DE4342963A1 - Einrichtung zur Bewegungsbegrenzung eines antreibbaren Auslegers einer Baumaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bewegungsbe­ grenzung eines antreibbaren Auslegers einer Baumaschine, insbesondere eines als Knickarm ausgebildeten Auslegers eines Zwei-Wege-Baggers, mit einem mit dem Auslegerantrieb verbundenen Geber der den Auslegerantrieb abschaltet, wenn der Ausleger - ausgehend von einer eingefahrenen Ruhestel­ lung oder einer aus der Ruhestellung ausgefahrenen Zwischenstellung - eine vorgegebene Grenzstellung erreicht hat.

Derartige Hub- bzw. Ausschlagbegrenzungen sind insbesonde­ re dann erforderlich, wenn durch ein Überfahren der Grenze des zulässigen bzw. erwünschten Bewegungsbereichs Beschä­ digungen oder sonstige Gefahrensituationen (z. B. Instabi­ lität von Hebevorrichtungen beim Heben schwerer Lasten, Berührung gefährdeter/gefährlicher Anlagenteile usw.) aus­ gelöst werden können.

Dieses ist bei manueller Bedienung/Steuerung einer Bauma­ schine durch Unachtsamkeit leicht möglich, da die Aufmerk­ samkeit der Bedienungsperson in der Regel von der Beobach­ tung der Arbeitsvorgänge voll in Anspruch genommen wird. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit kann eine Hubbegren­ zung aber auch bei automatisch gesteuerten Vorrichtungen zweckmäßig sein, da z. B. besondere Bewegungsabläufe, an die bei der Programmierung bzw. Voreinstellung nicht ge­ dacht worden ist, zu den geschilderten Gefahrensituationen führen können.

Im Baumaschinenbereich, insbesondere bei Zwei-Wege-Bag­ gern, wird das Problem der Bewegungsbereichsbegrenzung bisher auf folgende Arten gelöst:

Es sei angenommen, daß das Gerät unter einer elektrischen Oberleitung arbeitet, wobei es demzufolge gegen eine unbe­ absichtigte Hub- oder Ausknickbewegung nach oben geschützt werden muß, die dazu führen würde, daß die elektrische Oberleitung berührt wird. Zu diesem Zwecke wird üblicher­ weise ein Näherungsschalter am Bockoberteil installiert, der so eingestellt ist, daß bei einem bestimmten Winkel des Auslegers abgeschaltet wird, d. h. daß dann keine wei­ tere Aufwärtsbewegung mehr möglich ist. Dieser Abschalt­ winkel muß dabei aus Sicherheitsgründen so gewählt sein, daß die Oberleitung bei gestrecktem Knickarm noch nicht berührt wird bzw. ein Sicherheitsabstand dazu eingehalten wird. Dieses ist ersichtlich nachteilig, da mit diesem System die Aufwärtsbewegung des Auslegers (Heben) bereits relativ früh abgeschaltet wird, weil der gestreckte Knick­ arm zugrunde gelegt wird, wodurch die Ausnutzung eines Teils des geometrisch möglichen Bewegungsbereichs ent­ fällt.

Bei einer anderen Ausstellung wird dieser Nachteil vermie­ den, indem an den einzelnen Gelenkstellen (zwischen Aus­ leger bzw. Knickarm, bei einem Verstellausleger zwischen den beiden Teilen des Verstellauslegers) jeweils ein Dreh­ winkelgeber installiert wird, wodurch der Drehwinkel zwi­ schen den einzelnen Armelementen ständig erfaßt und in einem Rechner verarbeitet werden kann. Auf diese Weise ist jederzeit bekannt, in welcher kinematischen Position die Einzelelemente des Armsystems zueinander stehen, und als Ergebnis einer trigonometrischen Rechnung auf Basis der erfaßten Winkel und der geometrischen Abmessungen der Arm­ elemente kann jederzeit der höchste Punkt des Gesamtsy­ stems berechnet werden. Dadurch kann eine Kollision des jeweils höchsten Elementes z. B. mit einer Oberleitung aus­ geschlossen werden.

