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Dokumentenidentifikation DE102004014963B3 10.11.2005
Titel Flügelglätter mit Fahrtrichtungsstabilisierung
Anmelder Wacker Construction Equipment AG, 80809 München, DE
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 26.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004014963
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.11.2005
IPC-Hauptklasse E04G 21/10
Zusammenfassung Ein Flügelglätter zum Glätten eines plastisch verformbaren Untergrunds weist eine Steuereinrichtung zum Einstellen einer Neigung von Rotoren (4, 5) relativ zu einem Gestell (1) auf. Ein Fahrtgeber (18) dient zur Vorgabe eines Sollwerts für die Fahrbewegung des Flügelglätters. Die tatsächliche Fahrbewegung wird als Istwert durch eine Bewegungserfassungseinrichtung (23) erfasst. Eine Fahrtregelungseinrichtung (22) wertet Sollwert und Istwert aus und steuert die Steuereinrichtung (24) derart an, dass eine durch die Differenz zwischen Ist- und Sollwert gebildete Regelabweichung minimal ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Flügelglätter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Flügelglätter wird vorwiegend zum Glätten von Betonoberflächen, insbesondere Böden, verwendet, solange der Beton noch nicht ausgehärtet ist. Als Flügelglätter haben sich in der Praxis neben handgeführten Flügelglättern auch besitzbare Flügelglätter bewährt, bei denen ein Bedienungsmann auf dem Gerät selbst aufsitzen und über den zu glättenden Beton fahren kann. Außer einer erhöhten Bequemlichkeit bieten besitzbare Flügelglätter höhere Flächenleistungen. Zudem unterstützt bei einem besitzbaren Flügelglätter das Gewicht des auf dem Gerät sitzenden Bedieners die Glättwirkung zusätzlich.

Üblicherweise besteht ein Flügelglätter aus einem Gestell, in dem ein Antrieb untergebracht ist. Der Antrieb treibt einen, bei besitzbaren Flügelglättern wenigstens zwei, Rotoren an, die jeweils eine von dem Antrieb angetriebene Antriebswelle aufweisen, an der jeweils Rotorflügel befestigt sind. Die Rotorflügel erstrecken sich im Wesentlichen horizontal, so dass das gesamte Gerät mit den Rotorflügeln auf der zu glättenden Betonoberfläche aufsitzt. Die Rotorflügel werden durch den Antrieb in Drehung versetzt und streichen über die zu glättende Oberfläche. Da sich der Anstellwinkel der Rotorflügel relativ zu der sie tragenden Antriebswelle einstellen lässt, ist es möglich, eine unterschiedliche Druckwirkung zu erzielen. So kann der Bediener die Rotorflügel zunächst mit relativ flachem Anstellwinkel und niedriger Drehzahl über die frische Betonoberfläche streichen lassen, während er kurz vor Abschluss des Aushärteprozesses mit deutlich steilerem Anstellwinkel einen höheren lokalen Druck auf die Oberfläche ausüben kann, um die Fläche zu polieren. Die Einstellung des Anstellwinkels der einzelnen Rotorflügel erfolgt mit Hilfe einer an sich bekannten Flügelverstellung, bei der der Bediener z. B. über eine Stellkurbel Einfluss auf die Stellung des Rotorflügels nehmen kann.

Die Drehzahl der Rotorflügel kann mit Hilfe eines vom Bediener ansteuerbaren Gaspedals verändert werden. Zur Richtungssteuerung ist es möglich, die im Ausgangszustand mit vertikaler Drehachse angeordneten Rotoren relativ zu dem Gestell zu verschwenken. Dies wird üblicherweise mit Hilfe hydraulischer oder elektrischer Stellglieder durchgeführt, die auf die Rotoren in einer gewünschten Weise einwirken. Durch das Verschwenken der Rotoren verkanten sich die Rotorflügel gegenüber dem zu glättenden Untergrund. Das bedeutet, dass bei Drehung der Rotorflügel durch deren federnde Wirkung Teilbereiche der bei einer Umdrehung überstrichenen Fläche stärker gepresst werden als andere Bereiche. Die entsprechend unterschiedliche Reibung erzeugt Querkräfte auf den Flügelglätter, der dementsprechend über dem Boden in Bewegung versetzt wird. Damit ist es möglich, einen Flügelglätter wie einen Hubschrauber in beliebiger Richtung horizontal hin und her zu bewegen sowie zu drehen.

Ein derartiger besitzbarer Flügelglätter ist z. B. unter der Typenbezeichnung "CRT48-25K-H" von der Firma Wacker Construction Equipment AG bekannt. Die Steuerung bei diesem Gerät erfolgt mit Hilfe von Steuerhebeln, die über mechanische Verbindungen die Rotoren in der gewünschten Weise bewegen können.

Ein ähnlicher Flügelglätter ist aus der US 6,368,016 B1 bekannt. Bei diesem Flügelglätter ist die hydraulische Steuerung durch eine Joystick-Steuerung ersetzt worden, so dass die Steuersignale vom Bediener über zwei Joysticks eingegeben und danach elektronisch oder elektrisch verarbeitet werden können. Die Stellglieder zur Änderung der Neigung der Rotoren werden elektrisch betrieben.

Die Bedienbarkeit eines besitzbaren Flügelglätters wurde durch die Möglichkeit einer elektrischen bzw. einer elektronischen Steuerung deutlich verbessert. Trotzdem erfordert das Fahren eines Flügelglätters großes Fingerspitzengefühl und Erfahrung, da das Gerät durch die zahlreichen unterschiedlich wirkenden Kräfte nicht immer einfach zu beherrschen ist.

