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Die Erfindung betrifft eine fahrbare Bodenbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von Böden. Mehr insbesondere betrifft die Erfindung eine Bodenbearbeitungsvorrichtung zur Rasenpflege wie insbesondere einen Tiefenlüfter oder Aerifizierer oder einen Mäher.
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Zum technologischen Hintergrund wird insbesondere auf folgende Literaturstellen verwiesen:
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Aus den Literaturstellen [1] bis [8] sind Bodenbearbeitungsgeräte zur Bearbeitung von Rasen - insbesondere Rasenpflegegeräte wie Bodenlüfter, Tiefenlüfter und Mähgeräte bekannt. Bei Rasenflächen, wie insbesondere Sportrasen, z.B. auf Golfplätzen oder Fußballplätzen, oder in Parks, ist ein möglichst gleichmäßiger Bewuchs erwünscht. Demnach ist erwünscht, dass die Grasnarbe möglichst gleichmäßig und schonenden bearbeitet wird. Auch ist eine Beeinträchtigung durch ungleichmäßigen Druck auf den Rasen bei der Bearbeitung unerwünscht.
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Aus den Literaturstellen [9] bis [26] gehen Baumaschinen und landwirtschaftliche Geräte zu anderen Zwecken hervor, die mit unterschiedlichen Regelungen ausgerüstet sind.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine fahrbare Bodenbearbeitungsvorrichtung hinsichtlich gleichmäßigerem und geringem Bodendruck zu verbessern.
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Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Bodenbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung schafft gemäß einem Aspekt davon eine fahrbare, insbesondere selbstfahrende, Bodenbearbeitungsvorrichtung, umfassend ein Fahrgestell, und ein relativ zu dem Fahrgestell in einer vertikalen Richtung bewegbares Arbeitsgerät, welches Stechwerkzeuge zum Einstechen in den Boden, beispielsweise mit in den Boden eintauchenden Zinken, aufweist. Es kann auch optional eine zusätzliche Stützrolle zum Abstützen auf dem Boden vorgesehen sein.
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Weiter umfasst die Bodenbearbeitungsvorrichtung einen Hubaktor zum Anheben des Arbeitsgeräts relativ zu dem Fahrgestell in eine angehobene Stellung in einem Transportmodus und zum Absenken des Arbeitsgeräts in einem Arbeitsmodus, in dem die Stechwerkzeuge in den Boden eingestochen werden können. Beispielsweise können im Arbeitsmodus Zinken in den Boden eintauchen. Ist eine Stützrolle vorgesehen, kann sich diese im Arbeitsmodus auf dem Boden abstützen.
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Weiter ist die Bodenbearbeitungsvorrichtung mit einer Steuereinheit für den Hubaktor versehen, die dazu eingerichtet ist, im Arbeitsmodus den Hubaktor derart anzusteuern, dass er eine definiert geregelte Hubkraft abgibt. Die resultierende Eindringkraft der Stechwerkzeuge, insbesondere der Zinken, oder auch eine über die optionale Stützrolle wirkende Stützkraft wird um die definiert geregelte Hubkraft verringert.
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Es ist bevorzugt, dass die Steuereinheit zur derartigen Steuerung des Hubaktors eingerichtet ist, dass der Hubaktor im Transportmodus eine Hubkraft zum Abheben des Arbeitsgeräts vom Boden in die angehobene Stellung ausübt und im Arbeitsmodus eine im Vergleich zu der Hubkraft verringerte Entlastungskraft ausübt, sodass das Arbeitsgerät mit verringerter Gewichtskraft auf die Stechwerkzeuge zum Einstechen derselben wirkt und/oder über die optionale Stützrolle auf dem Boden abgestützt wird.
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Es ist bevorzugt, dass der Hubaktor einen elektrischen Hubzylinder umfasst und die Steuereinheit einen Frequenzumrichter zum Einstellen der Entlastungskraft des elektrischen Hubzylinders unabhängig von dessen Zylinderhub aufweist oder ansteuert.
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Es ist bevorzugt, dass der Hubaktor einen hydraulischen Hubzylinder umfasst und die Steuereinheit ein Proportionalventil zum Einstellen der Entlastungskraft des hydraulischen Hubzylinders unabhängig von dessen Zylinderhub aufweist oder ansteuert.
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Es ist bevorzugt, dass das Fahrgestell wenigstens eine Antriebsachse zum Antreiben einer Fahrbewegung über den Boden aufweist und dass eine Antriebseinheit zum Antreiben des Arbeitsgeräts vorgesehen ist, wobei die Antriebseinheit relativ zu dem Fahrgestell in einer vertikalen Richtung bewegbar ist und als Gegengewicht für das Arbeitsgerät mit diesem derart verbunden ist, dass sich die Antriebseinheit bei Anheben des Arbeitsgeräts absenkt und bei Absenken des Arbeitsgeräts anhebt.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit einerseits und das Arbeitsgerät oder eine Arbeitsgerätanlenkung zum Anlenken des Arbeitsgeräts andererseits auf unterschiedlichen Seiten der Antriebsachse angeordnet sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit und das Arbeitsgerät oder deren Arbeitsgerätanlenkung auf einer Wippenkonstruktion angeordnet sind, die relativ zu dem Fahrgestell schwenkbar an dem Fahrgestell angelenkt ist.
