DE3827617A1 - Sensorgesteuerte nachfuehreinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine sensorgesteuerte Nachführeinrich­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein sensorgesteuertes Nivelliergerät ist beispielsweise aus der EP-A2 02 69 026 bekannt geworden. Dieses sensorgesteu­ erte Nivelliergerät umfaßt einen Lagedetektor und/oder einen Lasersensor. Über das sensorgesteuerte Nivelliergerät kann eine gewünschte Relativlage selbständig exakt regelnd eingestellt und gehalten werden.

Dazu ist einmal bei dem Lagedetektor ein Schwimmer vorge­ sehen, der in einem Mittenbereich abgestützt und gelagert ist. Der Lasersensor umfaßt eine Nullpunkterkennung mit nachgeordneter Auswertelektronik für zumindest einen Stell­ antrieb. Über eine Steuereinheit kann der Stellantrieb entge­ gen einer Relativlagenveränderung des Lasersensors gegen­ über einer durch einen Lasergenerator festgelegten Referenz­ ebene im Sinne eines Nachführens des Lasersensors auf die Referenzebene zu gegengesteuert werden.

Auch insoweit wird auf den Offenbarungsgehalt der vor­ stehend genannten EP-A2 02 69 026 in vollem Umfange Bezug genommen und zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht.

Das vorbekannte sensorgesteuerte Nivelliergerät kann bei­ spielsweise bei Bodenbearbeitungsmaschinen, wie Baustellen­ fahrzeuge, Raupen, Bodenhobel etc. verwandt werden, mit denen großflächig in einer bestimmten Horizontalen oder in einer gewünschten Hangneigung eine Bodenfläche eingeebnet werden soll.

Ein möglicher Anwendungsfall hierfür ist in der DE-C1 37 04 697 beschrieben, die einen Deckenfertiger zeigt, an welchem an den einzelnen Auslegerarmen jeweils ein mit dem Boden­ bearbeitungsgerät in der Höhe justierbarer, mitverfahrbarer Lasersensor vorgesehen ist, durch welchen die Höhenlage des eigentlichen Bodenbearbeitungsgerätes exakt und automatisch nachführbar eingestellt und gehalten wird.

Obgleich sich diese sensorgesteuerte Nachführeinrichtung vom Grundsatz her sehr bewährt hat, ist es Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, einen vom technischen Aufwand und von der Kostenseite her noch günstigere sensorgesteuerte Nach­ führeinrichtung zu schaffen, die in besonders vorteilhafter Weise vor allem auch im städtischen Gebiet bei dichter Be­ bauung und bei um Häuserkomplexe herumführenden Boden­ arbeiten problemlos und möglichst kontinuierlich eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen sensorgesteuerten Nachführeinrich­ tung wird abweichend zum vorbekannten Stand der Technik nicht mit einem Lasergenerator eine Referenzebene festgelegt, die dann über einen Lasersensor abgetastet und hierüber das Bearbeitungsgerät des Baustellenfahrzeuges automatisch nach­ geführt wird, sondern es wird eine schienenähnliche Referenz­ ebenen-Abtastung vorgenommen. Als derartige Referenzebene können beispielsweise vorab verlegte Bord- bzw. Randsteine dienen. Häufig gerade im städtischen Bereich werden beim Neuanlagen von Straßen zunächst die Rand- und Bordsteine verlegt, um danach die Bodenbearbeitung vorzunehmen, die nach der Bodenbearbeitung und -verfestigung in der Regel mit dem Teeren abgeschlossen wird. Durch die Randsteine wird dabei die Höhe für die Bodenbearbeitung festgelegt. Mit der erfindungsgemäßen sensorgesteuerten Nachführeinrich­ tung kann das Bearbeitungsgerät beispielsweise einer Raupe, eines Baggers etc. selbsttätig in einer vorbestimmten Höhe gehalten werden, so daß von dem Fahrer und Führer des Baustellenfahrzeuges ohne weitere aufwendige Kontrollarbei­ ten automatisch ein vorbestimmtes Niveau eingehalten werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann dabei das jeweils zum Einsatz gelangende Bearbeitungsgerät auch winkelig eingestellt werden. Dies bietet Vorteile beispielsweise auch bei der Straßenfertigung, wo häufig das Straßenniveau von der Mitte her zum Seitenrand hin leicht abfallen soll. Auch hier ist eine automatische Nachführung des Bearbeitungsge­ rätes auf einem voreinstellbaren Winkelwert sichergestellt.