Aufgrund der Unebenheiten der noch nicht geglätteten Oberfläche und der unregelmäßig darüber schleifenden Rotorblätter werden je nach Bodenbeschaffenheit und Reibungskoeffizient zwischen den Rotorblättern und dem Boden ständig wechselnde Kräfte und Drehmomente auf den fahrenden Flügelglätter übertragen. Eine geringe Richtungskonstanz im Fahrbetrieb ist die Folge, so dass in kurzen Zeitabständen Richtungskorrekturen durch den Bediener erforderlich sind, um ein Ausbrechen des Flügelglätters zu verhindern. Eine Fernsteuerung des Flügelglätters ist dadurch nahezu unmöglich. Ebenso ist eine Kurvenfahrt, also die Erzeugung eines Giermomentes bei gleichzeitiger Vortriebsbewegung des Flügelglätters, zwar prinzipiell möglich, jedoch aufgrund der geringen Richtungsstabilität in der Praxis kaum durchführbar. Das ständige Ausrichten des Flügelglätters erfordert vom Bediener höchste Konzentration.

Aus der DE 100 53 446 A1 ist eine fahrbare Bodenverdichtungsvorrichtung mit einer Fahrtrichtungsstabilisierung bekannt. Die Bodenverdichtungsvorrichtung weist eine Bewegungserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Istwerts für die Fahrbewegung der Bodenverdichtungsvorrichtung auf. Der Istwert wird in einer Fahrtregelungseinrichtung mit einem vom Bediener vorgegebenen Sollwert verglichen. Beim Feststellen einer Differenz korrigiert die Fahrtregelungseinrichtung die Fahrbewegung durch Ansteuern einer Lenkeinrichtung oder eines Fahrantriebs der Bodenverdichtungsvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flügelglätter mit vereinfachter Bedienbarkeit anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Flügelglätter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßer Flügelglätter ist gekennzeichnet durch einen Fahrtgeber zur Vergabe eines Sollwerts für die Fahrbewegung des Flügelglätters und durch eine Bewegungserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Istwerts für die Fahrbewegung eines Flügelglätters. Der Istwert und der vom Bediener vorgegebene Sollwert für die Fahrbewegung des Flügelglätters werden an eine Fahrtregelungseinrichtung geliefert. Die Fahrtregelungseinrichtung steuert eine Steuereinrichtung derart an, dass eine durch die Differenz zwischen Ist- und Sollwert gebildete Regelabweichung minimal ist.

Damit versucht der erfindungsgemäße Flügelglätter automatisch einer vom Bediener gewünschten Fahrbewegung zu folgen. Gibt der Bediener z. B. über den Fahrtgeber an, geradeaus fahren zu wollen, kann die Fahrtregelungseinrichtung die erforderlichen Steuermaßnahmen mit Hilfe der Steuereinrichtung durchführen, um eine Geradeausfahrt des Flügelglätters sicherzustellen. Eventuelle Störeinflüsse, die z. B. ein Abweichen von der Geradeausfahrt bewirken würden, werden durch entsprechende Steuerungsmaßnahmen ausgeregelt. Ebenso ist es möglich, z. B. eine präzise Drehung auf der Stelle durchzuführen. Gleichfalls kann die Fahrtregelungseinrichtung die Steuereinrichtung derart ansteuern, dass der Flügelglätter eine präzise Kurve fährt. Darüber hinaus können z. B. auch vorgegebene Drehwinkel eingestellt werden, so dass es möglich ist, den Flügelglätter z. B. um exakt 90° zu drehen.

Durch die Bewegungserfassungseinrichtung lässt sich die tatsächliche z. B. durch Bodenunebenheiten oder die Bodenbeschaffenheit bewirkte Bewegung oder Ausrichtung des Flügelglätters feststellen. Durch Bodeneffekte hervorgerufene Richtungsänderungen werden unmittelbar durch die Bewegungserfassungseinrichtung registriert, so dass die Fahrtregelungseinrichtung eine entsprechende Gegenkorrektur vornehmen und den Flügelglätter wieder auf die vom Bediener gewünschte und in Form des Sollwerts vorgegebene Fahrtbewegung, z. B. einen Kurs über Grund, bringen kann. Das hat zur Folge, dass der Flügelglätter selbst auf schrägem und verhältnismäßig unebenem Untergrund einen konstanten Geradeauslauf vollziehen kann. Weiterhin ist eine koordinierte Kurvenfahrt mit gleichzeitiger Drehung und Vorwärtsbewegung entsprechend den Wünschen des Bedieners möglich, ohne dass der Bediener permanent mit dem Fahrtgeber korrigierend eingreifen müsste.

Ein besonders gutes Regelverhalten ergibt sich, wenn eine Bewegungserfassungseinrichtung verwendet wird, welche Beschleunigungen und/oder Geschwindigkeiten als physikalische Messgrößen verwendet. Die Geschwindigkeitsbestimmung durch Differentiation von Positionssignalen nach der Zeit erfordert allerdings extreme Genauigkeiten und eine hohe Sampling-Frequenz.

Als Fahrbewegung eignen sich eine Fahrtrichtung (z. B. vorwärts oder rückwärts), ein Kurs über Grund, eine Ausrichtung (z. B. eine Schrägfahrt bei Beibehaltung der Orientierung des Flügelglätters), eine Drehrichtung, ein Drehwinkel, eine Drehrate und/oder eine Fahrgeschwindigkeit. Der Fahrtgeber muss daher entsprechend geeignet sein, einen Sollwert für wenigstens einen dieser Parameter vorzugeben.

Als Fahrbewegung ist weiterhin eine Gierrate um eine Hochachse des Flügelglätters vorgebbar.

