DE10000771A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Lageregelung für Arbeitseinrichtungen mobiler Arbeitsmaschinen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Lageregelung für Arbeitseinrichtungen mobiler ArbeitsmaschinenInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Lageregelung für Arbeitseinrichtungen (41) mobiler Arbeitsmaschinen (40) umfaßt eine Meßeinrichtung (1, 2) zur Messung eines Winkels (alpha), welcher zwischen einer durch die Lage der Arbeitseinrichtung (41) bestimmten Ebene (42) und der Richtung der Gravitationskraft (g) gebildet ist, einen Winkelgeber (5) zur Vorgabe eines Winkels (alpha'), welcher zwischen einer durch die Lage der Arbeitseinrichtung (41) bestimmten Ebene (42) und der Richtung der Gravitationskraft (g) gebildet ist und eine Regeleinrichtung (3, 4, 6-16) zum Regeln des Winkels (alpha) zwischen der Ebene (42) der Arbeitseinrichtung (41) und der Richtung der Gravitationskraft (g), so daß der gemessene Winkel (alpha) mit dem vorgegebenen Winkel (alpha') in Übereinstimmung gebracht wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lageregelung für
Arbeitseinrichtungen mobiler Arbeitsmaschinen und ein
Verfahren zur Lageregelung für Arbeitseinrichtungen mobiler
Arbeitsmaschinen.
Aus der DE 197 52 439 A1 ist ein mikromechanischer
Neigungssensor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, als solches
bekannt, welcher eine Trägerplatte aufweist, deren Neigung
zur Horizontalen bestimmt wird. Ferner sind mindestens zwei
auf die Trägerplatte integrierte Drucksensoreinheiten zur
Bestimmung eines auf die Trägerplatte an den jeweiligen
Punkten aufgebrachten Drucks vorgesehen. Eine Masseplatte
ist mit der Trägerplatte über die Drucksensoreinheiten
verbunden. Aus den von den Drucksensoreinheiten produzierten
Daten ermittelt eine Auswertungseinheit die Neigung der
Trägerplatte zur Horizontalen. Die Masseplatte übt dabei je
nach Neigung des Gerätes, in welches der Neigungssensor
eingebaut ist, eine unterschiedlich starke Kraft auf die
jeweilige Drucksensoreinheit aus. Zur Messung des
Neigungswinkels müssen mindestens zwei Drucksensoren
vorgesehen sein. Diese sind in der DE 197 52 439 A1 als
piezoresistive Druckaufnehmer ausgebildet.
Eine Vorrichtung zur Niveauregelung bei einem Hafenkran ist
aus der DE 39 38 766 A1 bekannt. Hier wird eine
Niveauregelung unter Verwendung eines hydraulischen
Steuerventils zum Ansteuern eines oder mehrerer
hydraulischer Stellorgane für ein ein bestimmtes Niveau
beizubehaltendes Teil vorgeschlagen, wobei das Teil mit
einem anderen seine Lage beliebig veränderbaren Teil
gekoppelt ist. Um eine hohe Betriebssicherheit ohne
Verwendung teuerer Elektronik zu gewährleisten, steht das
Steuerventil mit einem in seiner Lage durch die Schwerkraft
festgelegten Pendel als Betätigungseinrichtung in
mechanischer Stellverbindung.
Bei einer Neigung der Vorrichtung erfolgt ein gedämpfter
Pendelausschlag in einer festgelegten Raumrichtung, der über
das Steuerventil auf das hydraulische Stellglied übertragen
wird. In der DE 39 38 766 A1 wird durch diese Maßnahme ein
Be- und Entladekran, welcher insbesondere zum Be- und
Entladen von Schiffen geeignet ist, so ausgerichtet, daß bei
Heben und Senken des Kranbaumes eine daran befindliche Be-
und Entladungseinrichtung in einer festgelegten Lage relativ
zum restlichen Aufbau verbleibt.
