Baumaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Bau-, insbesondere Straßenfräsmaschine, mit einer Fräswalze, die mit einer Vielzahl von Meißeln bestückt ist. Ist nach der Erfindung vorgesehen, dass eine Erkennungseinrichtung optisch das von der Fräswalze erzeugte Fräsbild zumindest bereichsweise erfasst, dann kann der Betrieb vereinfacht und im Fräsbild optimiert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Baumaschine, insbesondere zum Bearbeiten von Böden oder zum Abtragen von Verkehrsflächen mit einer Fräswalze, die mit einer Vielzahl von Meißeln bestückt ist.

[0002] Solche Baumaschinen sind beispielsweise als Straßenfräsmaschinen bekannt. Sie weisen eine Fräswalze auf, die mit einer Vielzahl von Meißeln, insbesondere Rundschaftmeißeln, bestückt ist. Während des Maschineneinsatzes rotiert die Fräswalze und die Meißel gelangen in Eingriff mit dem zu bearbeitenden Bodenbelag. Die Meißel sind einem fortwährenden Verschleiß unterzogen und müssen nach einer bestimmten Betriebszeit ausgewechselt werden. Dabei ist jedoch die Standzeit der Meißel stark von den Fräsbedingungen abhängig. Häufig kommt es vor, dass der Maschinenführer die Meißel entweder zu früh oder zu spät austauscht. Werden sie zu früh gewechselt, so entstehen unnötige Werkzeugkosten. Bei zu spätem Wechsel können Beschädigungen an der Fräswalze auftreten.

[0003] Ein weiteres Problem beim Fräsprozess ist der frühzeitige Meißelausfall. Aufgrund von äußeren Einwirkungen oder wegen Werkzeugfehlern kann es vorkommen, dass ein oder mehrere Meißel brechen. An der Stelle, an der der Meißel positioniert war, findet dann kein Werkstoffabtrag mehr statt. Zusätzlich steigt dadurch auch die Belastung der Nachbarwerkzeuge an. Diese erfahren dann eine erhöhte Beanspruchung.

[0004] Als weitere bekannte Baumaschinen seien an dieser Stelle noch Stabilisierer, Recycler und Trimmer genannt.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Baumaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der ein optimierter Arbeitsbetrieb durchgeführt werden kann.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Erkennungseinrichtung optisch das von der Fräswalze erzeugte Fräsbild zumindest bereichsweise erfasst.

[0007] Mit der optischen Erkennungseinrichtung, beispielsweise einer Kamera, kann die Qualität des Fräsbildes kontrolliert werden. Fehler durch Abnützung der Meißel oder durch Meißelbruch sind am Fräsbild erkennbar. Erfindungsgemäß kann es auch vorgesehen sein, dass die Erkennungseinrichtung wenigstens einen Wegmesser aufweist, der die Frästiefe ermittelt.

[0008] Gemäß einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass einem am Arbeitsprozess direkt oder indirekt beteiligten Maschinen-Bauteil oder einem sonstigen Maschinenbauteil eine Signalaufnahmeeinheit zugeordnet ist, dass die Signalaufnahmeeinheit einen Betriebszustand des Maschinenbauteils erfasst, und dass die Signalaufnahmeeinheit über eine Signalverarbeitungsanordnung an eine Signal-Ausgabeeinrichtung angeschlossen ist.

[0009] Mittels der Signalaufnahmeeinheit kann ein (oder ggf. auch mehrere) Maschinenteil überwacht werden. Dabei wird der von dem Maschinenteil eingenommene Betriebszustand als Kenngröße bzw. Kennfeld verwendet. Der ermittelte Kennwert lässt sich mit einer Bezugsgröße oder einem Bezugsgrößenfeld vergleichen. Sobald eine unzulässige Abweichung vorliegt, kann ein Maschinenführer die erforderlichen Korrekturmaßnahmen durchführen. Beispielsweise kann er dann den Werkzeugwechsel vornehmen. Die Bezugsgröße, beziehungsweise das Bezugsgrößenfeld, kann eine in der Auswerteinheit gespeicherte Konstante beziehungsweise eine aus vielen aus einer Datenbank der Auswerteinheit anhand von Randbedingungen ausgewählte Konstante sein.

