MOBILE ARBEITSMASCHINE MIT EINER AKTUATOR AUFWEISENDEN ANTRIEBSEINHEIT

Abstract

 Es wird eine mobile Arbeitsmaschine mit einem Tragrahmen und mit einer zumindest einen elektrischen und/oder hydraulischen Aktuator aufweisenden Antriebseinheit zum Antreiben wenigstens eines Antriebselementes und/oder eines zumindest eine Arbeitsspitze und/oder Arbeitskante aufweisendes Arbeitswerkzeuges, wobei wenigstens eine elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit vorgesehen ist, wobei ein erster Endanschlag und ein zweiter Endanschlag vorgesehen ist, vorgeschlagen, die wenigstens teilweise die Nachteile des Standes der Technik verbessert, insb. einen Energie effizienteren Betrieb bzw. eine längere Lebensdauer gewährleistet und/oder neuartige Funktionalitäten ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit derart ausgebildet ist, dass sie beim Erreichen des ersten und/oder zweiten Endanschlages die Antriebseinheit und/oder der Aktuator außer Betrieb setzt und/oder die Energiezufuhr für die Antriebseinheit und/oder den Aktuator unterbricht/beendet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Mobile Arbeitsmaschinen weisen einen vertikal schwenkbaren Ausleger bzw. Hub-/Greif-/Teleskoparm zur Aufnahme einer Last bzw. eines Werkzeuges mittels einer Last-/Werkzeugaufnahme auf, wobei der Ausleger teilweise auch in seiner Länge bzw. sein Arbeitsradius verstellbar ist. Hierbei sind heutzutage meistens hydraulische System bzw. Aktuatoren, jedoch in neuerer Zeit zunehmend auch (rein) elektrische Systeme bzw. Aktuatoren im Einsatz.

[0003] Die Kontrolle einer solchen Arbeitsmaschine bzw. deren Ausleger erfolgt über Bedienelemente wie sog. "Joysticks" und/oder Fußpedale, wobei meist z.B. ein Bedienelement für die Einstellung des Hubwinkels des Auslegers und ein Bedienelement für die Einstellung der Länge des Auslegers vorhanden ist, z.B. bei einem Teleskoparm des Ausschubs und bei einem Greifarm eines Baggers das Abknicken. Die Ansteuersignale des Bedieners werden üblicherweise ungeprüft an die Aktoren, d.h. meist Hydraulikzylinder, weitergegeben und es erfolgt kein Eingriff in die Steuersignale.

[0004] So sind bei Hydraulikzylindern bereits Endlagendämpfungen handelsüblich, die bislang bei der Aktuator-Konfiguration fix definiert werden. Am Beispiel eines Hydraulikzylinders bedeutet dies, dass, wenn eine Endlagendämpfung für den jeweiligen Hydraulikzylinder geplant bzw. gewählt wird, bereits bei der Konstruktion bzw. bei der Herstellung der Arbeitsmaschine definiert werden muss, ob diese im oberen oder unteren oder vor beiden Totpunkten vorhanden sein sollen und zudem wie stark die Dämpfung und dessen Verlauf sein sollen. Dies bedeutet, bei welchem Hub vor Endanschlag die Dämpfung beginnt und wie schnell die Geschwindigkeit über den restlichen Weg abgebaut werden soll.

[0005] Sowohl bei Linear- als auch bei Schwenkantrieben werden derartige Endlagendämpfungen zum Teil eingesetzt, so dass die Hydraulikzylinder bzw. Aktuatoren nicht mechanisch hart gestoppt werden, sondern gedämpft in ihre Endlagen fahren, unabhängig von der Vorgabebewegung. Dazu sind in diesen Aktuatoren bzw. Antrieben zusätzliche Bauteile erforderlich, die aufwendig bereits bei der Maschinenentwicklung abgestimmt werden müssen und zusätzliche Kosten verursachen. Nachteilig ist zudem, dass diese Endlagendämpfungen nur für einen gewissen Lastbereich systembedingt gut funktionieren können.

[0006] Darüber hinaus kommt es beim Erreichen dieser Begrenzungen des Verfahr- bzw. Verstellweges mit gleichzeitig weiterer Ansteuerung in diese Richtung zu erheblichen Verlusten im gesamten Antriebssystem. Diese mindern zum Teil sogar den Arbeitsfortschritt, da ggf. weitere sich in Betrieb befindlichen Aktuatoren bzw. Achsen evtl. nur teilweise noch mit ihrer maximalen Leistung versorgt werden können. So entstehen teilweise erhebliche Leistungsverluste, die wiederum durch zusätzlichen Energieaufwand mittels Kühlung in die Umgebung geführt werden müssen.

[0007] Vielfach besteht ein Bedarf für einen harten Anschlag, wie z.B. beim Losrütteln von Umschlagsmaterial aus einem Materialgefäß. Aus Kostengründen und den ggf. auftretenden Anforderungen von harten Endanschlägen werden üblicherweise nur ein Teil der Endlagen gedämpft ausgeführt. Dort wo keine Endanschläge eingebaut bzw. vorgesehen wurden, können im Betrieb erhebliche mechanische Belastungen auf alle betroffenen Komponenten entstehen bzw. gerade beim Erreichen mit höheren Geschwindigkeiten extreme Beanspruchung für Mensch und Maschine bedeuten, was u.a. den Verschleiß bzw. Abrieb erhöht und zu Beeinträchtigungen bzw. Beschädigungen und schließlich zu häufigeren Reparaturen bzw. einer verkürzten Lebensdauer der betroffenen Komponenten führen kann.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine mobile Arbeitsmaschine vorzuschlagen, die wenigstens teilweise die Nachteile des Standes der Technik verbessert, insb. einen Energie effizienteren Betrieb bzw. eine längere Lebensdauer gewährleistet und/oder neuartige Funktionalitäten ermöglicht.

