[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie
einen Straßenfertiger gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
[0002] Aus
DE 198 36 269 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Tamperfrequenz in Abhängigkeit vom abgetasteten
Anstellwinkel der Einbaubohle nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit geregelt wird.
Da nur der Anstellwinkel als Einflussgröße allein berücksichtigt wird, muss der Bediener
weitere Einflussgrößen nach Gefühl einstellen, d.h., der Bediener kann den Einbauprozess
nicht direkt steuern, sondern muss bestimmte Maschinenparameter selbst auswählen,
wobei er durch die Regelung der Tamperfrequenz in Abhängigkeit vom Anstellwinkel unterstützt
wird. Es liegt am Bediener, dass er die einzugebenden Maschinenparameter so auswählt,
dass er schlussendlich das gewünschte Ergebnis erzielt.
[0003] Aus
DE 40 40 029 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Tamperfrequenz in Abhängigkeit von der Einbaugeschwindigkeit
nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit variiert wird. Weitere Maschinenparameter
muss der Bediener auswählen und eingeben, so dass keine direkte Steuerung des Einbauprozesses
möglich ist.
[0004] Aus der europäischen Patentanmeldung mit älterem Zeitrang, Anmeldeaktenzeichen
09 014 516.0 ist ein Vorschlag bekannt, zumindest den Tamperhub unter Berücksichtigung verschiedener
Einbauparameter automatisch zu variieren. Auch hier ist keine direkte Prozesssteuerung
möglich, weil der Anstellwinkel der Einbaubohle bzw. eine beim Einbau auftretende
Änderung des Anstellwinkels nicht berücksichtigt wird. Der Anstellwinkel der Einbaubohle
wäre nämlich ein sehr brauchbarer Indikator des Betriebszustandes oder Betriebspunktes
des Vorverdichtungssystems, weil ein zu flacher oder ein zu steiler Anstellwinkel
zwangsweise in Problemen bezüglich der erzielbaren Verdichtung, Ebenheit und Struktur
des Belages resultiert.
[0005] Ferner sind in der Praxis Nivelliersysteme bzw. sogar automatische Nivelliersysteme
für Straßenfertiger bekannt, die typischerweise geschlossene Regelkreise enthalten
und die Nivellierzylinder des Straßenfertigers ansteuern. Wenigstens ein Sensor tastet
eine Referenz ab und liefert einen Messwert, der in dem System mit einem Sollwert
verglichen wird. Den Sollwert gibt ein Bediener ein. Das System generiert dann ein
Stellsignal für die Nivellierzylinder. Auf diese Weise wird die Belagstärke geregelt,
wobei andere wesentliche Maschinenparameter für die Belagstärke, wie der Tamperhub,
die Tamperfrequenz und die Einbaugeschwindigkeit, unberücksichtigt bleiben. Diese
Maschinenparameter müssen vom Bediener optimal gewählt und umgesetzt werden. Die Maschinenparameter
sind keine Prozess-Zielgrößen, was bedeutet, dass der Bediener nicht das einstellen
kann, was zu erreichen angestrebt wird, nämlich eine bestimmte Belagstärke. Der Bediener
steuert sozusagen die Maschine, um schlussendlich das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Eine direkte Prozesssteuerung ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
sowie einen Straßenfertiger zum Durchführen des Verfahrens anzugeben, die es ermöglichen,
den Einbauprozess direkt zu steuern, ohne Bediener mit unzweckmäßig hoher Verantwortung
der Auswahl richtiger Maschinenparameter zu belasten.
[0007] Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit dem Straßenfertiger
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
[0008] Bei dem Verfahren wird der Einbauprozess direkt und weitestgehend automatisch gesteuert,
weil das Regelsystem alle maßgeblichen Prozess-Zielgrößen kennt und berücksichtigt,
und vor allem auch den Anstellwinkel der Einbaubohle als zusätzliche Regelführungsgröße
berücksichtigt, um die Belagstärke auf den Sollwert zu regeln und darüber hinaus den
Betriebspunkt des Vorverdichtungssystems so zu optimieren, dass die Soll-Belagstärke
mit optimaler Vorverdichtung, optimaler Ebenheit und optimaler Struktur des Belages
bei minimalem Verschleiß der Arbeitskomponenten und mit minimalem Energieverbrauch
erreicht wird. Der Anstellwinkel als hier fortlaufend erfasste und berücksichtigte
Regelführungsgröße, ist als maßgeblicher Indikator für den Betriebszustand des Vorverdichtungssystems
durch das Regelsystem verarbeitbar, um bei der Prozesssteuerung zu vermeiden, dass
ein zu flacher oder zu steiler Anstellwinkel entsteht, der die erzielte Verdichtung,
Ebenheit und Struktur negativ beeinflussen würde. Das Regelsystem verarbeitet die
Information zur Ist-Einbaugeschwindigkeit und über den Ist-Anstellwinkel der Einbaubohle
so, dass die Stellgrößen im Hinblick auf den Sollwert der Belagstärke generiert und
umgesetzt werden, wobei der Ist-Anstellwinkel jeweils weitestgehend beim vorgewählten
Soll-Anstellwinkel gehalten wird.
[0009] Der Straßenfertiger lässt sich mit höherem Komfort und ohne grundlegende Kenntnisse
zu den Zusammenhängen der unterschiedlichen Einbauparameter auch von einem relativ
ungeschulten Bediener mit hohem Komfort für den Einbauprozess führen, wobei durch
die direkte Prozesssteuerung die Schichtdicke zum Sollwert geregelt und dabei der
Betriebspunkt des Vorverdichtungssystems optimiert wird. Mit dem Straßenfertiger ist
bei geregelter Belagstärke eine optimale Vorverdichtung bei optimaler Ebenheit und
optimaler Struktur des Belages erzeugbar, wobei sich minimaler Verschleiß bei den
Arbeitskomponenten erzielen lässt und mit minimalem Energieverbrauch gearbeitet wird.
