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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Arbeitsmaschine, wie etwa einen Kompakt-Raupenlader, und ein Verfahren zur Optimierung der Präzisionsplaniersteuerung während eines Planiervorgangs.
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HINTERGRUND
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Arbeitsmaschinen mit Präzisionsplaniersteuerung treffen während des Betriebs auf unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten und Bodenarten. Die Variabilität kann sich aus veränderten Witterungsbedingungen während des täglichen Betriebs auf einer Baustelle oder bei Planierarbeiten in städtischen Gebieten ergeben, wo umgebende Materialien zu den Bodenbeschaffenheiten beitragen können. Ferner kann die Arbeitsmaschine aufgrund dieser Variabilität an dem mit der Arbeitsmaschine gekoppelten bodeneingreifenden Anbaugerät auf dynamisch sich ändernde Lastzustände treffen. Aufgrund der Komplexität der Pose des Systems bietet sich hier die Möglichkeit, den Betrieb der Arbeitsmaschine bei Planierarbeiten zu verbessern.
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KURZDARSTELLUNG
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Diese Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die nachfolgend in der ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale der beigefügten Ansprüche identifizieren, noch sollte sie als Hilfestellung zur Bestimmung des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche herangezogen werden.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Optimieren eines Präzisionsplaniervorgangs durch eine Arbeitsmaschine.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Arbeitsmaschine einen Rahmen, ein bodeneingreifendes Anbaugerät, einen Anbaugerätekoppler, der das bodeneingreifende Anbaugerät mit dem Rahmen koppelt, einen Aktuator, ein einstellbares Gestänge, einen Sensor und eine Steuerung beinhalten. Das einstellbare Gestänge stellt eine Position des bodeneingreifenden Anbaugeräts gegenüber dem Rahmen ein. Das einstellbare Gestänge umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Eine Umfassung umschließt den zweiten Abschnitt und bildet eine Ringkammer zwischen der Umfassung und dem zweiten Abschnitt. Ein Sensor ist mit der Ringkammer gekoppelt, wobei der Sensor einen Druck in der Ringkammer misst und auf Basis des Drucks ein Sensorsignal erzeugt. Eine Steuerung ist dazu ausgelegt, das Sensorsignal zu überwachen und auf Basis des Sensorsignals eine oder mehrere Aktionen auszuführen. Der zweite Abschnitt des einstellbaren Gestänges kann innerhalb der Umfassung schwimmend angeordnet sein.
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Der Druck zeigt eine Last auf dem bodeneingreifenden Anbaugerät an.
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Die Ringkammer kann in eine erste Ringkammer und eine zweite Ringkammer unterteilt sein. Der Sensor misst einen ersten Druck in der ersten Ringkammer und einen zweiten Druck in der zweiten Ringkammer, wobei das Sensorsignal auf der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck basiert.
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Die Ringkammer kann mit einem inkompressiblen Fluid gefüllt sein.
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Der zweite Abschnitt des einstellbaren Gestänges kann innerhalb der Umfassung schwimmend angeordnet sein.
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Die Arbeitsmaschine kann ferner ein Kugelgelenk umfassen, welches das bodeneingreifende Anbaugerät mit der Arbeitsmaschine und einem unteren Abschnitt des bodeneingreifenden Anbaugeräts koppelt. Das Kugelgelenk kann ermöglichen, dass das bodeneingreifende Anbaugerät um einen Punkt schwenkt, wobei das Schwenken des bodeneingreifenden Anbaugeräts um das Kugelgelenk eine anteilige Kraft auf das Neigungsgelenk erzeugt.
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Die Betätigung des Aktuators kann das bodeneingreifende Anbaugerät in eine Neigungs-, Roll- oder Gierrichtung bewegen.
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Die Aktionen können das Bestimmen einer Sollneigung und das Senden eines Befehls zum Bewegen des bodeneingreifenden Anbaugeräts in Richtung der Sollneigung umfassen.
