DE3444623A1

DE3444623A1 - Mess- und steuersystem zur aufnahme und wiedergabe von hoehenprofilen, insbesondere im strassenbau

Info

Publication number: DE3444623A1
Application number: DE19843444623
Authority: DE
Inventors: Günther 7981 Bodnegg Heine; Josef 7980 Ravensburg Leibinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1984-12-07
Publication date: 1986-06-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Meß- und Steuersystem zur Aufnahme und Wiedergabe von Höhenprofilen, insbesondere im Straßenbau, mit einem scharf gebündelten Leitstrahl als Höhenreferenz.

Bei Straßenbaumaschinen, beispielsweise Gradern oder Schwarzdeckenfertigern, ist es bekannt, das Längenprofil durch am Straßenrand gespannte Drähte vorzugeben. Die Maschine hat einen auf dem Draht leicht aufliegenden Fühlhebel, der die Arbeitshöhesteuert. Die Abstände der Befestigungsstangen für die Drähte sind verhältnismäßig kurz und können beliebig gewählt werden, so daß es zwar möglich ist, in Straßenlängsrichtung sich ändernde Höhenprofile genau vorzugeben. Andererseits sind die nötigen Vermessungsarbeiten und das Spannen der Drähte selbst umständlich und zeitaufwändig. Auch kommt es häufig vor, daß die genau gespannten Drähte in der Zeit bis zum darauffolgenden Arbeitsbeginn aus Unachtsamkeit oder Mutwille weggerissen oder die Befestigungsstängen umgestoßen werden.

Andererseits ist es bekannt, bei Planierungs- oder Belagsarbeiten die Höhensteuerungen der Baumschinen mittels eines Laserstrahls zu betätigen. Der Strahler dreht sich oder schwingt um eine vertikale oder leicht gegen die vertikale geneigte Achse, so daß der Strahl eine Referenzebene beschreibt. Der Laser-Empfänger, der unmittelbar am Arbeitswerkzeug, beispielsweise am Schild des Graders sitzt, sensiert, ob der Strahl über oder unter einer bestimmten horizontalen Grenzlinie am Empfänger auftrifft. Dement-

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sprechend ergeht Befehl zum Anheben oder Absenken des Werkzeugs.

Die durch die Baumaßnahme erstellte Planie oder Belagoberfläche ist stets eben und parallel zur Referenzebene. Das Verfahren eignet sich dementsprechend zum Bau von ebenen Flächen, z. B. v. >.i Sportplätzen oder Startbahnen. Es versagt jedoch, wenn eine Straße mit laufenden Höhenänderungen, also einem ausgeprägten Höhenprofil in Straßenlängs- und/oder Querrichtung, gebaut werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System anzugeben, mit dem es möglich ist, unter Verwendung einer Leitstrahl-Referenzebene das Höhenprofil einer Bodenoberfläche mit größter Genauigkeit einfach und schnell aufzunehmen und wiederzugeben. Aufnehmen bedeutet datenmäßig insbesondere Erfassen und Speichern, Wiedergeben bedeutet ein in üblichen Speichermedien enthaltenes Oberflächenprofil maschinenverfügbar zu machen bzw. eine Baumaschine damit zu steuern.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Meß- und Steuersystem der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem auf einer Bodenfläche verfahrbaren Wagen oder an einer fahrbaren Baumaschine ein Strahlempfänger in Höhenrichtung geführt ist, der sich selbsttätig in Höhe des Leitstrahles einstellt, daß ein Entfernungsmeßsystem vorgesehen ist, das von

vorgegebenen Entfernungsreferenzen abhängige Standortkennwerte liefert, und daß die Höhendifferenz zwischen dem Leitstrahl und der Bodenfläche oder einem Arbeitswerkzeug der Baumaschine erfaßt oder gesteuert wird in Abhängigkeit von den jeweiligen Standortkennwerten. Obwohl mit diesem System, sofern dem Wagen eine Richtungsreferenz zur Verfügung steht und die Längs- und Querkomponenten seines zurückgelegten Weges erfaßbar sind, auch dreidimensionale Profile aufgenommen und wiedergegeben werden können, stehen bei der Erfindung zweidimensionale Profile wie beispielsweise das Längsprofil einer Straße im Vordergrund. Es wird vorgeschlagen, daß an einem Rad des Wagens oder der Baumaschine ein Umdrehungszähler angeschlossen ist, der die Standortkennwerte (Längen) entlang einer vorbestimmten Fahrstrecke liefert. Es können aber auch andere Entfernungsmeßsysteme, z. B. Radarsysteme, zum Einsatz kommen.