Nachteilig an der aus der DE 39 38 766 A1 bekannten
Niveauregelung ist insbesondere die eindimensionale
Ausführung. Für das in der oben genannten
Offenlegungsschrift offenbarte Ausführungsbeispiel der
Niveauregelung an einem Be- und Entladekran vorzugsweise für
Schiffe ist die Vorrichtung durchaus ausreichend, für mobile
Arbeitsmaschinen wie z. B. Erdbewegungsmaschinen, welche
sich vorzugsweise auf Baustellen und demnach auf unebenem
Untergrund bewegen, ist eine eindimensionale Lagekorrektur
jedoch nicht ausreichend.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Lageregelung für
Arbeitseinrichtungen mobiler Arbeitsmaschinen
bereitzustellen, wodurch die Arbeitseinrichtungen sowohl in
mehreren Richtungen als auch auf dem befahrenen Untergrund
gemäß der jeweiligen Lage der Arbeitsmaschine zuverlässig
angepaßt werden kann, ohne daß in unebenem Terrain
Ladungsverlust auftritt.
Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung durch die
Merkmale der Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch
die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die
Ausrichtung einer Arbeitseinrichtung einer mobilen
Arbeitsmaschine nicht allein in unbeweglichem Zustand oder
bei der Aufnahme von Material, sondern insbesondere beim
Transport des aufgenommenen Materials im Gelände zur
Vermeidung von Ladungsverlusten von Bedeutung ist.
Dementsprechend muß eine Vorrichtung, die für diesen Zweck
geeignet ist, eine Ausrichtung bezüglich einer zur
Gravitationskraft definierten Ebene und in einer
zufriedenstellend kurzen Zeit ermöglichen. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das entsprechende
Verfahren stellt eine Anordnung zur Verfügung, welche eine
Lagekorrektur bezüglich einer zur Gravitationskraft und ggf.
inversen Beschleunigungskraft senkrechten Ebene ermöglicht.
Die Unteransprüche 2 bis 10 und 12 beinhalten vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung.
Insbesondere die Möglichkeit, die Vergleichseinrichtung
sowohl in herkömmlicher analoger Bauweise als auch in
integrierter Schaltungstechnik auszuführen, ist von Vorteil,
da so den speziellen Anforderungen einzelner
Arbeitsmaschinen genügt werden kann.
Die Anordnung ist einfach herzustellen und leicht mit
handelsüblichen Sensoren auszustatten.
Die Anordnung ist sowohl zur Ausführung in einer
Raumrichtung als auch in zwei Raumrichtungen geeignet.
Insbesondere bei Erdbewegungsmaschinen ist eine
Lagekorrektur in Längs- und Querrichtung vorteilhaft. Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden die durch
die Regellaufzeit hervorgerufenen Eigenschwingungen und
deren Vielfache eliminiert.
Besonders bevorzugt wird der vorgegebene Winkel so
eingestellt, daß die durch die Lage der Arbeitseinrichtung
definierte Ebene senkrecht zu der Resultierenden aus
Gravitationskraft und inverser Beschleunigungskraft steht.
In der Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dadurch
wird auch bei Beschleunigungen der Arbeitseinrichtung, z. B.
durch Fahrbewegungen, die Arbeitseinrichtung so
positioniert, daß Ladungsverlust vermieden wird.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 in einem ersten Schaltbild ein erstes
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Regelung und Ansteuerung von
hydraulischen Stellelementen zur Lageregelung
beweglicher Arbeitseinrichtungen mobiler
Arbeitsmaschinen;
Fig. 2 in einem zweiten Schaltbild ein zweites
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Fig. 3A-3B den prinzipiellen Aufbau einer als Bandsperre 2.
Ordnung ausgelegten digitalen Filtereinheit sowie
den zugehörigen Amplitudengang;
Fig. 4A-4B in einer vereinfachten Darstellung die Bewegung
einer mobilen Arbeitsmaschine im Gelände gemäß
dem Stand der Technik sowie die Anwendung der
erfindungsgemäßen Lageregelungsvorrichtung bei
einer mobilen Arbeitsmaschine bei Bewegung im
Gelände;
Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung ein
Beispiel für eine Arbeitseinrichtung einer
mobilen Arbeitsmaschine mit den möglichen
Schwenkrichtungen;
Fig. 6 eine schematische mobile Arbeitsmaschine mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lageregelung in
unebenem Gelände; und
Fig. 7 eine Skizze bezüglich einer die Beschleunigung
berücksichtigenden Laderegelung.
