-
Hintergrund
der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen
Maschinensteuersysteme für
Bagger und betrifft spezieller ein Verfahren zur automatischen Steuerung
von Tiefe und Winkelorientierung einer Baggerschaufel.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Bagger sind Aushubmaschinen, die
typischerweise auf Raupenketten gelagert sind. Ein Bagger besitzt
eine am Ende eines zweigliedrigen Verbindungsgestänges befestigte
Schaufel. Eines der Gelenke, Ausleger genannt, sitzt drehbar auf
einem Maschinenfundament des Baggers und erstreckt sich nach außen in Richtung
nach oben. Das andere Gelenk, Stange genannt, sitzt drehbar an einem
Ende zum äußeren Ende
des Auslegers und erstreckt sich von dem Drehgelenk des Auslegers
nach unten. Die Schaufel ist am äußeren Ende
der Stange drehbar befestigt. Drei Hydraulikzylinder be wegen den
Ausleger, die Stange und die Schaufel unabhängig voneinander durch die
Steuerung einer Bedienperson oder eines Maschinensteuersystems.
Ein weiterer Hydraulikantrieb dreht das Maschinenfundament relativ zu
der Raupenkette, um das erneute Positionieren der Schaufel für Arbeitsgänge wie
Auskippen zu ermöglichen.
-
Einen Bagger wirtschaftlich zu betreiben,
erfordert eine erfahrene Bedienperson. Jede der Verbindungen zwischen
Maschinenfundament, Ausleger, Stange und Schaufel sind Drehgelenke,
so dass das Ausfahren oder Zusammenziehen eines beliebigen einzelnen
Hydraulikzylinders oder Antriebselementes bewirkt, dass sich die
Schürfkante
der Schaufel in einem Kreisbogen bewegt. Jedoch umfassen die meisten
Aushubprojekte die Schaffung fertig bearbeiteter Flächen, die
eben sind, entweder waagerecht oder geneigt. So müssen mehrere
Zylinder gleichzeitig gesteuert werden, um mit der Schaufel ebene
Flächen
abzugraben. Von der Bedienperson werden typischerweise zwei Steuerknüppel genutzt,
wobei jeder Steuerknüppel
nach links und rechts bewegbar ist, um das Ausfahren und Einziehen
eines Zylinders zu steuern, und vorwärts und rückwärts bewegbar ist, um das Ausfahren
und Einziehen eines anderen Zylinders zu steuern.
-
Ein Problem, dem man bei einem Bagger
begegnet ist, wie der Bedienperson die Tiefe angezeigt werden soll,
auf die die Schürfkante
der Schaufel gräbt,
so dass durch den Aushubvorgang die genaue Hebung oder Böschung erreicht
werden. Ein damit im Zusammenhang stehendes Problem ist, dass die Schürfkante
der Schaufel nicht im Blick der Bedienperson sein kann. Eine bekannte
Möglichkeit
zur Anzeige der Tiefe besteht darin, Winkelsensoren zu nutzen, welche
die re lativen Winkel zwischen Maschinenfundament, Ausleger, Stange
und Schaufel messen, und die Tiefe der Schaufel mittels Prinzipien
der Geometrie zu berechnen, indem die gemessenen Winkel und die
Längen
der Gelenke vorgegeben werden. Die berechnete Tiefe wird anschließend der
Bedienperson angezeigt wie es zum Beispiel im US-Patent 4 129 224
offenbart ist.
-
Eine Erweiterung für dieses
Konzept ist die Nutzung der gemessenen Informationen für Tiefen- und/oder
Böschung,
um die Bewegung der Baggerschaufel automatisch zu steuern. Zum Beispiel
wird im US-Patent 4 129 224 durch die Bedienperson der die Stange
bewegende Hydraulikzylinder gesteuert, und das Maschinensteuersystem
steuert den Auslegerzylinder und den Schaufelzylinder automatisch, damit
sich eine lineare Bewegung der Schaufel ergibt.
-
In der Druckschrift EP-A-0 512 584
ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Arbeitsmaschine
eines Löffelbaggers
offenbart. Das Verfahren umfasst den Schritt der Einstellung einer Aushubstelle
im Augenblick eines automatischen Aushubes. In der Vorrichtung ist
zusätzlich
zu zwei Funktionshebeln zur Erzeugung von Kommandos zum Drehen und
Schwenken eines Auslegers, eines Armes und einer Schaufel ein Betätigungspedal
zur Anweisung eines automatischen Aushubmodus vorgesehen. Der automatische
Aushub entlang eines Kreisbogens wird durch Betätigung des Betätigungspedals
durchgeführt.
Zuerst bewegt eine Bedienperson die Vorderkante der Schaufel in
eine gewünschte Position,
um den Aushub zu beginnen, indem sie die Funktionshebel betätigt und
wählt anschließend den automatischen
Aushubmodus und legt die Position fest, um den Aushub zu beginnen,
indem sie auf das Betätigungspedal
tritt.
-
Ein erheblicher Nachteil von solchen
automatischen Maschinensteuersystemen nach dem Stand der Technik
ist, dass sie die Bedienperson aus dem Regelkreis herauslassen,
wenn die automatische Steuerung eingeschaltet wurde. Wenn das automatische
Maschinensteuersystem die Abtragstiefe automatisch steuert, jedoch
vor dem Erreichen einer gewünschten
Böschung
eine große
Menge Material zu entfernen ist, dann kann das Maschinensteuersystem
einen zu großen
Einschnitt vornehmen, was den Bagger überlasten kann und zu ungenauen
Einschnitten und zum Bruch des Gerätes führt.