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Es ist bevorzugt, dass das Arbeitsgerät eine Reihe von Stechwerkzeugen mit Zinken aufweist, die zur Tiefenlüftung in den Boden einstechbar und herausziehbar sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebsachse ein erstes und ein zweites Antriebsrad aufweist und an eine Fahrantriebseinheit angeschlossen ist, die dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Antriebsrad mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/oder in gleichen oder unterschiedlichen Drehrichtungen anzutreiben.
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Es ist bevorzugt, dass das Fahrgestell wenigstens ein Schwenkrad aufweist, das bezüglich einer Fahrtrichtung mit Abstand zu der Antriebsachse angeordnet ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebswelle oder Antriebsräder derselben mittels wenigstens eines als Elektromotor oder Hydromotor ausgebildeten Fahrmotors angetrieben sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit einen Brennstofftank aufweist.
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Bei einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit eine aufladbare Batterie und/oder einen Elektromotor aufweist.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsgeräts umfasst:
- ein Fahrgestell mit wenigstens einer Antriebsachse zum Antreiben einer Fahrbewegung der Bodenbearbeitungsvorrichtung über den Boden,
- eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle,
- ein angetriebenes Arbeitsgerät, das relativ zu dem Fahrgestell anhebbar und absenkbar ist und eine Antriebswelle und wenigstens ein Bodenbearbeitungswerkzeug aufweist, welches bei Drehung der Antriebswelle zur Bodenbearbeitung bewegbar ist, wobei die Antriebswelle mittels eines Kraftübertragungsmittels an die Abtriebswelle angeschlossen ist, so dass sie durch die Antriebseinheit antreibbar ist,
- wobei die Antriebseinheit als Gegengewicht für das Arbeitsgerät mit dieser derart verbunden ist, dass sich die Antriebseinheit bei Anheben des Arbeitsgeräts absenkt und bei Absenken des Arbeitsgeräts anhebt.
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Es ist bevorzugt, dass das Kraftübertragungsmittel wenigstens einen Antriebsriemen aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit einen Generator zur Stromerzeugung aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass die Bodenbearbeitungsvorrichtung als fernbedienbare selbstfahrende Bodenbearbeitungsvorrichtung und/oder als selbstfahrende Bodenbearbeitungsvorrichtung zur Bedienung durch eine mitlaufende Bedienperson ausgebildet ist.
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Das Arbeitsgerät ist bevorzugt ein Tiefenlüfter wie er in einer der Literaturstellen [3] bis [7] beschrieben und gezeigt ist. Ein solcher Tiefenlüfter ist insbesondere als Aerofizierkopf ausgebildet, der weiter vorzugsweise mit einer Reihe von Stechwerkzeugen ausgebildet ist, die an Tragarmen angelenkt sind, die mittels einer Kurbelwelle (Beispiel für Antriebswelle) auf- und abbewegbar sind. Im Einsatz bei der Bodenbearbeitung wird das Arbeitsgerät in einer abgesenkten Stellung betrieben. Dabei kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung das insbesondere über eine Stützrolle auf dem Boden abgestützte Arbeitsgerät je nach Beschaffenheit und Kontur des Bodens sich auch relativ zu dem Fahrgestell beim Fahren über den Boden vertikal bewegen. Bei Transferfahrten wird das Arbeitsgerät in eine angehobene Stellung überführt, so dass Werkzeuge nicht auf dem Boden schleifen. Hierzu ist insbesondere ein Hubaktor vorgesehen, mittels dem eine Arbeitsgerätanlenkung, beispielsweise ausgebildet als Dreiecksanlenkung, wie sie bei Traktoren Verwendung findet, auf und ab bewegbar ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Aushubkräfte des Hubaktors gering gehalten werden. Wenn nur geringe Aushubkräfte auftreten, kann ein kleiner dimensionierter Hubaktor eingesetzt werden. Beispielsweise können elektrisch betriebene Hubzylinder eingesetzt werden. Dies kann mit besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung erreicht werden.
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Der Antrieb der Antriebswelle erfolgt vorzugsweise mittels eines Riementriebs, bei dem das Kraftübertragungsmittel wenigstens einen Antriebsriemen aufweist. Der Riementrieb hat den Vorteil, dass bei Überlastung - beispielsweise bei Auftreffen eines Werkzeugs auf einen Stein oder dergleichen - ein gewisser Schlupf zugelassen wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle auch bei unterschiedlichen vertikalen Relativstellungen zwischen Arbeitsgerät und Fahrwerk gleich bleibt. Dies kann mit besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung erreicht werden.
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Mit der Erfindung und deren vorteilhaften Ausgestaltungen wird die Eindringkraft der Stechwerkzeuge, insbesondere von Zinken, an einem Arbeitsgerät, das relativ zu einem Fahrgestell anhebbar und absenkbar ist, geregelt. Dadurch erfolgt immer eine gleichmäßige Einsteckkraft. Somit kann ein definiertes und gleichmäßiges Einstechen erreicht werden. Auch kann ein geringerer Bodendruck erreicht werden.
