • the mounting height, the measuring angle and the distance measured by the distance sensor according to the invention are all sizes that are necessary for determining the layer thickness. It is therefore only these sizes used to determine the layer thickness, whereby the invention is particularly simple and therefore inexpensive to implement.
  • the up or ablated layer thickness alone from a single distance measurement together with already known sizes.
  • a single measurement specifically that of the distance from the distance sensor to a point on the machined area of the floor behind the construction machine.
  • the determination of the layer thickness at a point of the processed region is preferably carried out exclusively with the measured value of the distance of the distance sensor.
  • the remaining steps for determining the layer thickness are then performed purely by calculation, for example by a control unit, to which the measured value of the distance sensor is fed. Overall, the process is particularly simple and robust.
  • the inventive method already provides sufficiently accurate values for the layer thickness when the distance of the distance sensor to the ground from the constructive installation height of the distance sensor known and assumed to be constant during operation of the construction machine.
  • the mounting height is subject to small fluctuations in operation.
  • the construction machines are sometimes exposed to very strong vibrations, which are partially damped by a suspension. Nevertheless, it happens that the mounted on the construction machine distance sensor oscillates up and down relative to the ground. Due to this movement, the mounting height of the distance sensor changes in relation to the ground during operation of the construction machine constantly.
  • measuring the mounting height between the distance sensor and an unprocessed area of the floor is performed with the distance sensor or another distance sensor, wherein compensating for variations in the Mounting height, in particular during operation of the construction machine is performed.
  • the distance sensor is thus designed, in addition to the distance to the obliquely behind the construction machine machined area of the ground also the distance to the unprocessed soil, in particular parallel to the vertical, too determine, or it is provided an additional distance sensor, which determines the distance to unprocessed soil tete, in particular parallel to the vertical.
  • the distance in the vertical direction to the ground refers to the distance of those from Abstandsssensors, which also measures the distance to the obliquely behind the construction machine machined area of the soil. This can either be determined directly, or determined, for example, from a measurement of the distance to the bottom of a further distance sensor and its structural dis dance to the first distance sensor.
  • a measured value for the vertical distance of the distance sensor to the untreated ground is likewise available for each individual measured value of the distance to the ground machined obliquely behind the construction machine, so that fluctuations in this distance have no influence on the calculated layer thickness. In this way, therefore, a particularly accurate determination of the layer thickness can be made even with strong vibrations of the distance sensor relative to the ground.
  • the mounting height of the distance sensor is constantly monitored during operation of the construction machine as described above, it is preferable that the determination of the layer thickness at a point of the machined area exclusively with the measured value of the distance of the distance sensor and the measured value of the mounting height of the distance sensor or of the further distance sensor.
  • the measurement angle of the distance sensor is also used, which, however, is known and is assumed to be constant.
  • the layer thickness can therefore be determined on the basis of only two (distance) measurements per measuring point. This embodiment of the invention thus combines both the highest accuracy by the compensation of the variations in the mounting height with a simple and cost-effective design.
  • the determination of the layer thickness according to the invention becomes more accurate the closer to the construction machine the distance sensor measures the distance to the machined area of the ground behind the construction machine. This is especially true for that embodiment in which the mounting height of the distance sensor is determined by a measurement, since then the distance between the point at which the vertical distance was determined to the bottom of the distance sensor, and the measuring point of the distance sensor on the machined portion of the soil is the smallest behind the construction machine.
  • the measurement of the distance is performed such that a measuring point of the distance sensor on the obliquely behind the construction machine lying the machined area of the soil as close as possible to the construction machine, preferably in a distance of a maximum of 2.5 m or a maximum of 2.0 m or a maximum of 1, 5 m or a maximum of 1, 0 m behind the Construction machine, lies.
  • the measuring point of the distance sensor describes the point whose distance from the distance sensor is determined by the distance sensor.
  • the measuring point of the distance sensor therefore lies on the machined area of the ground behind the construction machine.
  • the distance of the measuring point to the construction machine is measured from the furthest point in the working direction or component of the construction machine.
  • the measuring of the distance is performed such that the measuring angle of the distance sensor between the Vertika len and the measuring direction of the distance sensor as small as possible, preferably less than 50 ° or less than 45 ° or less than 40 ° or smaller than 35 ° or less than 30 ° but greater than zero.
  • the measuring angle is always greater than zero, since the distance to the machined area of the floor is determined obliquely behind the construction machine. Both in that the measuring point is brought as close as possible to the rear of the construction machine, as well as the fact that the measuring angle of the distance sensor Ab is selected as small as possible, so the accuracy of the layer thickness determination is improved.
  • the method according to the invention provides the layer thickness of a built-in or removed layer in a vertical plane that runs parallel to the working direction of the construction machine. As long as the layer thickness across the entire working width across the working direction is substantially constant, such a determination is completely sufficient. However, this is not always the case, for example when using a paver, a roof profile is installed, in which the Schichtdi bridge in the middle is higher than in the transverse to the direction of outer edges. In order to obtain sufficient information about the layer thickness, also transversely to the working direction, even in such cases, it is preferred that the measuring of the distance and the determination of the layer thickness are spaced apart from one another simultaneously with the measured values of at least two transversely to the working direction of the machine Distance sensors is performed.
  • any number of distance sensors are arranged transversely to the working direction of the construction machine spaced from each other, for example, two, three, four or five such distance sensors, on each of the layer thickness in the speaking level. In this way, a layer thickness profile of the entire processed area of the soil can be determined.
  • a supplemental or alternative embodiment for determining a film thickness profile of the machined area of the ground provides for rotating the distance sensor about a vertical axis during measurement, wherein determining the film thickness in an area of the machined area behind the construction machine from the measured values of the distance sensor is carried out.
  • the measuring point of the distance sensor is meander-shaped or moved in serpentine lines over the machined region of the soil and in each case determines the distance to the distance sensor.
  • the movement of the distance sensor is preferably carried out such that the measurement angle remains constant. In the event that the measuring angle changes due to the movement of the distance sensor, the measuring angle is also determined, for example from the current angle of rotation of the distance sensor.
  • the layer thickness of the entire surface is covered by only one distance sensor by rotating the distance sensor about the vertical axis, or, for example, as described above, a plurality of distance sensors used, each rotatable about a vertical axis are respectively rotated and each cover a portion of the machined surface or the working width of the construction machine.
  • both fixed distance sensors and rotating distance sensors are used in combination.
  • the solution of the aforementioned object of the invention also succeeds by a construction machine, in particular by a paver or by a road milling machine, which is designed for carrying out the method described above.
  • the construction machine therefore has in particular all components necessary for carrying out the method, such as at least one distance sensor and a control unit. To avoid repetition, reference is made to the above statements. All features, advantages and effects of the method according to the invention also apply in a figurative sense to the construction machine according to the invention.
  • Figure 1 a side view of a road paver
  • FIG. 2 is a side view of a road milling machine
  • Figure 3 the position of the distance sensor relative to the ground when installing a base course by a paver
  • FIG. 4 shows the position of the distance sensor relative to the ground during the removal of a layer by a road milling machine
  • FIG. 5 shows a sketch of the relationships according to FIG. 3 to clarify the calculation of the
  • FIG. 6 shows a sketch of the relationships according to FIG. 4 for clarifying the calculation of the
  • Figure 7 is a plan view of a construction machine according to an embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a plan view of a construction machine according to another embodiment of the inven tion.
  • FIG. 9 a flow chart of the method.
  • FIG. 1 shows a construction machine 1, here a paver.
  • FIG. 2 shows a road milling machine as a construction machine 1.
  • the respective construction machines 1 have a machine frame 3, a driver's stand 2 and a chassis 6.
  • the chassis 6 is shown with crawler tracks, the chassis 6 may also include wheels.