In Fig. 1 ist in einem ersten Blockschaltbild ein erstes
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Lageregelung für Arbeitseinrichtungen mobiler
Arbeitsmaschinen dargestellt. Die Schaltung umfaßt einen
ersten Sensor 1, welcher einen ersten Winkel in einer ersten
Raumrichtung, im Folgenden mit x bezeichnet, mißt. Dieser
erste Winkel wird im Folgenden mit αx bezeichnet. Ein
zweiter Sensor 2 mißt entsprechend einen zweiten Winkel in
einer zweiten Raumrichtung y. Der zweite Winkel wird im
Folgenden mit αy bezeichnet. Die gemessenen Winkel αx und αy
werden über einen ersten Komparator 3 und einen zweiten
Komparator 4 mit einem von einem Winkelgeber 5 festgelegten
Winkel αx' für die Raumrichtung x und αy' für die
Raumrichtung y, welcher beispielsweise jeweils 90° betragen
kann, verglichen. Die Komparatoren 3 und 4 bilden eine
Vergleichseinrichtung 6. Der Winkelgeber 5 kann dabei
entweder einen fest vorgegebenen oder auch einen von Hand
über einen Handsteuergeber 5a einstellbaren Winkel αx' bzw.
αy' zur Verfügung stellen.
Das Signal in x-Richtung durchläuft nach dem ersten
Komparator 3 eine erste Bandsperre 7, das Signal in y-
Richtung nach dem zweiten Komparator 4 eine zweite
Bandsperre 8. Die Bandsperren 7 und 8 haben den Zweck, die
durch die Regellaufzeit τ im System hervorgerufene
Eigenschwingung fR und gegebenenfalls deren Vielfache 2 fR,
3 fR, . . . zu eliminieren, damit das dynamische Verhalten des
Systems kontrollierbar bleibt und keine Resonanzen
auftreten.
Nach Durchlaufen der Bandsperre 7 wird das Signal in x-
Richtung durch einen ersten Verstärker 9 verstärkt, um damit
einen ersten Elektromagneten 10 ansteuern zu können. Der
erste Elektromagnet 10 wird zur Betätigung eines ersten
Steuerventils 11 benötigt, welches wiederum ein erstes
hydraulisches Stellelement 12 zur Lagekorrektur in der
ersten Raumrichtung x ansteuert. Entsprechend wird das
Signal in y-Richtung nach Durchlaufen der Bandsperre 8 durch
einen zweiten Verstärker 13 verstärkt, um einen zweiten
Elektromagneten 14 und damit ein zweites Steuerventil 15
anzusteuern. Das zweite Steuerventil 15 betätigt ein zweites
hydraulisches Stellelement 16. Dadurch wird die
Arbeitseinrichtung in der zweiten Raumrichtung y
ausgerichtet.
Zur Betätigung der hydraulischen Stellglieder 12 und 16 wird
eine in einem Tank 17 befindliche Hydraulikflüssigkeit durch
eine Pumpe 18 in einen vorderen oder hinteren Zylinderraum
eines ersten Zylinders 19 des ersten hydraulischen
Stellelements 12 bzw. in der vorderen oder hinteren
Zylinderraum eines zweiten Zylinders 20 des zweiten
hydraulischen Stellelements 16 gedrückt. Dadurch erfährt ein
erster Kolben 21 bzw. ein zweiter Kolben 22 eine
Lageänderung, welche wiederum für die Lageregelung der
Arbeitseinrichtung 41 sorgt.
Die Lageregelung erfolgt so lange, bis die Komparatoren 3
und 4 keinen Unterschied zwischen dem gemessenen Winkel αx
bzw. αy und dem voreingestellten Winkel αx' bzw. αy'
feststellen. Dabei werden die Differenzen αx' - αx bzw. αy' - αy
betragsmäßig fast Null oder liegen zumindest unter einem
Wert, welcher für eine Winkelabweichung Δα noch toleriert
werden kann, beispielsweise ±3°.
