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Die Erfindung betrifft eine Bodenfräsmaschine sowie ein Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsabschalteinrichtung einer Fräswalze einer Bodenfräsmaschine und eine entsprechende Steuereinheit zum Ausführen des Verfahrens.
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Zu den aus dem Stand der Technik bekannten Bodenfräsmaschinen zählen unter anderem Straßenfräsen, wie beispielsweise sogenannte Straßenkaltfräsen, die zum Abtragen von Asphalt-, Beton- oder Schotterschichten verschiedener Dicke eingesetzt werden. Üblicherweise umfasst eine derartige Straßenfräse eine Fräswalze, die in einem Fräswalzenkasten an einem Maschinenrahmen der Straßenfräse angeordnet ist. Der Maschinenrahmen ist in der Regel mittels Hubsäulen gegenüber der zu bearbeitenden Oberfläche des Bodens in der Höhe verstellbar. Durch Anheben bzw. Absenken des Maschinenrahmens gegenüber dem Boden wird dabei die Frästiefe festgelegt und je nach Einsatzziel innerhalb eines bestimmten Bereiches variiert. Ferner ist der Fräswalzenkasten von seitlichen Platten verschlossen und am hinteren Ende der Fräswalze mit einer höhenverstellbaren Abstreifeinrichtung versehen, mit der der Fräswalzenkasten an der Rückseite verschlossen werden kann. Eine solche Straßenfräse ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 015 873 A1 bekannt, auf die hiermit Bezug genommen wird.
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Im Fräsbetrieb fährt die Straßenfräse über die abzufräsende Schicht, wobei die rotierende Fräswalze entsprechend der Frästiefe abgesenkt ist und das Bodenmaterial in gewünschter Frästiefe auffräst. Während des Fräsens kann die eingestellte Frästiefe in Bezug auf eine vorher festgelegte Referenzhöhe geregelt werden. Das abgetragene Fräsgut wird anschließend entweder auf einen Lastkraftwagen verladen oder in der Frässpur belassen. Letzteres wird auch als „in-situ-Fräsen” bezeichnet.
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Die Abstreifeinrichtung hat normalerweise die Funktion, das Fräsgut vom Fräsbettboden abzukratzen, um einen möglichst quantitativen Abtransport des Fräsguts zu ermöglichen. Es gibt jedoch auch Einsatzfälle, bei denen das Fräsgut nicht abtransportiert werden soll. Hierbei ist es dann vorgesehen, dass die Abstreifeinrichtung angehoben wird. Dies ist gemäß EN 500-2 bis zu einem gewissen Ausmaß auch zulässig. Demnach darf der entstehende Spalt maximal 120 mm (Erstreckung in Vertikalrichtung zwischen der Bodenoberfläche und der Unterkante der Abstreifeinrichtung) hoch sein. Die Abstreifeinrichtung stellt dann eine Schutzeinrichtung dar, indem sie den Arbeitsraum der Fräswalze im Wesentlichen nach außen und insbesondere nach hinten hin abschirmt. Um das Fräsgut beim „in-situ-Fräsen” im Fräsbett zu belassen, wird der hintere Teil des Fräswalzenkastens durch Hochfahren des Abstreifers bzw. Abstreiferschildes der Abstreifeinrichtung soweit geöffnet, so dass das abgetragene Material aus dem Fräskasten gelangen und in der Frässpur verbleiben kann. In der Praxis ist es jedoch so, dass der Bediener der Straßenfräse die Abstreifeinrichtung häufig manuell betätigt und derart positioniert, dass der Materialaustrag für das „in-situ-Fräsen” möglich ist, wobei der entstehende Spalt relativ klein bleibt. Jedoch ist gerade bei größeren Frästiefen auch eine größere Öffnung am Fräskasten bzw. Abstreifer für einen entsprechenden Materialaustrag aus dem Fräskasten heraus erforderlich, da dann auch mehr Fräsgut anfällt. Zudem wird die Maschine zum Vergrößern der Frästiefe abgesenkt, wodurch die Abstreifeinrichtung wieder dem Bodenuntergrund angenähert wird. Das Ausmaß der Öffnung des Fräskastens bemisst sich dabei beispielsweise von der Unterkante des Fräskastens oder dem unteren Scheitelpunkt der Fräswalze in Vertikalrichtung nach oben zur Unterkante der Abstreifeinrichtung dar bzw. stellt somit ein Ausmaß dar, wie viel Platz, insbesondere in Vertikalrichtung, das Fräsgut hat, um aus dem Fräskasten nach hinten auf dem Fräsbett abgelegt zu werden. Dadurch, dass hier somit eine in der Regel manuelle Einstellung erfolgt, wird der maximal zulässige Spalt von 120 mm oberhalb der ungefrästen Bodenoberfläche regelmäßig überschritten.
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Ferner ist es theoretisch bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Straßenfräsen möglich, dass die Abstreifeinrichtung manuell durch den Bediener der Straßenfräse nahezu vollständig geöffnet werden kann, wobei der Fräsrotor dennoch weiter läuft. Diese Situation stellt ein ausgesprochen hohes Gefahrenpotential für den Bediener dar, insbesondere im Fall einer Fehlbedienung.