-
Abriss der
Erfindung
-
Gemäß dem veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiel
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern von Schürftiefe
und Winkel einer Baggerschaufel bereit, um eine Fläche in eine
gewünschte
Kontur wie Tiefe oder Böschung
abzugraben. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung arbeitet in
Verbindung mit einem Maschinensteuersystem, das die Position der
Baggerschaufel bestimmt sowie die Position und die Bewegung der Schaufel
während
des Aushubs automatisch steuert.
-
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst
die Schritte:
(1) Eingeben von Daten in das Maschinensteuersystem
zum Festlegen der gewünschten
Kontur (Tiefe oder Böschung)
einer abzugrabenden Fläche;
(2) Positionieren der Baggerschaufel in der Nähe der gewünschten Kontur; (3) Ermöglichen
einer automatischen Steuerung; und (4) automatisches Steuern einer
Bewegung der Baggerschaufel nur dann, wenn sich die Position der
Bag gerschaufel innerhalb eines vorgegebenen Abstandes oder Winkels
der gewünschten
Kontur befindet.
-
Das Maschinensteuersystem ist in
der Lage, in mindestens zwei Betriebsarten zu arbeiten: Eine Betriebsart
zur Steuerung der Tiefe, die das Abgraben bis zu einer gewünschten
Tiefe beinhaltet, und eine Betriebsart zur Steuerung der Böschung,
die das Abgraben bis zu einer gewünschten Böschung beinhaltet. Eine Betriebsart
zur Lasersteuerung beinhaltet das Abgraben bis zu einer gewünschten
Tiefe und/oder Böschung
mittels eines Laserhöhenbezuges.
Die vorliegende Erfindung arbeitet mit diesen Betriebsarten des
Maschinensteuersystems, um die Tiefe oder Winkelorientierung der
Schaufel zu steuern.
-
Wenn das Maschinensteuersystem in
der Betriebsart Tiefensteuerung arbeitet, wird mit der vorliegenden
Erfindung eine automatische Tiefensteuerung nur dann eingeschaltet,
wenn die Schneidkante der Baggerschaufel innerhalb eines kleinen
Abstandes oberhalb oder unterhalb der gewünschten Tiefe liegt. Die automatische
Tiefensteuerung der vorliegenden Erfindung wird während eines
Aushubs eingeschaltet, wenn (1) sie durch die Bedienperson ermöglicht wird
und (2) die Schneidkante sich innerhalb des vorgegebenen kleinen
Abstandes oder "Anzeigefensters
für Arbeitstiefe" der gewünschten
Tiefe befindet. Wenn die Baggerschaufel in Bezug auf die gewünschte Tiefe
außerhalb
des Anzeigefensters für Arbeitstiefe
positioniert ist, dann schaltet sich die automatische Tiefensteuerung
nach der vorliegenden Erfindung nicht ein. Diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, eine automatische Steuerung der Schneidtiefe,
arbeitet mit der Betriebsart Tiefensteuerung jedoch nicht mit der
Betriebsart Böschungssteuerung
des Maschinensteuersys tems, weil die Betriebsart Böschungssteuerung
die Böschung
und nicht die Tiefe des Einschnittes steuert.
-
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung soll die Winkelorientierung der Schaufel während eines
Aushubs automatisch beibehalten, jedoch nur, wenn sich die Neigung
des Schaufelbodens innerhalb eines vorgegebenen kleinen Winkels einer
gewünschten
Böschung
befindet. Die gewünschte
Böschung
ist entweder ein geneigter Winkel, der in der Betriebsart Böschungssteuerung
des Maschinensteuersystems eingestellt wird, oder ist waagerecht
in der Betriebsart Tiefensteuerung des Maschinensteuersystems. Die
automatische Steuerung des Schaufelwinkels der vorliegenden Erfindung
wird sich während
eines Aushubs einschalten, wenn sie (1) durch die Bedienperson ermöglicht wird und
(2) die Neigung der unteren Fläche
der Schaufel innerhalb eines kleinen Winkels oder "Anzeigefensters für Arbeitswinkel" der gewünschten
Böschung liegt.
Wenn der Winkel der Baggerschaufel in Bezug auf die gewünschte Böschung außerhalb
des Anzeigefensters für
Arbeitswinkel liegt, dann schaltet sich die automatische Steuerung
des Schaufelwinkels nicht ein. Diese Ausführungsform der Erfindung arbeitet
sowohl mit der Betriebsart Tiefensteuerung als auch der Betriebsart
Böschungssteuerung
des Maschinensteuersystems. Bei einer Böschungssteuerung befindet sich
das Anzeigefenster für
Arbeitswinkel in einem Winkelbereich oberhalb und unterhalb der
gewünschten
Böschung.
Bei einer Tiefensteuerung ist die gewünschte Böschung Null, so dass sich das
Anzeigefenster für
Arbeitswinkel in einem Winkelbereich oberhalb oder unterhalb von
waagerecht befindet.