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Bei einer Ausgestaltung wird eine Aufstützkraft für eine optionale Stützrolle an einem Arbeitsgerät, das relativ zu einem Fahrgestell anhebbar und absenkbar ist, geregelt. Dadurch erfolgt immer ein gleichmäßiger Kontakt mit dem Boden, auch bei unregelmäßiger Bodenkontur, so dass Beschädigungen durch übermäßigen Druck am Boden vermieden werden und auch Belastungen in der Bodenbearbeitungsvorrichtung verringert werden. Auch bleibt die Auflagekraft von Antriebsrädern der Bodenbearbeitungsvorrichtung gleich, so dass ein gleichmäßiger Antrieb und hierdurch ein eine gleichmäßige Bodenbearbeitung sichergestellt werden kann.
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Während üblicherweise mechanische oder hydraulische Entlastungssysteme bei Maschinen einen hubabhängigen Kraftanstieg aufweisen, ist bei besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, dass durch Verwendung von elektrisch geregelten Hubzylindern (oder hydraulisch geregelten Hubzylindern) eine Entlastungskraft hubunabhängig konstant gehalten werden kann. Somit kann auch in unterschiedlichen Relativpositionen von Arbeitsgerät und Fahrgestell eine gleichmäßige Entlastungskraft vorgesehen werden und damit ein gleichmäßiger zusätzlicher Anpressdruck für die Antriebsräder generiert werden.
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Vorteile bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung sind:
- • konstante Entlastungskraft
- • keine großen Stickstoffspeicher oder Druckfedern notwendig
- • ist mit Schwimmstellung kombinierbar
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Insbesondere wird bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung vorgeschlagen, zum Erreichen eines konstanten, verringerten Bodendrucks durch die Auflagekraft eines Arbeitsgerätes mit Tastwalze, dieses gegenüber einem Chassis / Fahrwerk mittels eines Aktors mit einer geregelten Hubkraft zu entlasten. Aber auch bei Arbeitsgeräten ohne Tastwalzen oder sonstigen Stützrollen ist eine Regelung der Hubkraft vorteilhaft, um somit die Bodenbelastung durch auf den Boden wirkenden Werkzeugen zu regeln.
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Bei einer möglichen technischen Ausführung mit elektrischem Aktuator ist die Aufhängung des Arbeitsgerätes mittels einem Elektrozylinder mit dem Chassis (Fahrgestell) verbunden.
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Im Arbeitsmodus wird der Hubzylinder mit einer verringerten Kraft beaufschlagt, sodass das Arbeitsgerät auf dem Boden abgelegt wird.
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Die Hubkraft wird über einen Frequenzumrichter unabhängig vom Zylinderhub eingestellt.
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In einer weiteren technischen Ausführung wird das Arbeitsgerät ohne Stützwalze betrieben. Vorzugsweise wird zur Einstellung und Regelung der Eindringtiefe der Zinken über einen zusätzlichen Sensor der Abstand des Arbeitsgerätes zur Bodenoberfläche erfasst.
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Bei einer anderen möglichen technischen Ausgestaltung mit hydraulischem Aktuator ist die Aufhängung des Arbeitsgerätes mittels eines Hydraulikzylinders mit dem Chassis (Fahrgestell) verbunden.
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Im Arbeitsmodus wird der Hubzylinder mit einer verringerten Kraft beaufschlagt, sodass das Arbeitsgerät auf dem Boden abgelegt wird.
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Die Hubkraft wird über ein Proportionalventil unabhängig vom Zylinderhub eingestellt.
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Insbesondere bei Tiefenlüftern ist es vorteilhaft, wenn die insbesondere mit Zinken ausgebildeten Stechwerkzeuge so geführt werden, dass die Zinken möglichst senkrecht am Vorgewende ein- und ausfahren. Dies kann mit besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung erreicht werden.
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Bei besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird der Aerifizierkopf oder das sonstige Arbeitsgerät bzw. dessen Arbeitsgerätanlenkung über eine Wippe geführt, wobei eine Antriebseinheit, insbesondere ein Antriebsmotor als Gegengewicht wirkt.
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Die vorgenannten bevorzugte Ausführungsformen mit zusätzlichem Gewichtsausgleich haben einen oder mehrere der folgenden Vorteile:
- • Nutzung des Antriebsmotors, insbesondere Verbrennungsmotors, zur Entlastung der Aushebe-Aktorik
- • keine Längenänderung im Riementrieb oder dem sonstigen Kraftübertragungsmittel durch Aushubvorgang
- • Entkoppelung der Schwingungen im Antrieb gegen das Chassis durch zentrale Lagerung möglich
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Vorzugsweise wird der Aerifizierkopf oder das sonstige Arbeitsgerät an einem beweglichen Verbindungselement befestigt, dabei liegt weiter vorzugsweise der Drehpunkt gegenüber einem Chassis - Beispiel für Fahrgestell - möglichst nah an der Achse der Antriebsräder.
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Die Hauptantriebseinheit - z. B. Verbrennungsmotor - fungiert als Gegengewicht, um die Hubkraft der Zylinder möglichst klein zu halten.
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Durch Positionierung von Motor und Aerifizierkopf auf einem festen Bauteil ist immer eine gleiche Riemenspannung gewährleistet
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Beim An- und Absenken des Aerifizierkopfes wird die Antriebseinheit - z.B. der Hauptmotor in die entsprechende Gegenrichtung angehoben bzw. abgesenkt.