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Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bodenfräsmaschine, insbesondere eine Straßenfräse, bereitzustellen, die einen zuverlässigen Betrieb der Straßenfräse auch beim „in-situ-Fräsen”, insbesondere mit großen Frästiefen, ermöglicht und gleichzeitig das Gefahrenpotential für den Bediener möglichst gering hält.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Bodenfräsmaschine sowie durch ein Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsabschalteinrichtung einer Fräswalze einer Bodenfräsmaschine und durch eine Steuereinheit gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird demnach eine Bodenfräsmaschine bereitgestellt, insbesondere eine Straßenfräse, mit einer in einem Fräswalzenkasten angeordneten Fräswalze, welcher an einem in Arbeitsrichtung der Bodenfräsmaschine hinteren Ende durch eine höhenverstellbare Abstreifeinrichtung verschließbar ist, wobei die Fräswalze ausgestaltet ist, in einer vorgegebenen, insbesondere innerhalb eine Bereiches veränderbaren, Frästiefe zu fräsen, wobei die Höhenposition der Abstreifeinrichtung in Bezug auf die bzw. in Relation zu der Fräswalze verstellbar ist. Ferner ist eine Sicherheitsabschalteinrichtung für die Fräswalze vorhanden, welche derart ausgelegt ist, dass sie die Fräswalze beim Anheben der Abstreifeinrichtung dann abschaltet, wenn ein vorgegebener Maximalhub der Abstreifeinrichtung überschritten wird, wobei der vorgegebene Maximalhub an die aktuelle Frästiefe angepasst wird derart, dass sich der vorgegebene Maximalhub mit steigender Frästiefe vergrößert. Durch Vorsehen der Sicherheitsabschalteinrichtung wird einerseits die Sicherheit des Bedieners der Straßenfräse und auch aller umstehenden Personen gewährleistet, da der erfindungsgemäße Mechanismus die Fräswalze bzw. deren Fräsrotor abschaltet, sobald ein vorgegebener Maximalhub der Abstreifeinrichtung überschritten wird. Dadurch, dass der vorgegebene Maximalhub ferner an die aktuelle Frästiefe angepasst wird, so dass er sich mit steigender Frästiefe vergrößert, wird ermöglicht, dass auch bei größeren Frästiefen eine ausreichend große Öffnung am Fräswalzenkasten vorgesehen werden kann, um das anfallende Fräsgut auf dem Bodenuntergrund abzulegen, ohne dass es sich im Inneren des Fräswalzenkastens ansammelt. Somit ist es mittels der erfindungsgemäßen Konfiguration insgesamt möglich, eine zuverlässige Sicherheitsabschaltung der Fräswalze für jegliche Arbeitssituation, d. h. jegliche Frästiefe bereitzustellen. Der maximal zulässige Hub der Abstreifeinrichtung steigt somit ausgehend von einem Ausgangswert mit steigender Frästiefe (und verkleinert sich erfindungsgemäß bei sinkender Frästiefe auch wieder), so dass die Abstreifeinrichtung bei steigender Frästiefe auch mehr Platz für das aus dem Fräskasten austretende Fräsgut lässt. Allerdings bleibt der Öffnungsspalt, der zwischen dem den Fräskasten verlassenden Fräsgut bzw. dem nicht aufgefrästen Bodenuntergrund und der Unterkante der Abstreifeinrichtung liegt, nahezu konstant, so dass insbesondere einer unerwünschten Vergrößerung dieses Spaltes und einer damit einhergehenden Verschlechterung der Sicherheitsbedingungen vorgebeugt werden kann. Der Ausgangswert, an dem sich der Maximalhub beispielsweise bemessen kann, ist unter anderem eine Positionierung der Abstreifeinrichtung mit ihrer Unterkante derart, dass sie mit einer Spalthöhe in Vertikalrichtung von maximal 120 mm über der ungefrästen Bodenoberfläche positioniert ist, wenn die Fräswalze auf dem ungefrästen Bodenuntergrund aufsteht.
