FRÄS WALZE

[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine, die wenigstens eine höhenverstellbare Fräswalze aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, sowie auch eine Bodenfräsmaschine.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Bodenfräsmaschinen mit höhenverstellbaren Fräswalzen bzw. Fräsrotoren bekannt, wobei über die Höhenverstellung die Frästiefe im zu bearbeitenden Bodenmaterial (bspw. einer Straßenbelagsdecke) verändert oder situationserforderlich, bspw. im Hinblick auf Unebenheiten, angepasst werden kann. Die Höhenverstellung einer Fräswalze wird durch einen oder mehrere Stellantriebe bewerkstelligt. Zum Stand der Technik wird auf die DE 25 40 047 A1 verwiesen.

[0003] Problematisch beim Betrieb einer Bodenfräsmaschine mit einer höhenverstellbaren Fräswalze ist insbesondere das Absenken der Fräswalze, um die Fräswalze in das Bodenmaterial (z. B. ein Asphaltbett) eintauchen zu lassen oder um die Frästiefe der bereits im Eingriff mit dem Bodenmaterial befindlichen Fräswalze zu erhöhen. Bei einem abrupten oder zu schnellen Absenken der Fräswalze kann der Antriebsmotor der Bodenfräsmaschine über seine Leistungsgrenze hinaus beansprucht werden, was zum Motorstillstand oder schlimmer noch zu Schäden führt. Zudem können die Fräsmeißel an der Fräswalze beschädigt werden.

[0004] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zur Vermeidung oder Verminderung der mit dem Stand der Technik einhergehenden Probleme aufzuzeigen.

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich ferner auf eine Steuereinrichtung für eine Bodenfräsmaschine, welche das erfindungsgemäße Verfahren steuert und/oder regelt. Eine solche Steuereinrichtung ist insbesondere ein Steuergerät. Bevorzugt erfolgt die Steuerung und/oder Reglung softwarebasiert.

[0006] Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich auch auf eine Bodenfräsmaschine, die wenigstens eine solche Steuereinrichtung aufweist und damit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens befähigt ist. Bei dieser Bodenfräsmaschine handelt es sich um eine Baumaschine mit einem Fahrstand (Großfräse) oder um eine handgeführte Baumaschine (Kleinfräse). Eine solche Bodenfräsmaschine ist insbesondere eine Straßenfräse oder eine Grabenfräse.

[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Bodenfräsmaschine, die wenigstens eine höhenverstellbare Fräswalze aufweist, sieht vor, dass die Fräswalze beim Absenken im Betrieb eine automatisch gesteuerte und/oder geregelte Taumelbewegung ausführt.

[0008] Unter einer Taumelbewegung wird verstanden, dass die Fräswalze nicht starr gerade bzw. starr horizontal abgesenkt wird, sondern dass der Abwärtsbewegung eine Schaukelbewegung der Fräswalzenachse überlagert wird, woraus eine schaukelnde oder torkelnde Absenkbewegung resultiert. Im Vergleich zu einem starren geraden Absenken der Fräswalze fällt die Erhöhung des auf die Fräswalze einwirkenden Bremsmoments beim Absenken mit einer überlagerten Taumelbewegung geringer aus. Zudem werden die Fräsmeißel und Fräsmeißelhalter geschont. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Taumelbewegung so geführt ist, dass maximal nur 50 % der Fräsmeißel auf einer Eingriffslinie im Eingriff mit dem Bodenmaterial sind. Dadurch gelingt ein schnelleres Eintauchen des Fräsrotors in, insbesondere hartes, Bodenmaterial.

[0009] Unter einer Steuerung wird verstanden, dass die Taumelbewegung der Fräswalze in einer vorgegebenen Art und Weise ausgeführt wird. Hingegen wird unter einer Regelung ein automatisierter Vorgang verstanden, bei dem die Taumelbewegung in einem Regelkreis verändert und situationserforderlich angepasst wird.