-
Sowohl die Tiefe des Einschnittes
als auch der Winkel der Schaufel können durch die vorliegende
Erfindung automatisch gesteuert werden, wenn in der Betriebsart
Tiefensteuerung des Maschinensteuersystems gearbeitet wird. Dies
tritt auf, wenn (1) die Bedienperson eine automatische Steuerung
ermöglicht;
(2) die Schneidkante der Schaufel innerhalb des Anzeigefensters
für Arbeitstiefe
der gewünschten Tiefe
liegt; und (3) die Winkelorientierung der Schaufel innerhalb des
Anzeigefensters für
Arbeitswinkel der Waagerechten liegt. Wenn diese drei Bedingungen
erfüllt
sind, dann wird die Schaufelbewegung automatisch gesteuert, so dass
die Schneidkante entlang der gewünschten
Tiefe schneidet und die Ausrichtung der Schaufel während des
Aushubarbeitsganges unverändert
bleibt.
-
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
befindet sich das Anzeigefenster für Arbeitstiefe zur Steuerung
der Schaufeltiefe 152,4 mm (6 Zoll [0,5 Fuß oder 0,15 Meter]) oberhalb
und unterhalb des gewünschten
Niveaus der ausgehobenen Fläche.
Somit kann die automatische Steuerung der Abtragstiefe eingeschaltet
werden, wenn sich die Schneidkante der Baggerschaufel um 152,4 mm
(sechs Zoll) oder weniger oberhalb oder unterhalb des gewünschten Niveaus
befindet. Wenn die Schaufel entweder mehr als 152,4 mm (sechs Zoll)
unterhalb des Niveaus oder mehr als 152,4 mm (sechs Zoll) oberhalb
des Niveaus liegt, dann wird sich die automatische Tiefensteuerung
nicht einschalten. Die vorliegende Erfindung gewährleistet, dass der letzte
Planierarbeitsgang mittels automatischer Steuerung einen kleinen Einschnitt
von 152,4 mm (sechs Zoll) oder weniger vornimmt, der den Bagger
nicht überlasten
wird.
-
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
befindet sich auch das Anzeigefenster für Arbeitswinkel zur Steuerung
des Schaufelwinkels auf plus oder minus 10% Neigung (5,7 Grad) in
Bezug auf die gewünschte
Böschung
der ausgehobenen Fläche. Wenn
sich die untere Fläche
der Baggerschaufel innerhalb einer Neigung von 10% der gewünschten
Böschung
befindet, dann kann die automatische Steuerung des Schaufelwinkels
durch die Bedienperson eingeschaltet und die Winkelorientierung
der Schaufel im Aushubarbeitsgang durchweg beibehalten werden. Umgekehrt
wird sich die automatische Steuerung für den Schaufelwinkel nicht
einschalten, wenn die untere Fläche
der Schaufel mehr als 10% Neigung von der gewünschten Böschung der abgegrabenen Fläche entfernt
liegt. Die vorliegende Erfindung erlaubt der Bedienperson, einen
Schaufelwinkel innerhalb des Anzeigefensters für Arbeitswinkel auszuwählen, der
zu den Abtragbedingungen passt, wobei dieser Schaufelwinkel durch
das automatische Maschinensteuersystem während eines Aushubarbeitsganges
konstant gehalten wird.
-
Wenn die Schaufeltiefe oder der Schaufelwinkel
außerhalb
der entsprechenden Anzeigefenster liegen, wird, wenn die Bedienperson
eine automatische Steuerung ermöglicht,
die automatische Steuerung der Schürftiefe oder des Schaufelwinkels
nicht einschalten, bis sich die Schaufel während eines Aushubarbeitsganges
in ein Anzeigefenster für
Arbeit bewegt.
-
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist ihre Anwendbarkeit auf das Planieren mehrfacher Schichten.
Diese Eigenschaft ist nützlich
beim Zurückfüllen mehrerer
Lagen von Material in einen Graben. Die vorliegende Erfindung erlaubt
es, dass die verschiedenen Tiefen und Schichtdicken für die gesamte
Aushubaufgabe von mehreren Schichten einmal festgelegt werden, und
schaltet die automatische Steuerung der Tiefe immer dann ein, wenn
sich die Schaufel innerhalb des Anzeigefensters für Arbeits tiefe
von einem der gewünschten Niveaus
befindet. In dieser Betriebsart kann eine Bedienperson den Graben
bis zu einer gewünschten Tiefe
abgraben und anschließend
den Graben auf eine ausgewählte
Dicke der Bettungsschicht mit Bettungsmaterial anfüllen. Die
automatische Tiefensteuerung wird eingeschaltet, wenn sich die Schaufel
innerhalb des Anzeigefensters für
Arbeitstiefe der gewünschten
oberen Fläche
der Bettungsschicht befindet, was das automatische Planieren der
oberen Fläche
der Bettungsschicht erlaubt. Anschließend würde normalerweise im Graben
auf der Oberseite der Bettungsschicht ein Rohr oder eine Leitung
verlegt werden, wonach der Baggerführer ebenfalls bis zu einer
gewählten
Dicke mit Bedeckungsmaterial anfüllen
kann. Wiederum wird die automatische Steuerung für Arbeitstiefe eingeschaltet,
wenn sich die Schaufel innerhalb des Anzeigefensters für Arbeitstiefe
der oberen Fläche
der Deckschicht befindet. Anschließend kann eine obere Lage Anfüllmaterial
auf eine gewünschte
Dicke planiert werden, um die Aushubaufgabe zu vollenden.
