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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selbstgesteuerte Vorrichtung
zum Rasenmähen, die
verbessert wurde und die insbesondere für die Pflege großer Oberflächen geeignet
ist.
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Für die Pflege
großer
Rasenflächen
von mehreren Hektar greift man im allgemeinen auf motorisierte und
selbstangetriebe Mähvorrichtungen
mit Fahrern zurück.
Die Verwendung von selbstgesteuerten Mähvorrichtungen zu diesem Zweck
würde zahlreiche
Vorteile insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Arbeitskräfte und
der Umweltverträglichkeit
mit sich bringen.
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Die
bis zum heutigen Tag verbreiteten selbstgesteuerten Mähvorrichtungen,
wie sie zum Beispiel im Dokument
EP 0 550 473 B1 beschrieben sind, stellen
jedoch bestimmte Nachteile für
die Verwendung auf großen
Oberflächen
dar. Die Schnittbreite der Maschine und die Leistung derselben muß erhöht werden.
Das erfordert den Rückgriff
auf neue Lösungen.
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Somit
stellt die Verwendung von selbstgesteuerten Mähvorrichtungen mit großen Abmessungen,
z.B. von 80 cm bis 200 cm Breite, aufgrund der Leistung der Schneidmittel
des Gerätes
ein Sicherheitsproblem dar. Dieses Problem kann gelöst werden,
indem man das Schneidsystem in eine große Anzahl von unabhängigen Elementen
aufteilt, die jedes eine nur begrenzte Kraft und selbsttätig einziehbare
Klingen aufweisen. Ein solches System wird zum Beispiel in der Anmeldung
PCT/BE98/00038 vorgeschlagen.
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Andere
Probleme bleiben jedoch weiterhin bestehen. So das des „Skalpierens" des Grases, das durch
ein rotierendes Schursystem bei unebenen Rasenflächen auftritt, das Problem
einer präzisen und
gemeinsamen Einstellung einer großen Anzahl von Schneidköpfen und
das Fehlen einer selbsttätigen
Anpassung an die Höhe
des Grases. Dieser letzte Aspekt ist für Roboter wichtig, die mit
Unterbrechungen auf großen
Oberflächen
arbeiten sollen, auf denen die Höhe
des Grases je nach der Jahreszeit, der Betriebszeit des Roboters
und dem genauen Ort des Rasens variieren kann.
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Außerdem sind
die Antriebsräder
einer selbstgesteuerten Mähvorrichtung
großer
Abmessung im allgemeinen die zwei Hinterräder, die einen Durchmesser
aufweisen, der im allgemeinen größer ist
als derjenige der vorderen Freilaufräder.
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Diese
Räder neigen
dazu, ein Ankippen des vorderen Bereiches des Gerätes nach
oben zu verursachen, wenn mehrere Schneidköpfe auf Unebenheiten im Boden
treffen. Daraus ergibt sich ein Mangel an horizontaler Stabilität und ein
Springen des Gerätes
während
seiner Vorwärtsbewegung.
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Diese
Nachteile treten insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei
großen
selbstgesteuerten Mähvorrichtungen
auf. Die durch die Erfindung vorgeschlagenen Lösungen können also vorteilhaft auch
bei Geräten
mit kleineren Abmessungen Anwendung finden.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
eine selbstgesteuerte Vorrichtung zum Rasenmähen vor, die einen Mikroprozessor
und wenigstens einen Schneidkopf umfaßt und in der ein elastisches
Spannelement vorgesehen ist, das einerseits mit dem Rahmen des Gerätes und
andererseits mit dem wenigstens einen Schneidkopf verbunden ist.
Diese selbstgesteuerte Mähvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Schneidhöhe
des Schneidkopfes oder der Schneidköpfe auf automatische Weise
zentral durch einen Algorithmus eingestellt wird, der durch den
besagten Mikroprozessor ausgeführt wird.
