DE10026703C1

DE10026703C1 - Walzvorrichtung zur Bodenverdichtung mit Schlupfregelung

Info

Publication number: DE10026703C1
Application number: DE10026703A
Authority: DE
Original assignee: Wacker Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Wacker Neuson SE
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP4727899B2; JP2004512445A; EP1285134B1; US6712550B2; US20020192027A1; EP1285134A1; WO2001092640A1; DE50114524D1

Abstract

Eine Walzvorrichtung zur Bodenverdichtung, mit einer drehend angetriebenen ersten Walzenbandage (1), deren Drehzahl wenigstens in einem bestimmten Bereich veränderbar ist, ist gekennzeichnet durch eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen des vertikalen Abstands (7) zwischen einer hinter der ersten Walzenbandage (1) liegenden Oberfläche (5) des verdichteten Bodens (4) und einem tiefsten Punkt (6) der ersten Walzenbandage (1), und durch eine Drehzahlregeleinrichtung zum Verändern der Drehzahl der ersten Walzenbandage (1) in Abhängigkeit von dem Abstand (7). Die Drehzahlregeleinrichtung ermöglicht es, dass die Drehzahl der Walzenbandage (1) derart einstellbar ist, dass ohne Bestimmung des tatsächlichen Schlupfes zwischen Walzenbandage (1) und Boden (4) ein Schlupf vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walzvorrichtung zur Bodenverdichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Zur Verdichtung von Böden, Straßendecken oder Ähnlichem sind Verdichtungs walzen bekannt, die durch die Auflast einer oder mehrerer trommelförmiger, so genannter Walzenbandagen und teilweise auch durch zusätzliche Vibration den Untergrund bei Überfahrt verdichten. Abhängig von der Art und Konstruktion der Verdichtungswalze können die einzelnen Walzenbandagen als nichtangetrie bene, freirollend gezogene Walzenbandage oder als angetriebene, zum Vortrieb der Verdichtungswalze beitragende Walzenbandage ausgeführt sein.

Neben Art und Beschaffenheit des zu verdichtenden Untergrunds sowie dem Betriebszustand der Verdichtungswalze hat insbesondere der Schlupf der Wal zenbandagen einen starken Einfluss auf den Grad der Verdichtung und die Qualität der verdichteten Oberfläche. Der Begriff "Schlupf" ist der Fahrzeugtech nik entlehnt und entspricht einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen einer Mantel- bzw. Walzfläche der Walzenbandage und dem Boden.

Ein zu niedriger, meist negativer Schlupf bedeutet daher, dass die Umfangsge schwindigkeit der Walzenbandage geringer ist als die Horizontalgeschwindigkeit, mit der sich die Walzenbandage über dem Boden bewegt. Er tritt insbesondere bei nicht angetriebenen, gezogenen Walzenbandagen auf, da sie sich aufgrund ihrer Massenträgheit und dem Rollwiderstand langsamer drehen als es für ein Abrollen auf dem Boden erforderlich wäre. Als Folge des negativen Schlupfes kann es zu Materialanhäufungen vor der Walze kommen (Bulldozing-Effekt), die je nach Betriebsbedingung in unregelmäßigen Abständen überrollt werden, was zu einer unebenen, welligen Oberfläche führt. Andererseits können bei einem negativen Schlupf hinter der Walzenbandage Querrisse in der Oberfläche auf grund von Zugspannungen im Boden zurückbleiben, die auch als Walzrisse be zeichnet werden und durch nachträgliches Walzen zwar oberflächlich geschlos sen werden können, aber kaum vollständig zu beseitigen sind.

Ein zu hoher, meist positiver Schlupf, wie er bei angetriebenen Walzenbandagen häufig auftritt, kann einerseits zu Aufschiebungen oder Verwerfungen hinter der Walzenbandage führen. Andererseits besteht durch zu hohen Schlupf je nach Beschaffenheit des Untergrundes die Gefahr eines Wiederauflockerns des ver dichteten Bodens hinter der Walzenbandage.

Der für die Verdichtung des Bodens optimale Schlupf hängt sowohl von dem Be triebszustand der Verdichtungswalze als auch von der Art und der Beschaffen heit des Untergrundes ab. Es ist in der Praxis nicht möglich, einen eindeutigen, konstanten Wert für einen optimalen Schlupf unter verschiedenen Betriebsbe dingungen auf verschiedenen Böden vorzugeben.