-
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale
und Vorteile schließen
nicht alles ein, wobei insbesondere viele zusätzliche Merkmale und Vorteile
dem gewöhnlichen
Fachmann hinsichtlich der Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche hiervon
deutlich werden. Außerdem
soll angemerkt werden, dass die in der Beschreibung verwendete Sprache
prinzipiell zur Lesbarkeit und für
Instruktionszwecke ausgewählt
worden ist und nicht ausgewählt
werden konnte, um den erfinderischen Gegenstand zu skizzieren oder
zu umschreiben, als Hilfsmittel für die Ansprüche, die notwendig sind, um
einen solchen erfinderischen Gegenstand festzulegen.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
Es zeigen
-
1 die
Seitenansicht eines Baggers, der gemäß der vorliegenden Erfindung
eine ausgehobene Fläche
auf eine gewünschte
Tiefe planiert;
-
2 das
Blockdiagramm eines Maschinensteuersystems, das in Verbindung mit
der vorliegenden Erfindung genutzt wird;
-
3A, 3B und 3C, hier manchmal zusammenhängend als 3 angegeben, Diagramme,
die die Position einer Baggerschaufel in Bezug auf eine gewünschte Tiefe
der ausgehobenen Fläche anzeigen;
-
4 die
Seitenansicht eines Baggers, der eine Anzahl von Schichten auf gewünschte Tiefen gemäß der vorliegenden
Erfindung planiert;
-
5 die
Seitenansicht eines Baggers, der eine ausgehobene Fläche auf
eine gewünschte
Böschung
gemäß der Erfindung
planiert;
-
6A, 6B und 6C, hier manchmal zusammenhängend als 6 angegeben, Diagramme,
die die Winkelorientierung einer Baggerschaufel in Bezug auf eine
gewünschte
Böschung
der ausgehobenen Fläche
anzeigen;
-
7 die
Seitenansicht eines Baggers, der in einem Lasermodus gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet.
-
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
-
Die 1 bis 7 der Zeichnungen stellen
verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung nur zum Zweck der Veranschaulichung dar.
Der Fachmann wird aus der folgenden Erörterung ohne weiteres erkennen,
dass alternative Ausführungsbeispiele
der hier dargestellten Strukturen und Verfahren genutzt werden können, ohne
von den Prinzipien der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen.
-
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines
Baggers, indem die Tiefe und/oder die Winkelorientierung der Baggerschaufel
automatisch gesteuert werden, wenn sich ihre aktuelle Position innerhalb
eines vorgegebenen Abstandes befindet oder einer Winkelmessung der
gewünschten
Neigung.
-
Die vorliegende Erfindung wird an
einem Bagger realisiert. Gemäß 1 besitzt der Bagger 10 ein
Maschinenfundament 12, das auf Gleisketten 14 drehbar
gelagert ist. Mit dem Maschinenfundament 12 ist ein Ausleger 16 an
einem Drehgelenk 17 drehbar befestigt und erstreckt sich
nach außen.
Ein Hydraulikzylinder 18, der durch eine in einer Kabine 20 sitzenden
Bedienperson oder durch ein Maschinensteuersystem gesteuert wird,
bewegt den Ausleger während
des Aushubvorgangs relativ zum Maschinenfundament. Mit dem äußeren Ende
des Auslegers 16 ist eine Stange 22 drehbar an
dem Drehgelenk 23 verbunden. Ebenso bewegt ein Hydraulikzylinder
24 beim Aushub die Stange relativ zu dem Ausleger. Eine Schaufel 26 ist
an einem Drehgelenk 27 mit dem äußeren Ende der Stange 22 drehbar
befestigt.
-
Ein Hydraulikzylinder 28 bewegt
die Schaufel beim Aushub relativ zu der Stange.
-
Der Bagger 10 ist in 1 als eine feststehende
Tiefe 30 unterhalb der Oberfläche grabend dargestellt. Die
Schaufel 26 besitzt eine untere Fläche 32 und eine Schneidkante 34 an
der Vorderkante der Schaufel, die sich beim Aushub in die Erde gräbt. Das
Merkmal der automatischen Tiefensteuerung der vorliegenden Erfindung
wird eingeschaltet, wenn sich die Schneidkante 34 der Schaufel 26 im
Anzeigefenster 33 für
Arbeitstiefe des gewünschten
Niveaus 35 befindet. Dieses Anzeigefenster für Arbeitstiefe liegt
152,4 mm (6 Zoll, 0,5 Fuß)
oberhalb und unterhalb des gewünschten
Niveaus, wenn im Tiefensteuermodus gearbeitet wird. Wenn die Schneidkante 34 der
Schaufel 26 außerhalb
des Anzeigefensters 33 für Arbeitstiefe entweder mehr
als 152,4 mm (sechs Zoll) unter dem gewünschten Niveau 35 oder
mehr als 152,4 mm (sechs Zoll) oberhalb des gewünschten Niveaus positioniert
ist, dann wird sich das Merkmal der automatischen Tiefensteuerung
nicht einschalten. Dies ermöglicht
es der Bedienperson, den Bagger per Hand zu steuern, bis sich die
Schneidkante der Schaufel innerhalb des Anzeigefensters für Arbeitstiefe
befindet, und anschließend
durch automatische Steuerung einen letzten Einschnitt vorzunehmen,
um die gewünschte
fertig bearbeitete Fläche
zu erzielen.
-
2 ist
das Blockbild eines Maschinensteuersystems 36, das in Verbindung
mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das Maschinensteuersystem 36 umfasst
drei Winkelsensoren 38, 40 und 42, die
einem Systemregler 44 jeweils Daten über Winkelpositionen des Auslegers 16, der
Stange 22 und der Schaufel 26 zur Verfügung stellen.