[0010] Bei einer zweckmäßigen Verfahrensvariante werden vom Regelsystem bei der Prozesssteuerung
Stellsignale zumindest für den Tamperhub oder die Tamperfrequenz, oder sogar für den
Tamperhub und die Tamperfrequenz generiert, die dann von den entsprechenden Stellgliedern
so umgesetzt werden, dass auch unter Berücksichtigung des Anstellwinkels als Regelführungsgröße
der Tamper einen Hauptanteil leistet, um die richtige Belagstärke gleichmäßig bei
optimaler Vorverdichtung, Ebenheit und Struktur des Belages zu erzielen.
[0011] Bei einer weiteren Verfahrensvariante werden zusätzlich Stellsignale für Stellglieder
der Nivellierzylinder und/oder der Hubzylinder generiert und umgesetzt, um beispielsweise
beim Einhalten des Sollwertes des Anstellwinkels dem Vorverdichtungssystem durch Höhenverstellen
der Anlenkpunkte der Zugarme und/oder durch eine über die Hubzylinder vorgenommene
Entlastung der Einbaubohle zu assistieren.
[0012] Bei einer zweckmäßigen Verfahrensvariante wird die erfasste Ist-Einbaugeschwindigkeit
als Stellgrößen-Information zur Verarbeitung an das Regelsystem übermittelt. Eine
Änderung der Einbaugeschwindigkeit bewirkt eine automatische Änderung der Stellsignale
für die Stellglieder, um beides im Wesentlichen konstant zu halten, nämlich die Belagstärke
und den Anstellwinkel.
[0013] Bei einer alternativen Verfahrensvariante werden die Einbaugeschwindigkeit durch
einen Bediener gewählt oder vorgewählt und die Ist-Einbaugeschwindigkeit als Störgrößen-Information
zur Verarbeitung an das Regelsystem übermittelt. Die Einbaugeschwindigkeit wird in
diesem Fall zwar dem Regelsystem zur Verarbeitung zur Verfügung gestellt, ist aber
durch einen Bediener frei wählbar. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil die Einbaugeschwindigkeit
in der Praxis so gewählt werden sollte, dass die gewünschte Arbeitsleistung (Massendurchsatz
an Einbaumaterial, Flächenleistung) auf die jeweiligen Gegebenheiten oder bestimmte
Vorgaben abstimmbar ist. Deshalb ist es zweckmäßig, trotz der automatischen Regelung
bzw. Steuerung des Einbauprozesses den Bediener eine Einflussnahme zumindest bezüglich
der Einbaugeschwindigkeit zu bieten.
[0014] Bei einer weiteren Verfahrensvariante generiert das Regelsystem bei der direkten
Prozesssteuerung für einen Bediener eine Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung in Form
eines Geschwindigkeitswertes oder Geschwindigkeitsbereiches, den der Bediener im Hinblick
auf optimale Leistung beim Einbauprozess umsetzt oder umsetzen kann.
[0015] Zweckmäßig werden zumindest einige oder alle erfassten Informationen zur direkten
Prozesssteuerung in dem Regelsystem als Regelführungsgrößen verarbeitet, um zumindest
die Stellsignale für den Tamperhub oder die Tamperfrequenz oder den Tamperhub und
die Tamperfrequenz zu generieren. Flankierend können daraus auch Stellsignale für
die Nivellierzylinder bzw. die Hubzylinder generiert und umgesetzt werden, um die
Prozesssteuerung im Wesentlichen nur durch das Regelsystem vornehmen zu lassen und
den Bediener zu entlasten.
[0016] Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Straßenfertigers sind mit dem Regelsystem
Stellglieder zumindest zum Einstellen des Tamperhubes oder der Tamperfrequenz oder
des Tamperhubs und der Tamperfrequenz anhand vom Regelsystem generierter Stellsignale
verbunden. Unter Umsetzen dieser Stellsignale wird unter Berücksichtigung der Einbaugeschwindigkeit
und vor allem auch des Anstellwinkels die Vorverdichtungsleistung des Vorverdichtungssystems
optimiert, um die Soll-Belagstärke zu erreichen und den Anstellwinkel nicht nennenswert
zu variieren. Eine bestimmte Vorverdichtungsleistung, abhängig vom Tamperhub und/oder
der Tamperfrequenz würde nämlich bei einer Verminderung der Einbaugeschwindigkeit
dazu führen, dass die Einbaubohle ansteigt und sich der Anstellwinkel unzweckmäßig
verkleinert, während eine Erhöhung der Einbaugeschwindigkeit zum umgekehrten Resultat,
nämlich zum Absinken der Einbaubohle und einer Vergrößerung des Anstellwinkels führen
würde, jeweils mit unerwünschten Nebenwirkungen.
[0017] Um solche Nebenwirkungen bei der Prozesssteuerung auszuschließen oder zu minimieren,
kann es bei einer weiteren Ausführungsform zweckmäßig sein, mit dem Regelsystem zusätzlich
Stellglieder zum Einstellen der Nivellierzylinder und/oder der Hubzylinder anhand
vom Regelsystem generierter Stellsignale zu verbinden, um unerwünschte Änderungen
des Anstellwinkels zu vermeiden oder diesen umgehend gegenzusteuern.