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Die Aktionen können das Modifizieren eines oder mehrerer von einer Motordrehzahl, einem Getriebedrehmoment, einem Bremsdruck und einer Fahrgeschwindigkeit umfassen.
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Die Ringkammer kann ferner eine Stirnkammer umfassen, wobei die Stirnkammer zwischen einer Stirnwand des zweiten Abschnitts und einem Boden der Umfassung ausgebildet ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der Sensor eine Spannung an einer Stirnkammer messen und ein auf der Spannung basierendes Sensorsignal erzeugen. Der Sensor kann zwischen einer Stirnwand des zweiten Abschnitts und einem Boden der Umfassung oder der Stirnkammer angeordnet sein.
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Ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine mit einem bodeneingreifenden Anbaugerät kann das Erfassen einer Hydraulikdruckdifferenz zwischen einer ersten Ringkammer und einer zweiten Ringkammer eines Neigungsgelenks durch einen Sensor umfassen, wobei das Neigungsgelenk an einem ersten Ende mit der Arbeitsmaschine und an einem zweiten Ende mit dem bodeneingreifenden Anbaugerät gekoppelt ist. In einem nächsten Schritt beinhaltet das Verfahren das Senden eines auf der Druckdifferenz basierenden Sensorsignals, wobei das Sensorsignal eine Last auf dem bodeneingreifenden Anbaugerät angibt. Die Steuerung kann dann bestimmen, ob sich der Sensor innerhalb eines optimalen Bereichs befindet und eine oder mehrere Aktionen auf Basis des Sensorsignals durchführen.
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Der Sensor kann eine Hydraulikdruckdifferenz zwischen einer ersten Ringkammer und einer zweiten Ringkammer des Neigungsgelenks messen.
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Das Neigungsgelenk kann mit einem oberen Abschnitt des bodeneingreifenden Anbaugeräts gekoppelt sein, wobei das bodeneingreifende Anbaugerät an einem unteren Abschnitt eine Schneidkante des bodeneingreifenden Anbaugeräts aufweist. Ein Kugelgelenk kann das bodeneingreifende Anbaugerät mit der Arbeitsmaschine und einem unterhalb des Neigungsgelenks befindlichen Abschnitt des bodeneingreifenden Anbaugeräts koppeln, wobei das Kugelgelenk ermöglicht, dass das bodeneingreifende Anbaugerät um einen Punkt schwenkt, wobei das Schwenken des bodeneingreifenden Anbaugeräts um das Kugelgelenk eine anteilige Kraft auf das Neigungsgelenk erzeugt.
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Weitere Merkmale und Aspekte der Offenbarung werden durch Betrachtung der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
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Figurenliste
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- Die 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine mit einem bodeneingreifenden Anbaugerät;
- die 2 ist eine detaillierte Seitenansicht des bodeneingreifenden Anbaugeräts, das mit dem vorderen Teil der Arbeitsmaschine, dargestellt als ein kompakter Raupenlader, gekoppelt ist;
- die 3 ist eine perspektivische Ansicht des einstellbaren Gestänges gemäß einer Ausführungsform;
- die 4a ist eine Querschnittsansicht des einstellbaren Gestänges gemäß der in der 3 gezeigten Ausführungsform in einer ersten Position;
- die 4b ist eine Querschnittsansicht des einstellbaren Gestänges gemäß der in der 3 gezeigten Ausführungsform in einer zweiten Position;
- die 4c ist eine Querschnittsansicht des einstellbaren Gestänges gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer zweiten Position; und
- die 5 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine mit einem multifunktionalen einstellbaren Gestänge.