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Verbindungselement kann mit einer Achse als Wippe oder mit mehreren Achsen als Parallelogramm ausgeführt werden.
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Da das Antreiben des Arbeitsgeräts wesentlich mehr Energie benötigt als das Fahren oder Anheben, ist derzeit bevorzugt, dass die Antriebseinheit zum Liefern der Antriebskraft für das Arbeitsgerät einen Verbrennungsmotor aufweist. Auch ein Tank kann an der Antriebseinheit vorgesehen sein. Alternativ kann als Gegengewicht auch eine Batterie für einen Elektromotor vorgesehen sein, auch der Elektromotor kann Teil der Antriebseinheit sein.
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Die Antriebseinheit liefert vorzugsweise primär Bewegungsenergie für das Antriebsgerät. Es ist vorzugsweise weiter ein Generator vorgesehen, der Strom für Sekundärantriebe liefert. Das Fahrwerk ist vorzugsweise mit Fahrmotoren versehen, die elektrisch arbeiten, genauso ist vorzugsweise der Hubaktor elektrisch betrieben.
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Vorzugsweise weist die Bodenbearbeitungsvorrichtung eine Hubeinrichtung mit dem Hubaktor und einer Steuerung hierfür, insbesondere ausgebildet als elektronische Steuereinheit (eletronic control unit - ECU) auf. Die Steuerung ist dazu eingerichtet, in dem Transportmodus den Hubaktor zum Anheben des Arbeitsgeräts in die ausgehobene Stellung anzusteuern und in dem Arbeitsmodus den Hubaktor derart zu regeln, dass er eine definierte Hubkraft ausübt, die geringer ist als die an der Arbeitsgerätanlenkung aufgrund der Schwerkraft wirkende Kraft nach unten. Dadurch lässt sich die Stützkraft, die das Arbeitsgerät über die Zinken oder eine optionale Stützrolle auf den Boden ausübt, definiert und unabhängig vom Hub des Hubaktors verringern, vorzugsweise derart, dass immer eine gleichmäßige Arbeitstiefe erreicht wird oder eine gleichmäßige Stützkraft wirkt.
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Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematisierte Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer fahrbaren Bodenbearbeitungsvorrichtung mit einem Arbeitsgerät in einer ausgehobenen Stellung;
- 2 eine weitere Seitenansicht der Bodenbearbeitungsvorrichtung, wobei das Arbeitsgerät in einer oberen Stellung angeordnet ist;
- 3 eine Ansicht vergleichbar der 1 und 2, wobei das Arbeitsgerät in einer mittleren Stellung angeordnet ist;
- 4 eine Ansicht vergleichbar der 1 - 3, wobei das Arbeitsgerät in einer unteren Stellung angeordnet ist;
- 5 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils der Bodenbearbeitungsvorrichtung mit dem Arbeitsgerät in der ausgehobenen Stellung zur Erläuterung eines Transportmodus;
- 6 eine vergrößerte schematische Ansicht entsprechend 5, wobei das Arbeitsgerät auf dem Boden abgestützt ist, zur Erläuterung eines Arbeitsmodus;
- 7 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Hubeinrichtung mit Hubaktor und Steuerung zur Verwendung in der Bodenbearbeitungsvorrichtung;
- 8 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Hubeinrichtung zur Verwendung in der Bodenbearbeitungsvorrichtung;
- 9 eine schematisierte Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der fahrbaren Bodenbearbeitungsvorrichtung, wobei ein Arbeitsgerät in einer ausgehobenen Stellung angeordnet ist;
- 10 eine schematisierte Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer fahrbaren Bodenbearbeitungsvorrichtung mit einem Arbeitsgerät in einer ausgehobenen Stellung; und
- 11 eine weitere Seitenansicht der dritten Ausführungsform, wobei das Arbeitsgerät wie bei 3 in einer mittleren Stellung angeordnet ist.
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Die beigefügten 1 bis 6 und 9 bis 11 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer fahrbaren, insbesondere selbstfahrenden, Bodenbearbeitungsvorrichtung 10. Die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 ist zur Bearbeitung eines insbesondere mit Rasen versehenen Bodens ausgebildet. Insbesondere ist die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 zur Rasenpflege ausgebildet. Hierzu weist die Bodenbearbeitungsvorrichtung ein Arbeitsgerät 12 auf, das hier an einer Arbeitsgerätanlenkung 14 angelenkt ist und in einer in den 1 und 5 gezeigten Transportstellung ausgehoben werden kann und in den 2 - 4 gezeigten Arbeitsstellungen in verschiedenen vertikalen Positionen relativ zu einem Fahrgestell 16 der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 angeordnet sein kann.