[0018] Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Straßenfertigers weist das Regelsystem
mehrere parallel geschaltete Eingrößen-Regler auf, beispielsweise drei Eingrößen-Regler,
von denen z.B. einer unter Berücksichtigung der Einbaugeschwindigkeit die Tamperfrequenz
regelt, ein weiterer unter Berücksichtigung des Anstellwinkels den Tamperhub regelt,
und ein weiterer unter Berücksichtigung der Belagstärke die Nivellierzylinder betätigt.
[0019] Bei einer anderen Ausführungsform weist das Regelsystem wenigstens einen Mehrgrößen-Regler
auf, der beispielsweise mehrere Regelführungsgrößen verarbeitet und mehrere Stellsignale
generiert.
[0020] Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform sind im Regelsystem wenigstens ein
Mehrgrößen-Regler und wenigstens ein Eingrößen-Regler kombiniert. Beispielsweise verarbeitet
der Mehrgrößen-Regler die Regelführungsgrößen Einbaugeschwindigkeit und Anstellwinkel
und generiert er die Stellsignale zum Ändern der Tamperfrequenz und des Tamperhubes.
Der Eingrößen-Regler verarbeitet hingegen die Informationen zur Belagstärke und generiert
bei Bedarf Stellsignale für die Nivellierzylinder und/oder die Hubzylinder.
[0021] Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Regelsystem mit einem Display ausgestattet,
in welchem unter anderem eine Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung für einen Bediener
darstellbar ist, beispielsweise falls das Regelsystem selbstlernend erkennt, dass
die Einbaugeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig ist oder aufgrund einer Änderung
einer Regelführungsgröße einer Änderung bedarf.
[0022] In dem Regelsystem können klassische PID-Regler, adaptive Regler, aber auch Fuzzy-Logic-Regler,
Neuronalnetz-Regler, oder sonstige Regler verwendet werden.
[0023] Weiterhin kann es zweckmäßig sein, in dem Regelsystem wenigstens eine vorbestimmte
Kennlinie oder ein Kennfeld und/oder eine Kennlinien- oder Kennfeld-Steuerung für
miteinander zu korrelierende Stellgrößen vorzusehen.
[0024] Ein Stellglied für den über einen Exzenterantrieb erzeugten Tamperhub ist beispielsweise
ein fernbetätigbares Getriebe zur Verstellung der Exzentrizität, die ursächlich für
die Größe des Tamperhubes verantwortlich ist. Das Getriebe kann mechanisch, hydraulisch
oder elektrisch verstellt werden.
[0025] Ein Stellglied für die über einen Hydraulikantrieb erzeugte Tamperfrequenz kann ein
magnetbetätigtes Ventil sein, vorzugsweise sogar ein Proportional-Stromregelventil,
um die Tamperfrequenz über die vom Hydraulikantrieb erzeugte Drehzahl einzustellen.
[0026] Ein Stellglied für den Anstellwinkel der Einbaubohle kann wenigstens ein magnetbetätigtes
Ventil für die Nivellierzylinder sein, wobei die momentane Ist-Stellung der Nivellierzylinder
an das Regelsystem rückgemeldet werden kann. Ein Stellglied, vorzugsweise zum Einstellen
einer bestimmten Bohlenentlastung, kann ein magnetbetätigtes Ventil für die hydraulischen
Hubzylinder sein.
[0027] Die direkte Prozesssteuerung kann auch berücksichtigen, bei einer quer zur Arbeitsfahrtrichtung
variierenden Belagdicke zumindest den Tamperhub oder die Tamperfrequenz bzw. den Tamperhub
und die Tamperfrequenz über die Einbaubreite der Einbaubohle zu variieren, um auch
quer zur Arbeitsfahrtrichtung die gleiche Verdichtungswirkung zu erzeugen.
[0028] Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Seitenansicht eines Straßenfertigers beim Ausführen eines Einbauprozesses,
- Fig. 2
- ein Detail einer Einbaubohle des Straßenfertigers von Fig. 1,
- Fig. 3
- eine Schemadarstellung eines Regelsystems des Straßenfertigers von Fig. 1,
- Fig. 4
- eine andere Ausführungsform des Regelsystems in schematischer Darstellung, und
- Fig. 5
- eine weitere Ausführungsform des Regelsystems in schematischer Darstellung.
[0029] Fig. 1 zeigt einen selbstfahrenden Straßenfertiger 1 beim Ausführen eines Einbauprozesses,
d.h., beim Einbauen eines Belages 6 aus bituminösem oder Beton-Einbaugut 5 auf einem
Planum 7 mit einer Belagstärke S und einer Einbaugeschwindigkeit V relativ zum Planum
7, wobei der Belag 6 zumindest durch ein Vorverdichtungssystem 13 einer Einbaubohle
3 vorverdichtet und eben eingebaut wird.
[0030] Kern des Straßenfertigers 1 ist ein computerisiertes, entweder vollautomatisches
oder bedienerassistiertes Regelsystem 25, beispielsweise in einem Bedienpult P auf
einem Führerstand und/oder in einem Außensteuerstand P' an der Einbaubohle 3. Das
Regelsystem 25 ist durch einen Bediener so nutzbar, dass der Bediener den Einbauprozess
direkt steuern kann, und im Wesentlichen keine Einbauparameter selbst auszuwählen
und/oder beim Einbau verändern zu braucht.