Ist dieser Zustand erreicht, erfolgt keine Signaländerung
mehr an die Steuerventile 11 und 15, welche daraufhin in
eine Mittelstellung zurückschalten, ohne dabei die Position
der Stellglieder 12 und 16 weiter zu verändern. Das System
bleibt in der Mittelstellung, bis wieder ein geändertes
Signal von den Komparatoren 3 und 4 eingeht.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lageregelung für
Arbeitseinrichtungen mobiler Arbeitsmaschinen. Bauteile, die
bereits in Fig. 1 beschrieben wurden, sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden nicht
nochmals beschrieben. Während es sich in Fig. 1 um ein
Ausführungsbeispiel in Analogtechnik handelt, ist das in
Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel in Digitaltechnik
ausgeführt.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich
von der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung hauptsächlich
durch die Verwendung einer digitalen Steuereinheit 34,
welche sowohl die Funktion der Bandsperren 7 und 8 als auch
die der Vergleichseinrichtung 6 übernimmt.
Die Vergleichseinrichtung 6 ist demnach folgendermaßen
aufgebaut: Der von dem Sensor 1 ausgegebene Winkel αx wird
durch einen ersten Vorverstärker 30 vorverstärkt und danach
durch einen ersten Analog-Digital-Wandler 32 von einem
analog gemessenen Winkelwert auf einen digitalen, von einer
digitalen Steuereinheit 34 verarbeitbaren Wert umgesetzt.
Ebenso wird der Winkel αy durch einen zweiten Vorverstärker
31 verstärkt und durch einen zweiten Analog-Digital-Wandler
33 in einen digitalen Wert umgesetzt. Um den vorgegebenen
Winkel αx' bzw. αy' mit den von den Sensoren 1 und 2
ermittelten Winkeln αx und αy vergleichen zu können, wird
vom Winkelgeber 5 der vorgegebene Winkel αx' bzw. αy' durch
einen dritten Analog-Digital-Wandler 35 ebenfalls umgesetzt
und der digitalen Steuereinheit 34 zugeführt, die als
Mikroprozessor ausgebildet sein kann.
Die digitale Steuereinheit 34 ist neben dem Vergleichen der
Winkelwerte auch für das Filtern der Signale zuständig. Dazu
ist die Filtereinheit als digitales Filter mit
Bandsperrencharakteristik ausgeführt. Die
Bandsperrencharakteristik entspricht wie in dem in Fig. 1
dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise der in Fig.
3A und 3B dargestellten digitalen Bandsperre zweiter Ordnung
und wird durch ein entsprechendes Programm in der
Steuereinheit 34 bereitgestellt. Die digitale Steuereinheit
34 weist einen Speicher 36 auf, welcher z. B. die
Möglichkeit bietet, die gemessenen und abgeglichenen Daten
zu speichern und für eine spätere externe Weiterverarbeitung
zur Verfügung zu stellen.
Die abgeglichenen Signale der Sensoren 1 und 2 werden durch
einen ersten Digital-Analog-Wandler 37 und einen zweiten
Digital-Analog-Wandler 38 in analoge Signale
zurückgewandelt. Die analogen Signale werden durch
Verstärker 9 und 13 verstärkt und den Elektromagneten 10 und
14 zugeführt. Durch die Steuerventile 11 und 15, die Pumpe
18 und den Tank 17 werden analog zum ersten
Ausführungsbeispiel hydraulische Stellglieder 12 und 16
angesteuert. Diese sorgen dann für die korrekte Lage der
Arbeitseinrichtung 41.
In Fig. 3A ist ein digitales Bandpaßfilter zweiter Ordnung
und in Fig. 3B der dazugehörige Frequenzgang prinzipiell
erläutert. Fig. 3A zeigt ein digitales Filter, welches durch
verschiedene Verzögerungsglieder zum Verzögern der
Abstastwerte (in Fig. 3A mit z-1 bezeichnet) sowie
Koeffizientenglieder a0, a1 und a2 zum Verändern der
Amplitude der Abtastwerte eine Bandsperre mit der in Fig. 3B
gezeigten Resonanzfrequenz fR erzeugt. Dies führt dazu, daß
die Eigenschwingung fR des Systems, welche durch die
Regellaufzeit τ hervorgerufen wird, sowie ihre
ungeradzahligen Vielfachen (3fR, 5fR usw.) ausgefiltert
werden. Dies verhindert ein Aufschaukeln des Systems.
Dadurch kann eine einerseits hochdynamische und andererseits
äußerst präzise Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erreicht werden. Zum Ausfiltern der doppelten
Resonanzfrequenz 2fR kann ein weiters digitales Filter
vorgesehen sein.