Da die Höhenmeßgenauigkeit am besten ist, wenn der Strahlempfänger sich genau lotrecht bewegt, wird vorgeschlagen, daß der Strahlempfänger an einem sich selbsttätig vertikal ausrichtenden Mast des Wagens oder der Baumaschine geführt ist.

Im Hinblick auf die.selbsttätige vertikale Stabilisierung des Mastes wird vorgeschlagen, daß der Mast am Wagengestell befestigt ist, daß der Wagen drei Räder hat, von denen sich eines unter dem Mast befindet, und daß die beiden anderen Räder höhenverstellbar sind. Als Referenz für die Vertikalsteuerung dient wie üblich ein

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gedämpftes Pendel, dessen Auslenkung aus seiner NuIlage eine Höhenveränderung des der Richtungskomponente des Ausschlages entsprechenden Rades herbeiführt und dadurch den Mast auch bei geneigter Standfläche des Wagens lotrecht ausrichtet.

Dem Mast entlang bewegt sich wie erwähnt der Strahlempfänger, vor2ugsweise angetrieben durch einen Schrittmotor. Dadurch läßt sich die jeweilige Höhe des Empfängers über der Aufstellfläche des unter dem Mast befindlichen Rades, digital erfassen". Durch Subtraktion dieses Höhenwertes von der bekannten Höhe des Strahlers und des (horizontalen) Leitstrahles erhält man die Höhe des betreffenden Standorts über Normal Null (ü. N. N.).

Diese Rechenoperation wird von einem vorzugsweise auf dem Wagen befindlichen Rechner durchgeführt, dem zugleich auch die Standortkennwerte laufend zufließen. Der Rechner ordnet die gleichzeitig auftretenden Meßwerte einander fest zu. Er bildet Datenpaare. Die Höhe des Leitstrahles wird vor Beginn der Meßarbeiten eingegeben. Hierzu ist eine entsprechende Tastatur vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist diese mit einer Anzeigeeinheit räumlich vereinigt, an der die einander zugeordneten Daten ablesbar sind. Anstelle der Anzeige oder zusätzlich zu dieser können die Datenpaare Standort und Höhe beim Abfahren einer Strecke auch einem Speicher zugeführt und gleichzeitig oder später mittels eines Druckers ausgedruckt werden.

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Als Leitstrahl konunt prinzipiell jede sich geradlinig fortplanzende und scharf zu bündelnde Strahlart in Betracht, z.B. Infrarotlicht oder vorzugsweise ein Laserstrahl.

Mit dem bisher in seiner einfachsten Form beschriebenen Meßwagen kann unter Verwendung einer, an sich bekannten Lasereinrichtung eine bis zu 300 Meter lange Strecke bei ausreichender Meßgenauigkeit ohne Unterbrechung abgefahren werden. Der Wagen wird dabei von Hand geschoben oder mit einem geeigneten Motorantrieb vorwärtsbewegt. Die Längen- und Höhend.aten lassen sich an jedem gewünschten Punkt der Fahrstrecke ablesen und gegebenenfalls markieren. Es ist aber auch möglich, in bestimmten, im voraus festgelegten Abständen die Maße im Vorbeifahren aufzunehmen und sie zu speichern. Ist ein Druckeranschluß vorgesehen, so ist es möglich, das gesamte Höhenprofil der betreffenden Strecke gleichzeitig oder zu einem späteren Zeitpunkt auszudrucken.

Um bei der Vermessung von Straßen auch deren sehr häufig wechselndes Querprofil zu erfassen, ist es wünschenswert, an den interessierenden Standorten die Höhe des linken und rechten Straßenrandes und der Straßenmittellinie zu erfassen. Hierzu wird ausgehend von dem beschriebenen Meßwagen vorgeschlagen, daß an dem mit dem Mast starr verbundenen, neigbaren Teil des Wagens quer zur Fahrtrichtung abstehende Ausleger angeordnet sind, und daß Meßvorrichtungen für die Höhen über der Bodenfläche im

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Bereich der äußeren Enden der Ausleger vorgesehen sind. Die Ausleger können starr angebracht sein. Ihre Enden befinden sich dann stets in einem Abstand über der Bodonflache und dieser Abstand wird gemessen und zur restlichen Höhendifferenz zwischen dem Auslegerende und dem Laser-Empfänger addiert. .Die Ausleger können aber auch um Längsachsen frei schwenkbar sein und mit ihren Enden über Laufrollen auf der Bodenoberfläche aufliegen, ι η diesem Fall ist eine Winkelmeßvorrichtung vorgesehen, welche die Winkelabweichung des Auslegers von seiner Nullstellung erfaßt, d. h. von derjenigen Stellung, die er bei horizontaler ebener Bodenfläche einnimmt.

