EINMESSEN, MARKIEREN UND ZUMINDEST VORSTECHEN BZW. VORBOHREN VON

LÖCHERN FÜR FUNDAMENTEINRICHTUNGEN

Die Anmeldung betrifft ein programmgesteuert, insbesondere führerlos, selbstfahrend betriebenes Fahrzeug zum selbsttätigen Einmessen vorherbestimmter Sollpositionen für in den Erdboden einzubringende Fundamenteinrichtungen zum selbsttätigen Markieren der eingemessenen vorherbestimmten Sollpositionen, gegebenenfalls auch zum Wiederentfernen der Markierungen, und/oder zum selbsttätigen Vorstechen (Vorbohren) von Löchern im Erdboden zum Einbringen der Fundamenteinrichtungen an den eingemessenen vorherbestimmten Sollpositionen, sowie gegebenenfalls auch zum selbsttätigen Einbringen (Setzen), insbesondere Einschlagen oder Einschrauben, von Fundamenteinrichtungen in den Erdboden an den eingemessenen vorherbestimmten Sollpositionen.

Vorrichtungen zum Vorstechen (Vorbohren) von Löchern zum Einbringen von Fundamenteinrichtungen und zum Einbringen der Fundamenteinrichtungen selbst in den Erdboden sind bekannt. Sie werden im einfachsten Falle vom Bediener in die Positionen manövriert, in denen vorgestochen (vorgebohrt) bzw. die Fundamenteinrichtungen gesetzt werden sollen.

Besondere Erfordernisse ergeben sich, wenn Gruppen von Fundamenteinrichtungen gesetzt werden sollen, etwa Reihen mit gleichbleibenden Abständen. Dabei orientiert sich die Bedienperson im einfachsten Falle an einer vorgegebenen Begrenzungslinie, etwa - beim Setzen von Fundamenteinrichtungen für Straßenbegrenzungspfosten - am Fahrbahnrand, wobei die Be- Stimmung der erforderlichen definierten, einigermaßen gleichbleibenden Abstände eine zusätzlich Messung erfordert. Dabei wird die mit der Messung der Abstände betraute Person im Zweifel die gemessenen Positionen zur Vorbereitung der nachfolgenden Arbeitsschritte markieren.

Falls solche Orientierungen - etwa im freien Gelände - fehlen, können sie durch andere Hilfsmit- tel, etwa durch Festlegung von Orientierungslinien und -punkten mittels Theodoliten ersetzt werden. Dies erfordert allerdings einen erheblichen Arbeitsaufwand, insbesondere, wenn nicht nur einzelne Reihen von Fundamenteinrichtungen, sondern ganze Felder gesetzt werden sollen, wie dies etwa bei der Installation von photovoltaischen Anlagen im Gelände heute vielfach geschieht.

Zwar können auch hier theoretisch die Positionen der (gegebenenfalls Hunderten von) Funda- menten einzeln eingemessen werden. Der Aufwand hierfür ist jedoch immens. Hinzukommt, dass die Aufständerung solcher Anlagen eine Präzision und insbesondere eine Genauigkeit der Positionierung der Fundamente erfordert, die mit herkömmlichen Messverfahren nur schwer eingehalten werden kann, Dabei mag dies noch angängig sein, wenn eine solche Anlage im ebenen Gelände aufgestellt werden soll, weil die Fundamente dann in einem Rechteckraster zu positionieren sind, das sich noch verhältnismäßig leicht in der Fläche einmessen lässt.

Dies wird jedoch deutlich schwieriger, wenn die Aufständerung im unebenen Gelände erfolgen soll, wie dies angesichts des Flächenverbrauchs von solchen Anlagen heute zunehmend gefordert ist. Denn dann wandern die Fundamentpositionen unter Umständen aus dem Rechteckraster aus und verschieben sich stattdessen zu einem - je nach Geländegefälle - mehr oder weniger ausgeprägten, unregelmäßigen Rautenmuster, wie dies die Anmelderin zum Thema ihrer Anmeldung DE 10 2010 005 098.9 gemacht hat.