[0010] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Taumelbewegung eine 3-dimensionale (räumliche) Torkelbewegung der Fräswalzenachse ist. Unter einer 3-dimensionalen Torkelbewegung wird insbesondere verstanden, dass wenigstens ein Ende und bevorzugt beide Enden der Fräswalzenachse eine Rollbewegung ausführen. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Figur 3 näher erläutert. Die dreidimensionale Torkelbewegung gelingt dabei beispielsweise konkret durch das gleichzeitige Herab- oder Herauffahren des Rotors in Vertikalrichtung und der Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt der Maschine.

[001 1 ] Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Taumelbewegung eine 2-dimensionale Kippbewegung der Fräswalzenachse ist. Eine solche 2-dimensionale Kippbewegung der Fräswalzenachse kann z. B. durch ein automatisiertes abwechselndes Betätigen der axial gegenüberliegenden Stellantriebe zur Höhenverstellung der Fräswalze bewerkstelligt werden, woraus sich beim Absenken eine alternierende Pendelbewegung der Fräswalzenachse ergibt. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Figur 2 näher erläutert. Hierzu ist jedoch erforderlich, dass die Stellantriebe separat betätigbar sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass beim abwechselnden Betätigen der Stellantriebe der sich einstellende Kippwinkel der Fräswalzenachse und/oder die Kippfrequenz gesteuert und/oder geregelt wird. Die diesbezügliche Betätigung der Stellantriebe erfolgt bevorzugt durch eine Steuereinrichtung.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt es z. B. im Fräsbetrieb zu weniger Störungen, wodurch der Bedienkomfort erhöht und die Betriebszuverlässigkeit der Bodenfräsmaschine verbessert wird. Zudem werden die Fräsmeißel und Fräsmeißelhalter an der Fräswalze geschont, wodurch die Standzeiten verlängert werden.

[0013] Der Antriebsmotor einer Bodenfräsmaschine stellt sowohl die zum Fahrantrieb der Bodenfräsmaschine benötigte als auch die zum Drehantrieb der Fräswalze benötigte Antriebsenergie bereit. Ferner stellt der Antriebsmotor auch die Antriebsenergie für Nebenaggregate, wie z. B. für die Stellantriebe zur Höhenverstellung der Fräswalze, bereit. Bei dem Antriebsmotor handelt es sich typischerweise um einen Dieselmotor, der originär ein hohes Drehmoment aufweist. Bei einem zu schnellen Absenken der Fräswalze kann der Antriebsmotor jedoch„abgewürgt" werden. Besonders betroffen sind hiervon z. B. Kleinfräsen. Ferner können Komponenten des Antriebsstrangs beschädigt werden.

[0014] Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass beim Absenken der Fräswalze die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors der Bodenfräsmaschine erfasst wird und dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze automatisch reduziert wird, wenn die momentane Drehzahl oder Leistung ein kritisches Niveau erreicht oder unterschreitet. Somit ergibt sich, dass sich Absenkgeschwindigkeit über dem Absenkweg (Absenkstrecke) nicht konstant sondern veränderlich ist. Es ist vorgesehen, dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze wieder automatisch erhöht wird, wenn die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors das kritische Niveau wieder übersteigt.

[0015] Durch das automatische Herabsetzen der Absenkgeschwindigkeit wird zumindest der Anstieg des auf die Fräswalze einwirkenden Bremsmoments, das durch den Eingriff der an der Fräswalze angeordneten Fräsmeißel in das Bodenmaterial erzeugt wird, verringert, so dass der Antriebsmotor nicht abrupt bis an seine Leistungsgrenze oder darüber hinaus belastet wird. Die Verringerung der Absenkgeschwindigkeit erfolgt in diesem Fall gesteuert, z. B. um einen vorgegebenen Betrag (bspw. um einen definierten Prozentsatz). Alternativ ist eine Regelung der Absenkgeschwindigkeit möglich, wie nachfol- gend näher erläutert. Im Rahmen der Erfindung kann anstelle der momentanen Drehzahl oder der momentanen Leistung des Antriebsmotors auch ein hierzu korrespondierender Betriebsparameter, wie z. B. die momentane Drehzahl der Fräswalze (insbesondere bei einem starren Übersetzungsverhältnis), erfasst und einem definierten kritischen Niveau gegenübergestellt werden. Ferner kann z. B. bei hydraulisch angetriebenen Fräswalzen auch der Öldruck und/oder das Pumpenvolumen herangezogen werden.