Um in Anbetracht des kurzen Radstandes des beschriebenen dreirädrigen Wagens Schwankungen infolge von Fahrbahnunebenheiten und eine daraus resultierende Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit zu vermeiden, wird als konstruktive Alternative vorgeschlagen, daß ein Wagen vorgesehen ist, dessen Breite quer zur Fahrtrichtung wesentlich größer als seine Länge ist, daß an den Längsseiten je ein Seitenrad und etwa in halber Wagenbreite, aber in einem Abstand von der Verbindungslinie der Seitenräder ein Mittelrad angeordnet ist, und daß sich über den Seitenrädern je ein Mast mit einem Strahlempfänger befindet. Auf diesen Wagen wirken sich wegen seiner großen Breite kleine Unebenheiten der Fahrbahn kaum in Form von störenden Querschwingungen aus. Vorzugsweise werden auch hier die Maste zum Zwecke der vertikalten Ausrichtung seitlich neigbar und das Mittelrad höhenverstellbar ausgebildet.

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Einen weiteren Höhenmeßwert zwischen den beiden Masten kann man dadurch gewinnen, daß zwischen den Seitenrädern ein höhenbewegliches Fühlerrad angeordnet ist. Don Ilöhenabschnitt vom Fahrgestell bis zur Leitstrahlebene an dieser Stelle kann man aus den beiden anderen Höhen rechnerisch gewinnen.

Jedenfalls liefert auch dieser Meßwagen gewunschtenfalls für jeden Standort drei Höhenmeßwerte, die angezeigt, gespeichert und ausgedruckt werden können. Die Querprofilhöhen bilden mit dem zugehörigen Standortkennwert einander fest zugeordnete Daten, einen sogenannten Datenblock.

Während das erfindungsgemäße System bisher nur hinsichtlich seiner Verwendbarkeit als Meßsystem zur Aufnahme bereits vorhandener Profile beschrieben wurde, eignet es sich doch auch zur Wiedergabe von geplanten, schriftlich festgelegten oder elektronisch gespeicherten Profilen. Es wird vorgeschlagen, daß mittels einer Tastatur oder mit Hilfe von Datenträgern standortabhängige Sollhöhen oder Soll-Querprofile in den Rechner eingegeben und beim Abfahren der Strecke mit den entsprechenden, am jeweiligen Standort gemessenen Isthöhen bzw. Ist-Querprofilen verglichen werden und daß die Differenzwerte angezeigt oder gespeichert werden. Dieser rechnerische Soll-/Istwert-Vergleich ermöglicht es zum Beispiel, eine fertiggestellte Straße auf die genaue Einhaltung des geplanten Profils zu überprüfen. Die Höhenab-

weichungen werden unter Angabe des jeweiligen Standorts gespeichert und können zum Zwecke der Dokumentation ausgedruckt werden. Darüber hinaus stehen diese Daten für weitergehende rechnergestützte Auswerteverfahren zur Verfügung, beispielsweise um die größenordnungsmäßige Relevanz der Höhenabweichungen festzustellen.

Bedeutsame Anwendung findet die beschriebene Wiedergabe von Soll-Profilen und der Soll-/Istwert-Vergleich_ bei der selbsttätigen Steuerung von Baumaschinen. Es wird vorgeschlagen, daß der Wagen hinter eine die Höhe der Bodenoberfläche verändernde Baumaschine gekoppelt ist und die Differenzwerte als Stellgrößen für die Baumschine dienen in der Weise, daß die maschinell gefertigte Oberfläche dem Soll-Profil in Längs- und Querrichtung entspricht. Ein praktisches Beispiel hierfür bildet die Steuerung eines Schwarzdeckenfertigers mit in der Mitte geteilter, an zwei seitlichen Hebeln geführter, sogenannter schwimmender Bohle. Es wird vorgeschlagen, daß die Spannweite des Wagens quer zur Fahrtrichtung insgesamt etwa der Länge der Bohle entspricht, daß die an den Ausleger- oder seitlichen Wagenenden gewonnenen Stellgrößen die Höhe der Hebelgelenke und die in Wagenmitte gewonnene Stellgröße den durch die Bohlenhälften gebildeten Winkel bestimmt. Bekanntlich hängt infolge der Wirkungsweise der schwimmenden Bohle deren Anstellwinkel und unter sonst unveränderten Voraussetzungen die Schichtdicke von der Höhe der Hebelgelenkpunkte ab. Eine