Weiterhin problematisch wird das Schlupfverhalten bei Walzvorrichtungen mit mehreren angetriebenen Walzenbandagen, da dort immer damit zu rechnen ist, dass wenigstens eine der Bandagen einen zu hohen oder zu niedrigen Schlupf aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walzvorrichtung zur Bodenver dichtung anzugeben, bei der sich unabhängig vom Betriebszustand der Vorrich tung oder vom Zustand des Bodens stets automatisch ein optimaler Schlupf ein stellt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist in Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Weiter entwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Walzvorrichtung weist eine Bestimmungseinrichtung auf, mit der sich ein vertikaler Abstand zwischen einer hinter der ersten Walzenban dage liegenden, also soeben überwalzten Oberfläche des verdichteten Bodens und einem tiefsten Punkt der ersten Walzenbandage, also dem unteren Scheitel punkt der trommelförmigen Walzenbandage, bestimmen lässt. In Abhängigkeit von dem Abstand ist eine Drehzahlregeleinrichtung in der Lage, die Drehzahl der zu regelnden Walzenbandage einzustellen.

Unter der Maßgabe, dass der Abstand dann positiv definiert ist, wenn die Ober fläche des verdichteten Bodens auf einem höheren Vertikalniveau liegt als der tiefste Punkt der Walzenbandage, dass also die Walzenbandage hinter sich eine Aufhäufung erzeugt, was einem positiven Schlupf entspricht, reduziert die Dreh zahlregeleinrichtung die Drehzahl, wenn der Abstand über einem vorgegebenen oberen Grenzwert liegt. Wenn entsprechend der Abstand negativ ist, also die Oberfläche des verdichteten Bodens auf einem niedrigeren Vertikalniveau liegt als der tiefste Punkt der Walzenbandage, was einem negativen Schlupf ent spricht, kann die Drehzahlregeleinrichtung die Drehzahl erhöhen, wenn der Ab stand einen vorgegebenen unteren Grenzwert unterschreitet.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der obere und der untere Grenzwert identisch und entsprechen einem leicht positiven Wert, der knapp über Null liegt. Dadurch lässt sich berücksichtigen, dass der verdichtete Boden aufgrund seiner Elastizität nach dem Überrollen durch die Walzenbandage rückfedert, so dass auch dann, wenn kein Schlupf auftritt, der Abstand einen - wenn auch niedrigen - positiven Wert einnehmen muss, da die rückgefederte Oberfläche des verdichteten Bodens auf einem höheren Vertikalni veau liegt als der untere Scheitelpunkt der Walzenbandage.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Streckenmesseinrichtung vorgesehen, mit der sich die Länge einer vertikalen Strecke der Oberfläche des Bodens und einem Referenzpunkt an der Walz vorrichtung messen läßt. Die Bestimmungseinrichtung ist dann in der Lage, den vertikalen Abstand als Differenz zwischen einem durch den mechanischen Auf bau der Walzvorrichtung vorgegebenen, in die Bestimmungseinrichtung bereits eingespeicherten Längenwert für eine vertikale Strecke zwischen dem Referenz punkt und dem tiefsten Punkt, also dem unteren Scheitelpunkt der Walzen bandage sowie der von der Streckenmesseinrichtung gemessenen vertikalen Strecke zu berechnen.

Die erfindungsgemäße Schlupfregelung lässt sich besonders vorteilhaft bei einer Walzvorrichtung einsetzen, bei der außer der geregelten Walzenbandage noch wenigstens eine weitere drehend angetriebene Walzenbandage vorhanden ist. Die zusätzliche Walzenbandage dient dann unter anderem zur Kraft- bzw. Drehmomentabstützung für die erste, geregelte Walzenbandage.

Vorteilhafterweise ist die geregelte Walzenbandage, in Fahrtrichtung der Walz vorrichtung gesehen, die hinterste von allen angetriebenen Walzenbandagen.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend un ter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Walzvorrichtung in schematischer Seitenansicht;

Fig. 2 in schematischer Darstellung den Zustand eines positiven Schlupfes; und

Fig. 3 in schematischer Darstellung den Zustand eines negativen Schlupfes.

Fig. 1 zeigt eine als Walzvorrichtung zur Bodenverdichtung dienende Verdich tungswalze, die eine drehend angetriebene erste Walzenbandage 1 und eine ebenfalls drehend angetriebene zweite Walzenbandage 2 aufweist.

Da eine derartige Walzvorrichtung im Prinzip, sei es mit oder ohne einen die Walzenbandagen beaufschlagenden Vibrationsantrieb, bekannt sind, erübrigt sich eine detailliertere Beschreibung.

Die Walzenbandagen 1, 2 werden in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines mechanischen, hydraulischen oder elektrischen Systems bzw. einer Kombina tion aus diesen Systemen angetrieben, die eine eng gestufte bzw. kontinuierliche Änderung der Antriebsdrehzahl ermöglichen.

Eine Fahrtrichtung der Walzvorrichtung ist durch einen Pfeil 3 gekennzeichnet.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter schematischer Darstellung die erste Walzenbandage 1, die über den zu verdichtenden Boden 4 walzt. Es ist erkennbar, dass eine Oberfläche 5 des bereits verdichteten Bodens hinter der Walzenbandage 1 auf einem höheren vertikalen Niveau liegt als ein tiefster Punkt 6 der Walzenban dage 1. Als tiefster Punkt 6 wird hierbei der untere Scheitelpunkt bzw. ein Punkt auf der weiteren Scheitellinie der Walzenbandage 1 angesehen.