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Die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 weist zum Fahren über den Boden 18 das Fahrgestell 16 auf, welches wenigstens eine Antriebsachse 20 und wenigstens ein aktiv oder passiv bezüglich der Fahrtrichtung variables Stützelement, wie insbesondere wenigstens ein Schwenkrad 22, aufweist. Das Fahrgestell 16 kann zum Beispiel zwei Achsen aufweisen, von denen eine als Antriebsachse 20 angetrieben ist, und die andere zum Lenken ausgebildet ist. Die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 kann dreirädrig oder vierrädrig ausgebildet sein, auch können alle Achsen angetrieben sein. Auch können alle Räder lenkbar sein. Bei der bevorzugten Ausgestaltung ist eine Antriebsachse 20 mit Antriebsrädern 24 vorgesehen, welche mittels einer Fahrantriebseinheit und eigenen Fahrmotoren 26 pro Antriebsrad 24 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder auch mit unterschiedlichen Antriebsrichtungen antreibbar sind, während ein vorzugsweise vorne angeordnetes Schwenkrad 22 um eine sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Schwenkachse 28 frei drehbar ist. So kann durch Antrieb der Antriebsräder 24 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder unterschiedlichen Richtungen ein Lenken oder Drehen des Fahrgestells 16 erfolgen.
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Weiter weist die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 eine Antriebseinheit 30 mit einer Abtriebswelle 32 auf. Das Arbeitsgerät 12 ist ein durch die Antriebseinheit 30 angetriebenes Arbeitsgerät 12 und weist eine Antriebswelle 34 auf, welche mittels eines Kraftübertragungsmittels 36 an die Abtriebswelle 32 angeschlossen ist.
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Das Arbeitsgerät 12 ist bspw. als Tiefenlüfter 38 ausgebildet, wie er in den Literaturstellen [3] - [7] oder auch in der Literaturstelle [1] beschrieben und gezeigt ist. Es wird für weitere Einzelheiten auf diese Druckschriften verwiesen. Wie z. B. aus diesen Druckschriften bekannt, weist der Tiefenlüfter 38, der auch als Aerifizierkopf bezeichnet werden kann, eine Reihe von Stechwerkzeugen 40 mit Zinken 42 auf, die, bspw. an Tragarmen 44 geführt auf und ab bewegbar sind, um die Zinken 42 in den Boden 18 einzustechen, darin verschwenkt zu werden und anschließend wieder aus dem Boden 18 herausgezogen zu werden. Hierdurch erfolgt eine Tiefenlockerung des Bodens unterhalb der Grasnarbe. Die Tragarme 44 sind, wie dies in den vorgenannten Literaturstellen [1], [3] - [7] beschrieben und gezeigt ist, z. B. über die als Kurbelwelle ausgebildete Antriebswelle 34 angetrieben. Bei den in den 1 bis 6 sowie 9 dargestellten Ausführungsformen ist an dem Arbeitsgerät 12 eine vorzugsweise höhenverstellbare Stützrolle 46 vorgesehen. Bei der Ausbildung als Tiefenlüfter 38 lässt sich durch die Höhenverstellung der Stützrolle 46 die Einstechtiefe der Zinken 42 in den Boden einstellen. Bei der in den 10 und 11 dargestellten Ausführungsform ist das Arbeitsgerät 12 ohne Stützrolle ausgebildet. Hier ist kann z.B. die Einstechtiefe über einen vorzugsweise berührungslosen Sensor (nicht dargestellt) zur Erfassung des Abstands des Arbeitsgeräts 12 relativ zum Boden 18 und eine abhängig von dem so erfassten Abstand erfolgende Regelung der Hubhöhe an einem Hubaktor 48 eingestellt werden.
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Um die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 zu der Einsatzstelle zu fahren oder zwischen zwei Einsatzstellen zu transportieren oder zu einer Basis zurückzufahren, lässt sich in einem Transportmodus das Arbeitsgerät 12 in die in 1, 5 und 9 und 10 dargestellte ausgehobene Stellung hochfahren.
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Somit hat das Arbeitsgerät 12 einen größeren Abstand zum Boden 18, sodass weder die Stechwerkzeuge 40 noch der Fahrwegbelag beim Transport beeinträchtigt werden.
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In den 2-4 und 6 gezeigten Arbeitseinsatz - Arbeitsmodus - wird die Arbeitsgerätanlenkung 14 in einer Schwimmstellung betrieben, sodass das Arbeitsgerät 12 Änderungen in der Steigung des Bodens 18 nachfolgen kann und somit unterschiedliche vertikale Stellungen relativ zum Fahrgestell 16 einnehmen kann, die in den 2 - 4 gezeigt sind.
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Wie insbesondere aus den 5 bis 8 ersichtlich weist hierzu die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 eine Hubeinrichtung 100 auf, die wenigstens einen Hubaktor 48 und eine Steuerung 102 mit einer Steuereinheit 103, insbesondere in Form einer elektronischen Steuereinheit ECU, aufweist. Weiter ist ein Kraftsensor 98 vorgesehen, der mit der Steuerung 102 verbunden ist.
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Der Kraftsensor 98 ist zur Erfassung einer durch den Hubaktor 48 ausgeübten Hubkraft ausgebildet. In der dargestellten Ausführung ist der Kraftsensor 98 an dem Hubaktor 48 selbst angeordnet.
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Die Steuereinheit 103 ist dazu ausgebildet ist, den Hubaktor 48 zum Abgeben einer durch die Steuerung 102 vorgegebenen Hubkraft anzusteuern. Insbesondere ist die Steuereinheit 103 dazu ausgebildet, diese Hubkraft anhand eines vorgegebenen Sollwerts und dem durch den Kraftsensor 98 gelieferten Istwerts auch zu regeln.