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entsprechende Steuerung ist aber auch bei anderen Baumaschinen denkbar/ zum Beispiel bei speziellen Maschinen zum Einbauen von Sand- oder Kiesschichten mit genau festgelegtem Oberflächenprofil. Um einen Meßwagen für verschiedene Arbeitsbreiten, d. h. Abstände der Querprofilhöhen, und für verschiedene Baumaschinen verwenden zu können, sollte .sein Fahrgestell in der Breite verstellbar sein.

In den üblichen Planungsunterlagen wird das Profil von Boden-oder Belagsoberflächen grundsätzlich auf Normal Null und damit auf eine horizontale Referenz bezogen. Wenn nun aber das zu erstellende Profil insgesamt eine Neigung aufweist, würde ein horizontal eingestellter Leitstrahl schon in verhältnismäßig geringem Abstand vom Strahler über die Masthöhe des Meßwagens hinauswachsen. Die Reichweite des Leitstrahls wäre also nicht ausnützbar. Es wird deshalb vorgeschlagen, daß der Leitstrahl gegenüber der Horizontalen geneigt verläuft und seine örtliche Höhendifferenz bezüglich der Höhe des Strahlers rechnerisch nachgebildet und bei der Ermittlung der Sollwerte laufend berücksichtigt wird, so daß Sollhöhen-Profile mit horizontaler Referenz gemessen und eingegeben werden können. Es bedarf dazu eines besonderen Differenzhöhengenerators, der als Neigungsdifferenzgenerator bezeichnet wird. Die Neigung des Leitstrahls gegenüber den Horizontalen kann in Winkelgraden angegebenen werden, wobei sich dann die Neigungsdifferenz aus der Entfernung

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vom Strahler und dem sin des Winkels errechnet. Im Baufach ist es jedoch üblich, die Neigung in % anzugebn. Der Winkel- oder Prozentwert muß vor Beginn des Meß- oder Steuervorgangs in den Neigungsgenerator eingegeben werden.

Während im vorstehenden wie auch in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel lediglich drei Querprofilhöhen erwähnt sind, versteht es sich von selbst, daß ein entsprechend breiter Meßwagen auch mit mehr als drei Masten und daran laufenden Strahlempfängern, d. h. grundsätzlich mit mehr als drei gleichzeitig arbeitenden Höhenmeßeinrichtungen, versehen sein kann.

Wenn der Meßwagen, insbesondere beim Einsatz hinter einer Baumaschine, durch sein Gewicht und die Spur seiner Räder die soeben gefertigte empfindliche Oberfläche zu beschädigen droht, können die Räder durch zweckmäßige Kufen ersetzt werden. Die Entfernungsmessung kann in einem solchen Fall auch an den Rädern der Baumaschine, die auf dem Rohplanum läuft, vorgenommen werden.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß auch der Gleisbau ein sehr wesentliches Einsatzfeld für die Erfindung darstellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

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Pig. 1 einen Vertikalschnitt I-I eines dreirädrigen Meßwagens,

Fig. 2 die Vorderansicht II-II eines Ausschnitts des Meßwagens nach Fig. 1,

Fig. 3 die Draufsicht des Meßwagens nach Fig. 1,

Fig. 4 die Ansicht eines anderen Meßwagens in Fahrtrichtung von hinten, teilweise im Schnitt gem. IV-IV,

Fig. 5 die Draufsicht des Meßwagens nach Fig. 4,

Fig. 6 einen schematischen Vertikalschnitt eines Straßenbelags mit dem Laserstrahl und'

Fig. 7 eine schematische Gesamtdarstellung eines Meß- und Steuersystems.