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Bevor Ausführungsformen ausführlich erläutert werden, ist anzumerken, dass die Offenbarung bei ihrer Anwendung nicht auf die in der nachfolgenden Beschreibung dargelegten oder in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellten Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist. Die Offenbarung kann andere Ausführungsformen unterstützen und auf unterschiedliche Weise in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Ebenso sei angemerkt, dass die hier verwendete Phraseologie und Terminologie zu Beschreibungszwecken dienen und nicht als einschränkend angesehen werden sollten.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie hier verwendet, kennzeichnen Listen von Elementen, die durch Konjunktionen (z.B. „und“) getrennt sind und denen außerdem die Formulierung „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, sofern nicht anderweitig eingeschränkt oder verändert, Konfigurationen oder Anordnungen, die potentiell einzelne Elemente der Liste oder jede beliebige Kombination derselben beinhalten. Zum Beispiel kennzeichnet „mindestens eines von A, B und C“, oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die folgenden Möglichkeiten: nur A, nur B, nur C, oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehreren von A, B und C (z.B. A und B; B und C; A und C; oder A, B und C).
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Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „Steuerung" eine Rechenvorrichtung, die einen Prozessor und einen Speicher beinhaltet. Die „Steuerung“ kann eine einzige Vorrichtung oder alternativ mehrere Vorrichtungen sein. Die Steuerung kann sich ferner - einzeln oder in beliebiger Kombination - auf jegliche Hardware, Software, Firmware, elektronische Steuerkomponente, Verarbeitungslogik, Verarbeitungsvorrichtung beziehen, und zwar ohne Einschränkung einschließlich einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (application specific integrated circuit, ASIC), einer elektronischen Schaltung, eines Prozessors (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und eines Speichers, die bzw. der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, einer logischen Verknüpfungsschaltung und/oder anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Der Begriff „Prozessor“ ist als ein einziger Prozessor beschrieben und dargestellt. Nach Maßgabe besonderer Bedürfnisse, Wünsche oder Umsetzungen der Steuerung und der beschriebenen Funktionalität können jedoch auch zwei oder mehr Prozessoren verwendet werden. Der Prozessor kann eine Komponente der Steuerung, ein Teil des Objektdetektors oder alternativ ein Teil einer anderen Vorrichtung sein. Grundsätzlich kann der Prozessor Anweisungen ausführen und Daten manipulieren, um die Operationen der Steuerung durchzuführen, und zwar einschließlich Operationen unter Verwendung von Algorithmen, Verfahren, Funktionen, Prozessen, Abläufen und Prozeduren, wie sie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind.
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Die 1 zeigt eine Arbeitsmaschine 100 mit einem Rahmen 105. Die Arbeitsmaschine 100 ist als Kompakt-Raupenlader dargestellt. Andere Arten von Arbeitsfahrzeugen, die in dieser Offenbarung in Betracht gezogen werden, sind beispielsweise Kompaktlader und Planierraupen. Ein Bodeneingriffsmechanismus 110 ist mit dem Rahmen 105 gekoppelt und dazu ausgelegt, den Rahmen 105 über einer Bodenoberfläche 115 abzustützen. Der dargestellte Bodeneingriffsmechanismus 110 ist als Raupenketten dargestellt, kann jedoch beispielsweise auch Räder umfassen.
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Die Arbeitsmaschine 100 umfasst eine Auslegeranordnung 120, die mit dem Rahmen 105 gekoppelt ist. Ein bodeneingreifendes Anbaugerät 125 oder Arbeitswerkzeug kann schwenkbar an einem vorderen Abschnitt 130 der Auslegeranordnung 120 gekoppelt sein, während ein hinterer Abschnitt 140 der Auslegeranordnung 120 schwenkbar mit dem Rahmen 105 gekoppelt ist. Das bodeneingreifende Anbaugerät 125 ist als Schild dargestellt, es kann sich dabei jedoch um beliebig viele Arbeitsgeräte handeln - wie etwa Planierschilder, Planierkästen, Bodenaufbereitungsgeräte, um nur einige Möglichkeiten zu nennen. Das bodeneingreifende Anbaugerät 125 kann mit der Auslegeranordnung 120 über einen Anbaugerätekoppler 145, wie etwa Quick-Tatch von Deere and Company gekoppelt sein, wobei es sich um eine Industrieübliche Konfiguration und einen Koppler handelt, der für viele Anbaugeräte von Deere und mehrere Nachrüstanbaugeräte universell einsetzbar ist. Der Anbaugerätekoppler 145 kann mit einem vorderen Abschnitt 130 der Auslegerarme 150 oder genauer gesagt einem Abschnitt der Auslegerarme im vorderen Abschnitt der Auslegeranordnung 120 gekoppelt sein.