Die Sensoren sind am Bagger jeweils in der Nähe der Drehgelenke 17, 23 und 27 des
Auslegers, der Stange und der Schaufel angebracht. Der Systemregler 44 ist
ein programmierter Prozessor, der die augenblickliche Position der
Schaufel während eines
Aushubes bestimmt, indem man die Winkel, die durch die Winkelsensoren
gemessen werden und die Geometrien des Auslegers 16, der
Stange 22 und der Schaufel 26 kennt. Der Betrieb
des Systemreglers 44 ist in dieser Hinsicht an sich bekannt
und wird hier nicht weiter offenbart. Der Systemregler 44 ist
mit einem Bedienungsfeld 46 und einem Triggerschalter 48 gekoppelt,
die nachstehend ausführlicher
erörtert werden.
Der Systemregler 44 sendet Steuersignale an einen Hydraulikventilregler 50,
der die Bewegung des Auslegerzylinders 18 und des Schaufelzylinders 28 steuert.
Ein Laserempfänger 51 ist
in das Maschinensteuersystem einbezogen. Der Laserempfänger 51 detektiert
die Höhe,
bei der ein Bezugslaserstrahl einen am Bagger montierten Antennenmast überstreicht,
womit ein Höhenbezug
bewirkt wird.
-
Das Blockbild von 2 zeigt auch zwei Steuerhebel 49,
die manuelle Steuereingaben in den Hydraulikventilregler 50 bewirken.
Die Bedienperson bewegt die Steuerhebel, um die Zylinder von Schaufel,
Stange und Ausleger zu steuern, wenn mit manueller Steuerung gearbeitet
wird. Bei automatischer Steuerung steuert im bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Bedienperson nur den Stangenzylinder 24, wobei der
Systemregler 44 den Auslegerzylinder 18 und den
Schaufelzylinder 28 automatisch steuert, um auf die gewünschte Böschung oder
Tiefe abzugraben.
-
Das Bedienungsfeld 46 stellt
der Bedienperson ein Mittel zum Eingeben von Daten in den Systemregler 44 bereit,
um die Betriebsparameter des Maschinensteuer systems 36 zu
bestimmen. Das Bedienungsfeld 46 stellt der Bedienperson
außerdem eine
Anzeige von Informationen bereit, um den Aushubvorgang entweder
durch die Bedienperson manuell gesteuert oder durch das Maschinensteuersystem 36 automatisch
gesteuert zu überwachen.
Eine vollständige
Beschreibung der Funktion des Bedienungsfeldes und der verschiedenen
dadurch genutzten Bildschirme sind in der Druckschrift US-A-5 854 988
enthalten, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht
wurde und mit der Bezeichnung "Verfahren
zur Steuerung eines Baggers" versehen
ist.
-
Das Bedienungsfeld 46 besitzt
eine flache Anzeige, die berührungsempfindlich
ist. Das Bedienungsfeld zeigt während
des Aushubvorgangs verschiedene Bildschirme an, und der berührungsempfindliche
Bildschirm bewirkt ein Mittel für
die Bedienperson, um Informationen an den Systemregler 44 einzugeben,
indem ein entsprechender Bereich des Schirmes berührt wird,
der typischerweise durch ein gekennzeichnetes Kästchen bestimmt ist. Grundsätzlich kann
der Systemregler in mehreren Betriebsarten einschließlich Tiefensteuermodus,
Mehrschichtmodus, Böschungssteuermodus
und Lasermodus betrieben werden. Jede Betriebsart umfasst einen
Einstellschirm, der es der Bedienperson erlaubt, Daten zum Bestimmen
der gewünschten
Tiefe oder Böschung
einzugeben und einen Anzeigeschirm, der ein Icon der Schaufel und
deren Position in Bezug auf das gewünschte Niveau anzeigt.
-
Die Bedienperson wählt den
Tiefensteuermodus des Arbeitsgangs aus und gibt Daten ein, die eine
gewünschte
Tiefe festlegen, indem die entsprechenden Befehle auf dem Bedienungsfeld 46 eingegeben
werden. Sobald der Wert der gewünschten Tiefe
eingegeben worden ist, ist der Bagger bereit, abzugraben, um eine
mit Neigung versehene Fläche zu
erzeugen, die diese Tiefe aufweist. Die Bedienperson positioniert
die Schaufel 26 manuell und stellt mittels der Steuerhebel 49 den
Schaufelwinkel durch Steuern des Schaufelzylinders 28,
des Stangenzylinders 24 und/oder des Auslegerzylinders 18 durch
den Hydraulikventilregler 50 ein. Um eine automatische Steuerung
zu starten, drückt
die Bedienperson auf den an den Steuerhebeln 49 der Zylindersteuerung befestigten
Triggerschalter 48. Das Betätigen des Triggerschalters 48 löst die Funktion
der automatischen Tiefensteuerung aus, wobei jedoch eine automatische
Tiefensteuerung nur dann ermöglicht
wird, wenn sich die Schneidkante 34 der Schaufel 26 innerhalb
des Anzeigefensters 33 für Arbeitstiefe der gewünschten
Tiefe 35 (1)
befindet.