[0016] Alternativ oder gegebenenfalls auch ergänzend zu einer Steuerung der Absenkgeschwindigkeit kann vorgesehen sein, dass beim Absenken der Fräswalze die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors der Bodenfräsmaschine erfasst wird und dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze in Abhängigkeit von dieser erfassten Drehzahl oder Leistung automatisch in einem Regelvorgang mittels eines Regelkreises geregelt und hierbei verändert wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise zu jedem Betriebszeitpunkt eine maximal mögliche Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze realisiert werden.

[001 71 Unter einer Regelung der Absenkgeschwindigkeit wird ein automatisierter Vorgang verstanden, bei dem eine situationserforderliche Veränderung der Absenkgeschwindigkeit über dem Absenkweg in einem Regelkreis erfolgt. Hingegen wird unter einer Steuerung der Absenkgeschwindigkeit ein automatisierter Vorgang verstanden, bei dem erforderlichenfalls das Verändern der Absenkgeschwindigkeit über dem Absenkweg definiert, d. h. in einer vorgegebenen Art und Weise erfolgt. Im Stand der Technik wird eine Fräswalze ohne besondere Beachtung der Absenkgeschwindigkeit und insbesondere ohne im Zusammenhang mit der Absenkgeschwindigkeit stehende Steuerungs- und/oder Regelvorgänge abgesenkt.

[0018] Weist die Baumaschine mehrere höhenverstellbare Fräswalzen auf, so kann die Absenkung separat oder gemeinsam gesteuert und/oder geregelt werden. Sind mehrere Stellantriebe für die Höhenverstellung einer Fräswalze vorgesehen, so kann die Absenkgeschwindigkeit bevorzugt für jeden einzelnen Stellantrieb (in einem separaten oder in einem gemeinsamen Regelkreis) gesteuert und/oder geregelt werden. Trotz der Taumelbewegung ist somit eine Steuerung und/oder Regelung der Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze möglich. Ebenso ist möglich, über die separate Ansteuerung der Stellantriebe und die jeweilige Steuerung und/oder Regelung der Absenkgeschwindigkeiten eine Taumelbewegung der Fräswalze zur realisieren. Die Steuerung und/oder Regelung der Absenkgeschwindigkeit kann hierbei z. B. über eine getrennte Anpassung des hydraulischen Drucks in den Stellantrieben und/oder des Volumenstroms (eines Hydrauliköls oder dergleichen) zu den betreffenden Stellantrieben bewerkstelligt werden.

[0019] Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Regelvorgang nur solange erfolgt, wie die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors ein kritisches Niveau erreicht oder unterschreitet und dass der Regelvorgang automatisch (wieder) beendet wird, wenn die momentane Drehzahl oder Leistung des Antriebsmotors das kritische Niveau wieder übersteigt.

[0020] Zudem kann alternativ und/oder ergänzend vorgesehen sein, dass die Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze in Abhängigkeit von der momentanen Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine geregelt und/oder gesteuert wird. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass auch die Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine Einfluss auf das auf die Fräswalze einwirkende Bremsmoment hat.

[0021 ] Um ein Abwürgen des Antriebsmotors zu vermeiden kann ebenso vorgesehen sein, dass die momentane Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine in Abhängigkeit von der momentanen Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze geregelt und/oder gesteuert und damit verändert wird. Dies kann alternativ und/oder ergänzend zu anderen Regel- und/oder Steuervorgängen erfolgen. Die Idee hierbei ist, beim Absenken der Fräswalze für die Bodenfräsmaschine einen Betriebspunkt zu finden, an dem die vom Antriebsmotor bereitgestellte Leistung auf die einzelnen Verbraucher (Fahrantrieb, Drehantrieb, Stellantrieb) bestmöglich verteilt wird, ohne dass der Antriebsmotor über seinen optimalen Leistungspunkt hinaus beansprucht wird.