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Die Auslegeranordnung 120 ist durch ein Paar von ersten Hydraulikzylindern 160 gegenüber dem Rahmen 105 beweglich, wobei das Paar von ersten Hydraulikzylindern 160 üblicherweise auch als ein Paar von Hubzylindern (mit jedem Auslegerarm ist jeweils einer gekoppelt) für einen Kompakt-Raupenlader zur Bewegung in Hubrichtung 162 bezeichnet werden kann. Der Anbaugerätekoppler 145 ist durch ein Paar von zweiten Hydraulikzylindern 165, die herkömmlicherweise als Neigezylinder bezeichnet werden, gegenüber dem Rahmen 110 in der Neigungsrichtung 180 beweglich. Die Bewegung des bodeneingreifenden Anbaugeräts 110 (hier als Schild dargestellt) gegenüber dem Rahmen 105 kann als Rollen, 170, oder Rollrichtung, als Neigung, 180, oder Neigungsrichtung und als Gieren, 190, oder Gierrichtung bezeichnet werden.
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Nachstehend wird Bezug genommen auf die 2, die eine beispielhafte Ausführungsform eines einstellbaren Gestänges 200 zeigt, das mit einem bodeneingreifenden Anbaugerät 125 und einem Anbaugerätekoppler 145 gekoppelt ist. Das einstellbare Gestänge 200 fungiert vorteilhafterweise als bifunktionales Neigungsgelenk (im Folgenden austauschbar als Neigungsgelenk bezeichnet), indem es die Einstellung des bodeneingreifenden Anbaugerätes 125 in der Neigungsrichtung 180 ermöglicht, und als Druckrückkopplungsmechanismus, der die Lasten 210 (dargestellt durch die Pfeile), denen das bodeneingreifende Anbaugerät 125 während des Betriebs der Arbeitsmaschine 100 ausgesetzt ist, anzeigt. Die Last 210 korreliert mit der Haufwerksbeladung, zu der es während des Planiervorgangs kommt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass ein ähnliches einstellbares Gestänge mit einem Rückkopplungsmechanismus auch in einer Hubrichtung 160, einer Rollrichtung 170 oder einer Gierrichtung 190 fungieren kann. Die Ausrichtung des einstellbaren Gestänges 200 gegenüber dem bodeneingreifenden Anbaugerät 125 und dem Rahmen 105 bestimmt seine Funktionalität. In der dargestellten Ausführungsform ist das einstellbare Gestänge 200 an einer ersten Schwenkkupplung 215 mit dem oberen Teil des Schilds 125 (oder des bodeneingreifenden Anbaugeräts) gekoppelt, wobei die erste Schwenkkupplung 215 vorzugsweise ein Kugelgelenk ist. Das einstellbare Gestänge 200 kann mittels eines Gelenklagers mit dem Anbaugerätekoppler 145 gekoppelt sein. Der Planierschild ist an einer zweiten Schwenkkupplung 220 mit dem Anbaugerätekoppler 145 gekoppelt, wobei die zweite Schwenkkupplung 220 vorzugsweise ein Kugelgelenk ist. Wie gezeigt, können das einstellbare Gestänge und das Neigungsbetätigungssystem so variieren, dass die Bewegung des Planierschilds auf eine unterschiedliche Weise gesteuert werden kann. Beispielsweise kann das System zur Betätigung des Schildes einen einzigen Neigungszylinder beinhalten, der ausgefahren oder eingefahren werden kann, um den oberen Teil des Schildes nach vorne oder nach hinten zu neigen. Anders ausgedrückt ist die Position des einstellbaren Gestänges zur Einstellung des Schildneigungswinkels des Schildes steuerbar. Alternativ kann in bestimmten Ausführungsformen auch ein nicht-hydraulischer, manueller Mechanismus zum Einstellen der Schildneigung vorgesehen sein.