Dieses System erlaubt zwar eine flexiblere Arbeitsweise, weist aber eine Reihe anderer Nachteile auf. Zunächst ein­ mal bedeutet die Installation von Drehwinkelgebern einen Mehraufwand. Dazu kommt eine erhebliche Störanfälligkeit der Drehwinkelgeber und der erforderlichen Signalleitun­ gen, da diese Komponenten an Teilen angebracht werden müs­ sen, die im Betrieb einer rauhen Beanspruchung ausgesetzt sind. Darüber hinaus müssen in den Rechner nicht nur die Längs-, sondern auch die Querabmessungen (Höhe) der ein­ zelnen Elemente des Auslegersystems eingegeben werden, da sich die Höhe eines jeweils höchsten Punktes nicht nur aus den Mittellinien zwischen den Gelenkpunkten, sondern zu­ sätzlich aus der Höhe der einzelnen Elemente ergibt. Ein weiterer Nachteil dieses Systems besteht darin, daß eine Überprüfung der eingegebenen Daten für den Baggerfahrer nur sehr schwer möglich ist. Auch können Änderungen der Grenzhöhe, wie sie z. B. erforderlich sind, wenn die Ober­ leitung tiefergelegt ist, zwar über den Rechner eingegeben werden, sind aber ebenfalls nur sehr schwer vom Fahrer kontrollierbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Einrichtung zur Bewegungsbereichsbegrenzung zu schaffen, die unter Vermeidung der obengenannten und weiterer Nachteile einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist und eine zuverlässige und einfach zu über­ wachende Begrenzung des Bewegungsbereichs ermöglicht.

Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ei­ nem Sender und einem mit dem Auslegerantrieb verbundenen Empfänger, die jeweils an der Baumaschine installiert sind, wobei der Sender bei Erreichen der Ausleger-Grenz­ stellung ein Signal erzeugt, und das von dem Empfänger empfangene Signal bewirkt, daß der Auslegerantrieb abge­ schaltet wird.

Die erfindungsgemäß Einrichtung arbeitet somit berührungs- und verschleißfrei und weist daher gegenüber bekannten Einrichtungen eine größere Flexibilität bei geringerer Störungsanfälligkeit auf.

Bevorzugt sind Sender und Empfänger auf der dem Arbeits­ bereich der Baumaschine abgewandten Seite des Auslegers angeordnet.

Zweckmäßigerweise werden Sender und Empfänger mit dem Oberteil der Baumaschine mitbewegt, wenn dieses um seine (senkrechte) Schwenkachse schwenkt.

Eine vorteilhafte Montagemöglichkeit für Sender und Emp­ fänger besteht darin, daß diese an einem an der Baumaschi­ ne bzw. deren Oberteil angebrachten Mast angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise ist der Mast teleskopartig ein- und aus­ fahrbar, wodurch das System bei Nichtgebrauch vor Beschä­ digungen zu schützen ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß mit dem Mast eine Längenmes­ sung gekoppelt ist, anhand derer die Bedienungsperson der Baumaschine jederzeit die aktuelle Einstellung des Begren­ zungssystems ablesen kann.

Der Mast wird bevorzugt senkrecht angeordnet, da es meist darum geht, eine Berührung mit oberhalb des Baufahrzeugs befindlichen Teilen zu verhindern.

Wenn sich die Armelemente der Baumaschine in Bezug zu dem Oberteil lediglich in einer (vertikalen) Ebene bewegen können, wie dies in der Regel der Fall ist, ist es vor­ teilhaft, wenn der von den Sendesignalen überdeckte und vom Empfänger erfaßte Winkelbereich senkrecht zur Bewe­ gungsebene der auslenkbaren Elemente nicht wesentlich grö­ ßer ist, als die volle Breite des Andrucks. Durch diese Maßnahme wird die Empfindlichkeit des Systems für Störun­ gen minimiert.

Zur Intensivierung der zurückgeworfenen Anteile des Sen­ designals (und somit zur Unterdrückung von Störsignalen) kann es zweckmäßig sein, die Armelemente wenigstens be­ reichsweise mit einem das Sendesignal reflektierenden Mit­ tel auszustatten.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in dem Un­ teransprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Zweiwegebaggers, der mit der erfindungsgemäßen Begrenzungseinrichtung ver­ sehen ist; und

Fig. 2 eine Rückansicht des Zweiwegebaggers gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt (stellvertretend für eine Vielzahl von mögli­ chen Anwendungsfällen) einen im Ganzen mit B bezeichnete Zwei-Wege-Bagger, der mit der erfindungsgemäßen Bewegungs­ bzw. Hubbegrenzungseinrichtung ausgestattet ist.

Der Bagger B besteht aus einem Fahrgestell 1, welches ein um eine vertikale Achse 2 schwenkbares Bockoberteil 3 trägt. An der Vorderseite des Bockoberteils 3 ist neben dem Führerhaus 3a ein Ausleger 4 in der Weise beweglich gehalten, daß er über Hydraulikstempel 4a um den Gelenk­ punkt 4b auf- und abwärtsbewegt werden kann. Der Ausleger 4 trägt das übrige (in diesem Beispiel aus den Armelemen­ ten 5 und 6 bestehende) Knickarmsystem, das an seinem Ende das Arbeitswerkzeug (hier eine Schaufel) 7 trägt, wobei die Armelemente 5, 6 bzw. die Schaufel 7 über Hy­ draulikstempel 5a, 6a und 7a um Gelenkpunkte 5b, 6b und 7b geschwenkt werden können. Hierdurch ergibt sich in bekann­ ter Weise eine Beweglichkeit der Ausleger- bzw. Armelemen­ te 5, 6 und der Schaufel 7 in einer vertikalen Ebene, die in der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Bockoberteils 3 parallel zur Darstellungsebene liegt und beim Verschwenken des Bockoberteils um die vertikale Achse 2 entsprechend mitverschwenkt wird.