Der Begriff "Fahrbewegung" wird somit in Zusammenhang mit der Erfindung als Oberbegriff für eine Vielzahl einzelner physikalischer Größen verwendet, die im weitesten Sinne die Bewegung des Flügelglätters betreffen: Unter "Ausrichtung" ist eine Stellung des Flügelglätters in einem Inertialsystem bzw. über Grund zu verstehen. Als "Fahrtrichtung" ist die Bewegungsrichtung des Flügelglätters in einem Inertialsystem, z. B. dem Erdmagnetfeld, zu sehen. Davon unterscheidet sich der "Kurs über Grund", der der tatsächlichen Bewegung des Flügelglätters über dem zu glättenden Boden entspricht. So kann z. B. ein Flügelglätter in Richtung Nord-West ausgerichtet sein, aber aufgrund der durch die Rotorflügel erzeugten Antriebswirkung eine Fahrtrichtung schräg dazu, nämlich in Richtung Westen, einnehmen. Wenn nun die Bewegung des Flügelglätters z. B. durch Bodenunebenheiten gestört wird, besteht die Möglichkeit, dass die Fahrtrichtung zwar konstant in Richtung Westen gerichtet ist, aber aufgrund der durch die Bodenunebenheiten bewirkten Störung jeweils seitlich versetzt wird. Der sich daraus ergebende Kurs über Grund weicht folglich von der eingestellten Fahrtrichtung ab.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steuert die Fahrtregelungseinrichtung die Steuereinrichtung derart an, dass sich der Flügelglätter mit maximaler Fahrgeschwindigkeit bei minimaler Regelabweichung fortbewegt. Dies hat den Vorteil, dass unabhängig von den vom Bediener gewünschten Fahrwegen stets eine optimierte Arbeitsgeschwindigkeit erreicht wird.

Als Bewegungserfassungseinrichtung eignen sich handelsübliche Gierratensensoren, Kreiselkompasse, optische Faserkreisel, Erdmagnetfeldsensoren, GPS-Empfänger (GPS: Global Positioning System; hierunter sind auch andere, insbesondere satellitengestützte Systeme zu verstehen, die die Bestimmung von absoluten Ortskoordinaten auf der Erdoberfläche ermöglichen), Geschwindigkeitssysteme, Positionserkennungssysteme, Beschleunigungssensoren oder geeignete Kombinationen aus den genannten Elementen.

Je nach Aufwand bei der Ausgestaltung der Bewegungserfassungseinrichtung und der Regelalgorithmen in der Fahrtregelungseinrichtung lassen sich unterschiedliche Regelverhalten einstellen: Bei einem relativ einfachen Regelungsfall ist ein Kreiselkompass vorgesehen, der mit einer zugehörigen Regelung versucht, einer durch eine Störung hervorgerufenen Drehung um die Gierachse des Flügelglätters entgegenzuwirken. Wenn die durch Fremdeinwirkung hervorgerufene Drehung jedoch zu stark ist wird die Regelung überwunden, und eine dauerhafte Regelabweichung stellt sich ein. Bei einer aufwändigeren Regelung ist es dagegen möglich, dass durch die Bewegungserfassungseinrichtung eine Abweichung der Fahrtrichtung festgestellt und ausgeregelt wird. Das bedeutet, dass sich der Flügelglätter immer wieder in die gleiche Richtung bewegen wird. Ein durch Fremdeinwirkung hervorgerufener Parallelversatz des Flügelglätters lässt sich dadurch jedoch nicht korrigieren. Eine noch aufwändigere, dem Flugzeugbau entlehnte Regelungstechnik registriert dagegen sogar Abweichungen vom vorgegebenen Kurs über Grund und ist in der Lage, nicht nur die Fahrtrichtung konstant zu halten bzw. nach erfolgten Auslenkungen entsprechend gegenzusteuern, sondern auch einen Parallelversatz zu korrigieren und die Maschine wieder auf den ursprünglichen Kurs zu bringen.

Die Bewegungserfassungseinrichtung kann besonders vorteilhaft ausgestaltet werden, wenn sie die drei physikalischen Größen Position, Bewegungsrichtung und Ausrichtung relativ zur Bewegungsrichtung schnell bestimmt. Zum Beispiel hängt die Glättwirkung des Flügelglätters wesentlich von der Ausrichtung des Gerätes ab, wenn sich die beiden Rotoren nicht gegenseitig überdecken.

Als für die Bewegungserfassungseinrichtung hilfreiche Positionserkennungssysteme eignen sich außer den bereits genannten GPS-Systemen auch Radarsysteme mit auf dem Flügelglätter angeordneten Transpondern, Ultraschallpositionserkennungssysteme, Laserfolgesysteme etc. Als Radarsysteme können auch Mikrowellensysteme eingesetzt werden, bei denen Mikrowellensender am Rand der zu glättenden Fläche angeordnet werden.

Geschwindigkeitsmesssysteme können die von den Positionserkennungssystemen gelieferten Positionsdaten nutzen, um die Geschwindigkeit des Flügelglätters aus seiner Positionsänderung zu berechnen. Alternativ dazu können auch Doppler-Systeme auf Radar-, Laser- oder Ultraschallbasis genutzt werden.

Zum Erfassen der Positionsänderung kann auch das Prinzip einer optischen Maus (z. B. auf Infrarot- bzw. Laserbasis) genutzt werden, wie sie heutzutage zur Bedienung von Computern verwendet wird.

Sofern an zwei Stellen des Flügelglätters ein Positionserkennungssystem vorgesehen ist, kann aus den dadurch vorliegenden Positionsdaten zusätzlich die Ausrichtung des Gerätes relativ zur Fläche bzw. zur Bewegungsrichtung ermittelt werden.

Eine Kombinationslösung aus verschiedenen Systemen wird besonders vorteilhaft sein, um einerseits ausreichend präzise Messergebnisse zu erhalten, für deren Erfassung andererseits ein wirtschaftlich möglichst vernünftiger Aufwand betrieben werden sollte.