In den Figuren 1 bis 3 ist das horizontale Rahmengestell 1 des Meßwagens mit einem Mast 2 fest verbunden. In einer Führungsschiene 3, die am Mast 2 angebracht ist, ist ein Laser-Empfänger 4 mittels einer Spindel und eines Schrittmotors, die nicht dargestellt sind, auf- und abbewegbar. Der Wagen bewegt sich in Richtung des Pfeiles 5. Der Laserstrahl 6 trifft von hinten auf den Laser-Empfänger 4 auf. Dessen Höhensteuerung arbeitet in der Weise, daß er selbsttätig die Strahlhöhe aufsucht.

Der Wagen hat drei Räder 7 bis 9. Das Rad 7 befindet sich unter dem Mast 2 und ist am Rahmengestell 1 fest gelagert. Das Rad 8

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läuft hinter dem Rad 7 in dessen Spur und das Rad 9 neben dem Mast im gleichen Abstand wie die Räder 7 und 8. Die Räder 8 und 9 sind an Längslenkern 10 gelagert und mit Hilfe je eines elektrischen Stellantriebes 11 höhenverstellbar. Ein nicht dargestelltes Pendel gibt auf die beiden Stellantriebe 11 Steuersignale, die bewirken, daß bei jeder Neigung der Oberfläche, auf der sich der Meßwagen befindet, der Mast 2 genau im Lot steht. Dies ist im Hinblick auf die Genauigkeit der Höhenmessung erforderlich.

Der mit diesem Meßwagen erfaßbare Höhenmeßwert ist gleich dem Abstand des Laserstrahls 6 vom Aufstandspunkt des Rades 7 auf der Fahrbahn. Sie bestimmt sich nach der Stellung des Schrittmotors für den Antrieb der Spindel des Laserempfängers. Andererseits ist an dem Rad 7 ein Umdrehungszähler 13 angebracht, der unter Berücksichtigung des Radumfanges den vom Meßwagen zurückgelegten Weg erfaßt. Die Stellungen des Umdrehungszahlers 13 und des erwähnten Schrittmotors gehen in einen Rechner 12 ein, der sich auf dem Meßwagen befindet und werden in einer geeigneten Maßeinheit laufend angezeigt und gewünschtenfalls auf Einzelbefehl oder an vorher festgelegten Standorten gespeichert.

Wahlweise können zu·beiden Seiten des Wagens strichpunktiert angedeutete Auslegergestelle 14 angebracht werden. Am Rahmengestell 1 sind Lageraugen 15 hierfür angebracht. Die an den Auslegerge-

stellen 14 befestigten Schwenkwellen 16 verlaufen horizontal in Fahrtrichtung. Sie wirken mit Winkelmeßvorrichtungen 17 zusammen, die den zwischen dem Ausleger und dom Rahmengestell gebildeten Winkel erfassen. An ihren äußeren Enden liegen die mehrere Meter langen Ausleger mit einer Gleitrolle auf der Fahrbahn auf. Somit ist der Winkel ein Maß für die Höhendifferenz an der Auflagestelle der Gleitrolle bezüglich der Auflagestelle des Rades 7. Auch diese Winkelmeßwerte fließen dem Rechner 12 zu und werden in Höhenwerte umgewandelt und je nach Vorzeichen dem am Mast gemessenen Höhenwert zugeschlagen oder von diesem abgezogen. Letztlich wird an jedem Standort ein durch drei verschiedene Höhenwerte representiertes Querschnittsprofil, beispielsweise das einer Straße, angezeigt und gespeichert.

Eine andere Ausführungsform des Meßwagens ist in den Figuren 4 und 5 schematisch dargestellt. Das Fahrgestell 20 dieses Wagens ist T-förmig mit einem breiten Querschenkel, dessen Ausladung quer zur Fahrrichtung der Breite einer Straße oder eines Straßenbelagfertigers entspricht. An den Enden des Querschenkels, d. h. an den Wagenlängsseiten ist je ein Seitenrad 21 bzw. 22 mit fahrgestellfester Achse gelagert. Ein Stellrad 23 ist am hinteren Ende des Mittelschenkels des Fahrgestells angeordnet. Dieses Stellrad ist an einem Längslenker 24 gelagert und mittels eines elektrischen Stellantriebs 25 höhenverstellbar. Über den Seitenrädern 21 und 22 befinden sich zwei um Längsachsen 24 und 25