-
3 zeigt
die Schaufel 26 in Bezug auf das gewünschte Niveau 35 und
das Anzeigefenster 33 für Arbeitstiefe. 3A zeigt die Schaufel mit
ihrer Schneidkante 34, die auf dem gewünschten Niveau 35 innerhalb
des Anzeigefensters 33 für Arbeitstiefe positioniert
ist, was es ermöglicht,
dass sich die automatische Tiefensteuerungsfunktion einschaltet
und die Bewegung der Schaufel gesteuert wird, so dass die Schneidkante
bei einem Aushubarbeitsgang dem gewünschten Niveau folgt. 3B zeigt die Schaufel, die
außerhalb
des Anzeigefensters 33 für Arbeitstiefe positioniert
ist. Die Funktion der automatischen Tiefensteuerung wird sich nicht
einschalten, weil die Schaufel zu hoch ist. Die Bedienperson wird
tiefer graben müssen,
bis das Anzeigefenster für
Arbeitstiefe erreicht ist, um die automatische Tiefensteuerung einzuschalten. 3C zeigt die innerhalb des Anzeigefensters
für Arbeitstiefe
jedoch unterhalb des gewünschten
Niveaus 35 angeordnete Schaufel. Wenn die Schaufel innerhalb
des Anzeigefensters positioniert ist und die Bedienperson auf den
Triggerschalter 48 drückt,
wird die automatische Tiefensteuerung die Schaufel auf das gewünschte Niveau 35,
in diesem Fall nach oben, bewegen.
-
In der Betriebsart Tiefensteuerung
gibt es gemäß der vorliegenden
Erfindung zwei Typen von automatischer Steuerung, die von der Winkelorientierung
der Schaufel abhängig
sind: Tiefe und Schaufelwinkel oder nur Tiefe. Wenn die untere Fläche der Schaufel
waagerecht ist oder in einem Winkel innerhalb des Anzeigefensters
für Arbeitswinkel
der Horizontalen geneigt ist, dann bewirkt der Systemregler 44,
dass die Schaufel die gleiche Winkelorientierung im gesamten Aushubarbeitsgang
nach einem ersten Typ einer automatischen Tiefensteuerung beibehält. Bei
dem ersten Typ einer automatischen Tiefensteuerung werden sowohl
die Tiefe als auch der Schaufelwinkel automatisch gesteuert. Die
Schaufel verschiebt sich in einer festgelegten Winkelorientierung durch
den Aushubvorgang, wobei die Schneidkante 34 der gewünschten
Tiefe 35 folgt und dies durch den Systemregler 44 erreicht
wird, der sowohl den Schaufelzylinder 28 als auch den Auslegerzylinder 18 steuert.
-
Der zweite Typ einer automatischen
Tiefensteuerung (nur Tiefe) wird eingestellt, wenn die untere Fläche der
Schaufel in einem Winkel außerhalb des
Anzeigefensters für
Arbeitswinkel geneigt ist, wobei der Systemregler 44 in
diesem Fall den Auslegerzylinder 18 steuert, jedoch nicht
den Schaufelzylinder 28. Im zweiten Falle verändert sich
die Winkelorientierung der Schaufel, wenn sich die Stange 22 während des
Aushubarbeitsganges bewegt. Beide Fälle werden nur dann eingeschaltet,
wenn sich die Schneidkante der Schaufel im Anzeigefenster 33 für Arbeitstiefe
befindet und die Bedienperson auf den Triggerschalter 48 drückt, um
eine automatische Regelung zu ermöglichen.
-
Der erste Typ einer automatischen
Tiefensteuerung (Tiefe und Schaufelwinkel) wird durch den Systemregler 44 erreicht,
der sowohl den Auslegerzylinder 18 als auch den Schaufelzylinder 28 während des
Aushubvorgangs steuert. Der zweite Typ einer automatischen Tiefensteuerung
(nur Tiefe) wird erreicht, indem nur der Auslegerzylinder 18 automatisch
gesteuert wird. In beiden Fällen
steuert die Bedienperson den Stangenzylinder 24 per Hand
durch einen Steuerhebel 49, welcher der Bedienperson die Kontrolle
darüber
gibt, wie schnell der Aushubvorgang fortschreiten wird. Wenn die
Schaufel 26 genügend
nahe der gewünschten
Tiefe 35 ist, dann schränkt
der Systemregler 44, wenn der Triggerschalter (innerhalb
des Anzeigefensters 33 für Arbeitstiefe) aktiviert wird,
die Bewegung der Schaufel automatisch ein, so dass die Schneidkante 34 der Schaufel 26 auf
die gewünschte
Tiefe planiert. Bei einer automatischen Steuerung überwacht
der Systemregler 44 die Eingangssignale von den Winkelsensoren 38, 40 und 42 und
weist den Ventilregler 50 an, den Auslegerzylinder 28 und
den Schaufelzylinder 28 aus- oder einzufahren, um die Schneidkante 34 der
Schaufel 26 entlang der gewünschten Tiefe 35 zu
bewegen.
-
Wenn der Aushubarbeitsgang beendet
ist, muss die Bedienperson die Last in der Schaufel abkippen. Der
Triggerschalter 48 wird freigegeben, wobei der Bagger aus
der automatischen Steuerung herausgenommen und die Schaufel durch
die Bedienperson manuell gesteuert wird, um sie abzukippen. Danach
kann die Bedienperson zusätzliche
Aushubarbeitsgänge
vornehmen oder den Bagger neu positionieren, wenn es angebracht
ist.