[0009] Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer mobilen Arbeitsmaschine der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

[0010] Dementsprechend zeichnet sich eine mobile Arbeitsmaschine dadurch aus, dass die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit derart ausgebildet ist, dass sie beim Erreichen des ersten und/oder zweiten Endanschlages die Antriebseinheit und/oder der Aktuator außer Betrieb setzt und/oder die Energiezufuhr für die Antriebseinheit und/oder den Aktuator unterbricht/beendet.

[0011] Mit Hilfe dieser Maßnahme bzw. der hiermit realisierten Abschaltung von Aktuatoren bzw. Antrieben kann eine wesentlich Energie effizientere Betriebsweise der Arbeitsmaschine verwirklicht werden. Im Vergleich mit dem Stand der Technik entfällt z.B. das weitere Umpumpen von Hydrauliköl bzw. Verbrauchen von Antriebsenergie sowie der hiermit ggf. verbundenen Kühlung entspr. Komponenten. Dies ist gerade bei immer höheren Anforderungen an den Energieverbrauch bzw. Umweltanforderungen von großem Vorteil. Auch werden die entspr. Komponenten geschont, so dass diese eine länger Lebensdauer und somit eine kostengünstigere Betriebsweise erreicht wird.

[0012] Beispielsweise ist der Aktuator als mit einer Hydraulikflüssigkeit betreibbarer Hydraulikzylinder oder eine Rotationsachse aufweisender Hydraulikmotor ausgebildet und/oder als eine Drehachse aufweisender Elektromotor oder als elektrischer Linearmotor ausgebildet. So kann in vorteilhafter Weise ein hydraulisches und/oder elektrisches Antriebs- bzw. Aktuatorsystem verwirklicht werden.

[0013] Vorzugsweise ist wenigstens ein maximaler Verstellbereich vorgesehen ist, wobei der erste Endanschlag als erster Maximal-Endanschlag und wobei der zweite Endanschlag als zweiter Maximal-Endanschlag ausgebildet. So kann nicht nur bei Linearantrieben bzw. Linearaktuatoren, sondern auch bei endlosumlaufenden Aktuatoren bzw. Antriebselementen in vorteilhafter Weise ein Endanschlag bzw. ein maximaler Endanschlag verwirklicht werden. Hiermit erweitern sich die Anwendungsmöglichkeiten bzw. realisierbaren Funktionalitäten.

[0014] In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit derart ausgebildet, dass ein einstellbarer Ist-Verstellbereich vorgesehen ist, wobei der erste Endanschlag als erster Ist-Endanschlag sowie der zweite Endanschlag als zweiter Ist-Endanschlag ausgebildet ist und wobei der Ist-Verstellbereich kleiner als der maximale Verstellbereich ist, insbesondere ist/sind der erste Ist-Endanschlag und/oder der zweite Ist-Endanschlag zwischen dem ersten und dem zweiten Maximal-Endanschlag des maximalen Verstellbereichs angeordnet. Hiermit kann in vorteilhafter Weise eine Anpassung des tatsächlichen bzw. tatsächlich realisierten Ist-/Verstellbereich und somit des Verstell- bzw. Verfahrweges umgesetzt werden. Dies eröffnet vollkommen neuartige und vorteilhafte Möglichkeiten und Funktionalitäten für den Betrieb der Arbeitsmaschine. So kann je nach Bedarf bzw. individuell/situativ der Ist-/Verstellbereich bzw. der Verstell-/Verfahrweg mit Hilfe der vorteilhaften Kontrolleinheit bzw. entspr. Software/App und/oder vorteilhafte Bedienelemente definiert bzw. festgelegt werden. Beispielsweise kann im Rahmen eines sog. "Teachings" das/die Enden des Ist-/ Verstellbereichs bzw. Verstell-/Verfahrweges und/oder mittels (nummerischer) Eingaben bzw. Markierung z.B. mittels eines Touchscreen-/Bildschirmes, Smartphones, Tabletts oder dergleichen festgelegt werden.

[0015] Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Ist-Parameters der Antriebseinheit und/oder des Aktuators und/oder der kinematischen Kette und/oder Hubeinrichtung und/oder des Arbeitswerkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme vorgesehen. Hiermit kann in vorteilhafter Weise die Position bzw. Stellung des Aktors und/oder der Antriebseinheit ermittelt werden.

[0016] In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit derart ausgebildet ist, dass die Verstellgeschwindigkeit und/oder Verstellkraft und/oder das Verstellen veränderbar. So kann beim bzw. während dem verstellen/Verfahren eine Anpassung an die jeweilige Situation bzw. die Rahmenbedingungen realisiert werden. Dies eröffnet vollkommen neuartige Möglichkeiten bzw. Funktionalitäten, die mit den festen/fixen bzw. im Betrieb unveränderbaren Aktuatoren und/oder Endlagen gemäß dem Stand der Technik nicht denkbar/realisierbar waren.