[0010] Vorteilhafter Weise kann die Bezugsgröße/das Bezugsgrößenfeld auch zeitlich variabel sein. Zur Bildung von Referenzwerten kann die Bezugsgröße/das Bezugsgrößenfeld empirisch im Maschinenzustand mit unverschlissenen Werkzeugen ermittelt sein.

[0011] Denkbar ist auch, dass die Bezugsgröße/das Bezugsgrößenfeld rekursiv definiert ist, das heißt, aus der Kenngröße/dem Kennfeld des Betriebszustandes der Vergangenheit abgeleitet sein kann.

[0012] Der Betriebszustand des überwachten Maschinenbauteils kann entweder kontinuierlich oder in vorgegebenen Messintervallen erfasst werden.

[0013] Nachfolgend wird zur besseren Veranschaulichung auf eine Straßenfräsmaschine Bezug genommen. Die Ausführungen gelten jedoch für Baumaschinen jeglicher Art analog.

[0014] Bevorzugterweise erfolgt die Messergebnisauswertung derart, dass das von der Signalaufnahmeeinheit aufgenommene Signal einer Auswertschaltung zugeleitet ist, dass die Auswertschaltung das aufgenommene Signal mit einem Vorgabewert vergleicht und ein Differenzsignal aus dem aufgenommenen Signal und dem Vorgabewert bildet. Auf diese Weise lässt sich dann die weitgehend automatisierte Fehlermeldung durchführen. Idealerweise kann es zusätzlich vorgesehen sein, dass der Vorgabewert mittels einer Erfassungsschaltung empirisch ermittelbar ist, und dass der Vorgabewert mittels der Erfassungsschaltung in die Auswertschaltung einlesbar ist. Dabei kann ein Maschinenführer beispielsweise im Zustand mit unverschlissenen Meißeln den Vorgabewert im Fräsprozess ermitteln.

[0015] Eine denkbare Erfindungsvariante ist dergestalt, dass sie ein Maschinenchassis aufweist, das von einem Fahrwerk getragen ist, wobei dem Fahrwerk ein oder mehrere Antriebsmotoren zugeordnet sind, und dass die Signalaufnahmeeinheit die Leistungsaufnahme des Antriebsmotores erfasst. Hierbei macht man sich die Erkenntnis zunutze, dass veränderte Verschleißbedingungen an der Fräswalze auch zu einer Änderung der Leistungsparameter der Antriebsmotoren führt.

[0016] Beispielsweise kann aufgrund eines erhöhten Verschleißes der Meißel eine höhere Antriebsarbeit erforderlich werden. Bei dieser Erfindungsausgestaltung kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Antriebsmotoren als Elektromotoren ausgebildet sind und die Signalaufnahmeeinheit den zugeführten Strom erfasst oder dass die Antriebsmotoren als hydraulische Motoren ausgebildet sind und die Signalaufnahmeeinheit den hydraulischen Druck in den dem Antriebsmotor zugeordneten Fluidkreislauf erfasst.

[0017] Eine weitere Erfindungsvariante kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Maschinenchassis zumindest bereichsweise mittels wenigstens einer Verstelleinrichtung abgestützt ist, dass mittels der Verstelleinrichtung das Maschinenchassis zumindest bereichsweise höhenverstellbar ist, wozu der Verstelleinrichtung ein unter Druck stehendes Fluid zugeordnet ist, und dass die Signalaufnahmeeinheit den Druck im Fluid erfasst.

