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Mobile Maschinen 5/2019

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Mobile Maschinen 5/2019

ASSISTENZSYSTEME Das

ASSISTENZSYSTEME Das Ziel der meisten Erdbewegungsarbeiten besteht im Herstellen einer definierten Geländegeometrie durch Erdaushub, Aufschütten, Nivellieren und Planieren. Probleme und Herausforderungen die hierbei auftreten können sind bspw. unerwünschter Mehraushub oder das Erstellen eines definierten Böschungswinkels in gleichbleibender Qualität. Dementsprechend existiert eine Vielzahl von Assistenzsystemen, welche den Bediener bei diesen Arbeiten unterstützen sollen. Die meisten dieser Systeme werden unter dem Begriff „Baggersteuerung“ oder „Maschinensteuerung“ vermarktet, auch wenn diese i. d. R. nur Anzeigefunktionalitäten und keine Steuerungsfunktionen besitzen. Es kann zwischen 1D-, 2D- und 3D-Systemen unterschieden werden. Für einfache Höhenkontrollen sind 1D-Systeme geeignet. Hierzu wird ein photoelektrischer Sensor am Stiel des Baggers befestigt. Dieser empfängt die Strahlen eines Linien- bzw. Rotationslasers, welcher in einiger Entfernung zur Maschine auf einem Stativ montiert ist und eine Referenzebene aufspannt. Höhenabweichungen zu dieser Referenzebene werden erfasst und über ein Display oder eine LED-Anzeige in der Fahrerkabine angezeigt. Meist werden solche Systeme mit einem Neigungssensor kombiniert, welcher die Winkelstellung des Baggerlöffels erfasst [Leic00]. 2D-Systeme dienen der gleichzeitigen Erfassung von Längsund Querneigung des Arbeitswerkzeugs. Erreicht wird dies durch 02 Mobiles Wägesystem für Radlader 03 Adaptive Arbeitsbeleuchtung zusätzliche Neigungssensoren, welche sich entweder auf dem Oberwagen oder am Schwenklöffel bzw. am Schild eines Motor- Graders befinden. Alternativ kann die Querneigung auch mithilfe eines Zwei-Neigungslasers und zwei am Schild befestigter Laserempfänger ermittelt werden. Die aktuelle Genauigkeit solcher Systeme unter Idealbedingungen beträgt ± 5 mm [SiTr00]. Im Gegensatz zu 1D- und 2D-Systemen arbeiten 3D-Systeme mit georeferenzierten Positionsdaten. Hierzu werden die 2D-Steuerungen mit einem GNSS-Empfänger gekoppelt, welcher sich auf dem Oberwagen oder der Fahrerkabine befindet. Durch den Einsatz von Multiband-GNSS-Empfängern und der Nutzung von Korrekturdatendiensten sind mittlerweile Genauigkeiten von wenigen Zentimetern erreichbar. Die Bestimmung der absoluten georeferenzierten Position der Löffelspitze bildet die Voraussetzung für einen Soll-Ist- Abgleich mit digitalen Planungsdaten. In Bereichen mit schlechtem oder unzureichendem GNSS-Empfang, wie bspw. Steilböschungen oder Gebieten mit dichtem Baumbestand, erfolgt die Ortsbestimmung über eine Totalstation oder ein Tachymeter [SiTr00]. Bei Baggern muss zusätzlich die Verdrehung des Oberwagens erfasst und in die Berechnung der Werkzeuglage einbezogen werden. Dies wird i. d. R. über einen zweiten GNSS-Empfänger realisiert [Leic19]. Während Bagger, Grader und Planierraupen vorwiegend der Materialgewinnung und Bodenbearbeitung dienen, werden Radlader hauptsächlich zum Materialumschlag genutzt. Eine der wichtigsten Aufgaben hierbei ist die Erfassung, Überwachung und Dokumentation der exakten Umschlagmenge. Mithilfe integrierter Kontrollwaagen ist es möglich, die geladene Masse in der Schaufel mit einer Genauigkeit von ± 1 % zu ermitteln [Zepp00a]. Der Wiegevorgang erfolgt dabei im normalen Ladeprozess ohne Unterbrechung des Arbeitsablaufs. Die Berechnung der Masse erfolgt mithilfe von Drucksensoren in den Hubzylindern und über die Erfassung der aktuellen Stellung der Arbeitsausrüstung durch Neigungssensoren oder Winkelgeber [Aswä00]. Durch zusätzliche Auswertesoftware ist es möglich weitere Informationen wie tägliche Umschlagmenge, Tonnen pro Stunde, Tonnen pro Ladezyklen oder durchschnittliches Schaufelgewicht zu ermitteln [Zepp00a]. Ein Trend der letzten Jahre ist die verstärkte Entwicklung von Systemen zur Erhöhung der Arbeitssicherheit. Hierzu gehören u. a. Systeme zur Umfeldüberwachung und Umgebungserkennung. Die einfachste Variante bilden Kamera-Monitor-Systeme, welche den Fahrer bei der Überwachung des Gefahrenbereichs unterstützen sollen. Weiterentwickelte Kamera-Monitor-Systeme fusionieren die Bilder mehrerer Kameras mit Weitwinkelobjektiv und ermöglichen somit 270°- bis 360°-Rundumsichten [Netz18]. Aktive Warnsysteme besitzen eine integrierte Personen- oder Hindernis erkennung und informieren den Fahrer über mögliche Gefahren mittels optischer oder akustischer Warnsignale. Als Technologien kommen Ultraschallsensoren, Stereokameras und Objekterkennungsalgorithmen zum Einsatz [Netz18]. Relativ neu ist die von Liebherr vorgestellt adaptive Arbeitsbeleuchtung [Libh00], welche speziell für Arbeiten bei schlechten Lichtverhältnissen entwickelt wurde. Ebenfalls stetig steigend ist die Anzahl von Assistenzsystemen, welche der Erhöhung des Bedienkomforts dienen. Beispiel hierfür sind Systeme zur automatischen Erkennung des Arbeitswerkzeugs [Vemc00]. Ein am Werkzeug befestigter RFID- oder NFC-Transponder fungiert hierbei als digitales Typenschild und speichert Informationen zu Geometrie, Name, Hersteller oder Betriebsweise. Diese können beim Werkzeugwechsel direkt vom Trägergerät ausgelesen werden. ANTRIEBSSYSTEME Im Wesentlichen lassen sich mobile Arbeitsmaschinen aus Sicht des Antriebssystems in die Subsysteme Fahrantrieb, Lenkung/ 28 Mobile Maschinen 2019/05 www.mobile-maschinen.info