Bei einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Bewegungserfassungseinrichtung eine Protokolleinrichtung auf, mit der anhand der erfassten Istwerte die durch den Flügelglätter tatsächlich durchgeführte Fahrbewegung protokolliert werden kann. Weiterhin ist in der Fahrtregelungseinrichtung ein Grenzwert für eine durchgeführte Fahrbewegung, insbesondere ein Grenzwert für den Drehwinkel, vorgebbar. Bei Erreichen des Grenzwerts durch die tatsächlich durchgeführte Fahrbewegung wird eine weitere Fahrbewegung des Flügelglätters durch die Fahrtregelungseinrichtung gestoppt. Dadurch ist es möglich, eine erhöhte Betriebssicherheit zu gewährleisten. Zum Beispiel kann als Grenzwert für den Drehwinkel ein Winkel von 270° vorgegeben werden, was einer Dreivierteldrehung entspricht. Unabhängig vom Wunsch des Bedieners, der z. B. einen entsprechenden Steuerknüppel umgelegt hat, stoppt der Flügelglätter automatisch nach Durchführen einer dreiviertel Umdrehung. Dadurch wird es vermieden, dass es dem Bediener durch eine zu starke Drehung schwindlig werden kann oder der Flügelglätter in einen schwer kontrollierbaren Fahrzustand geraten kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Steuereinrichtung wenigstens drei Stellglieder auf, die zum Verändern der Neigung der Rotoren geeignet sind. So sollten wenigstens zwei Rotoren jeweils um eine in Haupt-Fahrtrichtung gerichtete Fahrachse durch ein jeweils zugeordnetes Stellglied verschwenkbar sein, um eine Vorwärts-Rückwärts-Fahrt sowie ein Lenken des Flügelglätters zu ermöglichen. Einer der beiden Rotoren ist darüber hinaus durch ein drittes Stellglied um eine quer zur Fahrachse gerichtete Querachse verschwenkbar, um eine Seitbewegung, also ein seitliches Verfahren des Flügelglätters, ohne Drehung des Gestells zu bewirken.

Die Fahrtregelungseinrichtung muss derart ausgebildet sein, dass durch sie die sich aus den vorgegebenen Sollwerten ergebenden Parameter der gewünschten Fahrbewegung in Parameter der Rotoren, nämlich Drehzahl der Rotoren, Neigung der Rotoren bezüglich des Gestells und/oder Neigung der Rotorflügel bezüglich der jeweiligen sie tragenden Antriebswelle, umgesetzt werden. Insbesondere die Neigung der Rotoren, die durch die oben beschriebenen Stellglieder bewirkt wird, erfordert geeignete komplexe Algorithmen, damit eine gewünschte Fahrbewegung durch geeignetes Rotorverhalten erreicht werden kann.

Als Fahrtgeber eignen sich bei einer bevorzugten Ausführungsform ein oder mehrere Bedienelemente, mit denen der Bediener die gewünschte Fahrbewegung vorgeben kann. Zu diesen Bedienelementen gehören z. B. sogenannte "Joysticks", aber auch Schalter und Taster. Zum Beispiel kann auf einem Bedienpult eine Sammlung von mehreren Tasten angeboten werden, über die der Bediener ein gewünschtes Fahrverhalten, z. B. eine Drehung von 90° im oder gegen den Uhrzeigersinn, abrufen kann.

Insbesondere kann ein erfindungsgemäßer Flügelglätter mit nur einem einzigen Joystick betrieben werden, während bisher übliche Flügelglätter wenigstens zwei Joysticks benötigten.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Flügelglätters lässt sich die Bedienung derart vereinfachen, dass ein besitzbarer Flügelglätter auch ohne aufsitzenden Fahrer, also mit Hilfe einer Fernsteuerung, gesteuert werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung weist eine Automatik-Steuervorrichtung auf, die eine Flächendefinitionseinrichtung zum Festlegen einer zu glättenden Fläche des Untergrunds und der dazugehörigen Flächengrenzen durch einen Bediener umfasst. Der Bediener hat somit die Möglichkeit Angaben zu der zu glättenden Fläche in den Flügelglätter einzugeben oder dem Gerät die Flächengrenzen anderweitig mitzuteilen.

Weiterhin ist eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen der aktuellen Position des Flügelglätters wenigstens in der Nähe der Flächengrenzen, also bei Annäherung an die jeweiligen Flächengrenzen, vorgesehen. Die Automatik-Steuervorrichtung steuert den Fahrtgeber ohne Mitwirken des Bedieners an, um die Fahrtrichtung durch Vorgabe des Sollwerts für die Fahrbewegung derart zu ändern, dass der Flügelglätter bei seiner Fahrt die jeweilige Flächengrenze nicht überfährt, sondern innerhalb der Fläche die Fahrt fortsetzt. Wenn somit sich der Flügelglätter einer jeweiligen Flächengrenze annähert und die Gefahr besteht, dass er bei unverändert fortgeführter Fahrt die Flächengrenze überfahren würde, kann der Fahrtgeber durch Ändern der Fahrtrichtung automatisch die entsprechenden Maßnahmen einleiten, um ein Überfahren der Flächengrenze zu verhindern.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Positionserfassungseinrichtung wenigstens zum Erfassen einer Annäherung des Flügelglätters an eine der Flächengrenzen ausgebildet, wobei die Fahrtrichtung durch den Fahrtgeber änderbar ist, wenn die Positionserfassungseinrichtung eine Annäherung an die Flächengrenze feststellt.

Dadurch, dass die Positionserfassungseinrichtung lediglich eine Annäherung des Flügelglätters an eine Flächengrenze feststellen muss, nicht jedoch permanent die tatsächliche Position des Flügelglätters innerhalb der gesamten Fläche, kann die Positionserfassungseinrichtung vergleichsweise einfach und damit preiswert ausgeführt werden. Nur bei Annäherung des Flügelglätters an die jeweilige Flächengrenze, z. B. bei Unterschreiten eines vorgegebenen Abstandswerts von einem Meter, muss die Positionserfassungseinrichtung ein Signal abgeben.

Dieses Signal wird von dem Fahrtgeber empfangen, der daraufhin Maßnahmen zur Änderung der Fahrtrichtung einleitet, um ein Überfahren der Flächengrenze zu vermeiden.