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schwenkbare Maste 26 und 27. Diese Schwenkbewegung und die Höhenverstellung des Stellrades 23 wird von einem nicht darge-

stellten gedämpften Pendel gesteuert, wodurch sich beide Maste und 27 stets selbständig vertikal einstellen. Wie bei dem zuvor beschriebenen Meßwagen wird der Leitstrahl 6, der sich in der Referenzebene 28 hin und her bewegt von je einem an den Masten auf und ab beweglichen Strahlempfänger 29 bzw. 30 eingefangen. Etwa in der Mitte zwischen den Seitenrädern 21 und 22 befindet sich unter dem Fahrgestell 20 ein Fühlrad 31, das ebenfalls höhenbeweglich an einem Längslenker gelagert ist, jedoch im Gegensatz zu dem Stellrad 23 durch Federkraft auf die Belagoberfläche gedrückt wird. Eine nicht dargestellte Höhenmeßeinrichtung erfaßt den Abstand dieses Fühlerrades 31 vom Fahrgestell 20 oder dem Winkel seines Längslenkers.

Nach diesem Beispiel können gleichzeitig drei einem bestimmten Standort des Wagens zugeordnete und auf die Referenzebene 28 bezogene Höhen gemessen werden. An den beiden Masten 26 und 27 ergibt sich die Höhe jeweils aus der Summe eines festen Höhenabschnitts 32 bzw. .33 zwischen der Standfläche der Seitenräder und den Achsen 24 und 25 der Maste sowie aus einem variablen Höhenabschnitt 34 bzw.' 35 entsprechend der Stellung der Strahlempfänger 29 und 30. Das Meßprinzip dieser äußeren Höhen entspricht somit demjenigen des Meßwagens nach dem ersten Beispiel. In Wagenmitte hingegen liefert die Meßeinrichtung des Fühlerrades

31 einen ersten Höhenabschnitt 36 und der restliche Höhenabschnit 37 bis zur Referenzebene 28 wird aus den Höhenabschnitten 34 und 35 rechnerisch ermittelt. Wenn sich das Fühlerrad genau in der Mitte zwischen den Seitenrädern befindet, ist der Höhenabschnitt 37 gleich dem arithmetischen Mittel aus den Höhenabschnitten 34 und 35. Der jeweilige Standortkennwert der an den Straßenrändern und in Straßenmitte erfaßten Höhen wird auch hier wie beim ersten Beispiel aus der Zahl der Umdrehungen eines oder mehrerer Räder des Wagens gewonnen.

Im folgenden wird das Meß- und Steuersystem anhand der Figuren 6 und 7 beschrieben und seine Wirkungsweise in verschiedenen Anwendungsfällen erläutert.

Beide Figuren zeigen einen auf einem Stativ befestigten Laser 40, dessen Strahl 6 gegenüber der Horizontalen 41 um einen Winkel nach unten geneigt- ist. Die Höhe 42 des Laser-Empfängers 4 über der Belagoberfläche 43 wird am Mast 2 des Meßwagens gemessen. Bei entsprechend ausgerüstetem Meßwagen werden zusätzlich die Höhen 42' und 42'' am Straßenrand gemessen. Diese drei Meßwerte werden in den Rechner 12 eingegeben, ebenso wie der mittels Umdrehungszählers 13 gemessene Standortkennwert, am einfachsten die Entfernung a vom Laser. Vor Betriebsbeginn muß der Neigungswinkel C^ in % ausgedrückt, in den Neigungsdifferenzgenerator 44 eingegeben werden. Dieser erhält ebenfalls die Entfernungen a und

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gibt die zugehörige Neigungsdifferenz d an den Rechner 12 weiter. Dieser addiert zu allen vom Meßwagen erhaltenen Höhen die Neigungsdifferenz d, so daß auf die Horizontale 41 bezogene Höhenwerte entstehen.

Mit dem Rechner ist eine mit einer Tastatur 46 versehene Anzeigeeinheit 45 verbunden. Hier können die gewonnenen Höhenmeßwerte und die zugehörigen Standortkennwerte laufend angezeigt werden. Wahlweise ist es aber auch möglich, die Meßdaten extern auf einer Magnetband-Kassette 47 zu speichern oder über einen Drucker 48 auszudrucken.

Zur Prüfung des Profils eines neugefertigten Straßenbelags anhand der auf einer Kassette gespeicherten Planungsdaten können diese gespeicherten Daten in den Rechner 12 eingegeben werden. Fährt man jetzt mit dem Meßwagen die Strecke ab, so werden an jedem Standort die Meßdaten mit den Planungsdaten verglichen und die Differenz angezeigt. Es ist aber auch möglich, das gespeicherte oder ausgedruckte Meßprotokoll erst später mit den Planungsdaten " zu vergleichen.