[0018] Bei dieser Anordnung werden indirekt die beim Fräsprozess auftretenden Kräfte erfasst. Bei nicht verschlissenen, schneidfreudigen Meißeln sind die Schneidkräfte gering. Mit dem Fortschritt des Verschleißes erhöhen sich auch die Schneidkräfte. Der vertikale Anteil der Schneidkräfte ist der Schwerkraft entgegen gerichtet und entlastet somit die Auflast der Verstelleinrichtung, die ansonsten das gesamte Maschinengewicht tragen müsste. Der Druck in dem der Verstelleinrichtung zugeordneten Fluid nimmt proportional zum vertikalen Anteil der Schneidkräfte ab. Alternativ kann dieser Wert auch durch eine Kraftmessung, zum Beispiel mittels eines Dehnmessstreifens, an mindestens einer der Verstelleinrichtungen oder einem sonstigen Bauteil erfolgen.

[0019] Es ist auch denkbar, dass die Signalaufnahmeeinheit den Maschinenvorschub erfasst. Dieser kann dann mit den aktuellen Leistungsparametern der Straßenfräsmaschine, insbesondere mit der für die Fräswalze erforderlichen Antriebsleistungen verglichen werden.

[0020] Wenn beispielsweise bei konstanter Antriebsleistung der Maschinen-Vorschub absinkt, kann ein Rückschluss auf einen erhöhten Verschleißzustand gezogen werden.

[0021] Es lässt sich auch eine kombinierte Verrechnung der folgenden Werte vollziehen: vertikale Kraftrichtung (ermittelt beispielsweise aus der Verstelleinrichtung), horizontale Kraftrichtung (ermittelt beispielsweise aus den Antriebsdaten). Durch Linearkombination kann dann ein Vektor gebildet werden. Dessen Längen- beziehungsweise Richtungsänderung lässt sich als Beurteilungskriterium heranziehen.

[0022] Gemäß einer bevorzugten Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass die Signalaufnahmeeinheit die Schwingung des Maschinenbauteils erfasst. Bei dieser Anordnung wird auf der Erkenntnis aufgebaut, dass unterschiedliche Verschleißzustände auch Einfluss auf das Schwingungsverhalten von einzelnen Maschinenbauteilen haben. Bei dieser Ausgestaltung einer Maschine baut man auf der Erkenntnis auf, dass infolge der gleichförmigen Rotationsbewegung der Fräswalze eine gleichförmige Schwingung ermittelt werden kann. Im unverschlissenen Zustand hat diese Schwingung feste Kenngrößen (Amplitude, Periode). Infolge beispielsweise eines Werkzeugbruches erfährt die Schwingung eine plötzliche Veränderung hin zu einer unregelmäßigen Schwingung vergleichen mit der Schwingung vor dem Bruch.

[0023] Bei gleichmäßig fortschreitendem Verschleiß ändern sich die Kenngrößen allmählich in ihrer Amplitude beziehungsweise in ihrem Betrag. Die Unregelmäßigkeit oder Regelmäßigkeit des Signals ist in diesem Fall von untergeordneter Bedeutung oder ist nicht vorhanden.

[0024] Vorzugsweise kann es dabei vorgesehen sein, dass die Schwingung mittels eines Wegaufnehmers, eines Geschwindigkeits- oder eines Beschleunigungssensors erfasst ist.

[0025] Weitere Erfindungsalternativen können auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die Signalaufnahmeeinheit an einer oder mehreren Stellen einer die Fräswalze antreibenden Antriebsanordnung das Antriebsmoment erfasst oder dass die Signalaufnahmeeinheit die Motorkenndaten ermittelt.

[0026] Eine bevorzugte Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass die Signalaufnahmeeinheit einen, der Fräswalze zugeordneten Impulsgeber aufweist. Mittels des Impulsgebers kann eine Positionserfassung der Fräswalze durchgeführt werden. Wenn nun das von der Signalaufnahmeeinheit erfasste Signal mit der Information des Impulsgebers verarbeitet wird, dann kann detailliert Rückschluss auf die Position einer Schadstelle, beispielsweise eines gebrochenen Meißels, gezogen werden.