  • the construction machines 1 include a drive motor 4, which is typically designed as a diesel engine. In working mode, the construction machines 1 move in the working direction A, which was selected purely as an example as the forward direction of travel of the construction machine 1, over the ground 8 and process it.
  • the paver shown in Figure 1 on a material bunker 11 is mounted in the built-in.
  • the road milling cutter according to FIG. 2 has a milling drum 9 extending transversely to the working direction A, which is equipped with chisel tools and which rotates about the axis of rotation 10 during operation.
  • the milling drum 9 is mounted within a milling drum box 7 ns and is rotated in working mode into engagement with the bottom 8, so that it is milled.
  • the detached milled material is overridden by a conveyor 5, for example, a conveyor belt, on a non-illustrated transport vehicle and transported away from this. Behind the road milling machine, this leaves behind a milling track exposed by the milling drum 9, so that in this machined area of the floor 8 the floor is lower or lower than in the unprocessed area.
  • a conveyor 5 for example, a conveyor belt
  • the construction machines 1 each have at least one distance sensor 1 3. This is arranged in the case of the paver according to FIG. 1, for example, on the rear end of the roof of the driver's station 2 in the working direction A.
  • the distance sensor 1 3 is arranged at the rear of the road milling machine.
  • the measuring direction 14 of the distance sensor 1 3 is indicated by an arrow. Overall, the measuring direction 14 of the distance sensor 1 3 extends obliquely to a vertical and counter to the working direction A down to the bottom 8. In particular, the measuring direction 14 of the distance sensor 1 3 is directed to the machined region of the bottom 8 behind the construction machine 1.
  • the measurement of the layer thickness therefore takes place, for example, in the lane of the construction machine 1 or likewise, for example, in the milling track of the road milling machine.
  • the respective distances of the distance sensors 1 3 to the machined region of the bottom 8 who either measured at predetermined intervals or continuously.
  • the measured values of the distance sensor 1 3 are transmitted to a control unit 15.
  • the control unit 1 5 is integrated, for example, in the on-board computer of the construction machine 1 and adapted to calculate the layer thickness of the up or worn from the construction machine 1 layer of the values described above.
  • the control unit 15 can be equipped, for example, with a memory unit in order to store the measured values and the results of the calculation of the layer thickness, so that they can later be read out and evaluated.
  • the control unit 15 may likewise be connected to a display device in order to display the calculated layer thickness or also the measured values of the distance sensor 1 3 for the operator of the construction machine 1.
  • the arrangement of the distance sensor 1 3 is merely exemplary in the figures 1 and 2.
  • other positions for the distance sensor 1 3 on the paver and / or on the road milling machine can also be selected.
  • Figure 2 such an alternative position for the distance sensor 1 3, for example, by the dashed box in the working direction A behind the milling rollers 7 indicated.
  • the distance sensor 1 3 could be edited on the Area of the bottom 8, that is to say directed to the milling track. Although this would not be behind the construction machine 1, but behind the Fräswalzenkasten 7. In such an embodiment, the distances therefore relate to the milling drums boxes 7.
  • two more optional positions for additional distance sensors 1 3 are indicated , which are each designed to determine the distance to the unprocessed floor 8, in this case in front of the Fräswalzenkasten 7. From this distance, the mounting height of the distance can be determined sensor 1 3, which determines the distance to the machined area of the bottom 8.
  • the road milling cutter according to FIG. 2 is a special case insofar as, for example, that the milling depth is also set by the lifting columns of the chassis 6. With a change in the height of these lifting columns, however, the mounting height of the distance sensor 1 3 is also changed. The respective SET ment of the lifting height of the lifting columns must therefore be included in the determination of the mounting height of the distance sensors 1 3.
  • a position sensor 23 is additionally arranged on the road milling machine which measures the horizontal position of the machine frame 3. The corresponding measurements of the position sensor 23 are also transmitted to the control unit 1 5 and taken into account by this in the calculation of the layer thickness.
  • a corresponding position sensor 23 may also be provided on the paver according to FIG.
  • Figures 3 and 4 illustrate the position of the distance sensor 1 3 relative to the Bo 8, wherein Figure 3 refers to the situation in the road paver of Figure 1 and Figure 4 on the situation in the road milling machine of Figure 2.
  • the floor 8 is now shown explicitly with an unprocessed area 16 and a machined area 17.
  • the unprocessed area 16 is deeper than the machined area 17 in which the bearing layer of the road has been applied to the floor 8.
  • the unworked area 16 is higher than the machined area 17 from which a layer of a damaged or old road surface has been removed.
  • the height difference between the unworked area 1 6 and the machined area 1 7 corresponds to the layer thickness d determined by the invention.
  • the vertical distance between the distance sensor 1 3 and the unprocessed area 1 6 of the bottom 8 is referred to as the mounting height h of the distance sensor 1 3.
  • the angle between a vertical line or the direction of the mounting height h and the measuring direction 14 of the distance sensor 1 3 is the measuring angle a of the distance sensor 1 3.
  • the distance a between the Distance sensor 1 3 and the machined portion 1 7 of the bottom 8 at the measuring angle a corresponds to the length of the arrow indicating the measuring direction 14.
  • the mounting height h is either known directly from the structural conditions of the construction machine 1 or is determined by a distance measurement solution by a distance sensor 1 3 of the control unit 1 5, wherein the distance sensor 1 3 either the same distance sensor 1 3, which also determines the distance a , or is a separate distance sensor 13.
  • the measuring angle a is known in principle, either from the assembly of the distance sensor 1 3 or from its rotational angle, as will be explained in more detail below.
  • the measuring point P is the point at which the distance a of the machined region 1 7 of the bottom 8 from the distance sensor 1 3 is determined. The measuring point P is therefore exactly at the distance from a distance from the distance sensor 1 3 spaced.
  • the layer thickness d is thus equal to the amount of the difference between the mounting height h and the product a ⁇ cos (a). For calculation, therefore, only the mounting height h, the distance a between the distance sensor 1 3 and the measuring point P on the machined region 1 7 of the bottom 8 and the measuring angle a is necessary. The corresponding calculation is carried out by the control unit 15, which either knows or transmits all the values.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the invention with a plurality of distance sensors 1 3, the measured values of each of which are used to determine the layer thickness d at a different point transversely to the working direction.
  • tion A can be used distributed over the working width of the construction machine 1.
  • the measuring directions 14 of the distance sensors 13 are each aligned parallel and counter to the working direction A obliquely downward. In this way, the layer thickness d is simultaneously determined at several measuring points P be, one measuring point P per distance sensor 1 3.
  • the plurality of distance sensors 1 3 are preferably mounted at the same distance from the ground 8 on the construction machine 1, so that the distance sensors 1 third can use the same value for the mounting height h.
  • each individual distance sensor 1 3 can also be determined separately, for example by the distance sensors 1 3 itself or by separate, further distance sensors 1 3 as already described above.
  • the distance sensors 1 3 lying transversely to the working direction A could also angle their measuring directions 14 with respect to the measuring direction 14 of the central distance sensor 1 3, so that the measuring points P of these distance sensors 1 3, for example, further from the center of Lane are arranged offset transversely to the working direction A to the outside. In this way, the layer thickness d can be determined over a larger working width.
  • measuring points P can also be differences in the layer thickness d transverse to the direction A determine which, for example, in the installation of a roof profile a road paver arise.
  • Figure 8 shows a further embodiment of the present invention, in which the distance sensor 1 3 is designed to be rotatable about a vertical axis V.
  • the distance sensor 1 3 is designed to be rotatable about a vertical axis V.
  • the maximum rotation angle ß between the measuring direction 14 of the distance sensor 1 3 and a vertical plane which is aligned parallel to the working direction A is selected so that the entire working width of the construction machine 1 can be covered by a single distance sensor 1 3.