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Gemäß einer ersten, in 7 gezeigten Ausführungsform weist die Hubeinrichtung 100 als Hubaktor 48 wenigstens einen elektrischen Zylinder 66 mit einem Elektromotor 104 auf, der mittels eines Frequenzumrichters 106 über die Steuereinheit 103 zur Abgabe der definierten Hubkraft angesteuert wird.
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Insbesondere zur Verwendung bei Ausführungen der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10, die mit einem Hydraulikkreis für hydraulische Aktoren und/oder Hydraulikmotoren versehen ist, ist auch die in 8 gezeigte weitere Ausführungsform der Hubeinrichtung 100 geeignet, bei der der Hubaktor 48 wenigstens einen Hydraulikzylinder 108 aufweist. Die Steuereinheit 103 ist dazu ausgebildet, die Abgabe der Hubkraft mittels eines Proportionalventils 110 zu regeln, das an eine Druckquelle 112 für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit angeschlossen ist. Die Druckquelle 112 weist beispielsweise Hydraulikreservoirs 114, 116 und eine Hydraulikpumpe 118 auf. Anstelle eines Hydrauliksystems kann selbstverständlich auch ein Druckluftsystem eingesetzt werden.
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Die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 und insbesondere deren Steuerung 102 lässt sich demnach durch eine Bedienperson zwischen einem Arbeitsmodus und einem Transportmodus umschalten. In dem Transportmodus steuert die Steuereinheit 103 den wenigstens einen Hubaktor 48 derart an, dass er eine Aushub-Hubkraft ausübt, die derart groß ist, dass die Arbeitsgerätanlenkung 14 mit dem daran angelenkten Arbeitsgerät 12 in die angehobene Stellung gehoben wird. Die Aushub-Hubkraft ist somit größer als die an dem Anlenkpunkt des Hubaktors 48 aufgrund der Schwerkraft (wegen des Gewichts des Arbeitsgeräts 12) anliegende Kraft.
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Wird ausgehend von dem Transportmodus der Arbeitsmodus - oder zusätzlich in dem Arbeitsmodus ein Submodus „Hubentlastung“ - eingestellt, steuert die Steuereinheit 103 den Hubaktor 48 zum Ausüben einer Entlastungs-Hubkraft an, die geringer ist als die Aushub-Hubkraft und geringer ist als die an dem Anlenkpunkt aufgrund der Schwerkraft anliegenden nach unten wirkenden Kraft. Insbesondere wird die Entlastungs-Hubkraft unabhängig vom Hub des Hubaktors auf einen voreingestellten - vorzugsweise auch wählbar einstellbaren - definierten Wert geregelt. Aufgrund der größeren durch Schwerkraft bewirkten nach unten wirkenden Kraft sinkt das Arbeitsgerät 12 aus der angehobenen Stellung, bis die optionale Stützrolle 46 auf dem Boden 18 abgestützt wird oder die über den Sensor gemessene Arbeitshöhe erreicht ist.. Dabei wird die Stützkraft auf den Zinken oder der Stützrolle 48 entsprechend der Entlastungs-Hubkraft definiert entlastet. Die Entlastungs-Hubkraft wird entsprechend so ausgewählt und eingestellt, dass eine gleichmäßig konstante Abreitstiefe erreicht wird oder an der optionalen Stützrolle 46 eine (gleichmäßige) passende Stützkraft anliegt. Bei Verwendung der optionalen höhenverstellbaren Stützrolle 46 wird zum Beispiel bei der Nutzung eines Tiefenlüfters 38 als Arbeitsgerät 12 die Einstechtiefe von Einstechwerkzeugen durch den Kontakt der Stützrolle 46 mit dem Boden eingestellt. Die Stützkraft wird so bemessen, dass das Einstechen sauber und gleichmäßig funktioniert und dennoch der Boden 18 nicht durch übermäßige Kräfte durch die Stützrolle 46 beeinträchtigt wird. Bei der Nutzung als Mäher wird über die Stützrolle die Schnitthöhe eingestellt. Hier wird die Stützkraft vorteilhaft so bemessen, dass eine gleichbleibende Schnitthöhe sichergestellt wird.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung kann die Entlastungs-Hubkraft z.B. je nach Beschaffenheit des Bodens 18 z.B. in Stufen oder auch stufenlos eingestellt werden.
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Das Arbeitsgerät 12 kann so aufgrund einer hubunabhängigen Entlastung mit gleichbleibender Stützkraft auf den Stützrollen 46 den Konturen des Bodens 18 folgen, wie dies in 6 dargestellt ist.
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Bei der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Antriebseinheit 30 mit zumindest einer Richtungskomponente vertikal beweglich an dem Fahrgestell 16 gelagert und derart mit dem Arbeitsgerät 12 oder - bei den hier dargestellten Ausführungsformen - genauer mit der Arbeitsgerätanlenkung 14 derart gekoppelt, dass die Antriebseinheit 30 als Gegengewicht für die Bewegung des Arbeitsgeräts 12 dient. Hierdurch werden Hubkräfte verringert, es kann ein kleinerer Hubaktor 48 verwendet werden, und es kann eine gleichbleibende passende Achslast auf der Antriebsachse 20 aufrechterhalten werden, so dass z. B. ein Durchdrehen von Antriebsrädern vermieden wird.