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Nun auch Bezug nehmend auf die 3, 4a und 4b, stellt das einstellbare Gestänge 200 die Position des bodeneingreifenden Anbaugeräts 125 gegenüber dem Anbaugerätekoppler 145 ein. Das einstellbare Gestänge 200 oder das Neigungsgelenk umfasst ferner einen ersten Abschnitt 225 und einen zweiten Abschnitt 230. Der erste Abschnitt 225 ermöglicht die Einstellung der Position des Schildes 110, und der zweite Abschnitt 230 ermöglicht die Messung der Last 210 auf dem Schild. Eine Umfassung 240 umschließt den zweiten Abschnitt 230. Die Umfassung 240 bildet zwischen dem zweiten Abschnitt 230 und der Umfassung 240 eine oder mehrere Ringkammern 245. Die Ringkammern 245 können einen Teil des zweiten Abschnitts 230 umschließen oder einen Ring um den zweiten Abschnitt 230 bilden. Ein oder mehrere Sensoren 250 sind mit der/den Ringkammer(n) 245 gekoppelt, wobei der Sensor 250 den Kammerdruck misst und auf Basis des Drucks ein Sensorsignal 255 erzeugt. Die Steuerung 260 der Arbeitsmaschine 100 ist dann dazu ausgelegt, das Sensorsignal 255 zu überwachen und auf Basis des Sensorsignals 255 eine oder mehrere Aktionen auszuführen. Der erste Abschnitt 225 umfasst eine Gewindeseite 227 eines Schafts 226 und eine zweite Seite 228 mit einem stangenförmigen Abschnitt des Schafts 226 zur Verbindung mit der ersten Schwenkkupplung 215. Ein Mutterelement 265 umfasst ein Innengewinde zum Koppeln mit dem Gewindeschaft 226. Der Neigungswinkel 270 des bodeneingreifenden Anbaugeräts 125 kann durch Einstellen der Länge des einstellbaren Gestänges 200, indem das Mutterelement 265 gedreht wird, eingestellt werden. Durch die Drehung des Mutterelements 265 wird der Schaft 226 entlang der Schaftachse 229 entweder in den zweiten Abschnitt 230 des einstellbaren Gestänges 200 hinein oder aus diesem heraus bewegt (dies wird im Folgenden ausführlicher beschrieben).
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In einer Ausführungsform umfasst der zweite Abschnitt 230 einen Zwischenhohlzylinder 275 und ist über eine mit einem Gewinde versehene Innenfläche mit dem Mutterelement zur Längenverstellung 265 gekoppelt. Wenn das Mutterelement zur Längenverstellung 265 gedreht wird, gleitet der Schaft 226 entlang der Schaftachse 229 in den Zwischenhohlzylinder 275 hinein oder aus diesem heraus. Der Zwischenhohlzylinder 275 ist von einer Umfassung 240 umschlossen, die zwischen diesen eine Ringkammer (245a, 245b) bildet. Die Umfassung 240 weist einen Kragen 285 auf, um die Umfassung 240 um die Außenfläche des Zwischenhohlzylinders 275 herum zu positionieren. Eine Verschlusskappe 290 sichert die Umfassung 240 ortsfest, wodurch die Ringkammer 245 abgedichtet wird. Dieser Kragen 285 ist aus einer Radialwand und einer Axialwand gebildet. Die Verschlusskappe 290 verschließt die Umfassung 240 und dichtet einen Ringspalt 245 mit der Radialwand ab.