04 Links: typisches, hydraulisch gesteuertes System; rechts: Grundvoraussetzung für Automatisierung – elektrohydraulisches System Bremse und Arbeitsausrüstung gliedern, wobei der Fahrantrieb und die Arbeitsausrüstung einen Großteil des Energiebedarfs ausmachen. Die Primärenergie wird dabei insbesondere im Mittelklassebereich (10-60 t Einsatzgewicht) flächendeckend von einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Über direkt am Motor oder über ein Pumpenverteilergetriebe angeflanschte, meist hy draulische Getriebe wird die Primärenergie auf die Funktionen/ Achsen der Maschine verteilt. Vor allem die Forderungen nach Robustheit, Einfachheit im Umgang mit der Maschine und geringen Herstellungskosten führten in der Vergangenheit zur Etablierung von hydraulischen Antriebssystemen ohne elektronische Steuerungen. Dabei haben sich eine Vielzahl von Strukturvarianten im hydraulischen Antriebsstrang entwickelt, die sich durch unterschiedliche Konzepte der Individualisierung unterscheiden, um hauptsächlich die Energieeffizienz der Maschinen zu steigern [WBFI16]. Mobile Arbeitsmaschinen sind bisher meist bedienergeführt, d. h. der Maschinenbediener gibt die Sollbewegung der Antriebe der Maschine über Bedienelemente vor. Unter dem Blickwinkel der Bedienbarkeit und Energieeffizienz eignen sich dafür besonders die bedarfsgerechten Systeme (bspw. Load-Sensing). Load-Sensing-Systeme mit Lastkompensation, wie in [Bosc00, Hawe00, Lind00, Park16] angeboten, sind deshalb heute Stand der Technik. Die Steuerung des Ventilschiebers kann mechanisch mittels eines Hebels, hydraulisch oder elektrohydraulisch vorgenommen werden. Die Konzepte „hydraulisch und elektrisch gesteuert“ sind in Bild 05 dargestellt. In den meisten Erdbewegungsmaschinen der Kompakt- und Mittelklasse (< 60 t Einsatzgewicht) sind hydraulische Ansteuerungen anzutreffen. Dabei wird ein konstanter Vorsteuerdruck von Pumpe 2 mit einer Leitung bis in die Kabine der Maschine zu den Joysticks (L + R) geführt. Dieser Vorsteuerdruck wird dort proportional zur Joystickauslenkung reduziert und wiederum LEISTEN GROSSES: LINEARE LÖSUNGEN FÜR SONDERFAHRZEUGE. Holen Sie mehr aus Ihrem Fahrzeug raus! Unsere modularen Teleskopauszüge und Linearschienen sind hart im Nehmen, bewältigen die größten Lasten und bewegen sich dabei unglaublich leichtgängig. So sind Sie auch auf engstem Raum maximal flexibel. Rollon – Modulare Lineartechnik für Ihre Automation www.rollon.de Rollon.indd 1 26.08.2019 10:58:37 www.mobile-maschinen.info Mobile Maschinen 2019/05 29

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