In dem hier beispielhaft erläuterten Anwendungsfall arbei­ tet der Bagger unterhalb einer Hochspannung führenden Oberleitung 8, die als Fahrdraht für auf den Schienen 9 verkehrende Schienenfahrzeuge dient. Das Gewicht des Bag­ gers B wird dabei teilweise (zur Übertragung von Traktion) über gummibereifte Räder 10 und teilweise (zur Gewährlei­ stung der Seitenführung) über ähnlich wie bei einem Schie­ nenfahrzeug mit Spurkränzen versehene Räder 11 auf die Schienen 9 übertragen.

Der Sinn des erfindungsgemäßen Hubbegrenzungssystems be­ steht ersichtlich darin, zuverlässig zu verhindern, daß ein Teil des Armsystems (5, 6 oder 7) der Baumaschine beim Hochschwenken mit der Oberleitung 8 in Berührung kommt. Die Funktionsweise ist dabei wie folgt:

Ein am Ende eines teleskopartig ausfahrbaren Mastes 12 angebrachter Ultraschallsender 13 erzeugt ein Sendesignal in Form eines flachen Ultraschallbündels 15, das oberhalb des Armsystems 5, 6 verläuft. Der Mast 12 ist parallel zur Schwenkachse 2 des Bockoberteils angeordnet und liegt au­ ßerdem in der vertikalen Bewegungsebene der Ausleger- und Armelemente des Baggers B, so daß das Ultraschallbündel 15 stets genau über den Armelementen 5, 6 verläuft und bei Schwenkbewegungen die Achse 2 entsprechend mitverschwenkt wird.

Der Mast 12 ist so weit ausgefahren, daß sein Ende und somit auch Sender 13 und Empfänger 14 auf einer Höhe über den Schienen 9 bzw. in einem Abstand zur Oberleitung 8 liegen, die dem gewünschten Sicherheitsabstand entspricht, der von keinem Teil des Armsystems unterschritten werden soll. Bei einer (ggf. versehentlichen) Aufwärtsbewegung des Armsystems über den Sicherheitsabstand hinaus tritt demzufolge der entsprechende Teil des Armsystems in das Ultraschallbündel 15 ein, was eine Reflexion an dem in das Bündel 15 eingetretenen Teil zur Folge hat. Der Empfänger 14, der hinsichtlich seiner Empfangsfrequenz auf die Sen­ defrequenz abgestimmt ist, detektiert das ihn erreichende Reflexionssignal und gibt seinerseits ein Schaltsignal an eine Antriebssteuerung (nicht dargestellt) weiter, worauf­ hin die Aufwärtsbewegung des Armsystems sofort gestoppt wird und nur noch Schwenk- und Absenkbewegungen möglich sind.

Um Störsignale zu minimieren, die zu einem ungewollten Abschalten dem Aufwärtsbewegung führen könnten, ist es zweckmäßig, wenn das Sendesignal in vertikaler Richtung einem möglichst kleinen Winkelbereich abdeckt, während es in horizontaler Richtung so breit sein sollte, daß die volle Breite der Armelemente 5, 6 überdeckt wird, um auf jeden Fall den jeweils höchsten Punkt zu erfassen. Die Selektivität des Empfängers für von einem Punkt bzw. Be­ reich des Armsystems 5, 6 stammende Reflexionssignale kann weiterhin z. B. dadurch verbessert werden, daß das Sende­ signal gepulst bzw. anderweitig kodiert wird, und/oder daß nur solche Signale berücksichtigt werden, die aufgrund ihrer Laufzeit als vom Armsystem 5, 6 stammende Refle­ xionssignale relevant sein können.

Das erfindungsgemäße Bewegungsbereichsbegrenzungssystem ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung von Ultra­ schall beschränkt. Es kommen vielmehr sämtliche berüh­ rungsfreie Signalarten in Frage, also insbesondere elek­ tromagnetische Signale (z. B. kurzwellige, radarähnliche Signale), optische Signale (Laserstrahl schwacher Lei­ stung, Infrarotlicht, Reflexions-Lichtschranke . . . ), sowie die bereits angeführte Möglichkeit eines akustischen, ins­ besondere im Ultraschallbereich liegenden Signals. Bei der Anwendung optischer Signale ist ggf. die Anbringung von Reflektoren an den Stellen des Ausleger- bzw. Armsystems des Baggers B sinnvoll, die zuerst in den Strahlengang eintreten, um ein kräftiges und eindeutiges Re­ flexionssignal zu erhalten.