[0027] Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

Die Seitenansicht einer Baumaschine, nämlich einer Straßenfräsmaschine,

Figur 2

eine schematische Darstellung einer Fräswalze in Frontansicht,

Figur 2a und 2b

in schematischer Darstellung das mit der Fräswalze gem. Fig. 2 gefräste Oberflächenprofil,

Figur 3

die Fräswalze gem. Fig. 2 jedoch mit einer Defekt-Stelle,

Figur 3a und 3b

in schematischer Darstellung das mit der Fräswalze gem. Fig. 3 gefräste Oberflächenprofil,

Figur 4

die Fräswalze gem. Fig. 2 in Seitenansicht,

Figur 4a

ein an einer, mit der Fräswalze gem. Fig. 4 bestückten Straßenfräsmaschine aufgenommenes Schwingungsbild,

Figur 5

die Fräswalze gem. Figur 3 in Seitenansicht und

Figur 5a

ein an einer, mit der Fräswalze gem. Figur 5 bestückten Straßenfräsmaschine aufgenommenes Schwingungsbild.

[0028] Die Seitenansicht einer Straßenfräsmaschine zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Komponenten der Maschine. Basis der Maschine ist ein Maschinengestell 10, das von zwei vorderen Fahrwerken 11 und zwei hinteren Fahrwerken 12 getragen wird. Dabei können die Fahrwerke 11 und 12 durch Elektromotore oder Hydraulikmotore in Fahrbewegung versetzt werden. Diese Antriebe arbeiten synchron. Daher genügt es, nur einem Fahrwerk, z.B. 11, Sensoren S6 und S7 zur Erfassung des Stromes bzw. des Druckes und der Geschwindigkeit zuzuordnen.

[0029] Zwischen dem vorderen und dem hinteren Fahrwerk 11 und 12 ist ein Fräskasten 13 am Maschinengestell 10 angebracht. Dieser Fräskasten 13 nimmt mindestens eine Fräswalze mit Meißelhaltern und Meißeln auf. Die Fräswalze wird von einem Antriebsaggregat 16 angetrieben, das einen Dieselmotor aufweist, wobei ein Sensor S8 das übertragene Moment und ein Sensor S10 andere Betriebsdaten, wie Motordrehzahl, Abgastemperatur, Ladedruck und dergleichen erfasst.

[0030] Zwischen dem Fräskasten 13 und dem hinteren Fahrwerk 12 ist am Maschinengestell 10 eine Kamera K angebracht, mit der das Fräsbild erfasst und aufgenommen wird. Das Bild wird auf ein Bildschirmgerät, BS im Fahrerhaus 14 der Maschine übertragen und angezeigt. Der auf dem Fahrersitz 15 sitzende Fahrer kann auf dem im Bereich des Armaturenbrettes 18 angeordneten Bildschirmgerät BS das Fräsbild einsehen und dessen Zustand kontrollieren und Rückschlüsse auf deren Qualität schließen. Dabei kann eine dauernde Kontrolle ablaufen, wenn die Kamera K und das Bildschirmgerät BS während der gesamten Betriebszeit der Maschine eingeschaltet sind. Die Kontrolle kann jedoch auch so abgewandelt sein, dass eine Einschaltung der Geräte und eine Anzeige nur aufgrund einer eingeleiteten Abfrage erfolgt.

[0031] Am Fräskasten 13 sind Sensoren S2 und S4 untergebracht, die die Fräswalzenposition, den Fräsdruck oder das Fräsmoment erfassen. Ein am Maschinengestell 10 über dem Fräskasten 13 angebrachter Sensor S5 erfasst die Schwingungen des Fräskastens 13 in Fahrtrichtung, quer zur Fahrtrichtung der Maschine und senkrecht zur Fahrbahn.