Grundsätzlich wird die sensorgesteuerte Nachführeinrich­ tung am Bearbeitungsgerät selbst angebracht. Möglich ist aber auch eine Anbringung an dem Baustellenfahrzeug selbst, wobei dann die abgetasteten Distanzänderungen zu der schie­ nenähnlichen Referenzebene, beispielsweise zum Randstein, in eine entsprechende Nachführung der Stellglieder für das Be­ arbeitungsgerät umgesetzt werden muß.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im einzel­ nen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf eine Planier­ raupe mit der erfindungsgemäßen sensorgesteuer­ ten Nachführeinrichtung;

Fig. 2 eine auszugsweise Draufsicht auf die sensorge­ steuerte Nivelliereinrichtung;

Fig. 3 eine schematische Frontansicht auf die Planier­ raupe mit der sensorgesteuerten Nachführeinrich­ tung;

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform eines Abtast- Sensors.

Zunächst wird auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen, in denen in schematischer Darstellung eine Raupe mit einem vorderen Bearbeitungsgerät 1 in Form eines Planierschildes gezeigt ist. Das Planierschild ist über seitliche Stellglieder 3 in Form von Hydraulikzylindern in der Höhe verstellbar. Durch unterschiedliches Ein- und Ausfahren der beiden seit­ lichen Stellglieder 4 kann das vordere Planierschild 1 auch leicht winkelig zur Planierraupe selbst eingestellt werden.

Über einen Querausleger 5 ist seitlich am Bearbeitungsgerät 1 mit diesem fest verbunden und mitführbar ein Abtast-Sensor 7 vorgesehen. Dieser Abtast-Sensor 7 kann in technischer Hinsicht als Lage- bzw. Abstandssensor konzipiert sein, der mit geeigneten technischen Mitteln den Abstand zu einer schienenähnlichen Referenzebene R erkennen und in entspre­ chende Steuersignale umsetzen kann. Als ein derartiger Ab­ tast-Sensor 7 kann beispielsweise ein Ultraschallgeber die­ nen. Es können aber auch andere Abtastsysteme beispielsweise unter Verwendung eines Laserstrahls, andere optische Abtast­ systeme etc. verwandt werden.

Für die Bodenbearbeitung wird das Bearbeitungsgerät 1 auf eine bestimmte Höhe eingestellt. Mit anderen Worten hat in dieser Stellung der Abtast-Sensor 7 einen vorbestimmten Abstand zur schienenähnlichen Referenzebene R, die beispiels­ weise in Fig. 1 durch die Randsteine 9 gegeben und darge­ stellt wird.

Während des Bearbeitungsvorganges kann nun die Planier­ raupe in Bodenvertiefungen einsinken oder über Bodenerhe­ bungen leicht ansteigen, wodurch auch das vordere Planier­ schild abgesenkt oder angehoben wird. Aber auch allein beim Absenken und Anheben des Planierschildes bei unver­ änderter relativer Höhenlage der Planierraupe selbst würde der Abtast-Sensor 7 ebenfalls abgesenkt oder angehoben wer­ den, wodurch der hierüber abgetastete Abstand zur schienen­ ähnlichen Referenzebene R in Form der Randsteine 9 ver­ stellt würde. Über die dem Sensor nachgeordnete Auswert­ elektronik werden dann der zumindest eine, im gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden seitlichen Stellglieder 3 des vorderen Bearbeitungsgerätes 1 so angesteuert, daß das Be­ arbeitungsgerät der Ausweichbewegung des Planierschildes gegengesteuert wird, und zwar so, daß der aus der Referenz­ ebene verstellte Abtast-Sensor 7 wieder auf den vorbestimm­ ten Abstand gegenüber dem Randstein rückgeführt wird. Da­ durch wird durch den Abtast-Sensor eine ständige automatische Nachführung des Bearbeitungsgerätes 1 auf eine vorbestimmte Höhenlage bezüglich des Randsteines 9 gewährleistet.

Anstelle der Randsteine 9 kann natürlich jede beliebige an­ dere Referenzebene R genauso dienen, beispielsweise auch ein vorbehandelter bzw. vorgeglätteter seitlicher Bodenab­ schnitt.