Um die Möglichkeiten bei der Anwendung des Systems zur Steuerung eines Straßenbelagfertigers zu zeigen, sei angenommen, daß die ursprünglich vorhandene Belagoberfläche 49 ungünstig ausgebildet oder stark beschädigt ist. Der Ist-Zustand dieses Altbelages wird

in einem ersten Durchyang des Meßwayons auigenommen. Πανοη ausgehend können, insbesondere mit Unterstützung an sich bekannter Rechner, die erforderlichen Profiländerungen bestimmt und das neue Profil dann auf einem Magnetband abgespeichert werden. Es versteht sich, daß der aufzubringende Ausgleichsbelag 51 eine . örtlich stark unterschiedliche Dicke haben muß. Figur 6 versucht dies schematisch anzudeuten.

Das beschriebene Steuersystem löst dieses Problem. Der Meßwagen wird hinter den Belagfertiger 5 2 (Fig. 7) angekoppelt und mißt die fertige Belagoberfläche 43. Diese Istwerte werden im Rechner mit den eingegebenen Sollwerten verglichen und die Differenzwerte werden zu Steuergrößen verarbeitet, welche den Belagfertiger 52 beeinflussen. Die Steuergrößen für das Mittelprofil werden - über entsprechende Verstärker oder Signalumsetzer - dem Stellglied ^r-3 für den Knickwinkel der Bohle 54 zugeleitet. Die Steuergrößen für die Randprofile beeinflussen die vertikalen hydraulischen Zylinder 55 und 56, welche die Höhe der Drehpunkte der Bohlenhebel und damit den Anstellwinkel der Bohle 54 bestimmen. Der Rechner 12 auf dem Meßwagen ist zu diesem Zweck über Kabel mit der zentralen Steuereinrichtung des Belagfertigers verbunden.

BAD ORIGINAL

^ 0.3 -

1 Rahmengestell

2 Mast

3 Führungsschiene

4 Laser-Empfänger

5 Fahrtrichtungspfeil

6 Laserstrahl

7 Rad

8 Rad

9 Rad

10 Längslenker

11 Stellantrieb

12 Rechner

13 Umdrehungszähler

14 Auslegergestell

15 Lagerauge

16 Schwenkwelle

17 Winkelmeßvorrichtung 18

20 Fahrgestell

21 Seitenrad

22 Seitenrad

23 Stellrad

24 Längsachse

25 Längsachse

26 Mast

27 Mast

28 Referenzebene

29 Strahlenempfänger

30 Strahlenempfänger

31 Fühlerrad

3 2 Höhenabschnitt

33 Höhenabschnitt

34 Höhenabschnitt

35 Höhenabschnitt

36 Höhenabschnitt

37	Laser
38	Horizontale
39	Höhe
40	Belagoberfläche
41	Neigungsdifferenzgenerator
42	Anzeigeeinheit
4 3-	Tastatur
44	Kassette
45	Drucker
46	bisherige Belagober
47	fläche
48	Höhe der bisherigen
49	Oberfläche
	Belag
50	Belagfertiger
	Stellglied
51	Bohle
52	Zylinder
53	Zylinder
54*	Bohlenhebel
55
56
57

a Entfernung

b Neigungsdifferenz ..X Neigungswinkel·

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- Leerseite -

Claims

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. EBERHARD EISELE dr.-ing. HERBERT OTTEN Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patenlamt Goetheplatz 7 798O Ravensburg Telefon (O751) 3003U.3004 Teletex 751102 Invent! Anmelder: Günther Heine Amselweg 20 344^623 7 981 Bodnegg Josef Leibinger Hindenburgstr. 24 7980 Ravensburg amtl. Bezeichnung: "Meß- und Steuersystem zur Aufnahme und Wiedergabe von Höhenprofilen, insbesondere im Straßenbau" ANSPRÜCHE

1. Meß- und Steuersystem zur Aufnahme und Wiedergabe von Höhenprofilen, insbesondere im Straßenbau, mit einem scharf gebündelten Leitstrahl als Höhenreferenz, dadurch gekennzeichnet, daß an einem auf einer Bodenfläche verfahrbaren Wagen (1; 20) oder an einer fahrbaren Baumaschine (52) ein Strahlempfänger (4; 29, 30) in Höhenrichtung geführt ist, der sich selbsttätig in Höhe des Leitstrahles (6) einstellt, daß ein Entfernungsmeßsystem (13) vorgesehen ist, das von vorgegebenen Entfernungsreferenzen abhängige Standortkennwerte liefert, und daß die Höhendifferenz zwischen dem Leitstrahl (6) und der Bodenfläche oder einem Arbeitswerkzeug der Baumaschine erfaßt oder gesteuert wird in Abhängigkeit von den jeweiligen Standortkennwerten (a).