Dies bedeutet, dass in einem solchen Falle sogar jede einzelne Fundamentposition individuell an Hand eines aufzunehmenden Geländeprofils errechnet und individuell eingemessen werden muss. Dabei ist das Errechnen der Fundamentpositionen an Hand eines Geländeprofils mit einem geeigneten EDV-Programm an sich unproblematisch. Auch hierzu kann auf die genannte eigene Anmeldung der Anmelderin verwiesen werden. Höchst arbeitsaufwendig und fehleranfällig ist jedoch das Einmessen der errechneten Positionen im Gelände. Dies geschieht heute üblicherweise mit Hilfe eines satellitengesteuerten Lotstabes, den der Be- diener an der angezeigten Stelle am Boden zu positionieren hat.

Schon hierbei kommt es aber zu Ungenauigkeiten, die sich fortsetzen, wenn alsdann die gefundene Position - beispielsweise mit Hilfe eines eingeschlagenen Pflockes - markiert wird. Weite- re Fehlerquellen addieren sich hinzu, wenn der Pflock anschließend zum Vorstechen (Vorbohren) des Lochs für das Fundament entfernt und die Vorstech- (Vorbohr) Vorrichtung und/oder das einzubringend© Fundament mehr oder weniger präzise positioniert werden.

Zusammengenommen kann es hier zu Abweichungen kommen, die die bei dem Aufbau solcher Anlagen hinnehmbaren Toleranzen bei Weitem übersteigen.

Hieraus folgt die Aufgabe, ein Fahrzeug anzugeben, das vorherbestimmte (errechnete) Sollpositionen für in den Erdboden einzubringende Fundamenteinrichtungen im Gelände mit geringstmöglicher Toleranz zuverlässig und schnell einmisst und die für das Einbringen der Fun- damenteinrichtungen erforderlichen weiteren Schritte (Markieren, Vorstechen, gegebenenfalls auch das Setzen der Fundamenteinrichtungen selbst) ebenso schnell und zuverlässig unter wertgehender Ausschaltung vermeidbarer Zwischenschritte und Fehlerquellen ausführt.

Diese Aufgabe löst ein Fahrzeug nach Anspruch 1. Die Unteransprüche geben nähere Einzel- heiten ihrer Gestaltung an.

Das Fahrzeug ist ein programmgesteuertes, insbesondere führerlos, selbstfahrendes Fahrzeug, das seine Sollpositionen, d.h. die Punkte, an denen Markierungen gesetzt oder gegebenenfalls wieder entfernt bzw. Fundamenteinrichtungen gesetzt oder Löcher dafür vorgestochen werden sollen, eigenständig und selbsttätig, insbesondere ohne Eingriff einer Bedienperson anfährt und auch die dort vorzunehmenden weiteren Arbeitsschritte, gegebenenfalls bis hin zum Einbringen des Fundaments selbst, eigenständig und selbsttätig durchführt.

Unter der Bezeichnung„programmgesteuertes, insbesondere führerlos selbstfahrendes Fahr- zeug" soll im Rahmen dieser Anmeldung ein Fahrzeug verstanden werden, das sozusagen als ein Fahrzeug mit Autopilot gesteuert wird. Sobald der Autopilot eingeschaltet ist, übernimmt die Automatik die Steuerung des Fahrzeuges hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit zu den jeweiligen, anzufahrenden Sollwertepositionen. Das Fahrzeug tut das, selbst wenn eine Bedienperson in der Führerkabine noch sitzt. Aus Sicherheitsgründen ist es ohnehin vorzuziehen, dass die Führerkabine trotz Autopilot dennoch besetzt ist. Im Übrigen ist dies auch der Besetzung des Cockpits eines Flugzeuges entlehnt, das bekanntermaßen mit Autopilot häufig gesteuert wird, ohne dass das Cockpit personenlos ist. Die in der Führerkabine sitzende Bedienperson greift in die Automatik nur bei Sondersituationen ein. Dies können unvorhergesehene Hindernisse, Begrenzungen oder ggf. auch ein Ausfall der Automatik, d.h. des Autopiloten sein.