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Die Abstreifeinrichtung verschließt den Fräskasten in Arbeitsrichtung nach hinten. Nach unten ist der Fräskasten natürlich geöffnet, um einen Eingriff der Fräswerkzeuge der Fräswalze in den Bodenuntergrund zu ermöglichen. Die Frästiefe bezeichnet dabei diejenige Tiefe in Vertikalrichtung, mit der die Fräswalze in den Bodenuntergrund eintaucht und den Bodenuntergrund auffräst. Die Höhenposition der Abstreifeinrichtung betrifft insbesondere die Positionierung der Abstreifeinrichtung in Vertikalrichtung, insbesondere der Unterkante der Abstreifeinrichtung in Vertikalrichtung. Der Hub der Abstreifeinrichtung betrifft somit das Ausmaß der Verstellung der Abstreifeinrichtung in Vertikalrichtung nach oben, insbesondere beispielsweise bezogen auf die maximal nach unten verstellte Position der Abstreifeinrichtung. Der Maximalhub bezeichnet denjenigen Hub der Abstreifeinrichtung, der bei aktueller Frästiefe noch zulässig ist und zu keiner Abschaltung der Rotationsbewegung der Fräswalze durch die Sicherheitsabschalteinrichtung führt. Der Maximalhub wird dabei insbesondere derart festgelegt, dass die Anforderungen der EN 500-2 noch eingehalten werden. Die erfindungsgemäße Sicherheitsabschalteinrichtung stellt somit eine überwachende Steuereinheit dar, die den Betrieb der Fräswalze dann abschaltet, wenn der für die aktuelle Frästiefe zulässige Maximalhub der Abstreifeinrichtung überschritten wird. Ein solches Abschalten kann beispielsweise in einer Unterbrechung des Antriebsstranges der Fräswalze liegen, beispielsweise durch ein Entkuppeln einer Sicherheitskupplung und/oder einer Schaltkupplung, durch ein Abschalten des Antriebsmotors der Fräswalze und/oder der Bodenfräsmaschine etc. Wesentlich ist, dass der Rotationsbetrieb der Fräswalze durch die Sicherheitsabschalteinrichtung gestoppt wird. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Sicherheitsabschalteinrichtung ein Hochziehen der Abstreifeinrichtung über den für die aktuelle Frästiefe zulässigen Maximalhub insofern unterbindet, als dass sie bei Erreichen des Maximalhubs die Hebeeinrichtung, die das Anheben der Abstreifeinrichtung antreibt, stoppt, arretiert und/oder bremst. Sollte der Maximalhub dennoch überschritten werden, erfolgt erfindungsgemäß ein Abschalten der Fräswalze.
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Wesentlich ist, dass eine Möglichkeit vorhanden ist, die Frästiefe zu ermitteln und zu überwachen, damit die Sicherheitsabschalteinrichtung den zulässigen Maximalhub den aktuellen Fräsbedingungen entsprechend anpassen kann. Hierzu ist eine Einrichtung zur Ermittlung der Frästiefe vorgesehen. Die aktuelle Frästiefe kann dabei auf verschiedene Arten und Weisen ermittelt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Sensorelement zum Erfassen der Frästiefe vorgesehen. Grundsätzlich ist die Erfassung der Frästiefe an sich über Sensoren im Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise in der
DE 10 2010 050 441 A1 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Häufig finden hierzu auch Seilzugsensoren oder ähnliche Einrichtungen Verwendung. Es ist auch möglich, die Frästiefe durch kontaktlose Sensoren, beispielsweise durch Laser- oder Ultraschallsensoren zu ermitteln.
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Die Einrichtung zur Ermittlung der Frästiefe, insbesondere das Sensorelement, ist bevorzugt mit der Sicherheitsabschalteinrichtung gekoppelt, insbesondere derart, dass es Frästiefedaten direkt an die Sicherheitsabschalteinrichtung überträgt. Dies bedeutet, dass eine Signalübertragungseinrichtung vorhanden ist, mit der die vom Sensorelement ermittelte Frästiefe an die Sicherheitsabschalteinrichtung übermittelbar ist. Dies kann beispielsweise eine Kabelleitung aber auch eine kabellose Signalverbindung sein. Es ist alternativ auch möglich, dass das Sensorelement die eigenen Signale zunächst an eine Steuereinheit, beispielsweise eine Maschinensteuereinheit, übermittelt und diese die ermittelte Frästiefe an die Sicherheitsabschalteinrichtung überträgt. Wesentlich ist, dass die Sicherheitsabschalteinrichtung über die von der Einrichtung zur Ermittlung der Frästiefe, insbesondere dem Sensorelement, erfasste Frästiefe über den Fräsprozess, sei es kontinuierlich oder diskontinuierlich in beispielsweise festgelegten Intervallen, informiert wird, um den Maximalhub für die Abstreifeinrichtung entsprechend anzupassen und dessen Überschreiten zu überwachen.