[0017] Vorteilhafterweise ist die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit wenigstens eine Dämpfungseinheit zum Ändern/Bremsen/Dämpfen einer Verstellgeschwindigkeit und/oder einer Verstellkraft und/oder des Verstellens der Antriebseinheit und/oder des Aktuators und/oder der kinematischen Kette und/oder Hubeinrichtung und/oder des Arbeitswerkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme aufweist, so dass der Verstellbereich und/oder Ist-Verstellbereich und/oder maximaler Verstellbereich wenigstens einen als Randbereich ausgebildeten Dämpfungsbereich umfasst, wobei der Dämpfungsbereich wenigstens an einem der Endanschläge und/oder Maximal-Endanschläge Ist-Endanschläge angeordnet ist und eine als Dämpfungsabstand ausgebildete Dämpfungsbreite aufweist, wobei insbesondere die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit derart ausgebildet ist, dass die Veränderung/Dämpfung der Verstellgeschwindigkeit und/oder Verstellkraft und/oder des Verstellens als lineare oder nicht-lineare Funktion ausgebildet ist. So sind weitestgehend frei wählbare und/oder anpassbare Endlagen und/oder -dämpfungen, z.B. ungedämpft bzw. ungebremst und gedämpft/gebremst, umsetzbar. Hierbei kann die Dämpfung, insb. der Endlagen, aber auch von Abschnitten/Bereichen zwischen den ersten/zweiten Maximal-/ Endanschlägen bzw. Endlagen, einstellbar sein. Dies erweitert die realisierbaren Möglichkeiten bzw. Funktionalitäten nochmals in erheblichem Maß.

[0018] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kontrolleinheit wenigstens eine Begrenzungseinheit zum Festlegen eines Grenz-Parameters bzw. des Ist-/Endanschlages der Antriebseinheit und/oder des Aktuators und/oder der kinematischen Kette und/oder Hubeinrichtung und/oder des Arbeitswerkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme, wobei der Grenz-Parameter eine Grenzlinie/-fläche zwischen einem Verbotsbereich und dem Verstellbereich definiert. Gegebenenfalls besteht ein Bedarf im Arbeitsablauf verschiedener Bau-/ Arbeitsmaschinen an einem vorteilhaften System zur Kontrolle und gegebenenfalls Einschränkung des Arbeitsbereiches der jeweiligen Maschine. Diese Einschränkung kann z.B. entweder aus Sicherheitserwägungen, regulatorischer Gründe oder sonstiger Gründe erfolgen. Beispiele können sowohl Höhen- bzw. Tiefenbegrenzungen als auch bei Maschinen mit Drehkranz eine Schwenkbegrenzung realisiert werden bzw. als Grenz-Parameter verwendet werden.

[0019] So kann beispielsweise die Verstellung/Bewegung innerhalb eines definierten Bereiches bzw. des Verstellbereichs gemäß einer Variante der Erfindung möglichst uneingeschränkt möglich sein, jedoch geschützte Bereiche bzw. Barrieren, d.h. der Verbotsbereich, existieren, die keine Maschinenbewegungen zulassen, die das Arbeitsgerät in diese geschützten Bereiche/Verbotsbereiche hineinbewegen. All dies kann z.B. mittels der o.g. vorteilhaften Begrenzungseinheit umgesetzt werden.

[0020] Beispielsweise umfasst die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit wenigstens eine Puffereinheit zum Ändern/Bremsen/Puffern einer Verstellgeschwindigkeit und/oder des Verstellens der kinematischen Kette und/oder der Schwenkkonsole und/oder Hubeinrichtung und/oder des Arbeitswerkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme, so dass der Verstellbereich wenigstens einen als Randbereich ausgebildeten Pufferbereich umfasst, wobei der Pufferbereich an einem Verbotsbereich angeordnet ist und eine als Pufferabstand ausgebildete Breite aufweist. Hierbei ist beispielsweise ein Puffer-Parameter vorgesehen, der vom Grenz-Parameter bzw. des Ist-/Endanschlages im Abstand der Breite bzw. mit dem Pufferabstand vom Verbotsbereich beabstandet ist.

[0021] Mit Hilfe der/des Puffereinheit bzw. Pufferbereichs/Randbereichs kann die Sicherheit erhöht und/oder es können neuartige Funktionalitäten umgesetzt werden. So kann in vorteilhafter Weise bereits vor Erreichen eines Verbotsbereiches bzw. Grenz-Parameters ein Eingreifen bzw. eine Änderung und v.a. eine Abbremsung der Verstellung bzw. der Bewegung der kinematischen Kette, insb. der Hubeinrichtung und/oder der Schwenkkonsole und/oder des Arbeitswerkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme, vorgenommen werden. So kann ein Arbeitsschritt eines erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens durch das Erfassen des Ist-Parameters und durch Erfassen des Erreichens des Puffer-Parameters bzw. des Pufferabstandes zu einer Änderung der Kontrolle bzw. Steuerung und/oder Verstellung der kinematischen Kette und/oder der Schwenkkonsole und/oder der Hubeinrichtung und/oder des Arbeitswerkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme verwendet werden.

[0022] Im Sinn der Erfindung legt der/die Ist-/Endanschläge den Grenz-Parameter fest, wobei dieser bzw. der Puffer-Parameter ein räumlicher Parameter und/oder ein Raum-Parameter und/oder ein Umgebungsparameter und/oder ein Parameter des drei-dimensionalen Raumes und/oder ein Grenzwert bzw. eine Grenz-Line/-Fläche eines (lokalen und/oder globalen) Koordinatensystems, insb. eines kartesischen oder orthogonalen Koordinatensystems oder eines Polarkoordinatensystems oder des GPS-Systems, entspricht. Gegebenenfalls wird eine lineare und/oder affine Koordinatentransformation zweier Koordinatensysteme, insb. eines ersten/lokalen/eigenen Maschinen-/Koordinatensystems mit einem globalen/anderen/zweiten Koordinatensystem vorgesehen, so dass beispielsweise ein gemeinsames Koordinatensystem generiert bzw. verwendet wird, in dem der Parameter und/oder der Ist-/ Endanschlag integriert bzw. festgelegt/definiert ist. Vorteilhafterweise ist/sind hierfür der Grenz-Parameter als erster Ist-Endanschlag und/oder als zweiter Ist-Endanschlag ausgebildet.