In diesem Zusammenhang kann die Flächendefinitionseinrichtung eine Definition der Flächengrenze mit Hilfe von mechanischen, optischen, magnetischen, elektromagnetischen, induktiven oder kapazitiven Mitteln ermöglichen. Besonders einfach ist z. B. eine Kennzeichnung der Flächengrenzen mit Hilfe eines gespannten Drahtes, der von der Bodenverdichtungsvorrichtung nicht überfahren werden darf. Eine als Positionserfassungseinrichtung dienende Antenne oder ein geeigneter Fühler kann eine Annäherung des Flügelglätters an den Draht feststellen und das erforderliche Annäherungssignal an den Fahrtgeber übermitteln.

Alternativ lassen sich die Flächengrenzen z. B. auch durch Laserstrahlen oder virtuelle Flächengrenzen innerhalb der Software der Positionserkennungseinrichtung definieren, wobei die Positionserfassungseinrichtung optische Mittel (Fotodetektoren, Kameras, o. A. aufweist), um die optischen Signale auszuwerten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Fahrtgeber bei Annäherung an eine Flächengrenze eine Änderung der Fahrtrichtung zur ursprünglichen Fahrtrichtung mit einem vorgegebenen, während des gesamten Glättungsvorgangs konstanten Winkels bewirkt.

Bei einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Wegplanungseinrichtung zum Festlegen einer Vorgabe für einen Fahrweg (Kurs über Grund) aufgrund der festgelegten Fläche vorgesehen, wobei der Flügelglätter bei Einhaltung der Fahrwegsvorgabe die zu glättende Fläche wenigstens einmal vollständig überfährt.

Das bedeutet, dass aufgrund der in der Flächendefinitionseinrichtung gespeicherten Angabe zu der zu glättenden Fläche und der zugehörigen Flächengrenzen ein Fahrweg geplant werden kann, dem der Flügelglätter folgen muss, um die zu glättende Fläche zu überfahren. Die Fahrwegsplanung kann mit Rechnerunterstützung automatisiert durchgeführt werden, wobei auch die Breite des Flügelglätters berücksichtigt wird. Gerade bei einfach geschnittenen Flächen jedoch ist es auch möglich, die Fahrwegsplanung dem Bediener zu überlassen. Er muss lediglich – z. B. durch Einzeichnen des Fahrwegs in eine auf einem Bildschirm dargestellte Fläche – die Fahrwegskoordinaten vorgeben.

Vorteilhafterweise ist die Positionserfassungseinrichtung zum ständigen Erfassen der aktuellen Position des Flügelglätters innerhalb der Flächengrenzen ausgebildet. Das bedeutet, dass die Positionserfassungseinrichtung stets die genaue Position – gegebenenfalls sogar die Fahrtrichtung – des Flügelglätters kennt.

Die Automatik-Steuervorrichtung steuert den Fahrtgeber zum Vorgeben eines Sollwerts für eine Fahrbewegung des Flügelglätters aufgrund eines Vergleichs der aktuellen Position des Flügelglätters mit der Fahrwegsvorgabe derart an, dass der Flügelglätter der Fahrwegsvorgabe folgt. Die Automatik-Steuervorrichtung stellt mit dem Fahrtgeber sicher, dass die Position des Flügelglätters nicht von dem vorgegebenen Fahrweg abweicht. Vielmehr kann der Fahrtgeber durch Beeinflussung der Rotoren, insbesondere deren Neigung relativ zu dem sie tragenden Gestell, gewährleisten, dass der Flügelglätter den vorgegebenen Weg nachfährt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Näherungs-Sensoreinrichtung vorgesehen zum Erkennen eines Hindernisses, dem sich der Flügelglätter beim Fahren nähert. Bei einem derartigen Hindernis kann es sich z. B. um die Wand eines Gebäudes handeln, in dem sich der zu glättende Boden befindet. Als Näherungs-Sensoreinrichtung eignen sich z. B. Ultraschallsensoren oder Radareinrichtungen, die als elektronische Einparkhilfe bei PKWs in den letzten Jahren zunehmend Verwendung gefunden haben (z. B. System "Parktronic" der Fa. Mercedes-Benz). Das Bauprinzip dieser Näherungs-Sensoreinrichtungen ist bekannt, so dass es an dieser Stelle nicht eingehender erläutert werden muss.

Bei Erkennen des Hindernisses wird durch die Näherungs-Sensoreinrichtung ein Näherungssignal ausgegeben, wobei bei Vorliegen des Näherungssignals über eine Warneinrichtung ein akustischer und/oder optischer Warnhinweis für einen Fahrer des Flügelglätters ausgebbar ist. Ergänzend oder alternativ dazu steuert die Fahrtregelungseinrichtung die Steuereinrichtung derart, dass die Fahrbewegung des Flügelglätters gestoppt oder wenigstens verlangsamt wird.

Auf diese Weise ist es möglich, ein unbeabsichtigtes Fahren gegen ein Hindernis zu vermeiden, indem der Fahrer durch den Warnhinweis darauf aufmerksam gemacht wird, dass er sich einem Hindernis annähert. Weiterhin ist es möglich, die Fahrgeschwindigkeit des Flügelglätters herabzusetzen, um dem Bediener mehr Zeit zu lassen, korrigierend einzugreifen. Nach wie vor kann es dabei aber für den Fahrer möglich sein, ganz dicht an die Wand heranzufahren, um den Boden möglichst vollständig zu glätten und keinen nicht-geglätteten Randbereich an der Wand stehenzulassen.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine Perspektivansicht eines besitzbaren Flügelglätters gemäß der Erfindung;

2 in schematischer Darstellung das Prinzip einer Verstellung des Anstellwinkels bei einem Rotorflügel;

3 das Prinzip des Einstellens der Neigung eines Rotors relativ zu einem Gestell des Flügelglätters;

4 ein schematisches Beispiel für eine Richtungssteuerung; und

5 ein Regelungsschema für den erfindungsgemäßen Flügelglätter.