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Vorzugsweise weist der Fräswalzenkasten einen linken und einen rechten höhenverstellbaren Seitenschild auf, welche den Fräswalzenkasten in der Arbeitsrichtung an der rechten und linken Seite verschließen, und welche im Arbeitsbetrieb der Bodenfräsmaschine auf der Bodenoberfläche aufliegen. Derartige Seitenschilde sind beispielsweise in der
EP 2 374 937 A2 und der
DE 10 2011 114 710 A1 offenbart, auf die hiermit Bezug genommen wird. Bevorzugt wird die aktuelle Frästiefe erfindungsgemäß über die Position wenigstens einen der Seitenschilde erfasst, insbesondere über einen Seilzugsensor, einen optischen Abstandssensor oder einen Positionssensor innerhalb eines Hubzylinders.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Abstreifeinrichtung konkret ein Abstreifschild umfasst, das in Abhängigkeit der Frästiefe höhenverstellbar ist. Das Abstreifschild ist somit relativ zum Maschinenrahmen höhenverstellbar, um mit seiner Unterkante in einem vorbestimmten Abstand zu der zu bearbeitenden Oberfläche positioniert zu sein. Die Höhenverstellung des Abstreifschildes wird dabei über einen Verstelleinrichtung, insbesondere wenigstens eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit, verstellt und optional auch arretiert. Die Sicherheitsabschalteinrichtung überwacht die aktuelle Höhenpositionierung des Abstreifschildes, beispielsweise mithilfe geeigneter Sensoren. Dies kann ein an die Zylinder-Kolben-Einheit funktional gekoppeltes Wegmesssystem sein, wie beispielsweise ein kapazitiver Wegmesssensor innerhalb der Zylinder-Kolben-Einheit, ein Seilzugsensor, eine Ultraschall- oder Lasersensor etc. Dieses Wegmesssystem liefert somit die Information, wie weit der Abstreifschild gerade gegenüber insbesondere der Fräswalze angehoben ist. In Kombination mit der detektierten Frästiefe ist es somit mithilfe der Sicherheitsabschalteinrichtung auch möglich, die Lage der Unterkante der Abstreifeinrichtung gegenüber der Bodenoberfläche, insbesondere dem Fräsbett und/oder der nicht bearbeiteten Bodenoberfläche zu ermitteln. Stellt die Sicherheitsabschalteinrichtung dabei fest, dass die Abstreifeinrichtung, insbesondere der Abstreifschild, über den aktuell zulässigen Maximalhub hinaus angehoben ist, leitet sie die vorstehend bereits beschriebene Abschaltung des Fräswalze ein.
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Wesentlich für die Erfindung ist somit, dass der zulässige Maximalhub des Abstreifschildes mit der Frästiefe steigt und sinkt bzw. an die vorliegende Frästiefe, zumindest verhältnismäßig, angepasst wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform setzt sich der Maximalhub dabei aus der aktuellen Frästiefe plus einem Toleranzwert zusammen. Dieser Toleranzwert stellt einen Puffer bzw. Pufferbereich dar, in welchem ein zusätzliches manuelles Anheben des Abstreifschildes durch einen Bediener der Fräswalze ermöglicht wird, ohne dass die Sicherheitsabschalteinrichtung den Betrieb der Fräswalze unterbricht. Damit kann die Abstreifeinrichtung somit mit ihrer Abstreifunterkante auch über die aktuelle Frästiefe hinaus angehoben werden. Dieser Toleranzbereich ist dabei in der Regel derart ausgelegt, dass die Forderungen aus EN 500-2 erfüllt werden.
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Es ist ferner möglich, dass der zulässige Maximalhub als strikter Grenzwert festgelegt wird, bei dessen Überschreiten die Abschaltung der Fräswalze durch die Sicherheitsabschalteinrichtung veranlasst wird. Dies kann für den Benutzer daher allerdings auch sehr überraschend kommen, so dass es bevorzugt ist, wenn die Sicherheitsabschalteinrichtung auch eine Warnfunktion umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass der Bediener vor Erreichen des Maximalhubes einen Hinweis erhält. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass es regelmäßig zu ungewünschten Abschaltungen der Fräswalze durch die Sicherheitsabschalteinrichtung kommt. Die Warnfunktion wird vorzugsweise bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes ausgelöst, der unterhalb des Maximalhubs liegt bzw. vom Hub her kleiner ist als der zulässige Maximalhub. Somit wird vor dem tatsächlichen Abschalten des Fräsrotors der Fräswalze ein Warnsignal an den Bediener ausgegeben, dem hierdurch einerseits signalisiert wird, dass der Fräsrotor noch läuft und andererseits wird ihm hierdurch signalisiert, dass dieser bei weiterem Anheben des Abstreifers ausgeschaltet werden wird. Eine solche Warnfunktion kann beispielsweise in der Auslösung optischer und/oder akustischer Warneinrichtungen, wie beispielsweise Anzeigeleuchten, Signaltönen etc. bestehen. Es kann ergänzend oder alternativ auch vorgesehen sein, dass das Hochfahren des Abstreifschildes bis zum Maximalhub durch eine einzige Schalterbetätigung ausgelöst wird. Soll der Abstreifschild darüber hinaus angehoben werden, fordert die Sicherheitsabschalteinrichtung eine zusätzliche Schalterbetätigung. Dadurch wird verhindert, dass der Abstreifschild unbeabsichtigt über den aktuell festgelegten Maximalhub angehoben wird.