[0032] Das Maschinengestell 10 ist über Höhenverstelleinrichtung gegenüber den Fahrwerken 11 und 12 verstellbar, um die Eingriffstiefe der Fräswalze in die Fahrbahn zu verändern. Die Eingriffstiefe wird mit dem Sensor S1 erfasst. Der Druck der Höheneinstellung ist über Sensoren S9 erfassbar.

[0033] Das abgetragene Fräsgut wird über eine Fördereinrichtung vom Fräskasten 13 abgeführt, wobei diese Fördereinrichtung ein Endlos-Förderband 17 aufweist, das mit einem Ende am Maschinengestell 10 angelenkt ist und wie die Sensoren S11 und S12 zeigen, in der Höhe verstellt und seitlich verschwenkt werden kann, um eine Übernahme durch ein darunter abgestelltes Fahrzeug sicherzustellen, ohne eine Beschädigung des Fahrzeuges und/oder des Endlos-Förderbandes 17 befürchten zu müssen.

[0034] Die von den Sensoren S1 bis S12 erfassten Messwerte werden auch zum Fahrerhaus 14 übertragen und im Bereich des Armaturenbrettes 18 angezeigt. Dabei können allen Sensoren individuelle Anzeigeelemente zugeordnet werden, die dauernd oder auf Abfrage hin aktivierbar sind. Es kann jedoch auch allen Sensoren nur ein zentrales Anzeigegerät zugeordnet werden, auf dem der abgefragte Messwert angezeigt wird, wobei die Anzeige zudem den vorgegebenen, zulässigen Bereich für den Messwert enthält.

[0035] Unabhängig von der Anzeige können die Messwerte dauernd erfasst und mit den vorgegebenen Messwert-Bereichen verglichen werden. Liegt der Messwert unterhalb oder oberhalb des vorgegebenen Messwertbereiches, dann kann automatisch ein Warnsignal ausgelöst und die Fehlersituation am zentralen Anzeigegerät angezeigt werden.

[0036] Große Abnutzung der Meißel und sonstige Unregelmäßigkeiten im Betrieb wirken sich in großen Veränderungen der überwachten Betriebsdaten aus und werden überwacht, angezeigt und vom Fahrer der Straßenfräsmaschine wahrgenommen, der daraufhin Maßnahmen zur Fehlersuche und Fehlerbeseitigung einleiten kann. Dies erleichtert das Arbeiten mit der Straßenfräsmaschine erheblich und stellt sicher, dass Komponenten der Maschine nicht überlastet, beschädigt oder gar zerstört werden.

[0037] In den Figuren 2 bis 3b ist zur Verdeutlichung der optischen Fräsbildüberwachung einer Fräswalze 30 zunächst im unverschlissenen Zustand (Figur 2) gezeigt. Wie diese Darstellung erkennen lässt, sind sämtliche Meißelhalter 31 mit Rundschaftmeißeln 32 bestückt. Mit einer derartigen Fräswalze 30 ergibt sich das in den Figuren 2a und 2b gezeigte Fräsbild A.

[0038] Tritt an der Fräswalze 30 ein Meißelverlust, beispielsweise infolge eines Werkzeugbruches auf, so ergibt sich das in den Figuren 3a und 3b gezeigte Fräsbild B. Insbesondere in der vergrößerten Darstellung gemäß Figur 3b lässt sich deutlich erkennen, dass an der Stelle, welche infolge des Meißelverlustes nicht bearbeitet wurde, eine Materialerhöhung P im Straßenbelag verbleibt. Diese kann optisch mit einer Kamera K erfasst werden.

[0039] In den Figuren 4 und 5 sind wieder die in den Figuren 2 und 3 bereits dargestellten Fräswalzen 30, diesmal in Seitenansicht gezeigt. Die Figuren 4a und 5a veranschaulichen das Schwingungsbild, das von einem entsprechenden Sensor aufgenommen wurde.