Dies bedeutet, dass das Fahrzeug die vorherbestimmten Positionen für die in den Erdboden einzubringenden Fundamenteinrichtungen im Gelände selbständig programmgesteuert ein- misst, gegebenenfalls markiert, die Markierungen gegebenenfalls auch zum Einbringen der

Vorstech- (Vorbohr) einrichtung bzw. der Fundamenteinrichtungen selbst wieder entfernt, weiter gegebenenfalls selbständig programmgesteuert eine Vorrichtung zum Vorstechen (Vorbohren) von Löchern im Erdboden zum Einbringen der Fundamenteinrichtungen an den eingemessenen vorherbestimmten Positionen betätigt und/oder schließlich eine Vorrichtung zum Einschlagen oder Einschrauben von Fundamenteinrichtungen in den Erdboden an den eingemessenen vorherbestimmten, gegebenenfalls vorgebohrten Positionen in Betrieb setzt.

Zu diesem Zwecke weist das Fahrzeug, etwa ein Raupenfahrzeug, eine Arbeitseinrichtung auf. Die Arbeitseinrichtung kann wahlweise nur zum Einmessen und Markieren der eingemessenen vorherbestimmten Solipositionen ausgelegt sein, sie kann gegebenenfalls aber auch das Wiederentfernen der Markierung, etwa von eingeschlagenen oder eingedrehten Pflöcken, die bei den weiteren Arbeitsschritten im Wege wären, übernehmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Arbeitseinrichtung auch zum Einmessen und Vorstechen (Vohrbohren) von Löchern im Erdboden zum Einbringen der Fundamenteinrichtungen an den eingemessenen vorherbestimmten Sollpositionen ausgelegt sein.

Schließlich kann die Arbeitseinrichtung als Vorrichtung zum Einmessen und zum Einschlagen oder Einschrauben der Fundamenteinrichtungen in den Erdboden an den eingemessenen vorherbestimmten, gegebenenfalls vorgestochenen (vorgebohrten) Sollpositionen ausgelegt sein.

Dabei versteht sich, dass das Markieren der vorherbestimmten Position entfallen kann, wenn stattdessen alsbald vorgestochen (vorgebohrt) wird, und dass auch das Vorstechen (Vorbohren) nicht immer erforderlich ist, etwa wenn das Erdreich leicht ist, und in einem solchen Falle lediglich an der eingemessenen vorbestimmten Stelle das Fundament eingeschlagen oder eingeschraubt wird, in welchem Falle auf die nicht benötigten Teile der Arbeitseinrichtung verzichtet werden kann. Umgekehrt versteht es sich, dass die Arbeitseinrichtung auch auf das Markieren, gegebenenfalls mit dem Entfernen der Markierung und/oder auf das Vorstechen (Vorbohren) beschränkt werden kann, wenn für die weiteren Schritte, etwa für das Einschrauben an den markierten Stellen, eigene Gerätschaften zur Verfügung stehen. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die Arbeitseinrichtung je nach den Bedürfnissen unterschiedliche Komponenten aufweisen kann, die gegebenenfalls auch als Zusatzgeräte je nach Gebrauchszweck austauschbar oder als Wechselgerätschaft nach Art einer Revolverkon- struktion vorgehalten werden können, wobei aber die Vorrichtung in jedem Falle das programmgesteuerte selbsttätige Einmessen der vorbestimmten Positionen mit mindestens einer Komponente der Arbeitseinrichtung (für das Markieren oder Vorstechen (Vorbohren) oder Einbringen der Fundamenteinrichtung) in sich vereinigt.