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Grundsätzlich kann der zulässige Maximalhub derart geregelt werden, dass auf einen festgelegten Hubwert (vorstehend „Toleranzwert”) die aktuelle Frästiefe hinzuaddiert wird. Bevorzugt erfolgt die Regelung des zulässigen Maximalhubs allerdings derart, dass zu einem festgelegten Wert ein Vielfaches der aktuellen Frästiefe hinzuaddiert wird. Dies hat den Vorteil, dass dadurch dem Umstand Rechnung getragen werden kann, dass die Dichte des Fräsgutes geringer ist als die Dichte des ungefrästen Bodenmaterials. Das Fräsgut benötigt daher einen größeren Raum. Steigt die Frästiefe, nimmt dieser zusätzliche Platzbedarf zu. Diesem Umstand kann durch die Festlegung des aktuellen Maximalhubs ausgehend von dem festgelegten Ausgangshubwert durch Multiplikation der aktuellen Frästiefe mit einem Faktor („Vielfaches”) Rechnung getragen werden. Das erhaltene Produkt wird dann dem festgelegten Ausgangshubwert zugeschlagen. Der Faktor ist dabei bevorzugt größer 1, beträgt besonders bevorzugt wenigstens 1,05, insbesondere wenigstens 1,1 und ganz besonders wenigstens 1,2. Es ist zudem möglich, hier einen konstanten Faktor zugrunde zu legen, oder einen mit steigender Frästiefe, beispielsweise proportional, ansteigenden Faktor. Diese Regelung kann auch Teil einer automatisierten tatsächlichen Verstellung des Abstreifschildes sein. Ändert der Bediener der Bodenfräsmaschine die Frästiefe, erfolgt dann automatisch und selbsttätig durch die Sicherheitsabschalteinrichtung gesteuert eine entsprechende Anpassung der Hubposition des Abstreifschildes. Dazu steuert die Sicherheitsabschalteinrichtung die Verstelleinrichtung des Abstreifschildes entsprechend direkt an oder beispielsweise eine übergeordnete Maschinensteuerung.
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Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsabschalteinrichtung einer Fräswalze einer Bodenfräsmaschine, insbesondere einer Straßenfräse, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen einer Frästiefe der Fräswalze; Regulieren eines zulässigen Maximalhubes einer Abstreifeinrichtung in Bezug auf eine zu bearbeitende Oberfläche, insbesondere eines Abstreifschildes der Abstreifeinrichtung, in Abhängigkeit von der erfassten Frästiefe, so dass ein vorbestimmter Abstand des Abstreifschildes zu der zu bearbeitenden Oberfläche eingehalten wird; und Abschalten der Fräswalze, wenn der vorbestimmte Abstand einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die oben bereits in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bodenfräsmaschine beschriebenen Vorteile. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Sicherheitsfunktion für den Bediener der Bodenfräsmaschine bereitgestellt, welche nicht den normalen Arbeitsbetrieb der Straßenfräse beeinträchtigt. D. h. durch Koppeln der Abschaltfunktion der Fräswalze an die Frästiefe kann bei jeder beliebigen Frästiefe eine ausreichend große Öffnung bereitgestellt werden, um eine ausreichend große Öffnung im Fräswalzenkasten zur Verfügung zu stellen, dass das aufgefräste Bodenmaterial vollständig beim „in-situ-Fräsen” auf dem Fräsbett abgelegt werden kann, ohne dass sich Fräsgut im Fräswalzenkasten anreichert. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass das Abstreifschild nicht zu weit hochgefahren wird und die Öffnung nicht zu groß wird und dadurch ein Sicherheitsrisiko für den Bediener und weitere Personen darstellt.
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Grundsätzlich kann der Maximalhub rein virtuell von der Sicherheitsabschalteinrichtung an die aktuelle Frästiefe angepasst werden und anschließend lediglich ein Vergleich erfolgen, inwieweit der Maximalhub durch die aktuelle Verstellposition der Abstreifeinrichtung überschritten wird oder nicht. Die Verstellung der Abstreifeinrichtung erfolgt hier ausschließlich manuell und die Sicherheitsabschalteinrichtung stellt eine reine Sicherheitsfunktion dar. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist es allerdings auch möglich, dass die Sicherheitsabschalteinrichtung die aktuelle Höhenverstellposition der Abstreifeinrichtung selbst steuert und regelt, wenn die Frästiefe der Bodenfräsmaschine während des Fräsprozesses verändert werden sollte. Wird beispielsweise die Frästiefe erhöht, löst die Sicherheitsabschalteinrichtung gleichzeitig ein entsprechend korreliertes Hochfahren der Abstreifeinrichtung aus und umgekehrt. Dies kann gleichartig erfolgen oder beispielsweise auch derart, dass das Korrelieren mit einem Faktor erfolgt, der größer als 1 ist, wie vorstehend bereits erwähnt. Dies erhöht den Betriebskomfort weiter.
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Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsabschalteinrichtung eine Warnfunktion vorgesehen, die bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes ausgelöst wird, wobei ein dem vorbestimmten Maximalwert entsprechender zweiter Grenzwert (entsprechend dem Maximalhub) vorhanden ist, bei dessen Erreichen/Überschreiten die Fräswalze dann abgeschaltet wird.
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Das Verfahren kann weiterhin einen Schritt des Übertragens von Frästiefendaten von zumindest einem Sensorelement zu der Sicherheitsabschalteinrichtung umfassen.