Dieser Algorithmus berücksichtigt
den Drehwiderstand der Schneidplatte und/oder die Position der Vorrichtung
bezüglich
der besagten Oberfläche
derart, daß der
Rasenmäher
den Rasen nie kürzer
als eine vorgegebene Höhe
schneidet.
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Andere
Aspekte der Erfindung sind in den angefügten abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die
Mähvorrichtung
kann die folgenden Zusatzeigenschaften aufweisen:
- – die Schneidköpfe bestehen
aus rotierenden Platten, die an ihrem Rand mit einer Anzahl einziehbarer
Messer ausgestattet sind, zum Beispiel drei Messern, die unter der
Auswirkung der Zentrifugalkraft in ihre Schneidposition ausfahren,
- – es
ist ein zentraler Anschlag vorgesehen, der unter dem Schneidelement
des Kopfes angeordnet oder in dieses integriert ist und der es jedem Kopf
ermöglicht,
dem Profil des Rasens unabhängig
zu folgen,
- – die
präzise
und gemeinsame Einstellung der Höhe
einer Vielzahl von Schneidköpfen
wird erreicht, indem ein Längsanschlag
verwendet wird, auf dem seitlich verschiedenen Köpfe oder zugehörige Elemente
angeordnet sind, die eine zentrale Einstellung erlauben, indem eine
unabhängige Bewegung
für jeden
Kopf möglich
ist.
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Die
Kombination von einigen oder der Gesamtheit dieser verschiedenen
spezifischen Merkmale ermöglicht
es, eine wirksame selbstgesteuerte Vorrichtung zu erhalten, die
dennoch eine einfache Konstruktion und annehmbare Leistung aufweist.
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Die
Köpfe,
z.B. fünf
an der Zahl, können
entlang einer einzigen Linie angeordnet sein, die senkrecht zur
Fortbewegungsrichtung des Rahmens verläuft, oder in mehreren versetzten
Linien.
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Die
Schneidköpfe
sind in Bezug auf eine oder mehrere senkrechte Halterungen frei
schwenkbar unabhängig
an einem Rahmen der Mähvorrichtung,
zum Beispiel einem röhrenförmigen Rahmen aus
Aluminium, gehaltert. Diese Halterung kann über parallele Arme erfolgen,
die ein Parallelogramm bilden und die an Anlenkpunkten an der senkrechten Halterung
befestigt sind. Diese Montage erlaubt eine begrenzte vertikale Längsbewegung
des Kopfes, indem sie so eine gewisse Fähigkeit des Gleitens hinsichtlich
der Unebenheiten des Bodens gewährleistet.
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Gemäß der Erfindung
sind die genannten Schneidköpfe
mit elastischen Elementen verbunden, zum Beispiel Federn, die es
erlauben, das Gewicht des Kopfes wenigstens zum Teil zu kompensieren. Die
Federn können
zum Beispiel auf Zug oder auf Torsion wirken. Auf diese Weise wird
das scheinbare Gewicht des Schneidkopfes, das heißt, der
Aufwand, der erforderlich ist, um ihn unter der Auswirkung des Kontaktes
des zentralen Anschlages mit dem Boden aufzurichten, beträchtlich
reduziert. Zieht man ein Anfangsgewicht eines Schneidkopfes von
1 kg in Betracht, so erlaubt es eine adäquate Kompensation zum Beispiel,
die zum Anheben erforderliche Belastung auf einige hundert Gramm
zu reduzieren.
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Dieser
Aspekt der Erfindung erlaubt es, die horizontale Stabilität des Gerätes zu erhöhen, indem er
die Wirkung der Kraft, die für
das Anheben des vorderen Bereiches erforderlich ist und die durch
die hinteren Antriebsräder
verursacht wird, vermindert. Diese Wirkung kann bei mit zunehmenden
Gefälle, das
das Gerät
bis zu 35% benutzen kann, sehr beeinträchtigend sein. Das Springen
bei der Fortbewegung auf einem unebenen Gelände wird dadurch stark vermindert.