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Da der Zwischenhohlzylinder 275 mit dem Mutterelement 265 gekoppelt ist, ermöglicht ein Flansch 268 an dem Mutterelement 265 eine Bewegung um die Schaftachse 229, während er eine lineare Bewegung des Zwischenhohlzylinders 275 gegenüber der Umfassung 240 begrenzt und dadurch eine Volumenänderung der Ringkammer 245 begrenzt, wenn der Flansch 268 an den Kragen 285 anstößt.
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Die Umfassung 240 weist einen Boden 295 auf, der starr mit dem Gelenkkopfteil 297 gekoppelt ist. Der Gelenkkopfteil 297 koppelt das einstellbare Gestänge 200 mit dem Anbaugerätekoppler 145. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann der Kopfteil 297 mit dem bodeneingreifenden Anbaugerät 125 an der ersten Schwenkkupplung 215 gekoppelt sein und der Schaft 226 kann mit dem Anbaugerätekoppler 145 gekoppelt sein.
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Die Ringkammer 245 kann durch die Dichtungen 320a, 320b und 320c in eine erste Ringkammer 245a, eine zweite Ringkammer 245b und eine Stirnkammer 246 unterteilt sein. Die Dichtungen 320a und 320b können integraler Bestandteil des Zwischenhohlzylinders 275 sein, und die Dichtung 320c kann integraler Bestandteil der Umfassung sein. Die erste Ringkammer 245a ist zwischen den Dichtungen 320a und 320b ausgebildet und die zweite Ringkammer 245b ist zwischen den Dichtungen 320b und 320c ausgebildet. Die Dichtung 320c trennt die zweite Ringkammer 245b von der Stirnkammer 246. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Ringkammer 245a und die zweite Ringkammer 245b mit einem inkompressiblen Fluid 298 gefüllt. Die Öffnungen 257 ermöglichen bei Bedarf ein Nachfüllen von Fluid 298 zu Wartungszwecken. Ein beispielhaftes Fluid ist ein handelsübliches Hydrauliköl, das in Baumaschinen, wie z.B. Kompaktladermaschinen, eingesetzt wird. Die Stirnkammer 246 ist zwischen der Stirnwand des Zwischenhohlzylinders und dem Boden der Umfassung 240 ausgebildet. In einer ersten Ausführungsform ist die Stirnkammer leer und dient dazu, etwaige Leckagen des Fluids durch die Dichtungen aufzufangen. Eine Ablassschraube 300 am Boden 295 der Umfassung 240 ermöglicht das regelmäßige Reinigen des inkompressiblen Fluids in den Ringkammern 245.
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Ein Sensor 250 ist mit der Umfassung 240 gekoppelt, um den Fluiddruck innerhalb der Umfassung 240 zu messen. Der Sensor 250 kann dazu ausgelegt sein, auf Basis des Fluiddrucks innerhalb der Ringkammer 245 ein Sensorsignal 255 zu erzeugen. Als nicht einschränkendes Beispiel sind ein erster Sensor 250a und ein zweiter Sensor 250b vorgesehen, um den Fluiddruck in der ersten Ringkammer 245a bzw. der zweiten Ringkammer 245b zu messen. Der erste Sensor 250a erzeugt auf Basis des Fluiddrucks in der ersten Ringkammer 245a ein erstes Sensorsignal 255a. Der zweite Sensor 250b erzeugt auf Basis des Fluiddrucks in der zweiten Ringkammer 245b ein zweites Sensorsignal 255b. Das Sensorsignal 255 kann auf der Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck basieren. Der Druck in jeder der Ringkammern (245a, 245b) kann sich während des Betriebs der Arbeitsmaschine 100 ändern, wobei die auf den Schild aufgebrachte Last aus dem von den Sensoren (250a, 250b) gemessenen Druck abgeleitet werden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann die Druckdifferenz über einen bestimmten Zeitraum anhand der Druckänderung in einer einzigen Ringkammer 250 gemessen werden.