1 zeigt in schematischer Perspektivansicht einen besitzbaren Flügelglätter gemaß der Erfindung. Auf einem allgemein als Gestell 1 bezeichneten Rahmen ist ein Sitz 2 angebracht, auf dem ein Bediener bzw. Fahrer Platz nehmen kann. Unter dem Sitz 2 befindet sich ein nicht dargestellter Antrieb, z. B. ein Verbrennungsmotor, dem Kraftstoff über einen Einfüllstutzen 3 zugeführt werden kann.

Unterhalb des Gestells 1 sind zwei Rotoren 4, 5 erkennbar. Die Rotoren 4, 5 weisen jeweils eine Antriebswelle 6 und mehrere Rotorflügel 7 auf, wie in 4 gezeigt. Die Rotoren 4, 5 werden durch den Antrieb gegenläufig drehend angetrieben.

Um die Rotoren 4, 5 ist ein aus mehreren Trag- und Blechelementen bestehender Sicherheitskäfig 8 angeordnet, um ein versehentliches Eingreifen in den Rotorbereich oder auch ein Überfahren von Füßen einer in der Nähe des Flügelglätters stehenden Person zu vermeiden.

Der in 1 gezeigte Aufbau ist prinzipiell bekannt und z. B. in der US 6,368,016 B1 beschrieben.

Die Rotoren 4, 5 bzw. Rotorflügel 7 lassen sich in verschiedener Weise einstellen, wie nachfolgend erläutert wird.

Der Anstellwinkel der Rotorflügel 7 bezüglich des Untergrunds, über den die Rotorflügel 7 streichen, lässt sich mit Hilfe von Stellkurbeln 9 verändern, wie in 2 schematisch dargestellt. Gezeigt ist einer der Glättflügel bzw. Rotorflügel 7, der an der Antriebswelle 6 befestigt ist. Mit Hilfe der Stellkurbel 9 und einer Spindel 10 lässt sich über ein Zugseil 11 eine Zugkraft auf eine Schaltgabel 12 übertragen, die über ein Gelenk 13 am Rahmen bzw. Gestell 1 befestigt ist. Die Zugkraft wird über ein Axiallager 14 auf ein Steuerkreuz 15 übertragen, das sich mit der Antriebswelle 6 und den Rotorflügeln 7 mitdreht. Durch die Zugkraft wird der Rotorflügel 7 von dem zu glättenden Boden 16 etwas angehoben bzw. verkantet, wie in 2 erkennbar. Während in einer Ausgangsstellung, in der der Rotorflügel 7 vollständig auf dem Boden aufliegt, die im Wesentlichen durch den Flügelglätter und die durch den darauf sitzenden Fahrer bewirkte Gewichtskraft gleichmäßig auf den Boden 16 einwirkt, steht der Rotorflügel 7 bei der in 2 gezeigten Stellung auf einer Kante, was eine deutliche höhere lokale Flächenpressung bewirkt. Diese kann weiter gesteigert werden, wenn der Rotorflügel 7 noch steiler gegenüber dem Boden 16 eingestellt wird.

In der flachen Rotorstellung, bei der ein vollflächiger Kontakt des Rotorflügels 17 zum Boden 16 besteht, lässt sich ein noch relativ weicher Beton glätten. Bei einer steileren Anstellung des Rotorflügels 7 ist es erforderlich, dass der Boden bereits etwas ausgehärtet ist, um ein zu tiefes Eindringen des Rotorflügels 7 durch die höhere Flächenpressung zu vermeiden.

Die Drehzahl der Antriebswelle 6 und damit der Rotorflügel 7 kann mit Hilfe eines auf den Antrieb wirkenden Gaspedals 17 variiert werden. Die Steuerung des Flügelglätters erfolgt mit Hilfe eines Joysticks 18, der als Fahrtgeber zum Vorgeben einer gewünschten Fahrbewegung des Flügelglätters dient. Anstelle des einen Joysticks 18 können auch zwei oder mehrere Joysticks bzw. weitere Bedienelemente vorgesehen werden.

Mit Hilfe des Joysticks 18 kann der Flügelglätter vorwärts, rückwärts oder seitlich verfahren werden. Weiterhin ist es möglich, eine Drehbewegung für den Flügelglätter vorzugeben, um den Flügelglätter auf der Stelle zu drehen oder eine Kurvenfahrt durchzuführen. Diese Ansteuerung ist unter Umständen einfacher möglich, wenn ein zweiter Joystick oder ein entsprechender Schalter vorgesehen ist.

Das Prinzip der Richtungssteuerung ist an sich bekannt und soll anhand von 3 mit den Bildteilen a) und b) kurz erläutert werden.

3a zeigt in schematischer Seitenansicht den Rotor 4 mit der Antriebswelle 6 und den Rotorflügeln 7. Die Antriebswelle 6 ist in einer Lagereinrichtung 19 drehbar gehalten, die um eine am Gestell 1 befestigte Achse 20 relativ zu dem Gestell 1 verschwenkt werden kann. Die Achse 20 kann z. B. in Haupt-Fahrtrichtung des Flügelglätters ausgerichtet sein.

Die Neigung der Lagereinrichtung 19 und damit der Antriebswelle 6 sowie der Rotorflügel 7 relativ zu dem Gestell 1 wird durch ein Stellglied 21 verändert. In 3a ist schematisch ein einfaches mechanisches Stellglied dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, das Stellglied 21 hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch zu betreiben. Für die erfindungsgemäße Fahrtrichtungsstabilisierung ist ein elektrisches Stellglied zu bevorzugen, um die Regelbarkeit zu vereinfachen.

Durch das Schrägstellen der Antriebswelle 6 und der Rotorflügel 7 erfolgt gegenüber dem Boden 16 eine Verkantung und damit eine – bezogen auf die überstrichene Fläche – unterschiedliche Kraftwirkung, die in 3a durch unterschiedliche Pfeilgrößen dargestellt ist.