  • a layer thickness d varying transversely to the working direction A can also be determined over the entire working width of the construction machine 1. From the measured values of the distance sensor 13, the control unit 1 5 can determine or extrapolate the layer thickness d in the entire processed area 1 7 of the floor 8.
  • FIG. 9 is a flowchart of the method 1 8 for determining one of a Bauma machine 1 during a processing of a bottom 8 up or removed layer thickness d shown.
  • the method 18 begins with the step 19, in which the distance a between a distance sensor 1 3 and a measuring point P on the machined by the construction machine 1 range 1 7 of Soil 8 is determined, the measuring point P is located obliquely behind the construction machine 1.
  • the measured distance a is then transmitted to the control unit 15, which determines the layer thickness d at the measuring point P in step 20 from the distance a, the mounting height h and the measuring angle a, as described above.
  • the layer thickness d is preferably measured continuously, which is why the United drive 18 starts again with the step 19 from the beginning. 9 and optionally shown in FIG.
  • the actual mounting height h of the distance sensor 1 3 is measured, for example, in a step 21. As described above, this can be done by the distance sensor 1 3 itself or by a further distance sensor 1 3.
  • the mounting height h measured at this measuring point P is then used for the calculation of the layer thickness d at each measuring point P. In this way, a particularly accurate calculation of the layer thickness d can be carried out even in case of operation-dependent changing mounting height h. All in all, the determination of the layer thickness d is therefore simplified by the invention as well as their accuracy increased. This increases the economic efficiency of the operation of the Bauma machines 1.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (18) zur Bestimmung einer von einer Baumaschine (1), insbesondere von einem Straßenfertiger oder von einer Straßenfräse, während einer Bearbeitung eines Bodens (8) auf- oder abgetragenen Schichtdicke (d) mit den Schritten: Messen (19) des Abstandes (a) zwischen einem an der Baumaschine (1) montierten Abstandssensor (13) und einem schräg hinter der Baumaschine (1) liegenden bearbeiteten Bereich (17) des Bodens (8) durch den Abstandssensor (13) und Bestimmen (20) der Schichtdicke (d) aus dem Abstand (a) und einer bekannten Montagehöhe (h) sowie dem ebenfalls bekannten Messwinkel (a) des Abstandssensors (13) zwischen einer Vertikalen und einer Messrichtung (14) des Abstandssensors (13). Die Erfindung betrifft ferner eine Baumaschine (1), insbesondere Straßenfertiger oder Straßenfräse, zur Durchführung des Verfahrens (18).

Description

VERFAH REN ZUR BESTIMMUNG EINER VON EINER BAUMASOH INE AUF- ODER ABGE-
TRAGENEN SCHICHTDICKE UND BAUMASCHINE
[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer von einer Baumaschine, insbesondere von einem Straßenfertiger oder von einer Straßenfräse, während einer Bearbeitung eines Bo- dens auf- oder abgetragenen Schichtdicke. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Baumaschine, insbesondere einen Straßenfertiger oder eine Straßenfräse, zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Gattungsgemäße Baumaschinen sind beispielsweise Straßenfertiger und Straßenfräsen.' Diese werden im Bau von Straßen und Plätzen sowie beispielsweise Landebahnen eingesetzt. Es handelt sich um selbstfahrende Baumaschinen, die typischerweise einen Maschinenrahmen, einen Fahrer stand und ein Fahrwerk aufweisen. Das Fahrwerk kann sowohl Räder als auch Kettenlaufwerke um fassen. Ferner weisen die gattungsgemäßen Baumaschinen einen Antriebsmotor auf, der üblicher weise ein Dieselverbrennungsmotor ist. Dieser treibt nicht nur das Fahrwerk, sondern auch die wei teren Arbeitseinheiten der Baumaschine an.
[0003] Straßenfertiger fahren dabei typischerweise auf einem vorbereiteten, insbesondere ebenen, Boden und bauen eine Tragschicht einer Straße ein. Dafür wird Einbaumaterial aus einem am vorde ren Ende des Straßenfertigers angeordneten Materialbunker durch den Straßenfertiger hindurch bis zum Heck transportiert. Hier wird das Einbaugut quer zur Arbeitsrichtung des Straßenfertigers über die gesamte Einbaubreite verteilt. Eine ebenfalls am Heck des Straßenfertigers angeordnete Einbaubohle zieht sodann das verteilte Einbaugut glatt ab und führt ebenfalls eine Vorverdichtung des Mate rials durch. Die Dicke der eingebauten Schicht ist dabei ein wesentlicher Parameter für die Wirt schaftlichkeit des Straßenbaus. Zum einen ist die Solldicke der zu bauenden Straße vertraglich genau festgelegt, so dass bei einem Unterschreiten der gewünschten Dicke eine Vertragsstrafe fällig sein kann. Zum anderen wird bei einem Überschreiten der gewünschten Dicke zu viel Einbaumaterial verbraucht, was die Herstellungskosten der Straße erhöht und daher ebenfalls unwirtschaftlich ist. Es ist daher das Ziel, die gewünschte Schichtdicke der eingebauten Straße möglichst genau einzuhalten und zu dokumentieren.
[0004] Straßenfräsen, üblicherweise Kaltfräsen, werden dazu eingesetzt, alte oder beschädigte Stra ßen abzutragen. Zentrales Arbeitsgerät einer Straßenfräse ist eine hohlzylindrische Fräswalze, die auf ihrer Außenmantelfläche mit einer Vielzahl von Meißelwerkzeugen bestückt ist. Die Fräswalze wird im Betrieb innerhalb eines Fräswalzen käste ns um eine Rotationsachse rotiert und greift mit ihren Meißelwerkzeugen in das abzufräsende Bodenmaterial ein, wodurch dieses abgetragen und zerklei nert wird. Das gelöste Fräsgut wird über eine Fördereinrichtung, beispielsweise ein Förderband, auf ein Transportfahrzeug überladen und von diesem abtransportiert. Auch bei Straßenfräsen ist die Dicke der abgetragenen Schicht von entscheidender Wichtigkeit für die Wirtschaftlichkeit des Fräsvor- ganges. Zum einen wird auch hier eine gewünschte Frästiefe vorgegeben, die mindestens erreicht werden muss. Darüber hinaus ist das Abtragen von Straßendecken mit hohem Verschleiß an den Meißelwerkzeugen verbunden, weshalb ein unnötiges Abtragen von zu viel Straßenmaterial zu ei nem erhöhten Verschleiß der Meißel Werkzeuge führt und daher aufgrund der erhöhten Ersatzteil kos ten die Wirtschaftlichkeit des Fräsvorganges senkt. Auch im Betrieb einer Straßenfräse ist es daher von wirtschaftlicher Wichtigkeit, die gewünschte Schichtdicke, die abgetragen werden soll, möglichst genau einzuhalten und zu dokumentieren.
[0005] Sowohl beim Einbau einer Tragschicht durch einen Straßenfertiger als auch beim Abfräsen einer Straßendecke durch eine Straßenfräse wird die bearbeitete Schichtdicke typischerweise manu- ell, beispielsweise mittels eines Maßstabes, ermittelt. Derartige Messungen sind allerdings nur punk tuell möglich und daher sehr ungenau. Darüber hinaus erfordern sie ein hohes Maß an Arbeitsaufwand und sind daher unwirtschaftlich.
[0006] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Baumaschine zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei denen die Bestimmungen der abgetragenen bezie- hungsweise aufgetragenen Schichtdicke sowohl vereinfacht als auch verbessert ist. Es soll also insbe- sondere sowohl die Genauigkeit der Arbeit erhöht als auch deren Wirtschaftlichkeit verbessert wer- den.