[0023] Beispielsweise ist eine Variante der Erfindung bzw. die vorteilhafte Funktion so ausgeführt, dass dem Bedienpersonal/Fahrer möglichst zu jedem Zeitpunkt in vorteilhafter Weise angezeigt bzw. kommuniziert/signalisiert wird, wie der aktuelle Betriebszustand des Systems ist, insb. mittels des Sensors und/oder des Bedienelementes/Anzeigeeinheit. Dies kann beispielsweise mittels eines Bildschirms, Displays, LED oder dergleichen erfolgen, womit eine optische Signalisierung anschaulich den Abstand zum Verbotsbereich und/oder die Änderung/Bremsung/Pufferung anzeigt/symbolisiert. Zudem kann in vorteilhafter Weise eine (unterschiedliche) akustische Signalisierung bzw. Warnung erfolgen, z.B. beim Erreichen eines Pufferbereichs/-Parameters und/oder der Verbotszone bzw. des Grenz-Parameters.

[0024] So kann gemäß der Erfindung nicht nur eine mögliche Arbeitsraumbegrenzung, sondern auch eine Abbildung einer Rüttelfunktion verwirklicht werden.

[0025] Grundsätzlich kann in vorteilhafter Weise eine elektrisch abgebildete Endlagendämpfung umgesetzt werden, die je nach Fahrerwuschen u.a. in den Positionen definiert werden können. Das heißt, die Endlagendämpfungen, die ggf. mittels vorteilhafter Software definiert bzw. realisiert/umgesetzt werden können, können z.B. je nach Bedarf vom Fahrer aktiviert oder deaktiviert werden und/oder frei innerhalb des mechanischen Bewegungsfreiraums des Aktuators veränderbar positioniert werden und/oder unabhängig voneinander im Dämpfungsgrad dem Bedarf angepasst werden. Somit wird in vorteilhafter Weise ein Aktuator ohne hydraulische Endlagendämpfung gemäß dem Stand der Technik, aber in vorteilhafter Weise zusätzlich mit einer direkten oder indirekten Positionsbestimmung bzw. Sensorik, ggf. einem elektrisch ansteuerbaren Hauptsteuerblock und einem vorteilhaften Steuergerät bzw. Kontrolleinheit im Sinn der Erfindung zu einem Aktuator mit frei definierbarer Endlagendämpfung überführt.

[0026] Generell ist alternativ oder in Kombination zum oben genannten Stoppen/Abbremsen ein gedämpftes Anfahren auch möglich, dazu ist in vorteilhafter Weise keine Positionserfassung zwingend erforderlich. So kann hierbei z.B. in vorteilhafter Weise lediglich der Anstieg des Fahrersignals in der Steigungsrate mit Hilfe der Kontrolleinheit bzw. der Ventilansteuerung begrenzt werden. Sollte dies in Abhängigkeit der aktuellen Position des Aktuators ausgeführt werden, wäre auch hier eine direkte bzw. indirekte Positionserfassung von Vorteil. Damit könnten dann z.B. von der Kinematik und/oder von der Konstruktion, Reibung, Bauteiltoleranzen etc. abhängige Übertragungsverhältnisse in vorteilhafter Weise ausgeglichen werden.

[0027] Im Allgemeinen verfügen endliche Aktuatoren gemäß dem Stand der Technik konstruktionsbedingt immer Endanschläge in ihren jeweiligen Extremlagen. Ohne weitere Vorkehrungen bzw. zusätzliche Komponenten bilden diese Wegbegrenzungen immer harte Anschläge aus, die gerade beim Erreichen mit höheren Geschwindigkeiten extreme Beanspruchung für Mensch und Maschine bedeuten, auch wenn aktuell kein Bedarf für einen harten Anschlag besteht, wie z.B. beim Losrütteln von Umschlagsmaterial aus einem Materialgefäß. Aus Kostengründen und den ggf. auftretenden Anforderungen von harten Endanschlägen werden bislang nur ein Teil der Endlagen gedämpft ausgeführt.

[0028] Dagegen können die weitestgehend frei wählbaren (virtuellen) Endanschläge gemäß der Erfindung nicht nur auf Aktuatoren begrenzt werden, die bauartbedingt über Endanschläge verfügen, sondern auch auf nicht endliche Aktuatoren übertragen werden, wenn eine Begrenzung der Bewegungsraum oder weitere Funktionen gewünscht werden.