In 3b ist eine Draufsicht auf die Rotorflügel 7 von 3a gezeigt. Auch hier stellen die geradegerichteten Pfeile jeweils die Kraftwirkung dar. Deutlich erkennbar ist es, dass im linken Bildteil von 3b eine größere Kraftwirkung vorliegt, als im rechten Bildteil. Der Grund dafür besteht darin, dass die Rotorflügel 7 im linken Teil stärker gegen den Boden gepresst werden als im rechten Bildteil. Die unsymmetrische Kraftverteilung bewirkt, dass bei der eingezeichneten Drehrichtung A eine resultierende Kraft in Richtung X entsteht.

Das Zusammenspiel der beiden Rotoren 4, 5 wird zur Richtungssteuerung benutzt, wie in 4 gezeigt.

Die beiden Rotoren 4, 5 sind durch Stellglieder zueinander geneigt. Aufgrund der gegenläufigen Drehrichtungen entsteht bei jedem Rotor 4, 5 eine resultierende Kraft in Vorwärtsrichtung V. Dadurch bewegt sich der Flügelglätter nach vorne.

Durch Verändern der Relativstellungen der Rotoren 4, 5 zueinander bzw. zu dem Gestell 1 lassen sich beliebige andere resultierende Kräfte erzeugen. Da dieses Prinzip bereits bekannt ist, erübrigt sich eine eingehendere Darstellung.

Bei dem erfindungsgemäßen Flügelglätter ist eine Regelung zur Fahrtrichtungsstabilisierung vorgesehen. Die Regelung wird anhand von 5 näher erläutert.

Durch den Joystick 18 oder ein anderes Bedienelement wird ein Sollwert für die vom Fahrer gewünschte Fahrbewegung des Flügelglätters vorgegeben und an eine Fahrtregelungseinrichtung 22 geliefert.

Der Fahrtregelungseinrichtung 22 wird weiterhin ein Istwert für die tatsächliche Fahrbewegung des Flügelglätters zugeführt, der von einer Bewegungserfassungseinrichtung 23 ermittelt wird. Bei der Bewegungserfassungseinrichtung 23 kann es sich um einen Gierratensensor, einen Kreiselkompass, einen Magnetfeldsensor, einen GPS-Empfänger, einen Beschleunigungssensor oder auch um eine Kombination dieser Bauelemente handeln.

Die Bewegungserfassungseinrichtung 23 kann auch als Messsystem zur direkten Geschwindigkeitsbestimmung ausgebildet sein. Dazu eignen sich z. B. Messsysteme nach dem Doppler-Prinzip, Systeme zur Erfassung von Positionsänderungen auf Basis von GPS-Empfängern, Radarabstandssysteme, Ultraschallabstandssysteme, Mikrowellenmesssysteme und Laserpositioniersysteme etc. Gegebenenfalls sind am Flügelglätter entsprechende Transponder vorzusehen.

Die Fahrtregelungseinrichtung 22 gleicht den Sollwert und den Istwert ab und nimmt mit Hilfe einer unter anderem die Stellglieder 21 aufweisenden Steuereinrichtung 24 Einfluss auf die Stellung der Rotoren 4, 5. Dadurch wird die Fahrbewegung des Flügelglätters verändert, die allerdings auch durch eine von außen einwirkende, insbesondere durch den Boden hervorgerufene Störung beeinflusst werden kann. Die Änderung des tatsächlichen Fahrverhaltens wird dann erneut über die Bewegungserfassungseinrichtung 23 erfasst und an die Fahrtregelungseinrichtung 22 berichtet.

Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß möglich, die Fahrbewegung eines Flügelglätters zu stabilisieren und von äußeren Störeinflüssen unabhängig zu machen, so dass die Bewegung des Flügelglätters dem durch den Joystick 18 vorgegebenen Wunsch des Fahrers folgt.


Anspruch[de]
  1. Flügelglätter, mit

    – einem über einem zu glättenden Untergrund (16) beweglichen Gestell (1);

    – einem Antrieb;

    – wenigstens zwei an dem Gestell (1) gehaltenen Rotoren (4, 5), die jeweils eine von dem Antrieb drehend angetriebene Antriebswelle (6) sowie mehrere an der jeweiligen Antriebswelle (6) befestigte Rotorflügel (7) aufweisen, wobei der Flügelglätter mit den Rotorflügeln (7) auf dem Untergrund (16) aufsitzt; und mit

    – einer Steuereinrichtung (24) zum Einstellen einer Neigung wenigstens eines Teils der Rotoren (4, 5) relativ zu dem Gestell (1) und damit Bewirken einer Fahrbewegung des Flügelglätters über dem zu glättenden Untergrund (16), wenn sich die Rotorflügel (7) mit der Antriebswelle (6) drehen;

    gekennzeichnet durch

    – einen Fahrtgeber (18) zur Vorgabe eines Sollwerts für die Fahrbewegung des Flügelglätters;

    – eine Bewegungserfassungseinrichtung (23) zum Erfassen eines Istwerts für die Fahrbewegung; und