-
Das Merkmal einer automatischen Tiefensteuerung
nach der vorliegenden Erfindung kann genutzt werden, um mehrere
Materialschichten zu planieren. Gemäß 4 kann Baggerungsarbeit das Ausheben
eines Grabens nach unten bis zu einer bestimmten Tiefe 60 und
anschließend
das Wiederauffüllen
mit Bettungsmaterial 62 bis zu einer anderen Tiefe 64,
das anschließende
Verlegen eines Rohres 66 auf dem Bettungsmaterial und das
Abdecken des Rohres mit Abdeckungsmaterial 68 auf eine
weitere Tiefe 70 sowie das anschließende Wiederauffüllen mit
noch mehr Material 72 auf eine noch andere Tiefe 74 erforderlich
machen.
-
Die Bedienperson gibt Daten durch
das Bedienungsfeld 46 ein, um die zahlreichen Tiefen festzulegen.
Beim ersten Aushub des Grabens auf die gewünschte Tiefe 60 wird
die automatische Tiefensteuerung eingeschaltet, wenn sich die Schneidkante der
Schaufel innerhalb des Anzeigefensters für Arbeitstiefe auf dem Boden
des Grabens in der Tiefe 60 befindet. Anschließend wird
das Bettungsmaterial 62 in den Graben abgekippt und durch
den Bagger mittels der automatischen Tiefensteuerung, die auf die Bettungstiefe 64 eingestellt
ist, ausgeglichen. Alles, was die Bedienperson tun muss, um die
automatische Tiefensteuerung auf die Tiefe 64 einzustellen, ist
die Schneidkante der Schaufel innerhalb von 152,4 mm (6 Zoll) von
dieser Tiefe zu positionieren, und anschließend den Triggerschalter 48 zu
betätigen.
Nachdem das Rohr 66 eingelegt und das Abdeckungsmaterial 68 darauf
abgekippt ist, breitet der Bagger das Abdeckungsmaterial aus und
gleicht es durch eine automatische Tiefensteuerung auf die Tiefe 70 aus.
Schließlich
wird die Schicht aus Material 72 zum Wiederauffüllen verbreitet
und automatisch auf die zweckmäßige Tiefe 74 planiert.
-
In der Mehrschichten-Betriebsart
ist kein erneutes Programmieren zum Schalten zwischen automatischem
Planieren der verschiedenen Schichten erforderlich, wobei die Daten
zu Beginn der Aufgabe eingegeben werden. Der Systemregler 44 weiß, welche
Tiefe durch die die Schaufel platzierende Bedienperson innerhalb
eines der vier Anzeigefenster für
Arbeitstiefe zu steuern ist. So ermöglicht es die vorliegende Erfindung,
verschiedene Tiefen und Schichtdicken für die gesamte Mehrschicht-Aushubaufgabe einmal
festzulegen und die automatische Tiefensteuerung immer dann einzuschalten,
wenn sich die Schaufel im Anzeigefenster für Arbeitstiefe von einem der
gewünschten
Niveaus befindet.
-
In 5 ist
der Bagger 10 dargestellt, wie er ein Niveau auf eine gewünschte Böschung 80 abträgt. In der
Betriebsart Böschungssteuerung
gibt es zwei Aspekte der automatischen Steuerung. Ein Aspekt ist
besteht darin, die Bewegung der Schaufel 26 automatisch
zu steuern, so dass die Schneidkante 34 der Schaufel im
gewünschten
Winkel der Böschung 80 einschneidet.
Dieser Aspekt der automatischen Böschungssteuerung hängt nicht
vom Positionieren der Schaufel in einem Anzeigefenster ab wie es
bei der automatischen Tiefensteuerung ist. Der zweite Aspekt der
automatischen Steuerung in der Betriebsart Böschungssteuerung besteht darin,
die Winkelausrichtung der Schaufel automatisch zu steuern. Nach
der vorliegenden Erfindung wird der Schaufelwinkel automatisch in
der Betriebsart Böschungssteuerung
gesteuert, wenn sich die unte re Fläche der Schaufel in einem Anzeigefenster
für Arbeitswinkel der
gewünschten
Böschung
befindet.
-
Eine automatische Steuerung des Schaufelwinkels
wird eingeschaltet, wenn die Neigung der unteren Fläche 32 der
Schaufel 26 innerhalb eines Anzeigefensters 84 für Arbeitswinkel
der gewünschten Böschung 80 liegt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
liegt dieses Anzeigefenster für
Arbeitswinkel bei 10% Neigung (5,7 Grad) oberhalb oder unterhalb
der gewünschten
Böschung.
Wenn die Schaufel 26 außerhalb des Anzeigefensters 84 für Arbeitswinkel
positioniert wird, so dass die Neigung ihrer unteren Fläche 32 einen
Unterschied in der Böschung
von mehr als 10% zur gewünschten
Böschung
aufweist, dann wird das Merkmal der automatischen Steuerung des Schaufelwinkels
nicht einschalten. Wenn die Schaufel parallel zu der gewünschten
Böschung
positioniert ist, befindet sie sich innerhalb des Anzeigefensters für Arbeitswinkel,
und die automatische Steuerung des Schaufelwinkels kann durch die
Bedienperson eingeschaltet werden kann, indem der Triggerschalter
während
eines Aushubarbeitsganges aktiviert wird.
-
6 zeigt
die Schaufel 26 in mehreren Positionen in Bezug auf die
gewünschte
Böschung 80. In 6A befindet sich die untere
Fläche 32 der Schaufel
parallel zu der gewünschten
Böschung 80, genau
wie in 5. Die automatische
Steuerung des Schaufelwinkels kann eingeschaltet werden, weil sich
die Schaufel innerhalb des Anzeigefensters 84 für Arbeitswinkel
befindet, was es erlaubt, die automatische Steuerung des Schaufelwinkels
einzuschalten. In 6 ist
die Schaufel jedoch so stark geneigt, dass die Neigung 86 der
unteren Fläche
nicht innerhalb des Anzeigefensters für Arbeitswinkel liegt, wobei
es in die sem Fall nicht möglich
ist, die automatische Steuerung des Schaufelwinkels einzuschalten.