[0029] Für die Erfindung ist es bespielsweise von großem Vorteil, den Verfahr-/Verstellweg jedes berücksichtigen Aktuators entweder direkt oder indirekt zu detektieren. Parallel dazu kann/sollte ein vorteilhafter Abgleich erfolgen, ob sich einer oder mehrere Aktuatoren in seinen jeweiligen Endlagen befinden, egal ob diese virtuell und/oder bauartbedingt vorliegen. So kann z.B. die Ansteuerung bzw. Ansteuerversorgung zum weiteren Verfahren in Richtung Endanschlag unterbunden werden und die dadurch unnütze Energieverschwendung unterbunden werden. Zur Abbildung einer solchen Funktion ist die Kontrolleinheit bzw. mindestens eine Logikschaltung oder einer Steuerung inkl. Software z.B. in Form eines Controllers vorteilhaft. Entsprechend besteh auch die Möglichkeit, dass die Endschläge innerhalb der bauartbedingten Verfahrbegrenzung individuell der Arbeitsaufgabe entsprechend gesetzt werden können und je nach Bedarf als gedämpften oder ungedämpften Endanschlag abgebildet werden können. Durch die virtuelle Begrenzung der Verfahrwege einzelner Aktuatoren wird zugleich eine vorteilhafte Arbeitsraumbegrenzung erreicht, die zusätzlich zur Komforterhöhung durch gedämpfte Endlagen und geringerem Energiebedarf durch Abschaltung in Endlagen auch die Bediensicherheit der Maschine erhöht.

[0030] Ein eventueller Widerspruch von einem gedämpften Anfahren einer bauartbedingten und/oder virtuell gesetzten Endlage und eines harten Anschlags in einer Endlage, um z.B. Umschlagsmaterial auszuschlagen, kann durch eine gesonderte Rüttelfunktion realisiert werden. Diese wird aufgrund einer Signalsendung bzw. -detektion von der Kontrolleinheit bzw. einer möglichen Logik bzw. Steuerung ausgeführt. Diese Methode zur Materialgefäßentleerung kann effizienter, mensch- und materialschonender aufgeführt werden, da eine solche Funktion auf alle Gegebenheiten der Maschine zurückgreifen kann.

[0031] Eine vorteilhafte Verfahrbegrenzung setzt sich z.B. aus zwei Teilen zusammen, zum einen wird die aktuelle Position der Aktuatorik detektiert und zum anderen wird die Aktuatorik gebremst bzw. gestoppt und gehalten. Die Positionserfassung kann entweder direkt am Aktuator selbst oder zum anderen über die kinematische Kette ermittelt werden.

[0032] Darüber hinaus kann eine Positionserfassung kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Bei der direkten, kontinuierlichen Erfassung kann die Position u.a. mittels Wegmesssystemen bzw. Drehwinkelgebern oder dergleichen erfolgen, in dem z.B. die tatsächliche Verfahränderung kontinuierlich erfasst wird. Wird über die kinematische Kette auf die Aktuatorpositionen zurückgerechnet und/oder auch die Teil- bzw. Gesamtposition der kinematischen Kette geprüft, können obige Erfassungssysteme ebenfalls verwendet werden, nur dass diese dann nicht vollends an der Aktuatorik selbst angebracht werden können, sondern u.a. auch an den durch die Aktuatorik bewegten Stellgliedern.

[0033] Bei dieser Variante kommt ein weiteres vorteilhaftes Messprinzip hinzu, in dem die Neigungen der Stellglieder bzw. Aktuatoren selbst ermittelt werden. Bei Neigungssensorik sollte die Absolutlage der gesamten Maschine bekannt sein, um möglichst die Winkeldifferenz zu ermitteln. Gleichermaßen ist es auch möglich, die Positionsänderung von der Aktuatorik bezogen auf dessen Stellglieder zu erfassen. Hierbei ist die Kenntnis zur Absolutlage der Maschine nicht erforderlich.

[0034] Auf die o.g. Ansätze zur kontinuierlichen Erfassung können auch für diskontinuierlichen Messmethoden angewandt werden, nur das hier die Positionen z.B. durch Endlagenschalter, wie z.B. Taster, Lichtschranken, induktive bzw. kapazitive oder magnetoresistive Sensoren erfasst werden kann. Auch hier kann die Position frei innerhalb der technisch möglichen Verfahrung gewählt werden und so dem Bedarf angepasst werden.

[0035] Zum Bremsen bzw. Anhalten und Halten sind zum Beispiel folgende Methoden möglich: Bei hydraulischen Aktuatoren, die über Ventile angesteuert werden, kann zum Anhalten mindestens eine Ventilkante geschlossen werden, so dass der Aktuator nicht verfahren kann. Bei hydraulischen Aktuatoren, die direkt über eine Pumpe versorgt werden, kann der Versorgungsvolumenstrom zu Null gesetzt werden, so dass der Aktuator anhält. Sollte der Hydromotor selbst auf Nullfördermenge geschaltet werden können, sollte möglichst der Motor selbst über eine Bremsfunktion verfügen.

[0036] Bei elektrischen Aktuatoren können zum Anhalten das Moment bzw. die Kraft gehalten werden, jedoch ggf. die Antriebsleistung reduziert werden. Verfügen solche Einheiten über ausreichend Selbsthemmung, ist z.B. keine weitere Bestromung zur Lasthaltung erforderlich. Ist dies nicht der Fall, kann auch z.B. durch eine Bremsfunktion die Position gehalten werden.

[0037] Egal ob es sich um hydraulische oder elektrische Antriebe handelt, durch die Vorgabe der Geschwindigkeitsänderung kann die Härte der Bremsung eingestellt werden und somit ein gedämpftes bzw. ungedämpftes Verhalten aufweisen.