[0031] An einem Chassis 2 des Straßenfertigers 1 ist ein Bunker 4 frontseitig angeordnet,
von dem ein nicht hervorgehobenes Längsfördersystem Einbaumaterial 5 hinter dem Chassis
2 auf das Planum 7 ablegt, wo es von einer Querverteileinrichtung verteilt wird, ehe
die Einbaubohle 3 daraus den Belag 6 einbaut. Die Einbaubohle 3 ist an Zugholmen 8
montiert, die an Anlenkpunkten 9 am Chassis 2 so angelenkt sind, dass die Einbaubohle
3 schwimmend auf dem Einbaumaterial 5 geschleppt wird. Die Anlenkpunkte 9 sind mit
Nivellierzylindern beispielsweise über Stellglieder 10' (Hydraulikventile oder dgl.)
höhenverstellbar und beeinflussen einen Anstellwinkel α der Einbaubohle 3. Der Anstellwinkel
α sollte positiv aber mit einer optimalen Größe, d.h. nicht zu flach und nicht zu
steil sein, und wird durch das Regelsystem 25 bei einer optimalen Größe geregelt gehalten.
Zusätzlich sind am Chassis 2 Hubzylinder 28 angelenkt, die an den Zugholmen 8 angreifen
und dazu dienen, beispielsweise für Transportfahrt die Einbaubohle 3 ausgehoben zu
positionieren, oder beim Einbau eine Bohlenentlastung vorzunehmen bzw. gegebenenfalls
den Auflagedruck der Einbaubohle 3 zu verstärken.
[0032] Die Einbaubohle 3 umfasst beispielsweise eine Grundbohle 11 und daran verfahrbare
Ausziehbohlen 12, jeweils mit einem Vorverdichtungssystem 13, beispielsweise wenigstens
einem Tamper 14, und gegebenenfalls einer nicht gezeigte Vibrationseinrichtung für
ein bodenseitiges Glättblech 18. Als Option kann die Einbaubohle 3 auch mit einer
nicht gezeigten Hochverdichtungseinrichtung ausgerüstet sein. Der Tamper 14 ist (siehe
Fig. 2) beispielsweise mittels eines Exzenterantriebes mit wählbarem Hub H und wählbarer
Frequenz F betreibbar.
[0033] Der Außensteuerstand P' an der Einbaubohle 3 kann eine ähnliche Ausstattung haben,
wie das Bedienpult P. Im Bedienpult P ist ein Geschwindigkeitswähler 26 zum Einstellen
der Einbaugeschwindigkeit V vorgesehen. Der Geschwindigkeitswähler 26 kann durch ein
nicht gezeigtes Stellglied gegebenenfalls auch vom Regelsystem 25 verstellt werden,
um die Einbaugeschwindigkeit V zu ändern. Die Ist-Einbaugeschwindigkeit V wird durch
wenigstens einen symbolisch angedeuteten Sensor 31 erfasst und an das Regelsystem
25 übermittelt. Der Sensor 31 kann im Straßenfertiger beispielsweise in dem Bedienpult
P oder bei einem Fahrantrieb platziert sein oder eine Referenz auf dem Planum 7 abtasten.
Im Bedienpult P oder bei dem Regelsystem 25 kann eine Eingabesektion 27 zum Eingeben
und/oder Anzeigen von Parametern vorgesehen sein. Den Hubzylindern 28 ist mindestens
ein Stellglied 28', beispielsweise ein magnetbetätigtes Hydraulikventil, zugeordnet.
Ferner kann als Ausstattung des Straßenfertigers 1 wenigstens ein Sensor 30 vorgesehen
sein, der die Temperatur, Dichte oder Konsistenz des Einbaumaterials, beispielsweise
unmittelbar vor der Einbaubohle 3 abgreift, und gegebenenfalls als Information an
das Regelsystem 25 übermittelt. Dieser Einbauparameter könnte alternativ vom Bediener
eingegeben werden. Beispielsweise an der Einbaubohle 3 ist zumindest ein Sensor 29
vorgesehen, der den Anstellwinkel α der Einbaubohle 3 erfasst, z.B. relativ zum Planum
7. Dieser Sensor 29 könnte den Anstellwinkel α auch an den Zugholmen 8 abgreifen.
Es könnten über die Einbaubreite mehrere Sensoren 29 vorgesehen sein. Weiterhin kann
ein Sensor 37 zum Abgreifen der Belagstärke S vorgesehen sein, der beispielsweise
das Planum 7 oder eine nicht gezeigte Referenzlinie abtastet.
[0034] Stellglieder zum Einstellen des Tamperhubes H bzw. der Tamperfrequenz F sind ebenfalls
im Straßenfertiger 1 oder der Einbaubohle 3 vorgesehen, um vom Regelsystem 25 generierte
Stellsignale umzusetzen.
[0035] Beispielsweise zeigt Fig. 2 einen teilweise freigelegten Bereich der Einbaubohle
3 mit dem Vorverdichtungssystem 13 und dem Tamper 14. Der Tamper 14 kann an der Vorderseite
der Einbaubohle 3 durch eine Abdeckung 19 abgeschirmt und zwischen der Abdeckung 19
und der vorderen Kante des Glättbleches 18 im Wesentlichen vertikal beweglich geführt
sein. An einem unterseitig das Glättblech 18 tragenden Rahmen 17 ist ein Lagerbock
16 montiert, dessen relative Höhenlage beispielsweise mittels einer Justierschraube
20 einstellbar ist, derart, dass der Tamper 14 im unteren Totpunkt jedes Hubes eine
bestimmte Relativposition zum Glättblech 18 hat. Im Lagerbock 16 (über die Länge des
Rahmens 17 können mehrere Lagerböcke 16 montiert sein) ist eine Exzenterwelle 15 drehbar
gelagert, die jeweils einen Exzenterabschnitt 22 einer bestimmten Exzentrizität aufweist.