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Die
selbstgesteuerte Vorrichtung kann einen zentralen Anschlag aufweisen,
der unter dem Schneidelement des Kopfes angeordnet oder der in dieses
integriert ist und der es jedem Kopf erlaubt, dem Profil des Rasens
unabhängig
und ohne übermäßige Reibung
zu folgen. Nach einer ersten Ausführungsform besteht der Anschlag
aus einem zentralen Vorsprung, der z.B. eine fast hemisphärische Form
aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie mit dem Zentrum der niedrigeren
Seite der Schneidplatte abschließt oder in diese integriert
ist. Dieser (z.B. um 2 bis 4 cm) hervorstehende Anschlag befindet
sich also in Rotation, selbst wenn er gelegentlich in Kontakt mit dem
Boden ist.
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Der
zentrale Anschlag ermöglicht
es auf vorteilhafte Weise, jede Reibung in den Drehpunkt der Platte
zu bringen und erlaubt es so, die Reibungskraft und ihre Bremsungswirkung
auf die Rotation der Platte zu vermindern.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
ist der Anschlag auf einer zweiten Platte, koaxial zur Schneidplatte,
unter der letzteren angeordnet. Die zweite Platte befindet sich
vorteilhafterweise in freier Rotation hinsichtlich der Schneidplatte.
Eine ähnliche Anordnung,
die bereits ein Anti-Skalpier-System darstellt, das durch zentrifugales
Auswerfen von Überresten
selbstreinigend ist, aber keinen zentralen Anschlag aufweist, ist
in der Anmeldung PCT/BE96/00012 beschrieben.
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Bei
den zwei oben erwähnten
Ausführungsformen
ist bei Kontakt der Schneidplatte oder der Platte in freier Rotation
mit dem Boden die Kraft, die auf die Achse des oder der Platten
ausgeübt
wird, weniger wichtig oder wird eliminiert, da dieser Kontakt im
wesentlichen oder ausschließlich über den zentralen
Anschlag erfolgt.
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Man
wird feststellen, daß die
oben genannten zentralen Anschläge
unabhängig
regulierbar oder auswechselbar, zum Beispiel durch einfache Klemmfassungen,
ausgebildet sein können,
um sich an die Natur unterschiedlicher unebener Rasenflächen anzupassen
und sich an die gewünschte
minimale Höhe
der Schur anzupassen.
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Gemäß der Erfindung
ist ein zentrales Steuerungssystem für die Schneidköpfe vorgesehen. Nach
einer Ausführungsform
ist eine transversale Halte- oder Anschlagplatte vorgesehen, auf
der sich längsseitig
ein Element des Schneidkopfes oder ein Verbindungselement des Schneidkopf,
z.B. starr, abstützt,
was es erlaubt, einen minimalen Wert der Distanz zwischen dem Kopf
und dem Boden zu definieren. Diese Anschlagplatte kann in ihrer
Höhe eingestellt
werden.
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Gemäß einer
vereinfachten Ausführungsform
kann eine Stange manuell eingestellt werden und ermöglicht es, über einen
einfachen und an sich bekannten Mechanismus auf die Höhe der Anschlagplatte
und damit auf den Wert der Nominalhöhe der Schneidköpfe hinsichtlich
des Bodens einzuwirken.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Stange direkt durch einen Motor und ein elektronisches
Kontrollgehäuse
angesteuert, was eine automatische Einstellung des oder der Schneidköpfe gemäß einem im
Bordrechner eingegebenen Algorithmus erlaubt, wobei der Algorithmus
zum Beispiel die Geschwindigkeit der Vorrichtung und/oder den Drehwiderstand der
Schneidplatte und/oder die Neigung des Gerätes und/oder den Feuchtigkeitsgrad
der zu mähenden Fläche berücksichtigt.