[0038] Grundsätzlich können durch eine virtuelle Abbildung von Endlagen (s.o.), die innerhalb des Verfahrweges liegen können und/oder mit den bauartbedingten Endanschlägen deckungsgleich sind, die jeweiligen Endanschläge von Aktuatoren frei gewählt werden und als ungedämpfte bzw. gedämpfte Endlage ausgebildet werden. Dadurch müssen keine konstruktiv vorgesehene Endlagendämpfung im Aktuator wie beim Stand der Technik vorgesehen werden, wobei diese bislang auch nur auf fix definierte Lastfälle optimal ausgelegt werden können. Solche konstruktiven Endlagendämpfungen bedeuteten auch eine deutlich höhere Belastung, gerade in Bezug auf hydraulische Antriebe, da diese mittels starker Öldrosselung abgebildet werden.

[0039] Durch die gedämpften Endlagen gemäß der Erfindung werden Mensch und Maschine gleichermaßen entlastet, wodurch die physisch und psychisch Belastung beim Bediener deutlich reduziert wird und auch die maximal auftretenden Kräfte und Momente an der Maschine reduziert werden.

[0040] Das Abschalten von Aktuatoren, die über ihre Endanschläge hinaus verfahren werden sollen, führt zu einer deutlichen Energieeinsparung bzw. einer höheren Umschlagsleistung, da der Maschine die volle Antriebsleistung für die noch verfahrbaren Aktuatoren zur Verfügung steht.

[0041] Durch die flexible bzw. frei wählbare Festlegung z.B. von minimalen und maximalen Verfahrwegen kann zugleich eine Arbeitsraumbegrenzung umgesetzt werden, die wiederum zur Entlastung des Bedieners führt.

[0042] Auch eine integrierte Rüttelfunktion steigert weiter die Entlastung von Mensch und Maschine.

[0043] Durch eine vorteilhafte Detektion/Sensierung der Verfahrposition von Aktuatoren sowie einem Abgleich mit Soll-Positionen und der freien Wahl von gedämpften und ungedämpften Endlagen ermöglichen dem Bediener viele Möglichkeiten zur individuellen Anpassung der Maschine auf seine Arbeitsaufgabe.

[0044] Nachfolgend einige wesentliche Vorteile nochmals auf einen Blick:

• Keine konstruktiv bedingte Endlagendämpfung notwendig, da steuerungsbasiert abbildbar.
• Endlagen können innerhalb des bauartbedingten Verfahrweges frei gewählt werden.
• Keine Energieverschwendung, da die Ansteuerung von Aktuatoren, die über ihre Endlage hinaus verfahren werden sollen unterbunden werden kann.
• Komfortsteigerung in der Maschinenbedienung und Entlastung der Maschine, u.a.

∘ durch freiwählbare und anpassbare Endlagendämpfung,

∘ durch die Möglichkeit der Arbeitsraumbegrenzung und

∘ durch die Abbildung einer Rüttelfunktion

Ausführungsbeispiel

[0045] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

[0046] Im Einzelnen zeigt:

Figur 1

eine schematische Seitenansicht eines Baggers mit einer Höhen- und einer Tiefenbegrenzung sowie einem Nivelliergerät gemäß einer Variante der Erfindung,

Figur 2

ein schematisches Hydraulik-Blockschaltbild und

Figur 3

schematisch dargestelltes Kraft-Weg-Diagramm einer Ausführung gemäß der Erfindung.

[0047] Ein Bagger 1 in Figur 1 umfasst einen fahrbaren Unterwagen 2 und einen darauf um eine Vertikalachse V1 drehbar befestigten Oberwagen 3. Am Oberwagen 3 ist ein Baggerausleger 4 befestigt, der in vorteilhafter Weise mittels einer Schwenkkonsole um eine Vertikalachse V2 und mittels eines Gelenks um eine Horizontalachse H1 drehbar ist. Die Begriffe "Vertikalachse" und "Horizontalachse" sind hierbei beispielsweise auf einen Bagger bezogen, der auf einer horizontalen Arbeits- bzw. Standfläche, d.h. dem Erdboden E steht. Bewegt sich der Bagger 1 auf einer geneigten Standfläche, sind entsprechend auch diese rechtwinklig zueinander stehenden Achsen geneigt.

[0048] Der Baggerausleger ist in drei gegeneinander um Horizontalachsen H1, H2, H3 drehbare Sektionen 5, 6, 7 aufgeteilt. An der letzten Sektion 7 ist ein Arbeitswerkzeug bzw. Löffel 8 an einer um eine weitere Horizontalachse H4 drehbaren Werkzeugaufnahme 9 befestigt. Für die Bewegungen des Baggerauslegers 4 sind als Antriebselemente Hydraulikzylinder 10, 11, 12, 13 vorgesehen. Dieser Aufbau ist typisch für Bagger 1 bekannter Bauart.

[0049] In Figur 1 ist der Baggerausleger in einer Zwischenstellung innerhalb seines Arbeitsbereiches A dargestellt. Gestrichelte Linien, zwischen denen schraffierte Bereiche/Flächen P eingezeichnet sind, stellen unterschiedliche Pufferbreiche P gemäß einer Variante der Erfindung dar. Beispielhaft ist in Figur 1 eine Höhengrenz-Linie GH und eine Tiefengrenz-Linie GT abgebildet sowie für einen "Selbstschutz" eine Polygonlinie GS. Letztere ist zum Selbstschutz v.a. des Hydraulikzylinders 10 sowie des Räumschildes bzw. dem Fahrwerk/Unterwagen 2 vorgesehen und weist einen Puffer P3 sowie P4 auf.

[0050] Beispielhaft ist auch in Figur 1 eine erste Breite B1 des Höhenpufferbereichs P1 anders bzw. größer als eine zweite Breite B2 des Tiefenpufferbereiches P2 und auch anders/größer als eines Selbstschutz-Pufferbereiches P3 und P4.