In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Bedienungs­ person durch ein Vorwarnsignal darauf hinzuweisen, daß bei weiterem Hochfahren des Armsystems 5, 6 die Sicherheitsbe­ grenzung ausgelöst wird. Dieses ist auf einfache Weise mit dem gleichen System möglich, indem ein zweiter Sender (mit anderer Frequenz, Kodierung o. ä.) so eingerichtet wird, daß der durch sein Signal abgedeckte Bereich z. B. etwas unterhalb des ersten Signalbereichs 15 liegt, so daß der Baggerarm 4, 5, 6 beim Hochfahren zunächst in diesen Be­ reich eintaucht und eine Warneinrichtung ein Vorwarnsignal abgibt, bevor die Abschaltung ausgelöst wird.

Bezugszeichenliste

1 Fahrgestell (von B)
2 vertikale Achse (von 3)
3 (Bock-) Oberteil
3a - Führerhaus
4 Ausleger
4a - Hydraulikstempel
4b - Gelenkpunkt
5 (Knick-) Armelement
5a - Hydraulikstempel
5b - Gelenkpunkt
6 (Knick-) Armelement
6a - Hydraulikstempel
6b - Gelenkpunkt
7 Werkzeug (Schaufel)
7a - Hydraulikstempel
7b - Gelenkpunkt
8 Oberleitung
9 Schienen
10 Räder
11 Räder
12 Mast
13 Sender
14 Empfänger
15 Sendesignal

Claims (11)

1. Einrichtung zur Bewegungsbegrenzung eines antreibbaren Auslegers einer Baumaschine, insbesondere eines als Knick­ arm ausgebildeten Auslegers eines Zwei-Wege-Baggers, mit einem mit dem Auslegerantrieb verbundenen Geber, der den Auslegerantrieb abschaltet, wenn der Ausleger - ausgehend von einer eingefahrenen Ruhestellung oder einer aus der Ruhestellung ausgefahrenen Zwischenstellung - eine vorge­ gebene Grenzstellung erreicht hat, gekennzeichnet durch einen Sender (13) und einen mit dem Auslegerantrieb (4a) verbundenen Empfänger (10), die jeweils an der Baumaschine (B) installiert sind, wobei der Sender (13) bei Erreichen der Ausleger-Grenzstellung ein Signal (15) erzeugt und das von dem Empfänger (14) empfangene Signal (15) bewirkt, daß der Auslegerantrieb (4a) abgeschaltet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (13) und/oder der Empfänger (14) auf der dem Arbeitsbereich der Baumaschine (B) abgewandten Seite des Ausleger (4; 5, 6) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausleger (4; 5, 6) an ein um eine ver­ tikale Achse (2) schwenkbares Oberteil (3) der Baumaschine (B) angelenkt ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (13) oder der Empfänger (14) mit dem Oberteil (3) der Bauma­ schine (B) mitbewegt wird, wenn das Oberteil (3) um seine vertikale Achse (2) verschwenkt wird.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (13) oder der Empfänger (14) an einem an der Baumaschine (B) bzw. deren Oberteil (3) angeordneten Mast (12) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (12) teleskopartig ein- bzw. ausfahrbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Mast (12) eine von der Bedienungs­ person der Baumaschine (B) überwachbare Längenmeßeinrich­ tung gekoppelt ist.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (12) senkrecht angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Sendesignal (15) überstrichene Winkelbereich senkrecht zur Grenzstel­ lung des Auslegers (4; 5, 6) nicht wesentlich größer ist als die Breite des Auslegers (4; 5, 6).

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (4; 5, 6) wenigstens bereichsweise mit einem für das Sen­ designal (15) reflektierenden Mittel versehen ist.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Vorwarnsystem mit einem zweiten Sender und einem zweiten Empfänger, wobei das Signal des zweiten Senders vom ersten Empfänger (14) nicht detektiert werden kann und so verläuft, daß der Aus­ leger (4; 5, 6) bei einer Bewegung in Richtung auf seine Grenzstellung zurückgeworfene Anteil dieses Signals er­ zeugt, die vom zweiten Empfänger detektiert werden, bevor zurückgeworfene Anteile des Sendesignals (15) des ersten Sender (13) erzeugt werden, die ein Abschaltsignal zufolge haben, bevor der zweite Empfänger von der Bedienungsperson wahrnehmbares Warnsignal auslöst.