    – eine von dem Istwert und dem Sollwert beaufschlagbare Fahrtregelungseinrichtung (22) zum Ansteuern der Steuereinrichtung (24) derart, dass eine durch die Differenz zwischen Ist- und Sollwert gebildete Regelabweichung minimal ist.
  2. Flügelglätter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbewegung eine Fahrtrichtung, ein Kurs über dem Untergrund, eine Ausrichtung, eine Drehrichtung, ein Drehwinkel, eine Drehrate und/oder eine Fahrgeschwindigkeit umfasst, und dass der Fahrtgeber (18) zur Vorgabe eines Sollwerts für die Fahrtrichtung, den Kurs über dem Untergrund, die Ausrichtung, die Drehrichtung, den Drehwinkel, die Drehrate und/oder die Fahrgeschwindigkeit dient.
  3. Flügelglätter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbewegung eine Gierrate um eine Hochachse des Flügelglätters umfasst und dass der Sollwert ein Gierraten-Sollwert ist.
  4. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtregelungseinrichtung (22) die Steuereinrichtung (24) derart ansteuert, dass sich der Flügelglätter mit maximaler Fahrgeschwindigkeit bei minimaler Regelabweichung fortbewegt.
  5. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungserfassungseinrichtung (23) einen Gierratensensor, einen Kreiselkompass, einen optischen Faserkreisel, einen Erdmagnetfeldsensor, einen GPS-Empfänger, einen Beschleunigungssensor, ein Geschwindigkeitsmesssystem, ein Positionserkennungssystem oder eine Kombination dieser Bauelemente aufweist.
  6. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass

    – die Bewegungserfassungseinrichtung (23) mit einer Protokolleinrichtung verbunden ist, zum Protokollieren der durch den Flügelglätter durchgeführten Fahrbewegung aufgrund der erfassten Istwerte;

    – in der Fahrtregelungseinrichtung (22) ein Grenzwert für eine durchgeführte Fahrbewegung, insbesondere ein Grenzwert für den Drehwinkel, vorgebbar ist; und dass

    – bei Erreichen des Grenzwerts durch die tatsächlich durchgeführte Fahrbewegung eine weitere Fahrbewegung des Flügelglätters durch die Fahrtregelungseinrichtung gestoppt wird.
  7. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

    – die Antriebswellen (6) der Rotoren (4, 5) im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind, und dass

    – die Steuereinrichtung (24) wenigstens drei Stellglieder (21) aufweist, nämlich

    – ein erstes Stellglied (21) zum Verändern der Neigung eines ersten Rotors (4) durch Verschwenken um eine in eine Haupt-Fahrtrichtung (V, X) gerichtete Fahrachse (20),

    – ein zweites Stellglied (21) zum Verändern der Neigung eines zweiten Rotors (5) durch Verschwenken um die Fahrachse (20) sowie

    – ein drittes Stellglied zum Verändern der Neigung eines der beiden Rotoren (4, 5) durch Verschwenken um eine quer zur Fahrachse (20) gerichtete Querachse.
  8. Flügelglätter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (21) elektrisch betrieben oder angesteuert werden.
  9. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fahrtregelungseinrichtung (22) sich aus den vorgegebenen Sollwerten ergebende Parameter der gewünschten Fahrbewegung in Parameter der Rotoren (4, 5), nämlich Drehzahl der Rotoren, Neigung der Rotoren bezüglich des Gestells (1) und/oder Neigung der Rotorflügel (7) bezüglich der jeweiligen, sie tragenden Antriebswelle (6), umsetzbar sind.
  10. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Fahrtgeber (18) elektrische Signale erzeugbar sind, die der Fahrtregelungseinrichtung (22) zuführbar sind.
  11. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrtgeber (18) ein oder mehrere Bedienelemente zur Vorgabe einer gewünschten Fahrbewegung durch einen Bediener aufweist.
  12. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrtgeber (18) Bestandteil einer Fernsteuerung ist.
  13. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Automatik-Steuervorrichtung vorgesehen ist, die aufweist:

    – eine Flächendefinitionseinrichtung zum Festlegen einer zu glättenden Fläche des Untergrunds und der dazugehörigen Flächengrenzen durch einen Bediener; und

    – einer Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen der aktuellen Position des Flügelglätters wenigstens in der Nähe der Flächengrenzen;

    – wobei die Automatik-Steuervorrichtung den Fahrtgeber (18) ansteuert, zum Ändern der Fahrtrichtung durch Vorgeben des Sollwerts für die Fahrbewegung derart, dass der Flügelglätter die jeweiligen Flächengrenzen nicht überfährt, sondern innerhalb der zu glättenden Fläche die Fahrt fortsetzt.
  14. Flügelglätter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass

    – die Positionserfassungseinrichtung wenigstens zum Erfassen einer Annäherung des Flügelglätters an eine der Flächengrenzen ausgebildet ist; und dass

    – die Fahrtrichtung durch den Fahrtgeber (18) änderbar ist, wenn die Positionserfassungseinrichtung eine Annäherung an die Flächengrenze feststellt.
  15. Flügelglätter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatik-Steuervorrichtung aufweist:

    – eine Wegplanungseinrichtung zum Festlegen einer Vorgabe für einen Fahrweg aufgrund der festgelegten Fläche, derart, dass der Flügelglätter bei Einhaltung der Fahrwegsvorgabe die zu glättende Fläche wenigstens einmal vollständig überfährt; wobei

    – die Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen der aktuellen Position des Flügelglätters innerhalb der Flächengrenzen ausgebildet ist; und

    – wobei die Automatik-Steuervorrichtung den Fahrtgeber (18) ansteuert zum Vorgeben eines Sollwerts für eine Fahrbewegung des Flügelglätters aufgrund eines Vergleichs der aktuellen Position mit der Fahrwegsvorgabe, derart, dass der Flügelglätter der Fahrwegsvorgabe folgt.
  16. Flügelglätter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass

    – eine Näherungs-Sensoreinrichtung vorgesehen ist, zum Erkennen eines Hindernisses, dem sich der Flügelglätter beim Fahren nähert; und dass

    – durch die Näherungs-Sensoreinrichtung bei Erkennen des Hindernisses ein Näherungssignal ausgebbar ist;

    wobei bei Vorliegen des Näherungssignals

    – ein akustischer und/oder optischer Warnhinweis für einen Fahrer des Flügelglätters ausgebbar ist, und/oder

    – die Fahrtregelungseinrichtung (22) die Steuereinrichtung (24) derart ansteuert, dass die Fahrbewegung des Flügelglätters gestoppt oder wenigstens verlangsamt wird.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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