[0007] Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Verfahren und einer Baumaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen ange geben. [0008] Konkret gelingt die Lösung mit einem Verfahren zur Bestimmung einer von einer Baumaschi ne, insbesondere von einem Straßenfertiger oder von einer Straßenfräse, während einer Bearbeitung eines Bodens auf- oder abgetragenen Schichtdicke mit den Schritten: Messen des Abstandes zwi schen einem an der Baumaschine montierten Abstandssensor und einem schräg hinter der Bauma schine liegenden bearbeiteten Bereich des Bodens durch den Abstandssensor und Bestimmen der Schichtdicke aus dem Abstand und einer bekannten Montagehöhe sowie dem ebenfalls bekannten Messwinkel des Abstandssensors zwischen einer Vertikalen und einer Messrichtung des Abstands sensors. Der Kerngedanke der Erfindung liegt also darin, die auf- oder abgetragene Schichtdicke über den Abstand eines fest an der Baumaschine angeordneten Abstandssensors von einem bearbeiteten Bereich des Bodens schräg hinter der Baumaschine zu ermitteln. Als Abstandssensoren können sämt liche kontaktlosen Abstandssensoren eingesetzt werden, beispielsweise Laserabstandssensoren oder Radarsensoren. Der Abstandssensor ist dabei derart an der Baumaschine montiert, dass sein vertika ler Abstand vom unbearbeiteten Boden im Wesentlichen konstant bleibt. Der Abstandssensor ist dabei an der Baumaschine montiert, bevorzugt an einem vertikal möglichst weit vom Boden entfernten Punkt der Baumaschine. Beispielsweise ist der Abstandssensor an oder auf dem Dach eines Fahr erstandes der Baumaschine angeordnet. Ein weiterer Kerngedanke der Erfindung ist es nun, dass die Messung des Abstandes des Abstandssensors zu einem bearbeiteten Bereich des Bodens, der also durch das Auf- oder Abtragen einer Schicht gegenüber dem unbearbeiteten Boden erhöht oder er niedrigt ist, nicht senkrecht auf den bearbeiteten Boden erfolgen muss. Vielmehr wird durch den Abstandssensor der Abstand zu einem schräg hinter der Baumaschine liegenden Punkt des bearbeite ten Bereichs des Bodens gemessen. Schräg hinter der Baumaschine heißt vorliegend, dass derjenige Punkt, dessen Abstand zum Abstandssensor bestimmt wird, in einer Arbeitsrichtung der Baumaschine gesehen hinter der Baumaschine liegt, wo diese bearbeiteten Untergrund zurücklässt. Die Messrich tung des Abstandssensors ist daher im Vergleich zur Vertikalen angewinkelt, also schräg angeordnet. Die schräge Messrichtung des Abstandssensors ermöglicht es, den Abstandssensor direkt an der Bau maschine anzuordnen und ihn gleichzeitig dennoch auf den bearbeiteten Bereich des Bodens auszu richten, ohne dass am Heck der Baumaschine angeordnete Bauelemente den Abstandssensor blo ckieren. Die Montagehöhe des Abstandssensors bezieht sich insbesondere auf den vertikalen Ab stand des Abstandssensors zum Boden, insbesondere zu einem unbearbeiteten Bereich des Bodens. Dieser Abstand wird typischerweise durch die Montageposition des Abstandssensors an der Bauma schine vorgegeben und ist daher von vorneherein bekannt. Insbesondere kann dieser Abstand während des Betriebs der Baumaschine als konstant angenommen werden. Dies gilt ebenfalls für den Messwinkel des Abstandssensors. Der Messwinkel beschreibt den Winkel zwischen der Messrichtung des Abstandssensors und der Vertikalen. Die Messrichtung beschreibt im Wesentlichen die Verbin- dungslinie vom Abstandssensor zum Messpunkt, also demjenigen Punkt auf dem bearbeiteten Bereich des Bodens, dessen Abstand zum Abstandssensor bestimmt wird. Als Vertikale wird die Flächennormale des Bodens bezeichnet. Auch der Messwinkel ist durch die Montage des Abstandssensors an der Baumaschine vorgegeben und kann beispielsweise während des Betriebs der Baumaschine als konstant angesehen werden. Die Montagehöhe, der Messwinkel und der vom Abstandssensor gemessene Abstand sind erfindungsgemäß alle Größen, die zur Bestimmung der Schichtdicke notwendig sind. Es werden daher ausschließlich diese Größen zur Bestimmung der Schichtdicke genutzt, wodurch die Erfindung besonders einfach und damit kostengünstig zu realisieren ist.
[0009] Erfindungsgemäß ist es beispielsweise vorgesehen, die auf- oder abgetragene Schichtdicke allein aus einer einzigen Abstandsmessung zusammen mit bereits bekannten Größen zu ermitteln. Vorzugsweise wird also ausschließlich eine einzige Messung, konkret diejenige des Abstandes vom Abstandssensor zu einem Punkt auf dem bearbeiteten Bereich des Bodens hinter der Baumaschine, durchgeführt. Mit anderen Worten erfolgt das Bestimmen der Schichtdicke an einem Punkt des bearbeiteten Bereichs bevorzugt ausschließlich mit dem Messwert des Abstandes des Abstandssensors. Die restlichen Schritte zur Bestimmung der Schichtdicke werden dann rein rechnerisch durchgeführt, beispielsweise durch eine Steuereinheit, der der Messwert des Abstandssensors zugeführt wird. Das Verfahren gestaltet sich dadurch insgesamt besonders einfach und robust.
[0010] Wie vorstehend bereits beschrieben, liefert das erfindungsgemäße Verfahren bereits ausreichend genaue Werte für die Schichtdicke, wenn der Abstand des Abstandssensors zum Boden aus der konstruktiv vorgegebenen Montagehöhe des Abstandssensors bekannt und im Betrieb der Baumaschine als konstant angenommen wird. Je nach der genauen Bauart der Baumaschine kann es allerdings sein, dass die Montagehöhe im Betrieb kleinen Schwankungen unterworfen ist. Beispielsweise sind die Baumaschinen teilweise sehr starken Vibrationen ausgesetzt, die teilweise über eine Federung abgedämpft werden. Dennoch kommt es vor, dass der an der Baumaschine montierte Abstandssensor relativ zum Boden auf- und ab schwingt. Aufgrund dieser Bewegung ändert sich die Montagehöhe des Abstandssensors im Bezug zum Boden im Betrieb der Baumaschine ständig. Um in dieser Situation die Genauigkeit der berechneten Werte der Schichtdicke zu erhöhen, ist es bevor zugt vorgesehen, das ein Messen der Montagehöhe zwischen dem Abstandssensor und einem unbearbeiteten Bereich des Bodens mit dem Abstandssensor oder einem weiteren Abstandssensor durchgeführt wird, wobei ein Kompensieren von Schwankungen der Montagehöhe, insbesondere während des Betriebs der Baumaschine, durchgeführt wird. Entweder ist also der Abstandssensor dazu ausgebildet, neben dem Abstand zum schräg hinter der Baumaschine liegenden bearbeiteten Bereich des Bodens ebenfalls den Abstand zum unbearbeiteten Boden, insbesondere parallel zur Vertikalen, zu bestimmen, oder es ist ein zusätzliche Abstandssensor vorgesehen, der den Abstand zum unbearbei teten Boden, insbesondere parallel zur Vertikalen, bestimmt. Auf diese Weise werden die Abstände vom Abstandssensor zum schräg hinter der Baumaschine liegenden bearbeiteten Bereich des Bodens und zum vertikal unter dem Abstandssensor liegenden unbearbeiteten Boden gleichzeitig gemessen. Der Abstand in vertikaler Richtung zum Boden bezieht sich dabei auf den Abstand desjenigen Ab standssensors, der auch den Abstand zum schräg hinter der Baumaschine liegenden bearbeiteten Bereich des Bodens misst. Dieser kann entweder direkt bestimmt werden, oder beispielsweise aus einer Messung des Abstandes zum Boden eines weiteren Abstandssensors und dessen bauliche Dis tanz zum ersten Abstandssensor ermittelt werden. Für jeden einzelnen Messwert des Abstandes zum schräg hinter der Baumaschine liegenden bearbeiteten Boden ist also ebenfalls ein Messwert für den vertikalen Abstand des Abstandssensors zum unbearbeiteten Boden verfügbar, so dass Schwankun gen dieses Abstandes keinen Einfluss mehr auf die berechnete Schichtdicke haben. Auf diese Weise kann also auch bei starken Schwingungen des Abstandssensors relativ zum Boden eine besonders genaue Bestimmung der Schichtdicke erfolgen.