In Fig. 4 wird anhand einer schematisch dargestellten
Arbeitsmaschine 40 mit einer Baggerschaufel als
Arbeitseinrichtung 41 eine Anwendung der Erfindung in einer
Dimension näher erläutert.
Fig. 4A verdeutlicht dabei den bisherigen Stand der Technik.
In der unteren Stellung der Baggerschaufel 41 (links im
Bild) ist die Baggerschaufel 41 so ausgerichtet, daß eine
gedachte Ebene 42, welche durch die obenliegende Öffnung der
Baggerschaufel 41 gelegt ist, sich stets parallel zur
Erdoberfläche befindet. Gängige Arbeitsmaschinen 40 weisen
dabei einen Hebemechanismus für die Arbeitseinrichtung 41
auf, welcher so konzipiert ist, daß die Baggerschaufel 41 so
angehoben wird, daß die Ebene 42, welche durch die Öffnung
der Baggerschaufel 41 festgelegt ist, weiterhin stets
parallel zum Erdboden bleibt.
Solange sich die Arbeitsmaschine 40 auf ebener Strecke
bewegt, ist damit auch kein Problem verbunden. Sobald sich
jedoch die Arbeitsmaschine 40 eine Steigung hinauf oder wie
in Fig. 4A rechts dargestellt hinunter bewegt, geht Material
43 verloren, da sich die durch die Baggerschaufel 41
festgelegte Ebene 42 nach wie vor parallel zum Erdboden
befindet und daher ab einer bestimmten Steigung das in der
Baggerschaufel 41 transportierte Material 43 herausrutscht.
Der Steigungswinkel, ab welchem mit Ladungsverlust zu
rechnen ist, ist dabei hauptsächlich von der Form der
Baggerschaufel 41 und der Befüllung bestimmt.
Erfindungsgemäß wird, wie in Fig. 4B dargestellt, eine
andere Bezugsebene 42' für die Ausrichtung der
Baggerschaufel 41 vorgeschlagen. Wie in Fig. 4A wird auch an
der Arbeitseinrichtung 41 der in Fig. 4B dargestellten
Arbeitsmaschine 40 eine gedachte Ebene 42' durch die
obenliegende Öffnung der Baggerschaufel 41 definiert. Diese
ist nun nicht mehr zwingend parallel zum Erdboden, sondern
stets annähernd senkrecht zur Richtung der
Erdanziehungskraft, in Fig. 4B mit dem Vektor g
gekennzeichnet, gerichtet. Dies läßt sich sowohl in der
unteren wie auch in der oberen Stellung der Baggerschaufel
41 realisieren. Dies bietet den Vorteil, daß die
Baggerschaufel 41 erfindungsgemäß bei Bergauf- oder
Bergabfahrten wie auch bei Fahrten in unebenem Gelände so
nachreguliert wird, daß die durch die Baggerschaufel 41
verlaufende Ebene 42 stets senkrecht zur Richtung der
Erdbeschleunigung g ausgerichtet wird. Dadurch werden
Transportverluste aus der Baggerschaufel 41 vermieden.
Die in Fig. 4 dargestellte, eindimensionale Korrektur der
Lage der Baggerschaufel 41 kann problemlos auch in zwei
zueinander senkrechten Richtungen, beispielsweise längs und
quer zur Bewegungsrichtung, erfolgen.
In Fig. 5 ist hierzu eine schematische Baggerschaufel 41
perspektivisch dargestellt. Durch die zur Bewegungsrichtung
parallelen und senkrechten Achsen A und B kann die
Baggerschaufel 41 sowohl quer zur Fahrtrichtung als auch in
Fahrtrichtung auf- und abgeschwenkt werden. So können bei
Fahrten in unebenem Gelände Ladungsverlusten nach vorne oder
zur Seite aus der Baggerschaufel 41 vermieden werden.