Der Exzenterabschnitt 22 greift in ein Pleuel 21 an, das die Exzenterwelle 15 mit
dem Tamper 14 verbindet. Auf dem Exzenterabschnitt 22 ist eine Exzenterbuchse 23 über
ein das Stellglied für den Tamperhub H bildendes Getriebe 24 drehfest mit dem Exzenterabschnitt
22 gekoppelt. Das Getriebe 24 stützt sich am Rahmen 17 ab. Die Exzenterbuchse 23 ist
im Pleuel 21 drehbar gelagert. Mittels des Getriebes 24 lässt sich die Exzenterbuchse
23 relativ zum Exzenterabschnitt 22 verdrehen und in der jeweils eingestellten Drehposition
mit der Exzenterwelle 15 kuppeln. Die relative Verdrehung der Exzenterbuchse 23 gegenüber
dem Exzenterabschnitt 22 bewirkt eine Verstellung des Hubes, den das Pleuel auf den
Tamper 14 überträgt. Die Einstellung des Tamperhubes H erfolgt automatisch über das
Regelsystem 25.
[0036] Die Exzenterwelle 15 wird beispielsweise von einem Hydromotor 32 drehangetrieben.
Die Drehzahl bestimmt die Tamperfrequenz F. Als Stellglied 33 für den Hydromotor 32
kann ein magnetbetätigtes Ventil dienen, z.B. ein Proportional-Stromregelventil, das
von dem Regelsystem 25 mit Stellsignalen beaufschlagt wird. Die Darstellung des Getriebes
in Fig. 2 ist nur schematisch zu verstehen, da das Getriebe 24 natürlich aufgrund
der Drehung der Exzenterwelle 15 indirekt als Verstelleinrichtung über die Exzenterwelle
15 auf die Exzenterbuchse 23 einzuwirken hat. Für das Getriebe 24 als Stellglied zum
Einstellen des Tamperhubes H sind unterschiedliche Ausführungen denkbar, von denen
Fig. 2 nur eine nicht beschränkende Ausführungsform zeigt.
[0037] Das Regelsystem 25 ist so konzipiert, dass es den Einbauprozess direkt steuert bzw.
regelt und ein Bediener nur Prozess-Zielgrößen wie eine bestimmte Belagstärke S, beispielsweise
an der Eingabesektion 27, einzugeben braucht, und dann der Einbauprozess ohne weitere
Eingriffe des Bedieners gesteuert wird. Der Straßenfertiger 1 kann mit einer vorgegebenen
oder programmierten Einbaugeschwindigkeit V fahren, wobei gegebenenfalls ein Bediener
die Einbaugeschwindigkeit V wählen kann, oder/und vom Regelsystem 25 beispielsweise
in einem nicht hervorgehobenen Display dem Bediener eine Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung
angeboten wird, die das Regelsystem 25 beispielsweise im Hinblick auf das Prozessziel
oder eine optimale Leistung (Massendurchsatz, Flächenleistung) angibt, und die dann
vom Bediener umgesetzt werden kann. Da äußere Einflüsse Änderungen der Einbaugeschwindigkeit
V gegenüber der Vorgabe bewirken können, z.B. Steigungen, Gefälle, Fahrwiderstand,
und dgl., greift der Sensor 29 jedoch die Ist-Einbaugeschwindigkeit ab und übermittelt
er diese an das Regelsystem 25, damit die Prozesssteuerung nicht durch eine von der
Vorgabe abweichende Einbaugeschwindigkeitsänderung verfälscht wird. Ähnliches gilt
auch für den Ist-Anstellwinkel α, der zunächst durch die Höheneinstellung der Anlenkpunkte
9 vorgegeben und der gewünschten Belagstärke S zugeordnet ist, jedoch während des
Einbauprozesses aufgrund äußerer Einflüsse variieren kann und deshalb beispielsweise
durch den mindestens einen Sensor 37 innerhalb der Arbeitsbreite erfasst und an das
Regelsystem 25 übermittelt wird.
[0038] Alternativ könnte die Einbaugeschwindigkeit V als Störgröße berücksichtigt werden,
d.h., dass die Einbaugeschwindigkeit V zwar dem Regelsystem 25 zur Verarbeitung zur
Verfügung gestellt wird, beispielsweise durch die vom wenigstens einen Sensor 29 bereitgestellten
Informationen und/oder durch den Geschwindigkeitswähler 26, jedoch durch einen Bediener
frei gewählt werden kann. Dies ist von Bedeutung, da die Einbaugeschwindigkeit genutzt
wird, um eine optimale Leistung des Straßenfertigers während des Einbauprozesses einzustellen
(Massendurchsatz, Flächenleistung).
[0039] Während des Einbauprozesses regelt das Regelsystem 25 die Belagstärke S auf einen
vorgegebenen Sollwert. Ferner optimiert das Regelsystem 25 den Betriebspunkt des Vorverdichtungssystems
13 mit dem Tamper 14 derart, dass der Sollwert der Schichtstärke S mit optimaler Vorverdichtung,
optimaler Ebenheit und optimaler Struktur des Belages 6 bei minimalem Verschleiß,
beispielsweise im Vorverdichtungssystem 13 und auch minimalem Energieverbrauch, erreicht
wird. Diese positive Wirkung führt das Regelsystem 25 auch vor allem dadurch herbei,
dass der Anstellwinkel α der Einbaubohle als zusätzliche Regelführungsgröße ermittelt
und verarbeitet wird. Denn der Anstellwinkel α ist ein hervorragender Indikator zur
Beurteilung des Betriebszustandes des Vorverdichtungssystems 13. Beispielsweise würde
nämlich ein zu flacher als auch ein zu steiler Anstellwinkel α Probleme bei der Verdichtung,
der Ebenheit und in der Struktur erzeugen.