Ansprüche

1. Baumaschine, insbesondere eine Straßenfräsmaschine mit einer Fräswalze, die mit einer Vielzahl von Meißeln bestückt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Erkennungseinrichtung optisch das von der Fräswalze erzeugte Fräsbild zumindest bereichsweise erfasst.

2. Baumaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erkennungseinrichtung eine oder mehrere Kameras K aufweist.

3. Baumaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erkennungseinrichtung wenigstens einen Wegmesser aufweist, der die Frästiefe ermittelt.

4. Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens einem am Arbeitsprozess direkt oder indirekt beteiligten Maschinen-Bauteil oder einem sonstigen Maschinenbauteil mindestens eine Signalaufnahmeeinheit zugeordnet ist,
dass die Signalaufnahmeeinheit einen Betriebszustand des Maschinenbauteils erfasst, und
dass die Signalaufnahmeeinheit über eine Signalverarbeitungsanordnung an eine Signal-Ausgabeeinrichtung angeschlossen ist.

5. Baumaschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalaufnahmeeinheit den Betriebszustand des Maschinenbauteils kontinuierlich oder in vorgegebenen Messintervallen erfasst.

6. Baumaschine nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das von der Signalaufnahmeeinheit aufgenommene Signal einer Auswertschaltung zugeleitet ist,
dass die Auswertschaltung das aufgenommene Signal mit einem Vorgabewert vergleicht und ein Differenzsignal aus dem aufgenommenen Signal und dem Vorgabewert bildet.

7. Baumaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorgabewert mittels einer Erfassungsschaltung empirisch ermittelbar ist, und
dass der Vorgabewert mittels der Erfassungsschaltung in die Auswertschaltung einlesbar ist.

8. Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie ein Maschinengestell (10) aufweist, das von einem Fahrwerk (11, 12) getragen ist, wobei dem Fahrwerk ein oder mehrere Antriebsmotoren zugeordnet sind, und
dass vorzugsweise die Signalaufnahmeeinheit die Leistungsparameter, insbesondere die Leistungsaufnahme des Antriebsmotores erfasst.

9. Baumaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebsmotoren als Elektromotoren ausgebildet sind und die Signalaufnahmeeinheit den zugeführten Strom erfasst oder dass die Antriebsmotoren als hydraulische Motoren ausgebildet sind und die Signalaufnahmeeinheit den hydraulischen Druck in den dem Antriebsmotor zugeordneten Fluidkreislauf erfasst.

10. Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Maschinengestell (10) zumindest bereichsweise mittels wenigstens einer Verstelleinrichtung (20) abgestützt ist,
dass mittels der Verstelleinrichtung (20) das Maschinengestell (10) zumindest bereichsweise höhenverstellbar ist, wozu der Verstelleinrichtung (20) ein unter Druck stehendes Fluid zugeordnet ist, und dass vorzugsweise die Signalaufnahmeeinheit den Druck im Fluid erfasst.

11. Baumaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Höhenverstellung der Verstelleinrichtung (20) mittels eines Kraftmessers, beispielsweise eines Dehnmeßstreifens, ermittelbar ist.

12. Baumaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalaufnahmeeinheit den Maschinenvorschub erfasst.

13. Baumaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalaufnahmeeinheit die Schwingung des Maschinenbauteils erfasst.

14. Baumaschine nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schwingung mittels eines Wegaufnehmers, eines Geschwindigkeits- oder eines Beschleunigungssensors erfasst ist.

15. Baumaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalaufnahmeeinheit zur Positionsbestimmung einen, der Fräswalze zugeordneten, Impulsgeber aufweist.

16. Baumaschine nach einem der Ansprüche 4bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalaufnahmeeinheit eine oder mehrere Motorkenndaten ermittelt.

17. Baumaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fräswalze über eine Antriebsanordnung angetrieben ist, und dass die Signalaufnahmeeinheit an einer oder mehreren Stellen der Antriebsanordnung das Antriebsmoment erfasst.

Zeichnung