In Fig. 6 ist schematisch eine Arbeitsmaschine 40 bei der
Fahrt durch unebenes Gelände dargestellt, wobei auch hier
die Lage der Arbeitseinrichtung 41 durch ihre relative Lage
bezüglich der Erdanziehungskraft g geregelt wird. Es ist in
diesem Zusammenhang sinnvoll, für den Winkel α zwischen der
durch die Baggerschaufel 41 definierten Ebene 42 und der
Richtung der Erdanziehungskraft g einen Grenzwert für die
Winkelabweichung Δα anzunehmen, ab welchem die Lageregelung
entfallen kann. Dadurch wird ein sinnvoller Mittelweg
zwischen einer ununterbrochenen Lagekorrektur, welche viel
Energie fordert und aufgrund der Regelverzögerung ungünstig
sein kann, und Ladungsverlust aufgrund fehlender
Lagekorrektur gefunden. Resonanzüberhöhungen, die Auftreten
können, wenn die durch die Bodenunebenheit hervorgerufene
Regelungsanregung mit der Resonanzfrequenz fR des Systems
zusammenfällt, werden durch das beschriebene Filter
unterdrückt.
Während bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
die durch die Ausrichtung der Baggerschaufel 41 definierte
Ebene 42 senkrecht zur Richtung der Gravitationskraft g
ausgerichtet ist, besteht weiter eine verbesserte
Lagekorrektur darin, die durch die Baggerschaufel 41
definierte Ebene 42 nicht senkrecht zu der Gravitationskraft
g, sondern senkrecht zu der Resultierenden r aus der
Gravitationskraft g und der Inversen b' der
Beschleunigungskraft b auszurichten. In Fig. 7 ist die
Baggerschaufel 41 vergrößert dargestellt. Es sei angenommen,
daß die mobile Arbeitsmaschine 40 einer Verzögerung bedingt
durch einen Abbremsvorgang unterworfen ist. Auf die
Baggerschaufel 41 wirkt deshalb die verzögernde
Beschleunigungskraft b. Auf das in die Baggerschaufel 41
eingebrachte Schüttgut wirkt bezogen auf das Bezugssystem
der Baggerschaufel 41 aufgrund der Massenträgheitskraft eine
inverse Beschleunigungskraft b' in inverser Richtung zur die
Baggerschaufel 41 verzögernden Beschleunigungskraft b, d. h.
die auf das Schüttgut im Bezugssystem der Baggerschaufel 41
einwirkende Beschleunigungskraft b' hat den gleichen Betrag,
wie die auf die Baggerschaufel 41 in Verzögerungsrichtung
einwirkende Beschleunigungskraft b, ist jedoch um 180°
gedreht.
Auf das in der Baggerschaufel 41 befindliche Schüttgut wirkt
deshalb die Resultierende r aus der Gravitationskraft g und
der inversen Beschleunigungskraft b'. Es ist deshalb
vorteilhaft, die Ebene 42 durch die erfindungsgemäße
Lageregelung so einzuregeln, daß die Ebene 42 senkrecht zu
der Resultierenden r steht. Dazu ist bei den in den Fig.
1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen eine weitere
Meßeinrichtung 29 zur Messung der Beschleunigung bzw.
Verzögerung der mobilen Arbeitsmaschine 40 vorgesehen. Die
Messung der Beschleunigung bzw. Verzögerung kann auch hier
getrennt in den Dimensionen x und y erfolgen. Während bei
dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in
Analogtechnik die Meßeinrichtung 29 zur Messung der
Beschleunigung unmittelbar mit dem Winkelgeber 5 verbunden
ist und den von dem Winkelgeber 5 vorgegebenen Winkel αx' in
x-Richtung und den in y-Richtung vorgegebenen Winkel αy'
übersteuert, ist die Meßeinrichtung 29 zur Messung der
Beschleunigung bei dem in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel in Digitaltechnik über einen Analog-
Digital-Wandler 28 mit der Steuereinheit 34 verbunden, die
eine rechnerische Korrektur der vorgegebenen Winkel αx' und
αy' in Abhängigkeit von der gemessenen Beschleunigung
vornimmt.