[0040] Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Auswahl von Ausführungsformen des Regelsystems 25. Diese
Auswahl ist nicht beschränkend aufzufassen.
[0041] In Fig. 3 weist das Regelsystem 25 einen Regler 35 auf, der als Mehrgrößen-Regler
38 ausgelegt ist, und dem eine Vergleichersektion 34 zugeordnet ist. Die Vergleichersektion
34 erhält beispielsweise Vorgaben iα und i
s für den Anstellwinkel α und die Belagstärke S, z.B. als Sollwerte. Gestrichelt ist
angedeutet, dass auch die Einbaugeschwindigkeit V, wie beispielsweise von einem Bediener
eingegeben, hier berücksichtigt werden kann. Diese gestrichelt angedeutete Eingabe
der Einbaugeschwindigkeit V kann ein Bediener anhand einer vom Regelsystem 25 generierten
und beispielsweise in einem nicht gezeigten Display dargestellten Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung
E
v wählen, falls das Regelsystem 25 feststellen sollte, dass die ursprünglich vorgegebene
Einbaugeschwindigkeit V nicht zweckmäßig ist. Der Vergleichersektion 34 werden auch
die mittels der Sensoren 29, 37 erfassten Werte als Informationen zur Belagstärke
S und zum Anstellwinkel α übermittelt. Die Vergleichersektion 34 speist, falls Abweichungen
zwischen den Vorgaben und den Istwerten auftreten, den Regler 35, dem auch die von
dem zumindest einen Sensor 31 erfasste Ist-Einbaugeschwindigkeit als Information i
v zugeführt wird. Aus den zugeführten Informationen generiert der Regler 35 Stellsignale
H für den Tamperhub und/oder F für die Tamperfrequenz, und, optional, auch zumindest
ein Stellsignal entweder für die Nivellierzylinder 10 (das Stellglied 10') und/oder
die Hubzylinder 28 (Stellglied 28'). Unter Umsetzung dieser Stellsignale wird der
Einbauprozess 36 gesteuert, damit die gewünschte Belagstärke S erzielt und auch der
Anstellwinkel α gehalten wird, wobei hier Rückführungen zur Vergleichersektion 34
angedeutet sind.
[0042] In der Ausführungsform in Fig. 4 ist das Regelsystem 25 mit hier drei parallelen
Eingrößen-Reglern 39, 40, 41 ausgebildet. Der Eingrößen-Regler 39 erhält beispielsweise
vom Sensor 31 die Einbaugeschwindigkeits-Information (gegebenenfalls auch vom Geschwindigkeitswähler
26 oder überlagert mit dessen Einstellung) und generiert das Stellsignal für das Stellglied
33 der Tamperfrequenz F. Der Eingrößen-Regler 40 erhält die Information zum Ist-Anstellwinkel
α und generiert das Stellsignal für das Stellglied (Getriebe 24) zum Einstellen des
Tamperhubes H. Der Eingrößen-Regler 41 erhält die Information zur Belagstärke S (den
Sollwert oder eine aus dem Sollwert und dem Istwert ermittelte Regelführungsgröße)
und generiert Stellsignale für das Stellglied 10' und/oder 28' für die Nivellierzylinder
10 bzw. die Hubzylinder 28.
[0043] In der Ausführungsform in Fig. 5 umfasst das Regelsystem 25 einen Mehrgrößen-Regler
38 und wenigstens einen Eingrößen-Regler 41. Der Mehrgrößen-Regler 38 erhält die Einbaugeschwindigkeits-Information
von dem wenigstens einen Sensor 31 und auch die Information zum Anstellwinkel α und
generiert Stellsignale für die Tamperfrequenz und für den Tamperhub H. Der Eingrößen-Regler
41 erhält die Information zur Belagstärke S und generiert, falls zweckmäßig, Stellsignale
beispielsweise für die Stellglieder 10', oder/und 28'.
[0044] Die Regler in den Ausführungsformen 3 bis 5 können klassische PID-Regler, oder adaptive
Regler, oder Fuzzy-Logic-Regler oder Neuronalnetz-Regler oder sonstige computerisierte
Regler sein. Ferner können die Regler oder kann das Regelsystem Kennlinien oder Kennfelder
beinhalten oder als Kennlinien-/Kennfeld-Steuerung dargestellt werden. Die Kennlinien
oder Kennfelder betreffen beispielsweise miteinander zu korrelierende Stellgrößen,
z.B. F oder H; F und H; F oder H und α, F oder H und 10', 28', oder dgl..