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Weiterhin wird die Frästiefe vorzugsweise anhand der Stellung und/oder Position eines linken und rechten Seitenschildes bestimmt wird, welche an einem die Fräswalze umgebenden Fräswalzenkasten angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Steuereinheit zum Ausführen des Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsabschalteinrichtung einer Fräswalze einer Bodenfräsmaschine bereitgestellt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine Seitenansicht auf eine Straßenfräse gemäß der Erfindung;
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2 eine perspektivische Schrägansicht von schräg rechts hinten auf die Rückseite eines Fräswalzenkastens mit Abstreifschild in herabgeschwenkter und ausgefahrener Position;
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3 eine schematische Seitenansicht des Abstreifschilds zur Verdeutlichung dessen Funktionsweise;
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4 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsabschalteinrichtung einer Fräswalze einer Straßenfräse; und
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5A einen ersten Kurvenverlauf zur Veranschaulichung der Regelung des zulässigen Maximalhubs; und
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5B einen zweiten Kurvenverlauf zur Veranschaulichung einer alternativen Regelung des zulässigen Maximalhubs.
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Baugleiche Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen angegeben, wobei sich in den Figuren wiederholende Bauteile aus Übersichtlichkeitsgründen nicht unbedingt in jeder einzelnen Figur erneut angegeben sind.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Bodenfräsmaschine 1, die hier als sogenannte Heckrotorfräse ausgeführt ist, in Seitenansicht. Es sei jedoch angemerkt, dass die erfindungsgemäße Bodenfräsmaschine auch andere Bodenfräsmaschinen betreffen kann, wie beispielsweise insbesondere Mittelrotorfräsen.
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Die Arbeitsrichtung (Vorwärtsrichtung) ist mit dem Pfeil a angegeben. Wesentliche Elemente der Bodenfräsmaschine 1 sind ein Fräswalzenkasten 2, ein Maschinenrahmen 3 mit einem Fahrstand 4 und über Hubsäulen am Maschinenrahmen 3 gelagerte Fahreinrichtungen 5 (Kettenlaufwerke und/oder Räder). Die Bodenfräsmaschine 1 umfasst ferner einen nicht näher bezeichneten Antriebsmotor, der neben der Vortriebsleistung in Arbeitsrichtung a insbesondere auch die Antriebsenergie für eine innerhalb des Fräswalzenkastens 2 angeordnete Fräswalze (in 1 nicht näher angegeben) liefert. Die Fräswalze ist um eine horizontale und sich quer zur Arbeitsrichtung a erstreckende Rotationsachse rotierbar. Im Arbeitsbetrieb wird die Bodenfräsmaschine 1 somit über den abzufräsenden Untergrund in Arbeitsrichtung a bewegt, wobei die Fräswalze in Eingriff mit der Bodenoberfläche 6 ist.
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Das aufgefräste Fräsgut kann entweder im Fräswalzenkasten 2 gesammelt und über eine Fördereinrichtung, beispielsweise über ein Förderband (in 1 nicht angegeben), je nach Maschinentyp nach vorn, nach hinten oder schräg zur Seite hin abgeworfen werden, z. B. auf ein entsprechendes Transportfahrzeug. Im vorliegenden Fall wird das aufgefräste Fräsgut jedoch in der Frässpur (nicht dargestellt) belassen („in-situ-Fräsen”) und nicht von der Frässtelle abtransportiert. Eine wesentliche Aufgabe des Fräswalzenkastens 2 liegt somit darin, einen definierten Fräsraum zu Verfügung zu stellen, das Fräsgut zu sammeln und die Fräswalze 9 (siehe 2) nach außen hin abzuschirmen. Dazu weist der Fräswalzenkasten unter anderem Seitenschilde 10 und eine Abstreifeinrichtung 13 mit einen Abstreifschild 14 auf. Die Seitenschilde 10 begrenzen den Fräswalzenkasten zu den Seiten und das Abstreifschild 14 nach hinten. Sowohl die Seitenschilde 10 als auch das Abstreifschild 14 sind höhenverstellbar am Fräswalzenkasten angeordnet.
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Weiter Einzelheiten zum Aufbau und zur Funktionalität des Fräswalzenkastens ergeben sich aus 2, die eine perspektivische Schrägansicht auf den Fräswalzenkasten 2 von schräg hinten links ist. Der Fräswalzenkasten 2 hat einen im Wesentlichen kastenartigen und nach unten offenen Aufbau. Zu den Stirnseiten der Fräswalze ist jeweils ein höhenverstellbarer Seitenschild 10 an einem feststehenden Seitenwandelement 11 angeordnet.
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Nach oben hin ist der Fräswalzenkasten 2 von einem Deckenwandelement 12 abgeschlossen. In Arbeitsrichtung a weist das Fräswalzenkasten ein in den Figuren nicht näher bezeichneten Frontschild auf. Nach hinten hin ist der Fräswalzenkasten 2 von der höhenverstellbaren Abstreifeinrichtung 13 begrenzt, welche den Abstreifschild 14 sowie eine im Wesentlichen vertikal angeordnete Zylinder-Kolben-Einheit 15 aufweist, mit der die Position des Abstreifschildes 14 in Vertikalrichtung b verstellbar ist. Dadurch kann der Abstand der Unterkante 16 des Abstreifschildes 14 zum Bodenuntergrund variiert werden. Im oberen Ende ist die Zylinder-Kolben-Einheit 15 am Maschinenrahmen der Bodenfräsmaschine 1 in 2 nicht näher beschriebener Weise angelenkt.