Ferner kann - wie in den Figuren ebenfalls dargestellt ist - noch eine Winkelausrichteinrichtung 11 auf dem Baufahrzeug montiert sein. Diese Winkelausrichteinrichtung 11 kann einen lediglich um eine Achse oder um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen verschwenkbaren Schwimmer umfassen, durch den eine ständige Horizontallage automatisch eingehalten oder eine voreinstellbare Winkelllage zumindest um eine Achse beispielsweise quer zur Längsachse des Fahrzeuges reproduziert wird. Insoweit wird auf den Offenbarungsgehalt der bereits erwähnten EP-A2 02 69 026 in vollem Umfange verwiesen, der zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

Durch die in den Figuren dargestellte Winkelausrichteinrich­ tung 11 kann beispielsweise bei auch schief stehendem Fahr­ zeug, also bei gegenüber der Horizontalen beispielsweise ge­ neigt stehendem Raupenfahrzeug, zwei quer zur Fahrtrichtung seitlich wegstehende Querstreben 13 automatisch immer in horizontaler Ausrichtung gehalten werden, wobei an den Enden der Querstreben 13 jeweils weitere Lage- bzw. Ab­ standssensoren 15 montiert sind. Diese wirken gegebenenfalls mit auf der Oberseite des Bearbeitungsgerätes 1 angebrach­ ten Reflektoren 17 zusammen. Darüber kann sichergestellt werden, daß das vordere Bearbeitungsgerät 1 entsprechend der Lage- und Abstandssensoren 15 immer in der gleichen Lage gehalten wird. Die Lage- und Abstandssensoren 15 steuern nämlich über eine ebenfalls nicht weiter dargestell­ te und erläutere Auswertelektronik die Stellglieder gleich so an, daß der Abstand zwischen den Lage- und Abstandssen­ soren 15 und den Reflektoren 17, also zum Bearbeitungsgerät 1 an beiden gegenüberliegenden Stirnseiten gleich ist, also die vorbestimmte Lage des Planierschildes exakt immer wieder reproduziert wird.

Durch Verwendung des in der vorstehend genannten europäi­ schen Patentanmeldung EP-A2 02 69 026 beschriebenen Schwim­ mers, beispielsweise dem dort nur um eine Querachse ver­ stellbaren Schwimmers könnte in Querrichtung zur Fahrtrich­ tung des Fahrzeuges eine Kipplage voreingestellt werden, in der dann die beiden seitlichen Lage- und Abstandssenso­ ren 15 unabhängig von der Lage des Baustellenfahrzeuges stets im voreingestellten Winkel zur Horizontalen gehalten wer­ den. Dies ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, wobei nunmehr über den seitlichen Abtast-Sensor 7 das vordere Bearbeitungsgerät 1 grundsätzlich mit seiner benachbart zum Randstein laufenden Seite in der hierüber vorgewählten Höhenlage stets nachgeregelt wird, und der sich an dieser Seite ergebende Abstand zwischen dem Lage- und Abstand­ sensor 15 und dem Reflektor 17 in der voreingestellten Win­ kellage auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Bearbei­ tungsgerätes reproduziert wird, indem das zum Randstein 9 gegenüberliegende Stellglied 3 so betätigt wird, daß der zu­ gehörige Lage- und Abstandssensor 15 gegenüber dem Bearbei­ tungsgerät 1 bzw. dem in Fahrtrichtung rechts liegenden Re­ flektor 17 einen gleichen Abstand zwischen dem Sensor 15 und dem zugehörigen Reflektor auf der Randsteinseite mißt und eine weitere Verstellbewegung im Sinne eines Nachführens stoppt. Dann wird also das Bearbeitungsgerät 1 in exakt der gegenüber der Horizontalebene winkelig voreingestellten Lage der Sensoren 15 gehalten und bei einem Ausweichen hieraus stets in diese Winkellage automatisch rückgeführt.