1. Verfahren zum Steuern des Prozesses beim Einbauen eines Belages (6) aus bituminösem
oder Beton-Einbaugut (5) in einer wählbaren Belagstärke (S) auf einem Planum (7) mit
einem eine schwimmend an Zugholmen (8) geschleppte Einbaubohle (3) aufweisenden, mit
einer Einbaugeschwindigkeit (V) selbstfahrenden Straßenfertiger (1), wobei die Einbaubohle
(3) ein Vorverdichtungssystem (13) mit wenigstens einem mit wählbarem Hub (H) und
wählbarer Frequenz (F) betreibbaren Tamper (14) aufweist, Anlenkpunkte (9) der Zugholme
(8) über Nivellierzylinder (10) verstellbar, und die Zugholme (8) mittels Hubzylindern
(28) um die Anlenkpunkte (9) höhenverstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauprozess (36) automatisch gesteuert wird, indem in ein automatisches Regelsystem
(25) ein Sollwert (is) der Belagstärke (9) eingegeben wird, ein Ist-Anstellwinkel (α) der Einbaubohle (3),
die Ist-Belagstärke (S) und die Einbaugeschwindigkeit (V) erfasst und als Informationen
dem Regelsystem (25) übermittelt werden, das Regelsystem (25) zumindest aus den übermittelten
Informationen Stellsignale (H, F) für Stellglieder (10', 28', 24, 33) generiert, und
die Stellsignale an Stellglieder übermittelt und von diesen unter Regeln der Ist-Belagstärke
(S) auf den Sollwert (is) und Optimieren eines Betriebspunktes des Vorverdichtungssystems (13) selbsttätig
umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stellsignale (H, F) zumindest für den Tamperhub oder die Tamperfrequenz, oder für
den Tamperhub und die Tamperfrequenz generiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Stellsignale für Stellglieder (10') der Nivellierzylinder (10) und/oder
Stellglieder (28') der Hubzylinder (28) generiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Ist-Einbaugeschwindigkeit (V) als Stellgrößen-Information zur Verarbeitung
dem Regelsystem (25) übermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaugeschwindigkeit (V) durch einen Bediener gewählt und entweder die gewählte
Einbaugeschwindigkeit oder die erfasste Ist-Einbaugeschwindigkeit als Störgrößen-Information
zur Verarbeitung dem Regelsystem (25) übermittelt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) für einen Bediener eine Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung (Ev) in Form eines Geschwindigkeitswertes oder eines Geschwindigkeitsbereiches generiert,
und dass der Bediener die Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung umsetzt.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der erfassten Informationen in dem Regelsystem (25) als Regelführungsgrößen
verarbeitet werden.
8. Straßenfertiger (1) mit einer an Zugholmen (8) angebrachten Einbaubohle (3) zum Einbauen
eines Belages (6) aus bituminösem oder Beton-Einbaugut (5) in einer Belagstärke (S)
auf einem Planum (7), wobei die Einbaubohle (3) ein Vorverdichtungssystem (13) mit
wenigstens einem mit wählbarem Hub (H) und wählbarer Frequenz (F) betreibbaren Tamper
(14) aufweist, Anlenkpunkte (9) der Zugholme (8) über Nivellierzylinder (10) verstellbar
und die Zugholme (8) mittels Hubzylindern (28) höhenverstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Straßenfertiger (1) zum Steuern des Einbauprozesses (36) ein computerisiertes,
entweder vollautomatisches oder bedienerunterstütztes Regelsystem (25) zum Regeln
der Belagstärke (S) auf einen vorgegebenen Sollwert (is) und zum Optimieren des Betriebspunktes des Vorverdichtungssystems (13) aufweist,
und dass an das Regelsystem (25) Sensoren (29, 37, 31) zumindest zum Erfassen des
Anstellwinkels (α) der Einbaubohle (3), der Belagstärke (S) und der Einbaugeschwindigkeit
(V) angeschlossen sind.
9. Straßenfertiger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelsystem (25) Stellglieder (24, 33) zumindest zum Einstellen des Tamperhubs
(H) oder der Tamperfrequenz (F), oder des Tamperhubs (H) und der Tamperfrequenz (F)
anhand vom Regelsystem (25) generierter Stellsignale verbunden sind.
10. Straßenfertiger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelsystem (25) zusätzlich Stellglieder (10', 28') zum Einstellen der Nivellierzylinder
(10) und/oder der Hubzylinder (28) anhand vom Regelsystem (25) generierter Stellsignale
verbunden sind.
11. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) mehrere, vorzugsweise drei, parallel geschaltete Eingrößen-Regler
(39, 40, 41) aufweist.
12. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) wenigstens einen Mehrgrößen-Regler (38) aufweist.
13. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) wenigstens einen Mehrgrößen-Regler (38) und wenigstens einen
Eingrößen-Regler (41) aufweist.
14. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) mit einem Display zumindest zum Darstellen einer Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung
für einen Bediener verknüpft ist.
15. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Eingrößen-Regler (39, 40, 41) oder Mehrgrößen-Regler (38) ein PID-Regler
oder ein adaptiver Regler oder ein Fuzzy-Logic-Regler oder ein Neuronalnetzregler
ist.
16. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regelsystem (25) wenigstens eine vorbestimmte Kennlinie oder ein Kennfeld
und/oder eine Kennlinien- oder Kennfeldsteuerung für miteinander korrelierte Stellgrößen
vorgesehen ist.
17. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied (24) für den über einen Exzenterantrieb erzeugten Tamperhub (H) ein
fernbetätigbares Getriebe zur Verstellung der Exzentrizität ist.
18. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied für die über einen Hydraulikantrieb erzeugte Tamperfrequenz (F) ein
magnetbetätigtes Ventil (33), vorzugsweise ein Proportionalstromregelventil, ist.
19. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied für den Anstellwinkel (α) der Einbaubohle (3) ein magnetbetätigtes
Ventil (10') für die Nivellierzylinder (10) ist.
20. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied, vorzugsweise zum Einstellen einer Bohlenentlastung, ein magnetbetätigtes
Ventil (28') für die Hubzylinder (28) ist.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.