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Die Abstreifeinrichtung 13 erfüllt mehrere Aufgaben. Hier ist die Abstreifeinrichtung 13 mit ihrer Unterkante 16 beabstandet zum Fräsbett eingestellt und wird beim Fräsvorgang mitgeführt. Dabei wird im Fräsbetrieb beispielsweise eine bestimmte Menge Fräsgut auf dem Fräsbett belassen. Andererseits ist über die Abstreifeinrichtung 13 auch ein Zugriff auf die im Inneren des Fräswalzenkastens 2 gelagerte Fräswalze 9 möglich, beispielsweise zu Wartungszwecken, um abgenutzte Fräsmeißel auszutauschen.
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Alternativ kann die Abstreifeinrichtung 13 bei herabgefahrenem Abstreifschild 14 mit der Unterkante 16 hinter der Fräswalze 9 über die abgefräste Oberfläche des Fräsbettes streifen und dabei in auf dem Fräsbett aufliegender Positionierung Fräsgut in das Innere des Fräswalzenkastens 2 kratzen. Diese Funktion ist dann gewünscht, wenn das Fräsgut über eine an der Bodenfräsmaschine 1 angeordnete Fördereinrichtung abtransportiert werden soll.
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Der zentrale Aspekt der Erfindung liegt in einer Sicherheitsabschalteinrichtung 8, deren wesentliche Funktionalität insbesondere den Einsatzfall „in-situ-Fräsen” betrifft. Eine beispielhafte Einbindung der Sicherheitsabschalteinrichtung 8 ist in 3 näher veranschaulicht. Die 3 gibt den Fräswalzenkasten und einige weitere Elemente der Bodenfräsmaschine 1 stark schematisiert wieder. Wesentlich ist zunächst, dass ein Sensor 17 vorhanden ist, mit dem die aktuelle Frästiefe f bestimmt werden kann. Dies kann beispielsweise ein an ein Seitenschild 10 gekoppelter Sensor oder ein sonstiger geeigneter Sensor sein. Wesentlich ist, dass der Sensor 17 die Ermittlung und Überwachung der Frästiefe f der Fräswalze 9 ermöglicht und diese, direkt oder indirekt, an die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 übermittelt. Hierzu ist in 3 eine Verbindungsleitung 18 angegeben. Abhängig von der übermittelten Frästiefe f bestimmt die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 einen Maximalhub M, der die maximale Hebeposition des Abstreifschildes 14 festlegt. In 3 ist dazu die Position des Abstreifschildes mit M angegeben, die dem Maximalhub bei der Frästiefe f1 entspricht. Der Hub bestimmt sich dabei in Vertikalrichtung relativ zum Maschinenrahmen bzw. Fräswalzenkasten bzw. zur Fräswalze, d. h. zu einem Bezugspunkt an der Maschine.
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Wird nun die Frästiefe f weiter erhöht, beispielsweise auf die Frästiefe f2, wird dazu der Maschinenrahmen durch Einfahren der Hubsäulen weiter zum Boden abgesenkt. Die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 ist nun derart ausgebildet, dass sie für diesen Fall einen größeren Maximalhub M zulässt, so dass das Abstreifschild 14 weiter durch die Zylinder-Kolben-Einheit 15 nach oben gehoben werden kann, beispielsweise um annähernd den gleichen Vertikalabstand zur ungefrästen Bodenoberfläche b zu haben, wie bei der Frästiefe f1. Der von der Sicherheitsabschalteinrichtung 8 zulässige Maximalhub M wächst somit mit steigender Frästiefe f. Die Verstellung des Abstreifschildes 14 kann dabei manuell vorgenommen werden, wobei auch eine von der Frästiefe f abhängige Verstellautomatik, gesteuert beispielsweise über die Sicherheitsabschalteinrichtung, des Abstreifschildes 14 von der Erfindung mit umfasst ist.
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Wird jedoch der Maximalhub M im Arbeitsbetrieb überschritten, schaltet die Sicherheitsabschalteinrichtung den Drehbetrieb der Fräswalze ab. Hierzu ist die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem Antriebsstrang 19 mit einer Steuerleitung 20 verbunden. Der Antriebsstrang 19 umfasst die gesamte Antriebsversorgung der Fräswalze, d. h. den Antriebsmotor und die entsprechende Übertragungsmechanik. Die Art der Abschaltung kann dabei variieren. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 zum Abschalten der Fräswalze den Antriebsmotor der Bodenfräsmaschine 1, insbesondere über die Motorsteuerung, abschaltet. Ergänzend oder alternativ kann die Sicherheitsabschaltautomatik aber auch ein im Antriebsstrang befindliche Kupplung 19' entkuppeln und dadurch die Übertragung der Antriebsenergie zur Fräswalze unterbrechen.