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In
der Tat nimmt das durch die selbstgesteuerten Mähvorrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzte Prinzip in vorteilhafter Weise Bezug auf häufige Schuren,
manchmal sogar auf permanente. Der Roboter schneidet nach und nach bei
jedem Durchgang, das Einsammeln ist somit unnötig, die Grasabfälle zersetzen
sich und düngen
den Rasen je nach dem Anfall an Schnittgut.
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Es
kommt allerdings vor, daß zu
Beginn der Saison oder aufgrund eines längeren Stillstandes der Maschine
oder durch eine neue Auswahl der zu mähenden Fläche das Gras niedergedrückt ist
oder zu hoch ist und daß die
Maschine, die auf ihre Nominalhöhe
eingestellt wurde (z.B. mit Hilfe eines Hebels), eine zu große Grashöhe schneidet,
was zu einem unästhetischen
Anblick und einer großen
Menge an Grasabfällen
führt,
die diesen Anblick noch verschlechtern. Die durch die Erfindung
vorgeschlagene Verfahrensweise erlaubt es, diese Nachteile zu mindern.
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Gemäß dieser
automatisierten Verfahrensweise beim Einsatz der Mähvorrichtung
leitet der Mikroprozessor das Anheben des Schneidkopfes oder der
Schneidköpfe
auf ihre maximale Höhe
ein. Es ist nur unmittelbar nach dem Start, daß die Köpfe abgesenkt sind.
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Der
Mikroprozessor analysiert ständig
die durchschnittliche Rotationsgeschwindigkeit des oder der Schneidplatten.
Solange diese höher
ist als ein vorher bestimmter Wert Vr, ein Wert, der der Geschwindigkeit
der Köpfe
entspricht, die eine Rasenhöhe
schneiden, die nicht überschritten
werden soll, leitet der Mikroprozessor kontinuierlich ein Absenken derart
ein, daß ein
Nennwert erreicht wird und daß, wenn
die durchschnittliche Rotationsgeschwindigkeit unterhalb Vr absinkt,
die Absenkung gestoppt wird und erst wieder aufgenommen wird, wenn
der Widerstand der Schneidplatte zurückgegangen ist.
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Dank
dieser Vorrichtung schneidet die Mähvorrichtung gleichzeitig nie
mehr als eine vorher bestimmte Höhe
und die Höhe
des Rasens tendiert progressiv in Richtung ihres Nennwertes, wobei
sie ein ästhetisches
Aussehen behält.
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Die
vorgestellte Vorrichtung erlaubt es also, den selbstanpassenden
Charakter der Maschine zu verbessern. Zusätzlich zu einer regelmäßigen Schur kann
der Mikroprozessor die Vorrichtung ebenfalls nutzen, um das Umgehen
von Hindernissen zu verbessern, sich von einem Baumstamm zu befreien oder
sich über
eine Schicht welker Blätter
zu bewegen.
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Dieser
letztgenannte Fall ist besonders vorteilhaft, da das Vorhandensein
von Schichten welker Blätter
die Quelle zahlreicher Schwierigkeiten für das Funktionieren einer unabhängigen selbstgesteuerten Mähvorrichtung
mit begrenzter Leistung ist. Im Herbst treten breite Schichten welker
Blätter
am Fuß und
in der Umgebung von Bäumen
auf. Wenn der Roboter diesen Teppich durchquert, kann eine beträchtliche
Menge an Blättern
in den oder die Schneidköpfe
gelangen, was gelegentlich ein Blockieren und den Stillstand der
Maschine verursachen kann. Gemäß der Erfindung
erteilt der Mikroprozessor, wenn der Mikroprozessor einen Widerstand
feststellt, der höher
ist als normal, wenn sich die Schneidplatten auf einer gewissen
Höhe befinden, an
den Motor einen Befehl zum schrittweisen Anheben des oder der Köpfe auf
die maximale Höhe,
bevor er sie progressiv gemäß der oben
erwähnten Technik
absenkt.