[0051] Zwischen den schematisch dargestellten, horizontalen Grenzlinien GH und GT ist im abgebildeten Beispiel der Arbeitsbereich ausgebildet. Oberhalb und unterhalb des Bereiches A sind zwei separate Tabuzonen T bzw. TH und TT bzw. Verbotsbereiche im Sinn einer Variante der Erfindung ausgebildet/vorhanden, z.B. oben aufgrund einer Stromleitung und/oder untern aufgrund eines Abwasserkanals.

[0052] Nicht näher dargestellte Sensoren erfassen in vorteilhafter weise die Ist-Positionen der Sektionen 5, 6, 7 sowie des Löffels 8 etc.. Gemäß einer Variante der Erfindung werden mittels einer nicht näher dargestellten Kontrolleinheit bzw. CPU oder dergleichen, diese Ist-Parameter mit den Grenzlinien GH, GT, GS etc. sowie den Pufferbereichen P bzw. deren Breiten B und/oder der hieraus entstehenden bzw. resultierenden Pufferlinien/- flächen verglichen bzw. entspr. Endanschläge/Stopps/Dämpfungen der Aktuatoren bzw. Hydraulikzylinder 10, 11, 12, 13 festgelegt.

[0053] Die Endanschläge/Stopps/Dämpfungen der Aktuatoren bzw. Hydraulikzylinder 10, 11, 12, 13 können in vorteilhafter Weise frei wählen, wobei in vorteilhafter Weise die Möglichkeit besteht, gedämpfte oder ungedämpfte Endlagen innerhalb des bauartbedingten Verfahrweges festlegen/definieren zu können

[0054] Zudem kann beim Eindringen bzw. Überschreiten eines der Sektionen 5, 6, 7 und/oder des Löffels 8 in diese Pufferbereiche P gemäß einer Variante der Erfindung eine Änderung, Pufferung bzw. Bremsung des Verstellens bzw. der Verstellgeschwindigkeit dieser Komponenten der kinematischen Kette erfolgen. Üblicherweise erfolgt eine Abbremsung bzw. Verlangsamung der Verstellgeschwindigkeit. Dies erfolgt automatisiert mittels der elektronischen/elektrischen Kontrolle bzw. Steuerung, was in dieser Situation der Fahrer ggf. nicht aktiv beeinflusst. Vielmehr hat er und/oder mit Hilfe eines externen Systems dieses Verhalten/Ändern vorab festgelegt. Beispielsweise hat er die Breite B und die Grenzlinie G als auch die Art und das Maß der Änderung festgelegt und/oder mittels externer Daten/Informationen, wie z.B. dem GPS-System und/oder Geoinformationssystemen etc., wurden die Grenzlinien G bzw. Tabuzonen T vom Arbeitsbereich abgegrenzt.

[0055] In Figur 2 ist schematisch ein hydraulisches Blockschaltbild dargestellt, wobei einer der Aktuatoren bzw. Hydraulikzylinder 10, 11, 12, 13 einen Verstellweg S aufweist und mittels eines Joysticks 20 von einem Fahrer bedient wird. Hierbei wird die Bedienung des Joysticks 20 über eine Kontrolleinheit 21 bzw. ECU zu einem Ventilblock 22 weitergeleitet, der mit einem nicht näher dargestellten Positionssensor zur Erfassung des Weges S verbunden ist. Hydrauliköl wird in vorteilhafter Weise mittels einer einstellbaren Pumpe 24 mit Druck beaufschlagt und an den Ventilblock 22 und darüber hinaus zum Zylinder 10 bis 13 und/oder einem Hydraulikmotor 23 gepumpt.

[0056] In Figur 3 ist ein schematische Kraft-Weg-Diagramm dargestellt, wobei der Verstellweg S bzw. Smax des Aktuators bzw. Hydraulikzylinders 10, 11, 12, 13 abgebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann/ist nun mit Hilfe der Kontrolleinheit 21 bzw. ECU ein erster Endanschlag E1 und ein zweiter Endanschlag E2 z.B. vom Fahrer festgelegt worden. Zudem hat dieser festgelegt, dass der erste Endanschlag E1 eine erste Dämpfung über den Dämpfungsweg B1 und der zweite Endanschlag E2 eine zweite Dämpfung über den Dämpfungsweg B2 aufweist.

[0057] Figur 3 zeigt mehrere Alternativen bzw. Kombinationen von denkbaren/realisierbaren Dämpfungen, die durch die Linien 1, 2, 3 skizziert sind. Dementsprechend kann eine Dämpfungskraft bzw. Bremsung verwirklicht werden, die nicht-linear (vgl. Linien 1 und 3; Figur 3) oder linear sind (vgl. Linien 2; Figur 3). Wie in Figur 3 ersichtlich sind die Ist-Endanschläge E1, E2 bzw. der Ist-Verstellweg E1 bis E2 kleiner als der Maximal-Verstellweg Smax.