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Durch die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 wird somit die Sicherheit des Bedieners der Straßenfräse 1 und auch aller umstehenden Personen gewährleistet, da die Fräswalze 9 abgeschaltet wird, sobald ein vorgegebener Maximalhub der Abstreifeinrichtung 13 überschritten wird. Ferner wird der Maximalhub an die aktuelle Frästiefe f1, f2 oder fn angepasst, so dass er sich mit steigender Frästiefe vergrößert. So kann die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 bei jeder beliebigen Frästiefe zuverlässig wirken, wobei es gleichzeitig möglich ist, einen ausreichend großen Spalt zwischen der Unterkante 16 der Abstreifeinrichtung 13 und der zu bearbeitenden Bodenoberfläche 6 vorzusehen, um das Fräsgut auf dem Fräsbett zu belassen und nach hinten aus dem Fräswalzenkasten zu führen.
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4 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsabschalteinrichtung 13 einer Fräswalze 9 einer Straßenfräse 1, wie sie in den vorherigen 1 bis 3 dargestellt ist und oben beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: ein erster Schritt S1 wird durch ein Erfassen einer Frästiefe f1 der Fräswalze 9 realisiert. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Regulieren des zulässigen Maximalhubes einer Abstreifeinrichtung (13) in Bezug auf eine zu bearbeitende Oberfläche (6), insbesondere eines Abstreifschildes der Abstreifeinrichtung (13), in Abhängigkeit von der erfassten Frästiefe (f1, f2, fn). Dies bedeutet, dass der aktuell zulässige Maximalhub des Abstreifschildes 14 anhand der aktuell ermittelten Frästiefe festgelegt wird. In einem dritten Schritt S3 wird ein Abschalten der Fräswalze 9 dann ausgeführt, wenn der vorbestimmte Abstand einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet bzw. der aktuell zulässige Maximalhub überschritten wird. Dazu ist es vorgesehen, dass die Sicherheitsabschalteinrichtung 8 während des Fräsprozesses kontinuierlich oder zumindest bei einer Änderung der Frästiefe f und/oder der Position des Abstreifschildes 14 prüft und abgleicht, ob der aktuell zulässige Maximalhub überschritten wird oder nicht.
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5A veranschaulicht das der Festlegung des zulässigen Maximalhubs M zugrunde liegende Prinzip. Hierzu ist einerseits ein Abstand H zur Bodenoberfläche aufgetragen. Die Bodenoberfläche des nicht gefrästen Bodenuntergrundes liegt bei 0. Ferner ist eine Strecke s angegeben, die die Bodenfräsmaschine im Arbeitsbetrieb zurücklegt. In durchgezogener Linie ist der Verlauf der Frästiefe f mit den Frästiefen f1 und f2 angegeben, die den Abstand des unteren Scheitelpunktes der Fräswalze zur Bodenoberfläche in Vertikalrichtung angeben. Gepunktet ist der variierende Anteil des zulässigen Maximalhubs M eingezeichnet und gestrichelt der Verlauf des Maximalhubs gegenüber der ungefrästen Bodenoberfläche. 5A verdeutlicht, dass der Maximalhub M zu Beginn bei einer Frästiefe f von null um den fixen Toleranzwert tw oberhalb der ungefrästen Bodenoberfläche liegt. Steigt die Frästiefe f auf den Wert f1, wird der Abstreifschild um den Wert M1 angehoben, so dass im Ergebnis der Abstand der Unterkante des Abstreifschildes gegenüber der ungefrästen Bodenoberfläche konstant bleibt. Wir die Frästiefe von f1 auf f2 erhöht, wird auch der zulässige Maximalhub um den gleichen Betrag M2 in Vertikalrichtung gesehen erhöht, so dass auch dann der Abstand der Unterkante des Abstreifschildes zum ungefrästen Bodenuntergrund gleich bleibt.
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5B zeigt eine Abwandlung des in 5A gezeigten Prinzips. Im Unterscheid zu 5A vergrößert sich der variable Anteil am zulässigen Maximalhub M im Verhältnis zur Frästiefe um einen Faktor größer 1. Dies hat zur Folge, dass der Abstand der Unterkante des Abstreifschildes zum ungefrästen Bodenuntergrund bei steigender Frästiefe ebenfalls größer wird und nicht, wie in 5A, konstant ist. So liegt bei der kleineren Frästiefe f1 ein Abstand A1 und bei der größeren Frästiefe f2 der größere Abstand A2 vor.
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Ist die Sicherheitsabschalteinrichtung derart ausgebildet, dass sie die Stellung des Abstreifschildes automatisch regelt, kann sie beispielsweise auf eine der in den 5A oder 5B dargestellten Regelungsprinzipien zurückgreifen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013015873 A1 [0002]
- DE 102010050441 A1 [0010]
- EP 2374937 A2 [0012]
- DE 102011114710 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN 500-2 [0004]
- EN 500-2 [0009]
- EN 500-2 [0014]