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In einer alternativen Ausführungsform können die Sensoren einen dritten Sensor 245c beinhalten, um auch einen Druck in der Stirnkammer 246 zu messen, wenn diese mit inkompressiblem Fluid 298 gefüllt ist. Es können verschiedene Kombinationen von Druckdifferenzen vorliegen. Diese können 245a und 245c, 245b und 245c sowie 245a, 245b und 245c beinhalten. Alternativ kann die Messung eines einzigen Drucks aus einer einzigen Kammer auch als Hinweis auf Schwankungen der Lasten verwendet werden, denen der Schild 125 ausgesetzt ist.
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Die 2 zeigt ein vereinfachtes Modell der Last 210, die beim Eingreifen in einen homogenen Materialhaufen über die Höhe des Schildes 110 auftritt. Die 2 zeigt auch, wie das einstellbare Gestänge 200 als ein Neigungsgelenk fungiert. Zum Einstellen der Position des Schildes 110 wird das Mutterelement zur Längenverstellung 265 gedreht, um die Länge des Schafts 226 außerhalb des Zwischenhohlzylinders einzustellen. Wenn der Schaft 226 ausgefahren wird, wie in der 4b dargestellt, drückt er den Schild 215 an der ersten Seite 228, proximal der Schwenkkupplung 215. Wenn der Schaft 226 eingefahren wird, wie in der 4a dargestellt, zieht er den Schild 215 an der ersten Schwenkkupplung 215.
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Wie in der 2 dargestellt, koppelt ein Kugelgelenk das bodeneingreifende Anbaugerät 125 an einer zweiten Stelle (auch als zweite Schwenkkupplung 220 bezeichnet) mit dem Anbaugerätekoppler 145. Das Kugelgelenk ermöglicht, dass das bodeneingreifende Anbaugerät 125 um einen Punkt schwenkt, wobei das Schwenken des bodeneingreifenden Anbaugeräts 125 in der Neigungsrichtung um das Kugelgelenk eine Gegenkraft auf das einstellbare Gestänge 200 erzeugt. Wenn die Arbeitsmaschine 100 sich während eines Planiervorgangs vorwärts bewegt, kann der Maschinenbediener den Winkel des bodeneingreifenden Anbaugeräts 215 gegenüber dem Rahmen 105 bei seinem Eingriff in den Boden mithilfe von üblichen Bedienersteuerungen in Richtungen wie Gieren, 190, Neigen, 180, Rollen, 170 und Heben steuern. Alternativ kann die Arbeitsmaschine bei diesen Planiervorgängen auch autonom oder teilautonom arbeiten. Wenn die Schneidkante 128 des Planierschilds 125 die Bodenoberfläche schneidet, will sich der Schild 215 um das Kugelgelenk 195 drehen. Das Kugelgelenk 195 wirkt als Drehpunkt, und die Schneidkraft 128 erzeugt an der ersten Schwenkkupplung 215 eine Zugkraft auf das einstellbare Gestänge. Diese Zugkraft kann, wie oben beschrieben, durch den Sensor 250 erfasst werden. Aufgrund der Gestängekinematik können die Schwankungen der Schildlast als Druckspitzen oder Spitzen in der Druckdifferenz gemessen werden. Während der Überwachung der Druckdifferenz durch den Sensor 250, wie sie durch die Steuerung 260 ausgeführt wird, kann die Steuerung dann zum Optimieren der Planiervorgänge automatisch und präzise eines oder mehrere von der Ausrichtung des Schildes 215 gegenüber dem Rahmen 105 und den Betriebsparametern (z.B. Motordrehzahl, Getriebedrehmoment, Bremsdruck, Fahrgeschwindigkeit etc.) einstellen. Die Steuerung 260 kann ferner dazu ausgelegt sein, eine Sollneigung 310 zu bestimmen und einen Befehl zu senden, um das bodeneingreifende Anbaugerät 125 in Richtung der Sollneigung 310 zu bewegen und neu auszurichten, wenn Änderungen der Last dies erfordern.