Die einzubringenden Fundamenteinrichtungen sollen in aller Regel senkrecht in den Erdboden eingebracht werden. Gleiches gilt entsprechend für die vorgestochenen (vorgebohrten) Löcher, die nur das Einbringen der Fundamenteinrichtung vorbereiten und erleichtern und dementsprechend identisch ausgerichtet sein müssen. Dasselbe gilt aus praktischen Gründen ebenso für etwa als Markierung einzubringende Pflöcke.

Es kann aber auch erwünscht sein, die Fundamenteinrichtungen und dementsprechend die vorgestochenen (vorgebohrten) Löcher mit einer vorbestimmten Neigung zu setzen. Damit diese vorgesehene Neigung auch im Falle eines Schiefstandes des Fahrzeugs, wie er sich im Gelände oft ergeben wird, zuverlässig gehalten werden kann, ist die Arbeitseinrichtung an dem Fahrzeug mit einer Lagerung montiert, die ihr Verschwenken in der Längs- und der Querachse des Fahrzeugs derart ermöglicht, dass Fehlneigungen der Längsachse der Arbeitseinrichtung, die durch eine Längs- oder Seitenneigung des Fahrzeugs im Gelände entste- hen, korrigierbar sind.

Damit die Korrektur beim Einsatz der Gerätschaft jederzeit selbsttätig erfolgen kann, ist die Vorrichtung mit einer Einrichtung zum selbsttätigen Erfassen und Korrigieren solcher Fehlneigungen ausgestattet. Hierzu können in einfachster Weise Neigungssensoren an der Arbeitseinrich- tung oder an dem Fahrzeug vorgesehen sein, deren Signale zur Korrektur der Achse der Arbeitseinrichtung verwendet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die verwendeten Neigungssensoren sog. gyroskopische Neigungssensoren. Diese Neigungssensoren sind in der Lage, Informationen aller sechs Freiheitsgrade zur Verfügung zu stellen. Dies sind Sensoren zur Messung geradliniger Beschleunigungen in Richtung der x-, y- und der z-Achse sowie Sensoren zur Erfassung von Drehbeschleunigungen um die x-, y- und z-Achsen. Damit die Informationen aller Sensoren über die sechs Freiheitsgrade zuverlässig ausgewertet werden können, weisen derartige gyroskopische Neigungssensoren intern eine Logikschaltung bzw. eine Berechnungseinheit auf. Die Einrichtung zum selbsttätigen Erfassen und Korrigieren der Fehlneigungen kann in unterschiedlichen Konfigurationen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist ein solcher Neigungssensor am Fahrzeug angebracht, und zusätzlich sind zwei Winkelsensoren für die zwei Verschwenkachsen der Arbeitseinnchtung vorgesehen. Damit ist es möglich die Arbeitseinrichtung unter Berücksichtigung der Neigung des Fahrzeuges stets in Richtung zum Erdmittelpunkt, d.h. senkrecht oder in eine anders gewollte Achsrichtung anzuordnen. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Neigungssensor an der Arbeitseinrichtung angeordnet ist, wobei gleichermaßen je ein Winkelsensor einer Verschwenkachse der Arbeitseinrichtung zugeordnet ist. Die Winkelsensoren für die Verachwenkachsen der Arbeitseinrichtung sind bei dieser Konfiguration in der Lage und werden ebenfalls dazu verwendet, die entsprechenden Winkelabweichungen zum Fahrzeug zu bestimmen. Damit ist es auch möglich, die Arbeitseinnchtung in Richtung auf den Erdmittelpunkt, d.h. senkrecht oder in eine anders gewollte Achsrichtung auszurichten.

Gemäß einer dritten Konfiguration ist je ein Neigungssensor am Fahrzeug und an der Arbeitseinrichtung vorgesehen. In diesem Falle ist es nicht mehr erforderlich, die Verschwenkach- sen der Arbeitseinrichtung mit Winkelsensoren zu versehen.