[0022] Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren weiter beschrieben. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 den Eingriff einer höhenverstellbaren Fräswalze in ein Bodenmaterial, in einer Seitenansicht;

Fig. 2 das Absenken der Fräswalze aus der Fig. 1 mit einer 2-dimensionalen Taumelbewegung, in einer Vorderansicht;

Fig. 3 eine 3-dimensionale Taumelbewegung der Fräswalze beim Absenken, in einer perspektivischen Ansicht; und

Fig. 4 einen Regelkreis zur Regelung der Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze aus der Fig. 1.

[0023] Fig. 1 zeigt eine Fräswalze 10 in einer schematischen Seitenansicht. Die Fräswalze 10 ist über zwei Stellantriebe 20a/20b höhenverstellbar an einer nicht dargestellten Bodenfräsmaschine angeordnet. Die Stellantriebe 20a/20b befinden sich an den axialen Enden der Fräswalze 10, wie in der Vorderansicht der Fig. 2 gezeigt. An der Fräswalze 10 sind mehrere im einzelnen nicht dargestellte Fräsmeißel angeordnet, die bei Rotation der Fräswalze 10 in der angegebenen Rotationsrichtung R (gegebenenfalls auch in der entgegensetzten Rotationsrichtung) ein Bodenmaterial S mit einer definierten Höhe H (Frästiefe) lockern und abtragen.

[0024] Die Frästiefe H kann über eine Höhenverstellung mittels der Stellantriebe 20a/20b, wobei es sich insbesondere um hydraulisch betätigte Stellantriebe (so genannte Hubsäulen) handelt, im Fräsbetrieb verändert werden. Ferner kann über die Stellantriebe 20a/20b die rotierende Fräswalze 10 zu Beginn des Fräsbetriebs in das Bodenmaterial S abgesenkt werden. Die Absenkbewegung ist mit dem Pfeil A angedeutet.

[0025] Bei einem abrupten oder zu schnellen Absenken der Fräswalze 10 kann der Antriebsmotor der Bodenfräsmaschine überlastet werden. Um dies zu vermeiden ist vorgesehen, dass die Fräswalze 10 beim Absenken A im Betrieb eine automatisch gesteuerte und/oder geregelte Taumelbewegung ausführt. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Fig. 2 näher erläutert.

[0026] Fig. 2 zeigt schematisch das Absenken der Fräswalze 10 mit einer 2-dimensionalen Taumelbewegung (Kippbewegung) T, wobei die Erhöhung des auf die Fräswalze 10 einwirkenden Bremsmoments geringer als beim geraden bzw. horizontalen Absenken der Fräswalze 10 ausfällt. Die schaukelartige Taumelbewegung T wird dadurch erzeugt, dass zunächst nur der linke Stellantrieb 20a betätigt wird, worauf hin das linke Achslager der Fräswalze 10 um den Absenkbetrag x nach unten abgesenkt wird, was eine Schrägstellung der Fräswalzenachse L der Fräswalze 10 um den Winkel d bewirkt. Nachfolgend wird nur der rechte Stellantrieb 20b betätigt, worauf hin das rechte Achslager der Fräswalze 10 um den gleichen oder einen höheren Absenkbetrag y nach unten abgesenkt wird. Dies wiederholt sich fortlaufend, bis die Fräswalze 10 ihre neue Position eingenommen hat, wobei die Fräswalzenachse L alternierend verkippt wird (siehe Bezugszeichen L'). Die sich beim Absenken mit einer solchen Taumelbewegung T einstellenden Schrägstellungen der Fräswalze 10 sind punktiert dargestellt und mit 10' und 10" bezeichnet.

[0027] Um die Kippbewegung T zu realisieren ist es nicht erforderlich, dass jeweils nur einer der Stellantriebe 20a und 20b betätigt wird. Ebenso ist möglich, dass beide Stellantriebe 20a und 20b zeitgleich, jedoch mit einer alternierend unterschiedlichen Absenkgeschwindigkeit, betrieben werden.