[001 1 ] Wird die Montagehöhe des Abstandssensors während des Betriebs der Baumaschine wie vorstehend beschrieben ständig überwacht, so ist es bevorzugt, dass das Bestimmen der Schichtdicke an einem Punkt des bearbeiteten Bereichs ausschließlich mit dem Messwert des Abstandes des Ab standssensors und dem Messwert der Montagehöhe des Abstandssensors oder des weiteren Ab- standssensors erfolgt. Selbstverständlich wird zusätzlich ebenfalls der Messwinkel des Abstandssensors herangezogen, der allerdings bekannt ist und als konstant angenommen wird. Die Schichtdicke lässt sich daher auf Grundlage von nur zwei (Abstands-)Messungen pro Messpunkt ermitteln. Diese Aus- bildungsform der Erfindung vereint also sowohl höchste Genauigkeit durch die Kompensation der Schwankungen der Montagehöhe mit einfacher und kostengünstiger Ausführung.
[0012] Die erfindungsgemäße Bestimmung der Schichtdicke wird umso genauer, je näher an der Baumaschine der Abstandssensor den Abstand zum bearbeiteten Bereich des Bodens hinter der Baumaschine misst. Dies gilt insbesondere für diejenige Ausführungsform, in der die Montagehöhe des Abstandssensors durch eine Messung bestimmt wird, da dann der Abstand zwischen demjenigen Punkt, an dem der vertikale Abstand zum Boden des Abstandssensors bestimmt wurde, und der Messpunkt des Abstandssensors auf dem bearbeiteten Bereich des Bodens hinter der Baumaschine am kleinsten ist. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass das Messen des Abstandes derart durchgeführt wird, dass ein Messpunkt des Abstandssensors auf dem schräg hinter der Baumaschine liegen- den bearbeiteten Bereich des Bodens möglichst nah an der Baumaschine, bevorzugt in einem Ab stand von maximal 2,5 m oder maximal 2,0 m oder maximal 1 ,5 m oder maximal 1 ,0 m hinter der Baumaschine, liegt. Der Messpunkt des Abstandssensors beschreibt dabei denjenigen Punkt, dessen Abstand vom Abstandssensor durch den Abstandssensor bestimmt wird. Der Messpunkt des Ab standssensors liegt daher auf dem bearbeiteten Bereich des Bodens hinter der Baumaschine. Der Abstand des Messpunktes zur Baumaschine wird dabei vom in Arbeitsrichtung am weitesten hinten liegenden Punkt beziehungsweise Bauteil der Baumaschine aus gemessen. Bei einem Straßenfertiger beispielsweise beziehen sich die Angaben zu Abständen zur Baumaschine auf den Abstand zum hin teren Ende der Einbaubohle. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Messen des Abstandes derart durchgeführt wird, dass der Messwinkel des Abstandssensors zwischen der Vertika len und der Messrichtung des Abstandssensors möglichst klein, bevorzugt kleiner als 50° oder kleiner als 45° oder kleiner als 40° oder kleiner als 35° oder kleiner als 30°, aber größer als Null, ist. Der Messwinkel ist dabei immer größer als Null, da der Abstand zum bearbeiteten Bereich des Bodens schräg hinter der Baumaschine bestimmt wird. Sowohl dadurch, dass der Messpunkt möglichst nah an das Heck der Baumaschine herangeführt wird, als auch dadurch, dass der Messwinkel des Ab standssensors möglichst klein gewählt wird, wird also die Genauigkeit der Schichtdickenbestimmung verbessert.
[001 3] Das erfindungsgemäße Verfahren liefert die Schichtdicke einer ein- oder ausgebauten Schicht in einer vertikalen Ebene, die parallel zur Arbeitsrichtung der Baumaschine verläuft. Solange die Schichtdicke über die gesamte Arbeitsbreite quer zur Arbeitsrichtung hinweg im Wesentlichen kon stant ist, reicht eine derartige Bestimmung völlig aus. Dies ist allerdings nicht immer der Fall, bei spielsweise wenn mittels eines Straßenfertigers ein Dachprofil eingebaut wird, bei dem die Schichtdi cke in der Mitte höher ist als in den quer zur Arbeitsrichtung außen liegenden Randbereichen. Um auch in solchen Fällen ausreichende Informationen über die Schichtdicke, auch quer zur Arbeitsrich tung, zu erhalten, ist es bevorzugt, dass das Messen des Abstandes und das Bestimmen der Schicht dicke gleichzeitig mit den Messwerten von wenigstens zwei quer zur Arbeitsrichtung der Baumaschi ne voneinander beabstandeten Abstandssensoren durchgeführt wird. Mit anderen Worten sind meh rere wie vorstehend beschriebene Abstandssensoren quer zur Arbeitsrichtung der Baumaschine von einander beabstandet an dieser angeordnet, über die jeweils die Schichtdicke in derjenigen vertika len Ebene parallel zur Arbeitsrichtung bestimmt wird, in der sie selbst liegen. Auf diese Weise können auch unterschiedliche Schichtdicken über die gesamte Bearbeitungsbreite der Baumaschine be stimmt und dokumentiert werden. Je nachdem, wie eng die jeweiligen Ebenen, in denen die Schichtdicke bestimmt wird, liegen sollen, kann eine beliebige Anzahl an Abstandssensoren quer zur Arbeitsrichtung der Baumaschine voneinander beabstandet angeordnet seien, beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf derartiger Abstandssensoren, über die jeweils für sich die Schichtdicke in der ent- sprechenden Ebene bestimmt wird. Auf diese Weise lässt sich ein Schichtdickenprofil des gesamten bearbeiteten Bereichs des Bodens ermitteln.
[0014] Eine ergänzende oder alternative Ausführungsform zur Bestimmung eines Schichtdickenprofils des bearbeiteten Bereichs des Bodens sieht ein Rotieren des Abstandssensors um eine vertikale Achse während des Messens vor, wobei ein Bestimmen der Schichtdicke in einer Fläche des bearbeiteten Bereichs hinter der Baumaschine aus den Messwerten des Abstandssensors durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird der Messpunkt des Abstandssensors mäanderförmig beziehungsweise in Schlangenlinien über den bearbeiteten Bereich des Bodens bewegt und jeweils der Abstand zum Abstandssensor bestimmt. Die Bewegung des Abstandssensors erfolgt dabei bevorzugt derart, dass der Messwinkel konstant bleibt. Im Falle, dass sich der Messwinkel durch die Bewegung des Abstandssensors ändert, wird der Messwinkel ebenfalls bestimmt, beispielsweise aus dem aktuellen Drehwinkel des Abstandssensors. Auch wenn die Bestimmung der Schichtdicke selbstverständlich nur entlang der Linie erfolgt, die der Messpunkt des Abstandssensors auf der bearbeiteten Fläche beschreibt, kann aus den Schichtdicken entlang dieser Linie auf die Schichtdicke der gesamten Fläche geschlossen werden. Dabei kann entweder vorgesehen sein, dass die gesamte Arbeitsbreite der Baumaschine von nur einem Abstandssensor durch das Rotieren des Abstandssensors um die vertikale Achse abgedeckt wird, oder es werden, beispielsweise wie vorstehend beschrieben, mehrere Abstandssensoren eingesetzt, die jeweils für sich um eine vertikale Achse rotierbar sind beziehungsweise rotiert werden und die jeweils einen Teilbereich der bearbeiteten Fläche beziehungsweise der Arbeitsbreite der Baumaschine abdecken. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, dass sowohl feststehende Abstandssensoren als auch rotierende Abstandssensoren in Kombination eingesetzt werden.