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Hierzu ist bei bevorzugten Ausgestaltungen der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 eine Wippenkonstruktion 50 vorgesehen, die um wenigstens eine im Wesentlichen horizontale und quer zur Fahrrichtung verlaufende Wippenachse 52, 54 schwenkbar an dem Fahrgestell 16 angelenkt ist.
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Bei den in den 1 - 6 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel und dem in den 10 und 11 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist eine Wippenachse 52 vorgesehen, und die Wippenkonstruktion 50 weist ein Wippengestell 56 auf, dass insgesamt um die Wippenachse 52 schwenkbar ist, und als zweiarmiger Hebel 72 wirkt. An dem hier hinten angeordneten einen Ende des Wippengestells 56 ist die z. B. als Dreiecksanlenkung ausgebildete Arbeitsgerätanlenkung 14 angeordnet, während an dem hier vorne vorgesehenen anderen Ende des Wippengestells 56 die Antriebseinheit 30 angeordnet ist.
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Wird das Wippengestell 56 mittels des Hubaktors 48 derart bewegt, dass das Arbeitsgerät 12 angehoben wird, senkt sich demnach die Antriebseinheit 30 ab. Wird dagegen das Arbeitsgerät 12 abgesenkt, hebt sich die Antriebseinheit 30 an.
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Die Abtriebswelle 32 und die Antriebswelle 34 sind vorzugsweise durch reibschlüssige Kraftübertragungsmittel 36 in Eingriff miteinander. Bei den dargestellten Ausführungsformen ist ein Riemenantrieb 58 mit wenigstens einem oder mehreren Antriebsriemen 60, 62 als Kraftübertragungsmittel 36 vorgesehen. Aufgrund der gemeinsamen Bewegung von Antriebseinheit 30 und Arbeitsgeräte 12 mittels der Wippenkonstruktion 50 lässt sich der Abstand zwischen Abtriebswelle 32 oder hier der Abstand zwischen Achsen des Riemenantriebs 58 im Wesentlichen gleich halten. Hierdurch bleibt die Spannung der einzelnen Antriebsriemen 60, 62 gleich, sodass unabhängig von der Stellung des Arbeitsgeräts 12 ein gleichmäßiger Antrieb erfolgen kann.
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In der Regel benötigen die Arbeitsgeräte 12 weitaus mehr Energie als die Fahrmotoren 26 oder der Hubaktor 48. Somit ist derzeit bevorzugt, dass die Antriebseinheit 30 einen Verbrennungsmotor 64 mit einem Tank (nicht dargestellt) oder dergleichen als Energiespeicher aufweist. Die Abtriebswelle 32 ist die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 64. Die Fahrmotoren 26 können z. B. Hydromotoren sein, wobei dann der Verbrennungsmotor 64 auch eine Pumpe für einen Hydraulikkreis antreibt. In diesem Fall ist der Hubaktor 48 vorzugsweise wie in 8 dargestellt als hydraulischer Zylinder 108 ausgebildet. Bei der derzeit bevorzugten Ausgestaltung sind die Fahrmotoren 26 als Elektromotoren ausgebildet, und der Hubaktor 48 ist wie in 7 gezeigt als elektrisch betriebener Zylinder 66 ausgebildet. Aufgrund dessen, dass die Antriebseinheit 30 als Gegengewicht dient, kann der elektrisch betriebene Zylinder 66 entsprechend klein dimensioniert werden.
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Die Antriebseinheit 30 weist einen hier nicht näher dargestellten, durch den Verbrennungsmotor angetriebenen Generator zur Stromversorgung auf, außerdem können eine oder mehrere Batterien als elektrische Energiespeicher (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
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Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen der Antriebseinheit 30, wie bspw. eine Elektromotor-Batteriekombination oder dergleichen denkbar.
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Insbesondere bei der Ausgestaltung mit Verbrennungsmotor 64 ist vorteilhaft, wenn die Neigungsstellungen der Antriebseinheit 30 nicht zu sehr variieren. Auch ist vorteilhaft, wenn die Neigung des Arbeitsgeräts 12 nicht oder nur gering variiert.
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Hierzu ist bei der in 9 dargestellten weiteren Ausgestaltung die Wippenkonstruktion 50 mit einer Parallelogrammführung 68 versehen. Die Wippenkonstruktion 50 kann eine in 9 schematisch dargestellte erste Schwinge 70 aufweisen, die die Hauptlast trägt und wie das Wippengestell 56 ausgebildet sein kann. Diese erste Schwinge 70 bildet einen ersten zweiseitigen Hebel 72, an dessen ersten Hebelarm 74 die Antriebseinheit 30 angelenkt ist, und an dessen zweiten Hebelarm 76 die Arbeitsgerätanlenkung 14 und somit das Arbeitsgerät 12 angelenkt ist.
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Die Wippenkonstruktion 50 der in 9 dargestellten zweiten Ausführungsform weist noch einen zweiten zweiseitigen Hebel 78 auf, der vertikal versetzt an einer zweiten Wippenachse 54 schwenkbar an dem Fahrgestell 16 angelenkt ist, und dessen erster Hebelarm 80 vertikal versetzt an der Antriebseinheit 30 angelenkt ist, während dessen zweiter Hebelarm 82 vertikal versetzt zu dem zweiten Hebelarm 76 des ersten zweiseitigen Hebels 72 an der Arbeitsgerätanlenkung 14 und somit an dem Arbeitsgerät 12 angelenkt ist.