Des Weiteren verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine Ortungseinrichtung zur Bestimmung der Istpositjon (der Ortskoordinaten) der Arbeitseinrichtung im Gelände. Diese kann in bekannter Weise erdgestützt ausgelegt sein, wird aber heute praktischerweise eine der ge- bräuchlichen satellitengestützten Ortungen, (GPS, GNSS) sein, die den Genauigkeitsanforderungen beim Setzen von Fundamenteinrichtungen für Photovoltaikanlagen u.a. hervorragend entsprechen, weil sie bei entsprechender Auslegung einschließlich von entsprechender Software inzwischen mit einer Genauigkeit von +/- 1 cm und mehr arbeiten.

Vorzugsweise sind für das Fahrzeug gemäß Erfindung zwei GPS-Antennen vorgesehen. Eine G PS-Antenne dient dabei der Bestimmung der Position des Fahrzeuges, und die zweite GPS- Antenne zeigt die Richtung an, in der das Fahrzeug steht. Prinzipiell wäre bei der Bewegung des Fahrzeuges eine einzelne Antenne ausreichend. Die zweite Antenne erleichtert jedoch die exakte Bestimmung des Fahrzeuges im Raum.

Die Verwendung einer solchen satel I itengestützten Ortung bietet sich auch deshalb an, weil sie die Ortskoordinaten der Arbeitseinnchtung in Form von Daten liefert, die die weiter vorgesehene Datenverarbeitungslage verarbeiten kann. Diese Datenverarbeitungsanlage steuert das Fahrzeug derart selbsttätig, insbesondere führerlos, dass die Arbeitseinrichtung in die jeweilige Arbeitsposition verbracht wird. Das heißt, dass die Datenverarbeitungsanlage das Fahrzeug so steuert, dass die Istposition der Arbeitseinrich- tung zur Deckung mit der jeweiligen vorherbestimmten Sollposition gebracht wird, in der sie die für das Einbringen der Fundamenteinrichtung an der eingemessenen vorherbestimmten Stelle vorgesehenen Arbeitsschritte (Markieren, gegebenenfalls Entfernen der Markierung, und/oder Vorstechen Vorbohren und/oder Einbringen der Fundamenteinrichtungen) ausführen kann.

Hierfür sind der Datenverarbeitungsanlage die vorherbestimmten Sollpositionen für die in den Erdboden einzubringenden Fundamenteinrichtungen im Gelände vorgegeben.

Da dabei im Bedarfsfälle mit einer satellitengestützten Ortung mit einer Genauigkeit von +/- 1 cm gearbeitet wird, erreicht die Vorrichtung eine praktisch punktgenaue Positionierung der Fundamente, wie sie für besondere Zwecke wie das Aufständern von Photovoltaikanlagen erwünscht ist.

Dies gilt insbesondere wenn - wie gemeinhin bei derartigen Anlagen - die Fundamente senk- recht eingebracht werden und etwaige Neigungsfehier durch einen Schiefstand des Fahrzeugs zuvor korrigiert worden sind, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist. Denn dann arbeitet die Vorrichtung praktisch punktgenau und fehlerfrei.

Sollte es ausnahmsweise erwünscht sein, Fundamenteinrichtungen in einer von der Senkrech- ten abweichenden Schrägstellung einzubringen, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei entsprechender Programmierung der Datenverarbeitungsanlage auch dem gerecht werden. Um in diesem Falle eine punktgenaue Ausrichtung der Arbeitseinrichtung auf die vorgegebene Sollposition sicherzustellen, ist dann freilich erforderlich, dass die Schrägstellung im Re- chenprogram berücksichtigt und so sichergestellt wird, dass die Achse der Arbeitseinrichtung bei deren Einsatz exakt durch die jeweilige Sollposition verläuft.

Das Fahrzeug kann dann die Sollpositionen fehlerfrei anfahren, ohne dass eine Nachjustierung durch die Arbeitseinrichtung erforderlich wäre. Eine solche Nachjustierung ist deshalb erfindungsgemäß auch nur fakultativ in Form einer Einrichtung vorgesehen, die zusätzlich zu dem Verschwenken der Arbeitseinrichtung zur Korrektur ihrer Achse eine waagerechte Verschiebung der Arbeitseinrichtung in Längs- und Querrichtung zur Feinabstimmung der Ist- auf die Sollposition vorsieht.