[001 5] Die Lösung der eingangs genannten Aufgabe der Erfindung gelingt ebenfalls durch eine Baumaschine, insbesondere durch einen Straßenfertiger oder durch eine Straßenfräse, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die Baumaschine weist also insbesondere sämtliche zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Komponenten auf, wie wenigstens einen Abstandssensor und eine Steuereinheit. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen. Sämtliche Merkmale, Vorteile und Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten im übertragenen Sinne ebenfalls für die erfindungsgemäße Baumaschine.
[0016] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch: Figur 1 : eine Seitenansicht eines Straßenfertigers;
Figur 2: eine Seitenansicht einer Straßenfräse;
Figur 3: die Lage des Abstandssensors gegenüber dem Boden beim Einbau einer Tragschicht durch einen Straßenfertiger;
Figur 4: die Lage des Abstandssensors gegenüber dem Boden beim Ausbau einer Schicht durch eine Straßenfräse;
Figur 5: eine Skizze der Verhältnisse gemäß Figur 3 zur Verdeutlichung der Berechnung der
Schichtdicke;
Figur 6: eine Skizze der Verhältnisse gemäß Figur 4 zur Verdeutlichung der Berechnung der
Schichtdicke;
Figur 7: eine Draufsicht auf eine Baumaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 8: eine Draufsicht auf eine Baumaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin dung; und
Figur 9: ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
[001 7] Gleiche beziehungsweise gleich wirkende Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugs- ziffern versehen. Sich wiederholende Bauteile sind nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet.
[0018] Figur 1 zeigt eine Baumaschine 1 , hier einen Straßenfertiger. Figur 2 zeigt eine Straßenfräse als Baumaschine 1 . Die jeweiligen Baumaschinen 1 weisen einen Maschinenrahmen 3, einen Fahrer- Stand 2 und ein Fahrwerk 6 auf. Obwohl das Fahrwerk 6 mit Kettenlaufwerken gezeigt ist, kann das Fahrwerk 6 ebenfalls Räder umfassen. Darüber hinaus umfassen die Baumaschinen 1 einen An triebsmotor 4, der typischerweise als Dieselverbrennungsmotor ausgebildet ist. Im Arbeitsbetrieb bewegen sich die Baumaschinen 1 in Arbeitsrichtung A, die rein beispielhaft als die Vorwärtsfahrt- richtung der Baumaschine 1 gewählt wurde, über den Boden 8 und bearbeiten diesen. Dafür weist der in Figur 1 gezeigte Straßenfertiger einen Materialbunker 11 auf, in dem Einbaugut gelagert ist. Dieses Einbaugut wird durch den Straßenfertiger hindurch bis vor die sich am Heck des Straßenferti- gers quer zur Arbeitsrichtung A erstreckende Einbaubohle 1 2 transportiert. Hier wird das Einbaugut über die gesamte Einbaubreite quer zur Arbeitsrichtung A verteilt und sodann von der Einbaubohle 12 glatt abgezogen und vorverdichtet. Auf diese Weise hinterlässt der Straßenfertiger eine auf den Boden 8 aufgebrachte Tragschicht, so dass der Boden 8 im bearbeiteten Bereich erhöht ist. Die Stra ßenfräse gemäß Figur 2 weist eine sich quer zur Arbeitsrichtung A erstreckende Fräswalze 9 auf, die mit Meißelwerkzeugen bestückt ist und die im Arbeitsbetrieb um die Rotationsachse 10 rotiert. Die Fräswalze 9 ist innerhalb eines Fräswalzen käste ns 7 gelagert und wird im Arbeitsbetrieb rotierend in Eingriff mit dem Boden 8 gebracht, so dass dieser abgefräst wird. Das losgelöste Fräsgut wird von einer Fördereinrichtung 5, beispielsweise einem Förderband, auf ein nicht dargestelltes Transport fahrtzeug überladen und von diesem abtransportiert. Hinter der Straßenfräse hinterlässt diese also eine von der Fräswalze 9 freigelegte Frässpur, so dass in diesem bearbeiteten Bereich des Bodens 8 der Boden niedriger beziehungsweise tiefer ist als im unbearbeiteten Bereich.
[0019] Erfindungsgemäß weisen die Baumaschinen 1 jeweils wenigstens einen Abstandssensor 1 3 auf. Dieser ist im Falle des Straßenfertigers gemäß Figur 1 beispielsweise am in Arbeitsrichtung A hinteren Ende des Daches des Fahrerstandes 2 angeordnet. Bei der Straßenfräse gemäß Figur 2 ist der Abstandssensor 1 3 am Heck der Straßenfräse angeordnet. Die Messrichtung 14 des Abstands sensors 1 3 ist durch einen Pfeil angegeben. Insgesamt verläuft die Messrichtung 14 des Abstands sensors 1 3 schräg zu einer Vertikalen und entgegen der Arbeitsrichtung A hinab zum Boden 8. Insbe sondere ist die Messrichtung 14 des Abstandssensors 1 3 auf den bearbeiteten Bereich des Bodens 8 hinter der Baumaschine 1 gerichtet. Die Messung der Schichtdicke erfolgt daher beispielsweise in der Fahrspur der Baumaschine 1 beziehungsweise ebenfalls beispielsweise in der Frässpur der Straßenfräse. Die jeweiligen Abstände der Abstandssensoren 1 3 zum bearbeiteten Bereich des Bodens 8 wer den entweder in vorgegebenen Intervallen oder kontinuierlich gemessen. Die Messwerte des Ab standssensors 1 3 werden an eine Steuereinheit 1 5 übermittelt. Die Steuereinheit 1 5 ist beispielsweise in den Bordcomputer der Baumaschine 1 integriert und dazu ausgebildet, die Schichtdicke der von der Baumaschine 1 auf- beziehungsweise abgetragenen Schicht aus den vorstehend beschriebenen Werten zu berechnen. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 15 beispielsweise mit einer Speicher einheit ausgerüstet sein, um die Messwerte und die Ergebnisse der Berechnung der Schichtdicke zu speichern, so dass diese später ausgelesen und ausgewertet werden können. Die Steuereinheit 15 kann ebenfalls mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden sein, um die berechnete Schichtdicke oder auch die Messwerte des Abstandssensors 1 3 für den Bediener der Baumaschine 1 anzuzeigen.