1. Verfahren zum Steuern des Prozesses beim Einbauen eines Belages (6) aus bituminösem
oder Beton-Einbaugut (5) in einer wählbaren Belagstärke (S) auf einem Planum (7) mit
einem eine schwimmend an Zugholmen (8) geschleppte Einbaubohle (3) aufweisenden, mit
einer Einbaugeschwindigkeit (V) selbstfahrenden Straßenfertiger (1), wobei die Einbaubohle
(3) ein Vorverdichtungssystem (13) mit wenigstens einem mit wählbarem Hub (H) und
wählbarer Frequenz (F) betreibbaren Tamper (14) aufweist, Anlenkpunkte (9) der Zugholme
(8) über Nivellierzylinder (10) verstellbar, und die Zugholme (8) mittels Hubzylindern
(28) um die Anlenkpunkte (9) höhenverstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbauprozess (36) automatisch gesteuert wird, indem in ein automatisches Regelsystem
(25) ein Sollwert (is) der Belagstärke (9) eingegeben wird, ein Ist-Anstellwinkel (α) der Einbaubohle (3),
die Ist-Belagstärke (S) und die Einbaugeschwindigkeit (V) erfasst und als Informationen
dem Regelsystem (25) übermittelt werden, das Regelsystem (25) zumindest aus den übermittelten
Informationen Stellsignale (H, F) für Stellglieder (10', 28', 24, 33) generiert, und
die Stellsignale an Stellglieder übermittelt und von diesen unter Regeln der Ist-Belagstärke
(S) auf den Sollwert (is) und Optimieren eines Betriebspunktes des Vorverdichtungssystems (13) selbsttätig
umgesetzt werden, wobei Stellsignale (H) zumindest für den Tamperhub generiert und
von einem Stellglied (24) in Form eines fernbetätigbaren Getriebes zur Verstellung
der Exzentrizität für den über einen Exzenterantrieb erzeugten Tamperhub (H) während
des Einbauprozesses umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Stellsignale für Stellglieder (10') der Nivellierzylinder (10) und/oder
Stellglieder (28') der Hubzylinder (28) generiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Ist-Einbaugeschwindigkeit (V) als Stellgrößen-Information zur Verarbeitung
dem Regelsystem (25) übermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaugeschwindigkeit (V) durch einen Bediener gewählt und entweder die gewählte
Einbaugeschwindigkeit oder die erfasste Ist-Einbaugeschwindigkeit als Störgrößen-Information
zur Verarbeitung dem Regelsystem (25) übermittelt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) für einen Bediener eine Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung (Ev) in Form eines Geschwindigkeitswertes oder eines Geschwindigkeitsbereiches generiert,
und dass der Bediener die Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung umsetzt.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der erfassten Informationen in dem Regelsystem (25) als Regelführungsgrößen
verarbeitet werden.
7. Straßenfertiger (1) mit einer an Zugholmen (8) angebrachten Einbaubohle (3) zum Einbauen
eines Belages (6) aus bituminösem oder Beton-Einbaugut (5) in einer Belagstärke (S)
auf einem Planum (7), wobei die Einbaubohle (3) ein Vorverdichtungssystem (13) mit
wenigstens einem mit wählbarem Hub (H) und wählbarer Frequenz (F) betreibbaren Tamper
(14) aufweist, Anlenkpunkte (9) der Zugholme (8) über Nivellierzylinder (10) verstellbar
und die Zugholme (8) mittels Hubzylindern (28) höhenverstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Straßenfertiger (1) zum Steuern des Einbauprozesses (36) ein computerisiertes,
entweder vollautomatisches oder bedienerunterstütztes Regelsystem (25) zum Regeln
der Belagstärke (S) auf einen vorgegebenen Sollwert (is) und zum Optimieren des Betriebspunktes des Vorverdichtungssystems (13) aufweist,
dass an das Regelsystem (25) Sensoren (29, 37, 31) zumindest zum Erfassen des Anstellwinkels
(α) der Einbaubohle (3), der Belagstärke (S) und der Einbaugeschwindigkeit (V) angeschlossen
sind, und dass mit dem Regelsystem (25) ein Stellglieder (24) zumindest zum Einstellen
des Tamperhubs (H) während des Einbauprozesses anhand vom Regelsystem (25) generierter
Stellsignale verbunden ist, und dass das Stellglied (24) ein fernbetätigbares Getriebe
zur Verstellung der Exzentrizität für den über einen Exzenterantrieb erzeugten Tamperhub
(H) des Tampers (14) ist.
8. Straßenfertiger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelsystem (25) auch ein Stellglied (33) zum Einstellen der Tamperfrequenz
(F) anhand vom Regelsystem (25) generierter Stellsignale während des Einbauprozesses
verbunden sind.
9. Straßenfertiger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelsystem (25) zusätzlich Stellglieder (10', 28') zum Einstellen der Nivellierzylinder
(10) und/oder der Hubzylinder (28) anhand vom Regelsystem (25) generierter Stellsignale
verbunden sind.
10. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) wenigstens einen, vorzugsweise drei parallel geschaltete, Eingrößen-Regler
(39, 40, 41) und/oder wenigstens einen Mehrgrößen-Regler (38) aufweist.
11. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (25) mit einem Display zumindest zum Darstellen einer Einbaugeschwindigkeits-Empfehlung
für einen Bediener verknüpft ist.
12. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Eingrößen-Regler (39, 40, 41) oder Mehrgrößen-Regler (38) ein PID-Regler
oder ein adaptiver Regler oder ein Fuzzy-Logic-Regler oder ein Neuronalnetzregler
ist.
13. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regelsystem (25) wenigstens eine vorbestimmte Kennlinie oder ein Kennfeld
und/oder eine Kennlinien- oder Kennfeldsteuerung für miteinander korrelierte Stellgrößen
vorgesehen ist.
14. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied für die über einen Hydraulikantrieb erzeugte Tamperfrequenz (F) ein
magnetbetätigtes Ventil (33), vorzugsweise ein Proportionalstromregelventil, ist.
15. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied für den Anstellwinkel (α) der Einbaubohle (3) ein magnetbetätigtes
Ventil (10') für die Nivellierzylinder (10) ist.
16. Straßenfertiger nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied, vorzugsweise zum Einstellen einer Bohlenentlastung, ein magnetbetätigtes
Ventil (28') für die Hubzylinder (28) ist.