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Die in den 10 und 11 dargestellte dritte Ausführungsform der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 entspricht bis auf das Weglassen der Stützrolle 46 und das Ersetzen der Funktion derselben durch eine Regelung der Hubhöhe am Hubaktor 48 der ersten Ausführungsform. Die Regelung kann als Software in der elektronischen Steuerung 102 implementiert sein. Hierzu kann ein vorzugsweise berührungsloser Abstandssensor (nicht dargestellt) zur Erfassung des Abstands des Arbeitsgeräts 12 zum Boden vorgesehen sein. Selbstverständlich könnte eine entsprechende Regelung auch bei der in 9 gezeigten Ausgestaltung der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 vorgesehen sein, wobei auch hier die wenigstens eine Stützrolle 46 weggelassen werden kann.
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Insgesamt kann die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 hinsichtlich der Position einer Bedienperson unterschiedlich ausgebildet sein. Bei einer hier nicht näher dargestellten Version kann die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 einen Bedienerstand oder Bedienersitz mit Bedienerschnittstelle aufweisen, wie dies z. B. in der Literaturstelle [1] beschrieben und gezeigt ist. Es ist auch möglich, dass die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 einen Handgriff oder dergleichen Bedienerschnittstelle für eine mit der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 mitlaufende Person ausgerüstet ist, wie dies aus der Literaturstelle [2] bekannt ist. Besonders bevorzugt ist bei den dargestellten Ausführungsformen der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 eine hier nicht näher dargestellte Steuerung zum Ansteuern der Antriebseinheit 30, der Fahrmotoren 26 und des Hubaktors 48 sowie sonstiger weiterer Aktoren oder Einrichtungen der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 vorgesehen, welche einen Fernbedienungsempfänger oder eine drahtlose Sende-Empfangseinrichtung aufweist, und mittels einer hier nicht dargestellten Fernbedienung durch eine Bedienperson bedienbar ist.
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Es ist eine fahrbare Bodenbearbeitungsvorrichtung (10) beschrieben worden, umfassend ein Fahrgestell (16), ein relativ zu dem Fahrgestell (16) in einer vertikalen Richtung bewegbares Arbeitsgerät (12), welches entweder die als Einstechwerkzeuge verwendeten Zinken (42) oder eine Stützrolle (46) zum Abstützen auf dem Boden (18) aufweist, und einen Hubaktor (48) zum Anheben des Arbeitsgeräts (12) relativ zu dem Fahrgestell (16) in eine angehobene Stellung in einem Transportmodus und zum Absenken des Arbeitsgeräts (12) in einem Arbeitsmodus derart, dass die Einstechwerkzeuge in den Boden eintauchen oder sich dieStützrolle (46) auf dem Boden (18) abstützt. Um die Bodenbearbeitungsvorrichtung (10) hinsichtlich ihrer Funktion zu verbessern, ist weiter eine Steuereinheit (103) für den Hubaktor (48) dazu eingerichtet, im Arbeitsmodus den Hubaktor (48) derart anzusteuern, dass er (unabhängig vom Hub) eine definiert geregelte Entlastungs-Hubkraft abgibt, um die eine über die Zinken wirkende Eindringkraft verringert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bodenbearbeitungsvorrichtung
- 12
- Arbeitsgerät
- 14
- Arbeitsgerätanlenkung
- 16
- Fahrgestell
- 18
- Boden
- 20
- Antriebsachse
- 22
- Schwenkrad
- 24
- Antriebsrad
- 26
- Fahrmotor
- 28
- Schwenkachse
- 30
- Antriebseinheit
- 32
- Abtriebswelle
- 34
- Antriebswelle
- 36
- Kraftübertragungsmittel
- 38
- Tiefenlüfter
- 40
- Stechwerkzeuge
- 42
- Zinke
- 44
- Tragarm
- 46
- Stützrolle
- 48
- Hubaktor
- 50
- Wippenkonstruktion
- 52
- erste Wippenachse
- 54
- zweite Wippenachse
- 56
- Wippengestell
- 58
- Riemenantrieb
- 60
- erster Antriebsriemen
- 62
- zweiter Antriebsriemen
- 64
- Verbrennungsmotor
- 66
- elektrisch betriebener Zylinder
- 68
- Parallelogrammführung
- 70
- erste Schwinge
- 72
- erster zweiseitiger Hebel
- 74
- erster Hebelarm (erster Hebel)
- 76
- zweiter Hebelarm (erster Hebel)
- 78
- zweiter zweiseitiger Hebel
- 80
- erster Hebelarm (zweiter Hebel)
- 82
- zweiter Hebelarm (zweiter Hebel)
- 98
- Kraftsensor
- 100
- Hubeinrichtung
- 102
- Steuerung
- 103
- Steuereinheit
- 104
- Elektromotor (elektrischer Zylinder)
- 106
- Frequenzumrichter
- 108
- Hydraulikzylinder
- 110
- Proportionalventil
- 112
- Druckquelle
- 114
- Niedrigdruckreservoir
- 116
- Hochdruckreservoir
- 118
- Hydraulikpumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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