[0020] Die Anordnung des Abstandssensors 1 3 ist in den Figuren 1 und 2 lediglich beispielhaft. So können ebenfalls andere Positionen für den Abstandssensor 1 3 am Straßenfertiger und/oder an der Straßenfräse gewählt werden. In Figur 2 ist eine derartige alternative Position für den Abstands sensor 1 3 beispielsweise durch den gestrichelten Kasten in Arbeitsrichtung A hinter dem Fräswalzen kasten 7 angedeutet. Auch in dieser Position könnte der Abstandssensor 1 3 auf den bearbeiteten Bereich des Bodens 8, sprich auf die Frässpur, gerichtet sein. Diese läge dann zwar nicht hinter der Baumaschine 1 , allerdings hinter dem Fräswalzenkasten 7. Bei einer derartigen Ausführungsform beziehen sich die Abstände also auf den Fräswalzen kästen 7. In Arbeitsrichtung A vor dem Fräswal zenkasten 7 sind zwei weitere optionale Positionen für zusätzliche Abstandssensoren 1 3 angedeutet, die jeweils dazu ausgebildet sind, den Abstand zum unbearbeiteten Boden 8, in diesem Fall vor dem Fräswalzenkasten 7, zu bestimmen. Aus diesem Abstand lässt sich die Montagehöhe des Abstands sensors 1 3 bestimmen, der den Abstand zum bearbeiteten Bereich des Bodens 8 bestimmt. Die Stra ßenfräse gemäß Figur 2 ist insofern ein Spezialfall, als dass beispielsweise die Frästiefe ebenfalls durch die Hubsäulen des Fahrwerks 6 eingestellt wird. Mit einer Veränderung der Höhe dieser Hubsäulen wird allerdings ebenfalls die Montagehöhe des Abstandssensors 1 3 verändert. Die jeweilige Einstel lung der Hubhöhe der Hubsäulen muss also in die Bestimmung der Montagehöhe des Abstands sensors 1 3 einfließen. Dies kann entweder durch eine Messung der Höhenverstellung der Hubsäulen erfolgen, oder durch einen der in Arbeitsrichtung A vor dem Fräswalzenkasten 7 angedeuteten Ab standssensoren 13, die den Abstand zum unbearbeiteten Boden 8 messen. Um sicher zu gehen, dass eine eventuelle Schrägstellung des Maschinenrahmens 3 der Straßenfräse keine Verfälschung des Resultates liefert, ist an der Straßenfräse ebenfalls zusätzlich ein Lagesensor 23 angeordnet, der die horizontale Lage des Maschinenrahmens 3 misst. Die entsprechenden Messungen des Lage sensors 23 werden ebenfalls an die Steuereinheit 1 5 übermittelt und von dieser bei der Berechnung der Schichtdicke berücksichtigt. Selbstverständlich kann ein entsprechender Lagesensor 23 ebenfalls am Straßenfertiger gemäß Figur 1 vorgesehen sein.
[0021 ] Die Figuren 3 und 4 verdeutlichen die Lage des Abstandssensors 1 3 gegenüber dem Bo den 8, wobei sich Figur 3 auf die Situation beim Straßenfertiger gemäß Figur 1 und Figur 4 auf die Situation bei der Straßenfräse gemäß Figur 2 bezieht. Insbesondere ist der Boden 8 nun explizit mit einem unbearbeiteten Bereich 16 und einem bearbeiteten Bereich 1 7 dargestellt. Im Falle des Stra ßenfertigers ist der unbearbeitete Bereich 1 6 tiefer als der bearbeitete Bereich 1 7, in dem die Trag schicht der Straße auf den Boden 8 aufgetragen wurde. Im Bereich der Straßenfräse ist der unbear beitete Bereich 16 höherliegend als der bearbeitete Bereich 1 7, von dem eine Schicht einer beschädigten oder alten Straßendecke abgetragen wurde. Der Höhenunterschied zwischen dem unbearbei teten Bereich 1 6 und dem bearbeiteten Bereich 1 7 entspricht der von der Erfindung ermittelten Schichtdicke d. Der vertikale Abstand zwischen dem Abstandssensor 1 3 und dem unbearbeiteten Bereich 1 6 des Bodens 8 wird als Montagehöhe h des Abstandssensors 1 3 bezeichnet. Der Winkel zwischen einer vertikalen Geraden oder der Richtung der Montagehöhe h und der Messrichtung 14 des Abstandssensors 1 3 ist der Messwinkel a des Abstandssensors 1 3. Der Abstand a zwischen dem Abstandssensor 1 3 und dem bearbeiteten Bereich 1 7 des Bodens 8 unter dem Messwinkel a ent- spricht der Länge des Pfeiles, der die Messrichtung 14 angibt. Die Montagehöhe h ist entweder direkt aus den baulichen Gegebenheiten der Baumaschine 1 bekannt oder wird durch eine Abstandsmes sung durch einen Abstandssensor 1 3 von der Steuereinheit 1 5 bestimmt, wobei der Abstands sensor 1 3 entweder derselbe Abstandssensor 1 3, der ebenfalls den Abstand a bestimmt, oder ein separater Abstandssensor 13 ist. Auch der Messwinkel a ist grundsätzlich bekannt, entweder aus der Montage des Abstandssensors 1 3 oder aus dessen Drehwinkel, wie nachstehend noch näher erläutert wird. Der Messpunkt P ist derjenige Punkt, an dem der Abstand a des bearbeiteten Bereiches 1 7 des Bodens 8 vom Abstandssensor 1 3 bestimmt wird. Der Messpunkt P ist daher genau um den Ab stand a vom Abstandssensor 1 3 beabstandet.
[0022] Die Berechnung der Schichtdicke d geht insbesondere aus den Figuren 5 und 6 hervor. In diesen Figuren sind jeweils zwei rechtwinklige Dreiecke gezeigt, die sich aus den geometrischen Verhältnissen des Messverfahrens ergeben und die der Berechnung zugrunde gelegt werden. Aus jeweils demjenigen Dreieck, dessen Hypotenuse dem Abstand a entspricht, geht hervor, dass der vertikale Abstand des Abstandssensors 13 bis zu einer Höhe, die der Höhe des bearbeiteten Bereiches 1 7 des Bodens 8 entspricht, sich aus dem Produkt a · cos(a) ergibt. Daraus folgt unmittelbar, dass die Schichtdicke d im Falle des Straßenfertigers gemäß Figur 5, also in dem Fall, dass der bear beitete Bereich 1 7 höher liegt als der unbearbeitete Bereich 1 6 des Bodens 8, zu berechnen ist aus: d = h - a · cos(a)
Darüber hinaus ergibt sich, dass die Schichtdicke d im Falle der Straßenfräse gemäß Figur 6, also in dem Fall, dass der bearbeitete Bereich 1 7 niedriger liegt als der unbearbeitete Bereich 16 des Bo dens 8, zu berechnen ist aus: d = a · cos(a) - h
In beiden Fällen ist die Schichtdicke d also gleich dem Betrag der Differenz aus Montagehöhe h und dem Produkt a · cos(a). Zur Berechnung ist also nur die Montagehöhe h, der Abstand a zwischen dem Abstandssensor 1 3 und dem Messpunkt P auf dem bearbeiteten Bereich 1 7 des Bodens 8 und der Messwinkel a notwendig. Die entsprechende Berechnung wird durch die Steuereinheit 1 5 durchgeführt, der sämtliche Werte entweder bekannt sind oder übermittelt werden.
[0023] Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Abstandssensoren 1 3, deren Messwerte jeweils zur Bestimmung der Schichtdicke d an einer anderen Stelle quer zur Arbeitsrich- tung A über die Arbeitsbreite der Baumaschine 1 verteilt genutzt werden. Die Messrichtungen 14 der Abstandssensoren 13 sind jeweils parallel und entgegen der Arbeitsrichtung A schräg nach unten ausgerichtet. Auf diese Weise wird die Schichtdicke d gleichzeitig an mehreren Messpunkten P be stimmt, jeweils ein Messpunkt P pro Abstandssensor 1 3. Die mehreren Abstandssensoren 1 3 sind bevorzugt im selben Abstand vom Boden 8 auf der Baumaschine 1 montiert, so dass die Abstands sensoren 1 3 denselben Wert für die Montagehöhe h nutzen können. Alternativ kann ebenfalls die Montagehöhe h jedes einzelnen Abstandssensors 1 3 separat bestimmt werden, beispielsweise durch die Abstandssensoren 1 3 selbst oder durch separate, weitere Abstandssensoren 1 3 wie vorstehend bereits beschrieben. Alternativ zur parallelen Ausrichtung der Messrichtungen 14 könnten ebenfalls beispielsweise die quer zur Arbeitsrichtung A außen liegenden Abstandssensoren 1 3 ihre Messrich tungen 14 gegenüber der Messrichtung 14 des mittleren Abstandssensors 1 3 anwinkeln, so dass die Messpunkte P dieser Abstandssensoren 1 3 beispielsweise weiter von der Mitte der Fahrspur quer zur Arbeitsrichtung A nach außen versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich die Schichtdicke d über eine größere Arbeitsbreite hinweg bestimmen. Durch die Verwendung mehrerer Abstands sensoren 1 3 und die gleichzeitige Messung der Schichtdicke d an mehreren, insbesondere quer zur Arbeitsrichtung A voneinander beabstandeten, Messpunkten P lassen sich ebenfalls Unterschiede in der Schichtdicke d quer zur Arbeitsrichtung A bestimmen, die beispielsweise bei dem Einbau eines Dachprofiles durch einen Straßenfertiger entstehen.