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Die
Erfindung soll anhand eines Beispiels und der dazugehörigen Zeichnungen
näher erläutert werden.
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1 stellt
schematisch einen Schneidkopf dar.
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2 zeigt
auf schematische Weise einen angehobenen Schneidkopf einer selbstgesteuerten Mähvorrichtung
nach der Erfindung.
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3 zeigt
auf schematische Weise einen Schneidkopf der Mähvorrichtung gemäß 2.
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4 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
mit einem automatischen System zur Einstellung der Schneidhöhe.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm, das einen vereinfachten Algorithmus zur automatischen
Einstellung der Höhe
des Schneidkopfes illustriert.
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In 1 ist
schematisch ein Schneidkopf 10 dargestellt, der aus einem
Gehäuse 1 besteht,
das einen Elektromotor 2 schützt, der eine Schneidplatte 3 antreibt,
die mit einziehbaren Klingen 5 und mit einem zentralen
Anschlag ungefähr
hemisphärischer Form 4 ausgestattet
ist, der in Kontakt mit dem Boden kommen kann.
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Bezugnehmend
auf die 2 bis 4 ist ein
schematischer Schnitt durch eine selbstgesteuerte Mähvorrichtung
nach der Erfindung dargestellt. Die Abmessungen betragen zum Beispiel
1,2 m in der Länge,
1,16 m in der Breite und 0,5 m in der Höhe. Das Gewicht mit Batterie
variiert von 40 bis 50 kg. Man erkennt eine Abdeckung 30,
zwei frei laufende Vorderräder 33 und
zwei motorgetriebene Hinterräder 31 mit
integrierten Getrieben, wobei die Richtungskontrolle durch Erzeugen
eines Geschwindigkeitsunterschiedes der beiden Antriebsräder durchgeführt wird.
Das Gerät
ist schwerer und kann sich mit einer höheren Geschwindigkeit bewegen
als die kleinen selbstgesteuerten Mähvorrichtungen. Auf dem oberen
Teil der Abdeckung ist ein Sonargerät 40 angeordnet, das
es erlaubt, den Abstand zu physischen Hindernissen festzustellen
und so die Geschwindigkeit bei ihrer Annäherung zu verringern.
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In 2 ist
die Schneidplatte 3 oberhalb einer sich frei drehenden
Platte oder koaxialen Scheibe 24 angeordnet und ist mit
einem zentralen Anschlag 14 ausgestattet.
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Die
Schneidköpfe 10 sind
am rohrförmigen Rahmen
der Mähvorrichtung
(Längsträger 9 und Querbalken 9') über parallele
Arme 11 gehaltert, die ein Parallelogramm bilden und die
sich um Anlenkpunkte 12 bewegen. Diese Art der Halterung
erlaubt eine vertikale Verschiebung des Kopfes in Bezug auf den
Rahmen.
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Man
erkennt ebenfalls elastische Verbindungen in Form von Zugfedern 13,
die es erlauben, das Gewicht des Kopfes wenigstens zum Teil zu kompensieren
und so das Gerät
auf einem unebenen Boden zu stabilisieren.
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Eine
Anschlagplatte oder ein seitlicher Anschlag 15, an dem
eine Verlängerung 20 des Schneidkopfes
anliegt, erlaubt es, einen minimalen Wert des Abstandes zwischen
dem Kopf und dem Boden zu definieren. Diese Anschlagplatte kann
in der Höhe
zwischen 25 und 65 mm durch Schwenken um die Achse 16 unter
der Wirkung eines Hebels 17, der seinerseits über die
Stange 18 betätigt
wird, reguliert werden. Der Rand der Anschlagplatte, die als Anlage
für die
Verlängerung 20 der Schneidköpfe 10 dient,
ist vorteilhafterweise mit einer Gummikappe (nicht dargestellt)
bedeckt, um die Stöße zu dämpfen, die
aufgrund der Unebenheiten des Geländes auftreten.