Durch diese Weiterbildung ist sichergestellt, daß die
Lageregelung der Baggerschaufel bzw. allgemein der
Arbeitseinrichtung 41 so erfolgt, daß Schüttgut auch bei
einem stärkeren Beschleunigen bzw. Verzögern der mobilen
Arbeitsmaschine 40 nicht verloren geht.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch bei
beliebigen Arbeitsmaschinen unter Verwendung
unterschiedlicher Sensoren oder Filtereinrichtungen
angewandt werden.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Lageregelung für Arbeitseinrichtungen
(41) mobiler Arbeitsmaschinen (40), mit
einer Meßeinrichtung (1, 2) zur Messung eines Winkels (α),
welcher zwischen einer durch die Lage der Arbeitseinrichtung
(41) bestimmten Ebene (42) und der Richtung der
Gravitationskraft (g) gebildet ist, einem Winkelgeber (5)
zur Vorgabe eines Winkels (α'), welcher zwischen einer durch
die Lage der Arbeitseinrichtung (41) bestimmten Ebene (42)
und der Richtung der Gravitationskraft (g) gebildet ist, und
einer Regeleinrichtung (3, 4, 6-16; 6, 34, 36, 9-16)
zum Regeln des Winkels (α) zwischen der Ebene (42) der
Arbeitseinrichtung (41) und der Richtung der
Gravitationskraft (g), so daß der gemessene Winkel (α) mit
dem vorgegebenen Winkel (α') in Übereinstimmung gebracht
wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung (3, 4, 6-16; 6, 34, 36, 9-16)
eine Vergleichseinrichtung (6) zum Vergleichen des
gemessenen Winkels (α) mit dem vorgegebenen Winkel (α') und
zumindest ein von der Vergleichseinrichtung (6)
angesteuertes elektromagnetisches Steuerventil (11, 15)
welches auf ein hydraulisches Stellelement (12, 16)
einwirkt, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vergleichseinrichtung (6) als Komparator (3, 4)
ausgeführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vergleichseinrichtung (6) als digitale Steuereinheit
(34, 36) ausgeführt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung (3, 4, 6-16; 6, 34, 36, 9-16)
eine Filtereinheit (7, 8; 34, 36) umfaßt, welche eine durch
die Regellaufzeit (τ) hervorgerufene Eigenschwingung (fR)
eliminiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Filtereinheit (7, 8; 34, 36) als Bandsperre (7, 8)
für die Eigenschwingung (fR) und/oder deren Vielfache
ausgeführt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Filtereinheit (7, 8; 34, 36) als digitales Filter
(34, 36) mit Bandsperrencharakteristik ausgeführt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zur Lageregelung für
Arbeitseinrichtungen (41) mobiler Arbeitsmaschinen (40) eine
Neigungskompensation längs und quer zur Bewegungsrichtung
der Arbeitsmaschine (40) ausführt, wobei ein erstes
Stellelement (12) zur Lagekorrektur in einer ersten
Raumrichtung (x) und ein zweites Stellelement (16) zur
Lagekorrektur in einer zweiten Raumrichtung (y) angesteuert
werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Meßeinrichtung (1) zur Messung des Winkels (αx) in
der ersten Raumrichtung (x) und eine zweite Meßeinrichtung
(2) zur Messung des Winkels (αy) in der zweiten Raumrichtung
(y) vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine weitere Meßeinrichtung (29) zur Messung der
Beschleunigung und/oder Verzögerung der mobilen
Arbeitsmaschine (40) vorgesehen ist und daß der vorgegebene
Winkel (α') so eingestellt wird, daß sich die durch die Lage
der Arbeitseinrichtung (41) bestimmte Ebene (42) senkrecht
zu der Resultierenden (r) aus der Gravitationskraft (g) und
der gemessenen inversen Beschleunigungskraft (b') erstreckt.
11. Verfahren zur Lageregelung für Arbeitseinrichtungen (41)
mobiler Arbeitsmaschinen (40)
mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Messung eines Winkels (α), welcher zwischen einer durch die Lage der Arbeitseinrichtung (41) bestimmten Ebene (42) und der Richtung der Gravitationskraft (g) gebildet ist,
- - Vorgeben eines Winkels (α'), welcher zwischen einer durch die Lage der Arbeitseinrichtung (41) bestimmten Ebene (42) und der Richtung der Gravitationskraft (g) gebildet ist, und
- - Regeln des Winkels (α) zwischen der Ebene (42) der Arbeitseinrichtung (41) und der Richtung der Gravitationskraft (g), so daß der gemessene Winkel (α) mit dem vorgegebenen Winkel (α') in Übereinstimmung gebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Winkel (α') so eingestellt wird, daß
sich die durch die Lage der Arbeitseinrichtung (41)
bestimmte Ebene (42) senkrecht zu der Resultierenden (r)
aus der Gravitationskraft (g) und inverser
Beschleunigungskraft (b') erstreckt.
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