[0024] Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Abstands sensor 1 3 um eine vertikale Achse V drehbar ausgebildet ist. Durch die entsprechende Drehbewe gung wandert der Messpunkt P des Abstandssensors 1 3 bei einer Bewegung der Baumaschine 1 in Arbeitsrichtung A sinusförmig über den bearbeiteten Bereich 1 7 des Bodens 8. Es ist zum Beispiel bevorzugt, dass der maximale Drehwinkel ß zwischen der Messrichtung 14 des Abstandssensors 1 3 und einer vertikalen Ebene, die parallel zur Arbeitsrichtung A ausgerichtet ist, so gewählt ist, dass die gesamte Arbeitsbreite der Baumaschine 1 von einem einzigen Abstandssensor 1 3 abgedeckt werden kann. Auf diese Weise lässt sich ebenfalls eine sich quer zur Arbeitsrichtung A variierende Schichtdi cke d über die gesamte Arbeitsbreite der Baumaschine 1 hinweg bestimmen. Aus den Messwerten des Abstandssensors 13 kann die Steuereinheit 1 5 die Schichtdicke d im gesamten bearbeiteten Be reich 1 7 des Bodens 8 ermitteln beziehungsweise extrapolieren.
[0025] In Figur 9 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 1 8 zur Bestimmung einer von einer Bauma schine 1 während einer Bearbeitung eines Bodens 8 auf- oder abgetragen Schichtdicke d gezeigt. Das Verfahren 18 beginnt mit dem Schritt 19, in dem der Abstand a zwischen einem Abstands sensor 1 3 und einem Messpunkt P auf dem durch die Baumaschine 1 bearbeiteten Bereich 1 7 des Bodens 8 bestimmt wird, wobei der Messpunkt P schräg hinter der Baumaschine 1 liegt. Der gemes sene Abstand a wird dann an die Steuereinheit 1 5 übermittelt, die im Schritt 20 aus dem Abstand a, der Montagehöhe h und dem Messwinkel a die Schichtdicke d am Messpunkt P bestimmt, wie vor stehend beschrieben. Die Schichtdicke d wird bevorzugt kontinuierlich gemessen, weshalb das Ver fahren 18 gleich wieder mit dem Schritt 19 von vorne beginnt. Optional und daher in Figur 9 gestri chelt dargestellt ist beispielsweise in einem Schritt 21 das Messen der tatsächlichen Montagehöhe h des Abstandssensors 1 3. Wie vorstehend beschrieben kann dies durch den Abstandssensor 1 3 selbst oder durch einen weiteren Abstandssensor 1 3 erfolgen. Durch das Messen der Montagehöhe h und das Übermitteln des Messwertes an die Steuereinheit 1 5 kann im Schritt 22 ein Kompensieren einer eventuellen Schwankung der Montagehöhe h, beispielsweise durch Vibrationen, durchgeführt wer den. Im Endeffekt wird dann für die Berechnung der Schichtdicke d an jedem Messpunkt P die zu diesem Messpunkt P gemessene Montagehöhe h eingesetzt. Auf diese Weise kann auch bei sich be triebsbedingt ändernder Montagehöhe h eine besonders genaue Berechnung der Schichtdicke d erfolgen. Alles in allem wird die Bestimmung der Schichtdicke d durch die Erfindung daher verein facht als auch deren Genauigkeit erhöht. So lässt sich die Wirtschaftlichkeit des Betriebes der Bauma schinen 1 erhöhen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren (18) zur Bestimmung einer von einer Baumaschine (1), insbesondere von einem Straßenfertiger oder von einer Straßenfräse, während einer Bearbeitung eines Bodens (8) auf- oder abgetragenen Schichtdicke (d) mit den Schritten:
a) Messen (19) des Abstandes (a) zwischen einem an der Baumaschine (1) montierten Ab standssensor (13) und einem schräg hinter der Baumaschine (1) liegenden bearbeiteten Bereich (17) des Bodens (8) durch den Abstandssensor (13) und
b) Bestimmen (20) der Schichtdicke (d) aus dem Abstand (a) und einer bekannten Monta- gehöhe (h) sowie dem ebenfalls bekannten Messwinkel (a) des Abstandssensors (13) zwischen einer Vertikalen und einer Messrichtung (14) des Abstandssensors (13).
2. Verfahren (18) gemäß Anspruch 1 ,
dadurch geken nzeich net,
dass das Bestimmen (20) der Schichtdicke (d) an einem Punkt des bearbeiteten Bereichs (17) ausschließlich mit dem Messwert des Abstandes (a) des Abstandssensors (13) erfolgt.
3. Verfahren (18) gemäß Anspruch 1 ,
geken nzeichnet durch,
ein Messen (21) der Montagehöhe (h) zwischen dem Abstandssensor (13) und einem unbear beiteten Bereich (16) des Bodens (8) mit dem Abstandssensor (13) oder einem weiteren Ab standssensor (13), wobei ein Kompensieren (22) von Schwankungen der Montagehöhe (h) durchgeführt wird.
4. Verfahren (18) gemäß Anspruch 3,
dadurch geken nzeich net,
dass das Bestimmen (20) der Schichtdicke (d) an einem Punkt des bearbeiteten Bereichs (17) ausschließlich mit dem Messwert des Abstandes (a) des Abstandssensors (13) und dem Mess wert der Montagehöhe (h) des Abstandssensors (13) oder des weiteren Abstandssensors (13) erfolgt.
5. Verfahren (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch geken nzeich net,
dass das Messen (19) des Abstandes (a) derart durchgeführt wird, dass ein Messpunkt (P) des Abstandssensors (13) auf dem schräg hinter der Baumaschine (1) liegenden bearbeiteten Bereich (17) des Bodens (8) möglichst nah an der Baumaschine (1), bevorzugt in einem Abstand von maximal 2,5 Metern oder maximal 2,0 Metern oder maximal 1,5 Metern oder maximal 1 ,0 Meter hinter der Baumaschine (1 ), liegt.
6. Verfahren (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch geken nzeich net,
dass das Messen (19) des Abstandes (a) derart durchgeführt wird, dass der Messwinkel (a) des Abstandssensors (13) zwischen der Vertikalen und der Messrichtung (14) des Abstands sensors (13) möglichst klein, bevorzugt kleiner als 50° oder kleiner als 45° oder kleiner als 40° oder kleiner als 35° oder kleiner als 30°, aber größer als Null, ist.
7. Verfahren (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch geken nzeich net,
dass das Messen (19) des Abstandes (a) und das Bestimmen (20) der Schichtdicke (d) gleich zeitig mit den Messwerten von wenigstens zwei quer zu einer Arbeitsrichtung (A) der Bauma schine (1) voneinander beabstandeten Abstandssensoren (13) durchgeführt wird.
8. Verfahren (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
geken nzeich net durch,
ein Rotieren des Abstandssensors (13) um eine vertikale Achse (V) während des Messens (19), wobei ein Bestimmen (20) der Schichtdicke (d) in einer Fläche des bearbeiteten Bereichs (17) hinter der Baumaschine (1 ) aus den Messwerten des Abstandssensors (13) durchgeführt wird.
9. Baumaschine (1 ), insbesondere Straßenfertiger oder Straßenfräse, zur Durchführung des Ver fahrens (1 8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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