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Das bisher beschriebene einstellbare Gestänge 200 hat vorteilhafterweise die Doppelfunktion, die Position des Schildes 125 gegenüber dem Anbaugerätekoppler 145 einzustellen und gleichzeitig den Druck zu messen, der die Last 210 auf dem Schild 125 anzeigt.
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Der erste Abschnitt des einstellbaren Gestänges 200, nämlich der Schaft 226, das Mutterelement zur Längenverstellung 265, der Zwischenhohlzylinder 275 und die Dichtung B wirken in axialer Richtung 229 wie ein starres Element; die Zugkraft auf das einstellbare Gestänge 200 erhöht den Druck in der ersten Ringkammer 245a und der Druck in der zweiten Ringkammer 245b ändert sich entsprechend.
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Die 4C offenbart eine alternative Ausführungsform, bei der die Last 210 auf das einstellbare Gestänge 200 mithilfe eines Lastsensors 242 (z.B. eines Dehnungsmessers) gemessen wird. Wie dargestellt, ist der Lastsensor 242 zwischen dem zweiten Abschnitt 230 und der Umfassung 240, innerhalb der Stirnkammer 246, angeordnet. Alternativ zur Messung der Druckdifferenzen zwischen den Ringkammern (245a, 245b oder 245b) erfasst der Lastsensor 242 Spannungsschwankungen, wenn sich der erste Abschnitt 225 linear in Richtung des zweiten Abschnitts 230 bewegt. Die Ringkammern (245a, 245b oder 245b) können leer sein und die Dichtungen (320a, 320b und 320c) können als Führungselemente für jede lineare Bewegung des zweiten Abschnitts 230 innerhalb der Umfassung 240 dienen.
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Die 5 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine 100 mit einem bodeneingreifenden Anbaugerät 125, wobei das bodeneingreifende Anbaugerät 125 über ein einstellbares Gestänge 200 mit der Arbeitsmaschine gekoppelt ist. In Block 510 erfordert der erste Schritt das Erfassen einer Last 210 auf dem Neigungsgelenk (auch als einstellbares Gestänge bezeichnet) durch einen Sensor (250 oder 242). In Block 520 sendet der Sensor das auf der Last basierende Sensorsignal 255. Das Sensorsignal 255 zeigt die Last 210 auf dem bodeneingreifenden Anbaugeräts 125 an, wenn die Arbeitsmaschine einen Planiervorgang durchführt. In Block 530 bestimmt die Steuerung, ob das Sensorsignal 255 innerhalb eines optimalen Bereichs liegt. Die Steuerung führt dann in Block 540 auf Basis des Sensorsignals eine oder mehrere Aktionen aus. Diese Aktion kann das Modifizieren eines Betriebsparameters, wie etwa einer Motordrehzahl, eines Getriebedrehmoments, eines Bremsdrucks und einer Fahrgeschwindigkeit, wie in Schritt 550 gezeigt, beinhalten. Alternativ kann die Steuerung, wie in Schritt 560 gezeigt, eine Sollneigung bestimmen und ein Befehlssignal senden, um das bodeneingreifende Anbaugerät in Richtung der Sollneigung zu bewegen. Durch kontinuierliche oder intermittierende Überwachung der Last 210 auf einem Schild während eines Planiervorgangs kann der Schildneigungswinkel optimiert werden. Dieses Verfahren verbessert vorteilhaft den Wirkungsgrad der Arbeitsmaschine im Hinblick auf die Produktivität und den Kraftstoffverbrauch, um nur einige zu nennen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Bediener der Arbeitsmaschine beim Betreiben der Arbeitsmaschine in einer Umgebung mit hoher Arbeitsbelastung mental entlastet wird, da die Rückmeldungen, die bereitgestellt werden, um auf Laständerungen zu reagieren, in Echtzeit erfolgen.