-
Um in der Betriebsart Böschungssteuerung zu
arbeiten, legt die Bedienperson die gewünschte Böschung 80 durch Eingeben
von Daten in das Bedienungsfeld 46 fest. Sobald die gewünschten
Böschungsdaten
eingegeben wurden, ist der Bagger zum Abgraben auf diese Böschung bereit.
Die Bedienperson positioniert die Schaufel per Hand mittels der
Steuerhebel 49 auf eine gewünschte Schürftiefe und stellt den Schaufelwinkel
durch Steuerung des Schaufelzylinders 28, des Stangenzylinders 24 und/oder
des Auslegerzylinders 18 durch den Hydraulikventilregler 50 ein.
Um eine automatische Steuerung zu starten, drückt die Bedienperson auf den
Triggerschalter 48, der an oder nahe der Steuerhebel 49 für die Zylindersteuerung
angebracht ist. Die Aktivierung des Triggerschalters 48 bewirkt,
dass der Systemregler eine automatische Steuerung beginnt, um die
Schneidkante 34 der Schaufel 26 zu einer Bewegung
parallel zu der gewünschten
Böschung 80 (5) zu zwingen. Wenn sich
die Neigung der unteren Fläche
der Schaufel innerhalb des Anzeigefensters 84 für Arbeitswinkel
in Bezug auf die gewünschte
Böschung
befindet, dann steuert das Maschinensteuersystem 36 die
Ausleger- und Schaufelzylinder automatisch, um die Schaufel längs der
gewünschten
Böschung
zu bewegen und den aktuellen Schaufelwinkel beizubehalten. Wenn
sich der Schaufelwinkel nicht im Anzeigefenster 84 für Arbeitswinkel
befindet, dann steuert das Maschinensteuersystem nur den Auslegerzylinder,
um die Schneidkante der Schaufel entlang der gewünschten Böschung zu bewegen.
-
Zusätzlich zu den Betriebsarten
Tiefensteuerung und Böschungssteuerung
kann das Maschinensteuersystem 36 in einem Lasermodus arbeiten,
indem ein Laserstrahl als Höhenbezug
verwendet wird. Gemäß 7 erfordert der Lasermodus
zwei zusätzliche
Ausrüstungsteile.
Das eine ist ein Lasersender 90, der einen Laserbezugsstrahl 92,
typischerweise einen rotierenden oder fächerförmig überstreichenden Strahl erzeugt.
Der Laserbezugsstrahl 92 ist vorzugsweise auf die gleiche
Neigung wie der Boden der abgegrabenen Fläche, entweder waagerecht oder
in einem Winkel, eingestellt. Das zweite zusätzliche Ausrüstungsteil
ist ein Laserempfänger 94,
der an dem Bagger 10 montiert ist. Der Laserempfänger besitzt
einen Antennenmast 96 und einen Bewegungssensor 98,
der den Antennenmast nach oben oder unten bewegt, bis er den Laserbezugsstrahl 92 abtastet.
Der Laserempfänger
speist die Höhe
des Laserbezugsstrahls angebende Daten in den Systemregler 44 ein,
der diese Daten für
seinen Tiefenbezug nutzt.
-
Im Lasermodus gibt die Bedienperson
eine gewünschte
Tiefe der abzugrabenden Fläche
in Bezug auf den Laserbezugsstrahl 92 ein und gibt außerdem eine
gewünschte
Neigung ein. Wenn die Neigung Null ist, dann ist der festgelegte
Schnitt in der gewünschten
Tiefe waagerecht. Wenn die Neigung nicht Null ist, dann wird der
Schnitt durch die Linie bestimmt, die auf der gewünschten
Neigung durch einen Punkt verläuft,
der durch die gewünschte
Tiefe an einem Punkt in vertikaler Ausrichtung mit dem Drehpunkt 17 des
Auslegers bestimmt ist. Nachdem die Parameter eingegeben wurden,
ist der Betrieb im Lasermodus ähnlich
dem im Tiefenmodus. Die Tiefe der Schaufel wird automatisch gesteuert,
wenn sich die Schaufel im Anzeigefenster für Arbeitstiefe der gewünschten
Tiefe befindet, und der Schaufelwinkel wird automatisch gesteuert,
wenn die Neigung der Schaufel innerhalb des Anzeigefens ters für Arbeitswinkel
der gewünschten
Böschung
liegt.
-
Aus der obigen Beschreibung wird
deutlich, dass die hier offenbarte Erfindung ein neuartiges und vorteilhaftes
Verfahren zur Steuerung der Tiefe und des Winkels einer Baggerschaufel
bereitstellt, um eine Fläche
auf eine gewünschte
Kontur abzugraben. Die vorhergehende Erörterung offenbart und beschreibt
lediglich beispielhafte Verfahren und Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung. Wie dem Fachmann verständlich werden wird, kann die
Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgebildet sein. Folglich
ist beabsichtigt, dass die Offenbarung der vorliegenden Erfindung
den Umfang der Erfindung, der in den folgenden Patentansprüchen erläutert wird,
veranschaulicht jedoch nicht einschränkt.