Zur Erfassung und zur Korrektur von Fehlneigungen der Längsachse der Arbeitseinrichtung und gegebenenfalls auch zum Feinjustieren der Arbeitseinrichtung auf ihre jeweilige Soliposition kann das Fahrzeug oder die Arbeitseinrichtung mit eigenen, von der Datenverarbeitungsanlage unabhängigen Einrichtungen versehen sein. Diese können aber auch in die Datenverarbeitungsanlage integriert sein.

Der Gegenstand der Anmeldung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrie- ben. Dabei zeigen

Fig. 1 das Fahrzeug 1 zum selbsttätigen Einmessen, Markieren und Vorstechen (Vorbohren) vorbestimmter Sollpositionen für Fundamenteinrichtungen im Gelände in perspektivischer Sicht;

Fig. 2 das Fahrzeug nach Fig. 1 in Seitenansicht;

Fig. 3 das Fahrzeug in Draufsicht; und Fig. 4 ein Raster von Sollpositionen 2a - x.

Figur 1 zeigt das Fahrzeug 1 zum selbsttätigen Einmessen, Markieren und Vorstechen (Vorbohren) vorbestimmter Sollpositionen für Fundamenteinrichtungen im Gelände 3 in perspektivischer Sicht. Gezeigt ist die Arbeitseinrichtung 4, die eine Lagerung 5 am Fahrzeug 1 aufweist, mittels derer sie zur Ausrichtung ihrer Achse 7 um die Verschwenkachsen 6a und 6b verschwenkbar ist. Eine Einrichtung 8 erfasst Fehlneigungen und steuert deren Korrektur. Eine Ortung seinrichtung 9 bestimmt die Istposition der Arbeitseinrichtung 4, und eine (nicht gezeigte) Datenverarbeitungsanlage steuert die Arbeitseinrichtung 4 an Hand der ihr aufgegebenen vorherbestimmten Daten in die Sollpositionen, d.h. in die Positionen, in denen die Achse 7 der Ar- beitseinrichtung 4 die Sollpositionen schneidet, so dass die Arbeitseinrichtung 4 die vorgesehenen Arbeitsschritte punktgenau ausführen kann.

Fig. 2 zeigt das Fahrzeug 1 nach Fig. 1 in Seitenansicht mit allen bereits erwähnten Einzelheiten.

Fig. 3 zeigt das Fahrzeug 1 in Draufsicht mit allen bereits erwähnten Einzelheiten.

Fig. 4 zeigt ein Raster von Soilpositionen 2a - x, wie es sich beispielhaft ergibt, wenn man die Sollpositionen der Ständer einer geneigt aufgestellten photovoltaischen Anlage im unebenen Gelände ermittelt, indem man das Lot von ihren oberen Anlenkpunkten auf das Gelände fällt, wie dies die Anmelderin in der erwähnten früheren Anmeldung vorgeschlagen hat. Das Raster deutet lediglich schematisch und ohne Anspruch auf rechnerische Genauigkeit an, wie sich in diesem Falle eine Vielzahl von Sollpositionen ergibt, die keinem einfachen mathematischen Prinzip folgen, etwa nicht als Rechteckstaiktur angelegt sind, sondern anderen, komplexeren Gesetzmäßigkesten folgen und dementsprechend schwieriger zu ermitteln (zu errechnen) und einzumessen sind.

Bezugszeichen

1 Fahrzeug

2 a - x Sollpositionen

3 Gelände

4 Arbeitseinrichtung

5 Lagerung der Arbeitseinrichtung

6 a, b Verschwenkachsen der Arbeitseinrichtung

7 Achse der Arbeitseinrichtung

8 Einrichtung zum selbsttätigen Erfassen und Korrigieren von Fehlneigungen

9 Ortungseinrichtung