[0028] Fig. 3 zeigt schematisch eine 3-dimensionale Taumelbewegung (Torkelbewegung) T', bei der die Achsenden der Fräswalzenachse L der Fräswalze 10 eine Rollbewegung auf einer Kreisbahn (gegebenenfalls auch auf einer anderen Bahnkurve) beschreiben und so eine torkelnde Taumelbewegung T' der Fräswalze 10 herbeigeführt wird. Die Stellantriebe 20a und 20b sind zur Ausführung einer solchen räumlichen Taumelbewegung T' entsprechend ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass nur einer der Stellantriebe 20a oder 20b zur Ausführung einer solchen 3-dimensionale Taumelbewegung T' ausgebildet ist.

[0029] Fig. 4 zeigt schematisch einen Regelkreis zur Regelung der Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze 10. Der Regelkreis wird nur beim Absenken der Fräswalze 10 aktiviert und regelt separat die beiden Stellantriebe 20a und 20b.

[0030] Das Kästchen I repräsentiert ein momentan, d. h. zu einem bestimmten Betriebszeitpunkt, auf die Fräswalze 10 einwirkendes Bremsmoment, das durch den Eingriff der an der Fräswalze 10 angeordneten Fräsmeißel in das Bodenmaterial S hervorgerufen wird. Das montane Bremsmoment ist vom Bodenmaterial S bzw. von der Bodenbeschaffenheit (Festigkeit, Zusammensetzung, Porosität etc.) abhängig. Das momentane Bremsmoment ist ferner von der momentanen Drehzahl der Fräswalze 10, von der Frästiefe H und von der momentanen Fahrgeschwindigkeit der Bodenfräsmaschine abhängig (keine abschließende Aufzählung).

[0031 ] Bei einer gegebenen Antriebsleistung des Antriebsmotors der Bodenfräsmaschine führt ein steigendes Bremsmoment an der Fräswalze 10 zu einer Reduzierung der Drehzahl D des Antriebsmotors. Da eine Absenkung der Fräswalze 10 eine zusätzliche Erhöhung des an der Fräswalze 10 wirkenden Bremsmoments hervorruft, kann dies dazu führen, dass ein kritisches Drehzahlniveau erreicht oder unterschritten wird. Das Kästchen II repräsentiert die permanente Erfassung der momentanen Drehzahl D des Antriebsmotors.

[0032] Die erfasste momentane Drehzahl D wird zum Zwecke der Überwachung mit einer vorgegebenen kritischen Drehzahl K verglichen (Kästchen III). Erreicht die erfasste momentane Drehzahl D die kritische Drehzahl K oder fällt gar darunter, wird ein Regelvorgang in Gang gesetzt, bei dem die mittels der Stellantriebe 20a und 20b realisierte Absenkgeschwindigkeit der Fräswalze 10 reduziert wird (Kästchen IV), bis die erfasste momentane Drehzahl D des Antriebsmotors die kritische Drehzahl K wieder übersteigt. Das Reduzieren der Absenkgeschwindigkeit kann z. B. durch entsprechende Ansteuerung der Steuerventile für die Stellantriebe 20a und 20b herbeigeführt werden (verändern des hydraulischen Drucks in den Stellantrieben und/oder des Volumenstroms zu den betreffenden Stellantrieben), wobei die Absenkgeschwindigkeit auch bis auf den Wert 0 (Stop der Absenkbewegung) verringert werden kann. Ebenso ist denkbar, die Fräswalze 10 in entgegengesetzter Richtung (-A) wieder geringfügig anzuheben. Bevorzugt kommt zur Regelung ein PID-Regler (Kästchen III) zum Einsatz. [0033] Ebenso könnte in dem zuvor erläuterten Regelkreis z. B. auch das Druckniveau des Hydraulikantriebs der Fräswalze 10 erfasst und zum Zwecke der Überwachung und/oder Regelung einem kritischen Druckniveau gegenüber gestellt werden.