Grundsätzlich könnte der Abtastsensor 7 ebenfalls auf der Winkelausrichteinrichtung 11 mit dieser mitverstellbar mon­ tiert sein. In diesem Falle würde das vordere Bearbeitungs­ gerät 1 nicht direkt automatisch nachgeführt werden. Würde das Baustellenfahrzeug beim Überfahren von Bodensenken absinken bzw. beim Überfahren von Bodenerhebungen angeho­ ben werden, so würde sich der Abstand vom Abtast-Sensor 7 zur schienenähnlichen Referenzebene R in Form der Rand­ steine 9 verringern oder vergrößern. Diese in der Auswert­ elektronik feststellbare Distanzänderung könnte so verarbei­ tet werden, daß die Stellglieder 3 entsprechend angesteuert und hierüber indirekt die Nachführung des Bearbeitungsgerä­ tes 1 erfolgen würde. In diesem Falle müßte die Distanzän­ derung auch bei der Regelelektronik für die Lage- bzw. Ab­ standssensoren 15 berücksichtigt werden, da sich dann auch der Abstand zwischen den Reflektoren 17 und den Lage- und Abstandssensoren 15 ändern würde.

Durch eine Höheneinstelleinrichtung, die beispielsweise in oder oberhalb der Winkelausrichteinrichtung 11 mitintegriert sein könnte, könnte die eben erwähnte Distanzänderung zwi­ schen den Lage- und Abstandssensoren 15 und dem Bearbei­ tungsgerät 1 bzw. an den dort montierten Reflektoren 17 mechanisch durch Nachfahren ausgeglichen werden, so daß eine Berücksichtigung der Distanzänderung für die Sensoren 15 in der Regelelektronik wegfallen würde.

Abschließend wird noch auf Fig. 4 Bezug genommen, in der ein zu den Fig. 1 bis 3 gezeigter Abstand-Sensor 7′ in Form eines berührungslosen Sensors ein auf der Referenzebene R langgeführter Abtastfühler 7′ verwandt wird.

Der in diesem Fall zum Einsatz gelangende Abtast-Sensor 7′ gemäß Fig. 4 umfaßt ein auf einer Achse 21 abrollendes Rad 23. Ferner ist eine Sensor-Halterung 25 vorgesehen, die beispielsweise an der Stelle 27 seitlich am Bearbeitungs­ gerät 1, oder je nach Ausführungsform oberhalb der Winkel­ ausrichtvorrichtung 11 beispielsweise über eine der Quer­ streben 13 oder seitlich am Baustellenfahrzeug selbst über­ stehend montiert ist.

In der Mitte liegend ist in dem Sensor-Halter 25 der eigent­ liche Sensorfühler 29 angeordnet.

Beim Überfahren einer Bodenerhebung würde das untere Schalt­ glied 29′ entgegen der Kraft der unteren Feder 33 auf den Sensorfühler 29 zu verschoben werden, wodurch über die Auswertelektronik die Stellglieder 3 im Sinne eines Anhebens des Bearbeitungsgerätes 1 angesteuert werden könnte.

Mit dem Anheben des Bearbeitungsgerätes 1 würde dann auch der daran montierte Sensor-Halter 25 bei in der Höhe unver­ stellt gehaltenem Schaltglied 29′ angehoben werden, bis wie­ der die in Fig. 4 gezeigte Neutrallage erreicht werden würde.

Umgekehrt bei einem Absenken des Randsteines würde der untere Rand 23 durch die obere Feder 37 der im Inneren des Sensor-Halters 25 angeordnete Stellkolben 39 über eine gewisse geringe Wegstrecke nach unten in Richtung der Druckkraft der oberen Feder 37 verstellt werden, so daß das obere Schaltglied 29′′ von oben her auf den mittleren Sensorfühler 29 zu bewegt würde. In diesem Falle würden die Stellglieder 3 im Sinne eines Absenkens des Bearbeitungsgerätes 1 ange­ steuert werden, worüber der Sensor-Halter 25 bei in der Höhe unverstellt gehaltenen Verstellkolben 39 nach unten bewegt werden würde, bis der Sensorfühler 29 wieder die mittlere Lage zwischen oberem und unterem Schaltglied 29′ bzw. 29′′ einnehmen würde.