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Gemäß einer
vereinfachten Ausführungsform
wirkt die Stange 18 durch manuelle Einstellung dank einer
Stellschraube 21 auf die Nominalhöhe des oder der Schneidköpfe 1 (2).
Die Stange weist auf ihrer Länge
mehrere Löcher
auf, die dazu dienen, eine Sicherungsschraube aufzunehmen, die mehrere Möglichkeiten
des Fixierens der Verschiebung, das heißt, über den Hebel mehrere Nominalhöhen der Schneidköpfe, erlaubt.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
(4) ist eher eine automatische Einstellung vorgesehen,
die durch einen Bordrechner kontrolliert wird. Die Stange 18 kehrt
dann in das Gehäuse
für die
elektronische Steuerung 22 zurück. Diese Stange 18 wird
durch einen linearen Schrittmotor betätigt, der eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung
der Stange 18 ermöglicht
und so über
ein einfaches Hebelsystem 17 eine Kontrolle der Nominalhöhe des Kopfes 10 erlaubt,
die auf dem Anschlag 15 über die seitlichen Verlängerungen 20 basiert.
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5 stellt
ein Blockdiagramm dar, das einen vereinfachten Algorithmus zur automatischen Steuerung
der Höhe
des Schneidkopfes veranschaulicht. Eine Anweisung bezüglich der
Schneidhöhe
Hc wird eingegeben oder wird automatisch gemäß der Position der Maschine
auf dem Gelände
berechnet. Die Maschine erfaßt
ständig
den Schneidwiderstand R, wenn dieser Widerstand niedriger als ein
Nominalwiderstand Rnom ist und wenn die Höhe höher als diejenige gemäß der Anweisung
ist, wird der Schneidkopf abgesenkt. Wenn der Widerstand nicht niedriger
als der Nominalwiderstand ist, wenn er höher als ein Maximalwiderstand
Rmax ist und wenn die Höhe
nicht schon der maximalen Höhe
entspricht, läßt das System
die Schneidköpfe
sich aufrichten.
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Die
selbstgesteuerte Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist besonders gut für
die Pflege von großen
Rasenflächen
geeignet, wie man sie auf Golfplätzen
antrifft.
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Die
Pflege von Golfplätzen
stellt eine wichtige Aufgabe für
Arbeitskräfte
dar und die Automatisierung bietet einen offensichtlichen Vorteil.
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Die
Schur von „Fairways" kann dabei ungefähr 80% der
Instandhaltungskosten betragen und umfaßt ganz besondere Anforderungen.
Eine dieser besteht darin, eine Schur mit abnehmender Höhe von der
Peripherie bis zum Zentrum des Fairways zu erzeugen. Es handelt
sich zum Beispiel um eine Schur von 8 cm in der Peripherie und das
auf 4 Metern Breite, danach 6 cm auf den folgenden 4 m Breite in
Richtung Zentrum, 4 cm auf den folgenden 4 Metern und 2 cm im Zentrum.
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Die
automatische Höhenvorgabe,
die eventuell kombiniert ist mit der Schur von Kreisbändern, wie
sie in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben ist, erlaubt
eine vollkommen automatische Durchführung dieser Art von Schur.
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Dank
der konstanten Messung der Feldstärke eines begrenzenden Drahtes
zur Abgrenzung der Arbeitsfläche,
wie in den EP-Patenten 0550 473 B1 und 0.744.093 B1 beschrieben,
berechnet die Vorrichtung ständig
ihren Abstand hinsichtlich des Fadens und kann so die Schneidhöhe entsprechend dieses
Abstandes einstellen.
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Die
Schur wird in parallelen Bändern
von der Peripherie aus mit einer abnehmenden Schnitthöhe auf quasi-kontinuierliche
Weise oder bereichsweise erfolgen, wie dies oben beschrieben ist.