Ansprüche

1. Mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Radlader, Teleskoplader, Bagger, Traktor oder dergleichen, mit einem Tragrahmen und mit einer zumindest einen elektrischen und/oder hydraulischen Aktuator aufweisenden Antriebseinheit zum Antreiben wenigstens eines Antriebselementes, z.B. Antriebsrad/-walze und/oder Kettenfahrwerk oder Vibrationselement, und/oder eines zumindest eine Arbeitsspitze und/oder Arbeitskante aufweisendes Arbeitswerkzeuges (8), z.B. Greif-/Schaufel, Gabel, Vibrationselement, Fräse, Räumschild oder dergleichen, wobei wenigstens eine kinematische Kette (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14, 15) beweglicher/verstellbarer Teile der Arbeitsmaschine (1) zumindest eine Hubeinrichtung (4, 5, 6, 7), insb. Hubarm, Greifarm, Teleskoparm oder dergleichen, und/oder eine Werkzeugaufnahme (9) zur Aufnahme des Arbeitswerkzeuges (8) aufweist, wobei wenigstens eine elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit zum Kontrollieren der Antriebseinheit und/oder der kinematischen Kette (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14, 15) und/oder Hubeinrichtung (4, 5, 6, 7) und/oder des Arbeitswerkzeuges (8) und/oder der Werkzeugaufnahme (9) vorgesehen ist, wobei innerhalb eines Verstellbereichs die kinematische Kette (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14, 15) und/oder Hubeinrichtung (4, 5, 6, 7) und/oder das Arbeitswerkzeug (8) und/oder die Werkzeugaufnahme (9) zwischen einem ersten Endanschlag (E1) und einem zweiten Endanschlag (E2) verstellbar und/oder positionierbar ist, wobei wenigstens ein Bedienelement (20), insb. Fußpedal, sog. Joystick, Tastatur, Touchscreen und/oder Touchpad oder dergleichen, zum manuellen Bedienen/Betätigen von einer Bedienperson vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit (21) derart ausgebildet ist, dass sie beim Erreichen des ersten und/oder zweiten Endanschlages (E1, E2) die Antriebseinheit und/oder der Aktuator (10 bis 13) außer Betrieb setzt und/oder die Energiezufuhr für die Antriebseinheit und/oder den Aktuator (10 bis 13) unterbricht/beendet.

2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10 bis 13) als mit einer Hydraulikflüssigkeit betreibbarer Hydraulikzylinder (10 bis 13) oder eine Rotationsachse aufweisender Hydraulikmotor (23) ausgebildet ist.

3. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als eine Drehachse aufweisender Elektromotor oder als elektrischer Linearmotor ausgebildet ist.

4. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein maximaler Verstellbereich (Smax) vorgesehen ist, wobei der erste Endanschlag (E1) als erster Maximal-Endanschlag und wobei der zweite Endanschlag (E2) als zweiter Maximal-Endanschlag ausgebildet ist.

5. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit (21) derart ausgebildet ist, dass ein einstellbarer Ist-Verstellbereich vorgesehen ist, wobei der erste Endanschlag (E1) als erster Ist-Endanschlag (E1) sowie der zweite Endanschlag (E2) als zweiter Ist-Endanschlag (E2) ausgebildet ist und wobei der Ist-Verstellbereich kleiner als der maximale Verstellbereich (Smax) ist.

6. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ist-Endanschlag (E1) und/oder der zweite Ist-Endanschlag (E2) zwischen dem ersten und dem zweiten Maximal-Endanschlag des maximalen Verstellbereichs (Smax) angeordnet ist/sind.

7. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Ist-Parameters der Antriebseinheit und/oder des Aktuators (10 bis 13, 23) und/oder der kinematischen Kette (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14, 15) und/oder Hubeinrichtung (4, 5, 6, 7) und/oder des Arbeitswerkzeuges (8) und/oder der Werkzeugaufnahme (9) vorgesehen ist.

8. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit (21) derart ausgebildet ist, dass die Verstellgeschwindigkeit und/oder Verstellkraft und/oder das Verstellen veränderbar ist.

9. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit (21) wenigstens eine Dämpfungseinheit zum Ändern/Bremsen/Dämpfen einer Verstellgeschwindigkeit und/oder einer Verstellkraft und/oder des Verstellens der Antriebseinheit und/oder des Aktuators und/oder der kinematischen Kette (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14, 15) und/oder Hubeinrichtung (4, 5, 6, 7) und/oder des Arbeitswerkzeuges (8) und/oder der Werkzeugaufnahme (9) aufweist, so dass der Verstellbereich und/oder Ist-Verstellbereich und/oder maximaler Verstellbereich (Smax) wenigstens einen als Randbereich ausgebildeten Dämpfungsbereich (B1, B2) umfasst, wobei der Dämpfungsbereich (B1, B2) wenigstens an einem der Endanschläge (E1, E2) und/oder Maximal-Endanschläge Ist-Endanschläge (E1, E2) angeordnet ist und eine als Dämpfungsabstand ausgebildete Dämpfungsbreite (B1, B2) aufweist.

10. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische und/oder elektronische Kontrolleinheit (21) derart ausgebildet ist, dass die Veränderung/Dämpfung der Verstellgeschwindigkeit und/oder Verstellkraft und/oder des Verstellens als nicht-lineare Funktion ausgebildet ist.

11. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (21) wenigstens eine Begrenzungseinheit zum Festlegen eines Grenz-Parameters der Antriebseinheit und/oder des Aktuators und/oder der kinematischen Kette (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 14, 15) und/oder Hubeinrichtung (4, 5, 6, 7) und/oder des Arbeitswerkzeuges (8) und/oder der Werkzeugaufnahme (9) umfasst, wobei der Grenz-Parameter eine Grenzlinie/-fläche zwischen einem Verbotsbereich und dem Verstellbereich definiert.

12. Arbeitsmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenz-Parameter als erster Ist-Endanschlag (E1) und/oder als zweiter Ist-Endanschlag (E2) ausgebildet ist/sind.

Zeichnung