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2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Rad (7) des Wagens oder der Baumaschine ein umdrehungszähler (13) angeschlossen ist, der die Standortkennwerte ( a. ) entlang einer vorbestimmten Fahrstrecke liefert.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlempfänger (4) an einem sich selbsttätig vertikal ausrichtenden Mast (2) des Wagens oder der Baumaschine geführt ist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (2) an einem Wagengestell (1) befestigt ist, daß der Wagen drei Räder (7, 8, 9) hat, von denen sich eines (7) unter dem Mast befindet, und daß die beiden anderen Räder (8, 9) höhenverstellbar sind.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem mit dem Mast (2) starr verbundenen, neigbaren Teil (1) des Wagens quer zur Fahrtrichtung abstehende Ausleger (14) angeordnet sind, und daß Meßvorrichtungen (17) für die Höhen (42¹, 42'') im Bereich der äußeren Enden der Ausleger über der Bodenfläche vorgesehen sind, welche Höhen dem betreffenden Standort zugeordnete Querprofildaten bilden.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wagen (20) vorgesehen ist, dessen Breite quer zur Fahrtrichtung (5) wesentlich größer als seine Länge ist, daß an den Längs-

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Seiten je ein Seitenrad (21, 22) und etwa in halber Wagenbreite, aber in einem Abstand von der Verbindungslinie der Seitenräder ein Mittelrad (23) angeordnet ist, und daß sich über den Seitenrädern je ein Mast (26, 27) mit einem Strahlempfänger (29, 30) befindet.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maste (26, 27) zum Zwecke der vertikalen Ausrichtung seitlich neigbar und das Mittelrad (23) höhenverstellbar ausgebildet sind.

gr-r: r... system nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Seitenrädern (21, 22) ein höhenbewegliches Fühlerrad (31) angeordnet ist.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein

Rechner (12) vorgesehen ist, dem die an einem Standort gemessenen Werte der Höhe bzw. der Querprofilhöhen (42*, 42'') und der Entfernung (a) von einem Referenzpunkt als Datenblock gemeinsam zugeführt werden.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abfahren"-einer Strecke die Datenblöcke (a, 42, 42', 42¹¹) von dem Rechner (12) einem Speicher (47) zugeführt und gleichzeitig oder zu einem späteren Zeitpunkt mittels eines Druckers (48) ausgedruckt werden.

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11. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Tastatur (46) oder Datenträger (47) standortabhängige Sollhöhen oder Soll-Querprofile in den Rechner (12) eingegeben und beim Abfahren der Strecke mit den entsprechenden, am jeweiligen Standort gemessenen Isthöhen bzw. Ist-Querprofilen verglichen werden und die Differenzwerte angezeigt oder gespeichert werden.

12. System nach Anspruch 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (20) hinter eine die Höhe der Bodenoberfläche verändernde Baumaschine (52) gekoppelt ist und die Differenzwerte als Stellgrößen für die Baumaschine dienen in der Weise, daß die maschinell gefertigte Oberfläche (43) dem Sollprofil in Längsund Querrichtung entspricht.

13. Steuersystem nach Anspruch 12, für einen Schwarzdeckenfertiger mit in der Mitte geteilter und an zwei seitlichen Hebeln (57) geführter, sogenannter schwimmender Bohle, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannweite des Wagens quer zur Fahrtrichtung insgesamt etwa der Länge der Bohle (54) entspricht, und daß die an den Ausleger- oder seitlichen Wagenenden gewonnenen Stellgrößen die Höhe der Hebelgelenke und die in Wagenmitte gewonnene Stellgröße den durch die Bohlenhälften gebildeten Winkel bestimmt.

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14. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wagenbreite veränderbar ist.

15. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitstrahl (6) gegenüber der -Horizontalen (41) geneigt verläuft und seine örtliche Höhendifferenz (d) bezüglich der Höhe des Strahlers (40) rechnerisch nachgebildet und bei der Ermittlung der Sollwerte laufend berücksichtigt wird, so daß Sollhöhenprofile mit horizontaler Referenz gemessen und eingegeben werden können.