Die Auswertelektronik kann beispielsweise dadurch gesteuert werden, daß das obere und untere Schaltglied 29′ bzw. 29′′ den elektrischen Fühler direkt elektrisch leitend berühren und dadurch einen Kontakt schließen. Möglich wäre aber genauso, daß das obere und untere Schaltglied 29′ oder der mittlere Sensorfühler 29 aIs Induktionsfühler, Analogschalter etc. ausgebildet wäre, der unmittelbare Distanzänderungen zwischen Sensorfühler und Schaltgliedern erkennen kann und dadurch entsprechende Impulse direkt an die Auswert­ elektronik zur Ansteuerung der Stellglieder 3 abgibt.

Würde der anhand von Fig. 4 erläuterte Abtastsensor 7 nicht am Bearbeitungsgerät 1 selbst montiert werden, sondern da­ von getrennt am Baustellenfahrzeug, so müßte zwischen der Sensor-Halterung 25 und dem Baustellenfahrzeug eine separate Nachführeinrichtung montiert werden, über die bei entspre­ chenden Ausweichbewegungen des Rades 23 eine Nachführung der zwischengeschalteten Nachführeinrichtung ermöglicht wer­ den würde. Diese Nachführbewegung müßte dann in eine ent­ sprechende Nachführung der Stellglieder 3 umgesetzt werden. Dies könnte beispielsweise direkt über eine elektronische Aus­ wertsteuerung erfolgen, worüber die hydraulische Ansteuerung des Bearbeitungsgerätes 1 erfolgt. Oder aber es würden hier­ zu die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Lage- bzw. Abstands­ sensoren 15 herangezogen werden, entsprechend der zwischen­ geschalteten Nachführeinrichtung auf einen neuen Sollabstand zwischen Lage- und Abstandssensoren 15 und dem Bearbei­ tungsgerät bzw. dessen Reflektoren 17 angesteuert werden, so daß indirekt hierüber erst die Stellmotoren 3 so betätigt werden, bis der neue Sollabstand in den Lage- bzw. Ab­ standssensoren 15 erkannt wird.

Claims (8)

1. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung, insbesondere zum Nivellieren von Bodenflächen, gekennzeichnet durch eine schienenähnliche Sollebenenerkennung bezüglich einer ab­ tast- bzw. abfahrbaren vorgegebenen Referenzebene (R) und eine Auswertelektrik, über die zumindest ein ein Bearbei­ tungsgerät (1) an einem Baufahrzeug betätigbarer Stellan­ trieb (3) bei einer Relativlagenveränderung eines Abtast- Sensors (7) gegenüber der Referenzebene (R) im Sinne eines Nachführens auf die Referenzebene (R) zu gegensteuerbar ist.

2. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Abtast-Sensor (7) um einen berührungslosen Lage- bzw. Abstandssensor, vor­ zugsweise um einen Ultraschall-Sensor handelt.

3. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine die Referenz­ ebene (R) mechanisch abtastenden Tastsensor (7′) handelt.

4. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtast- Sensor (7, 7′) auf dem nachzuführenden Bearbeitungsgerät (1) direkt mit diesem mitverstellbar montiert ist.

5. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtast- Sensor (7, 7′) auf dem das Bearbeitungsgerät (3) tragenden Baufahrzeug montiert ist und bei Erkennen einer Distanzän­ derung gegenüber der Referenzebene (R) zumindest ein Stell­ glied (3) für das Bearbeitungsgerät (1) entsprechend gegen­ steuert.

6. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtast- Sensor (7, 7′) in eine Neutral- bzw. Nullpunktlage entspre­ chend der gewünschten Höheneinstellung vorgespannt gehalten ist und aus einem Tastsensor besteht, der bei Ausweichen aus der Nullpunktlage den zumindest einen Stellantrieb (3) im Sinne einer Nachführung gegensteuert.

7. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ferner auf dem Bearbeitungsgerät (1) bzw. dem Baufahrzeug selbst eine Winkelausrichteinrichtung (11) zur baufahrzeugunabhängigen Winkelausrichtung des Bearbeitungsgerätes (1) in voreinstell­ barer Winkellage gegenüber der Horizontalebene vorgesehen ist.

8. Sensorgesteuerte Nachführeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Winkelausrichteinrich­ tung (11) zwei Lage- bzw. Abstandssensoren (17) gehalten sind, die mit den außermittigen Bereichen des Bearbeitungs­ gerätes (1) zur stetigen Nachregelung in eine vorwählbare Winkellage des Bearbeitungsgerätes (1) gegenüber der Hori­ zontalebene vorgesehen sind.