Aufgrund der in Fig. 2 erkennbaren Konstellation ergibt sich, dass sich die Wal zenbandage 1 aufgrund eines zu hohen Schlupfes in den Boden 4 eingräbt. Ein vertikaler Abstand 7 zwischen der Bodenoberfläche 5 und dem tiefsten Punkt 6 nimmt dabei definitionsgemäß einen positiven Wert an.

Die Walzvorrichtung weist eine in den Figuren nicht dargestellte Bestimmungseinrichtung auf, die den Abstand 7 bestimmt und an eine ebenfalls in den Figu ren nicht gezeigte Drehzahlregeleinrichtung liefert. Die Drehzahlregelein richtung ist in der Lage, die Drehzahl der Walzenbandage 1 in Abhängigkeit von dem Abstand 7 zu verändern.

Aufgrund der Erkenntnis, dass der Abstand 7 bei dem in Fig. 2 gezeigten Zustand positiv und somit auch der Schlupf positiv ist, versucht die Drehzahl regeleinrichtung durch Vermindern der Drehzahl den Schlupf zu reduzieren. Ein solcher Fall kann z. B. eintreten, wenn die vordere Walzenbandage 2 der Walz vorrichtung zu langsam dreht, so dass die hintere Walzenbandage 1 eine zu ge ringe Horizontalgeschwindigkeit über dem Boden 4 erreichen kann.

Fig. 3 zeigt die Walzenbandage 1 im Zustand eines negativen Schlupfes, bei dem es vor der Walzenbandage 1 bereits zu einer Anhäufung des Bodens 4 gekom men ist. Hier besteht die Gefahr, dass kurze Zeit später der sich noch vor der Walzenbandage 1 befindende Wulst überrollt wird, was zu einem welligen Unter grund führt.

In Fig. 3 ist erkennbar, dass sich die Oberfläche 5 des bereits verdichteten Bo dens 4 hinter der Walzenbandage 1 auf einem niedrigeren Vertikalniveau befin det als der tiefste Punkt 6 der Walzenbandage 1. Entsprechend der oben gegebe nen Definition ist daher der Abstand 7 zwischen der Oberfläche 5 und dem tief sten Punkt 6 negativ, was einem negativen Schlupf entspricht.

Die Bestimmungseinrichtung liefert den negativen Wert des Abstands 7 an die Drehzahlregeleinrichtung, die bei Unterschreiten eines unteren Grenzwerts durch Erhöhen der Drehzahl der Walzenbandage 1 versucht, den Schlupf zu er höhen.

Auch wenn man aufgrund der Theorie annehmen sollte, dass ein Wert für den Abstand 7 von Null dem idealen, schlupffreien Zustand entsprechen dürfte, hat sich in der Praxis herausgestellt, dass ein leicht positiver Wert geringfügig über Null besser geeignet ist, einen schädlichen Schlupf zu vermeiden. Der Grund dafür besteht in der elastischen Eigenschaft des Bodens 4, der nach Überrollen durch die Walzenbandage 1 rückfedert, so dass sich bei schlupffreiem Überrol len immer ein positiver Wert für den Abstand 7 einstellen muss.

Zur Bestimmung des Abstands 7 ist es besonders zweckmäßig, am Fahrwerk der Walzvorrichtung ein berührungsloses Messsystem, z. B. ein Abstandsradar oder einen Laser, anzubringen, das die vertikale Strecke zwischen dem als Referenz punkt dienenden Messsystem und der Oberfläche 5 des verdichteten Bodens 4 bestimmt. Alternativ ist auch ein mechanisches Messsystem, z. B. mit einer auf der Oberfläche abrollenden Rolle denkbar, deren Vertikalstellung relativ zum Fahrwerk der Walzvorrichtung veränder- und erfassbar ist. Da die andere verti kale Strecke von dem ortsfesten Messsystem bis zum tiefsten Punkt 6 der Wal zenbandage durch den Aufbau der Walzvorrichtung 1 konstruktiv vorgegeben ist, lässt sich aus der Differenz zwischen der gemessenen vertikalen Strecke und der vorgegebenen vertikalen Strecke in einfacher Weise der Abstand 7 berech nen.

Der eigentliche Aufbau der Bestimmungseinrichtung und der Drehzahlregelein richtung ist mit üblichen Komponenten zu bewerkstelligen. Auf eine detaillierte Beschreibung kann daher verzichtet werden.

Mit der erfindungsgemäßen Schlupfregelung kann ohne aufwendige Bestimmung des tatsächlichen Schlupfes - wie dies z. B. bei ABS- oder Traktionsregelungen bei Kraftfahrzeugen der Fall ist - und unabhängig von Art und Beschaffenheit des zu verdichtenden Untergrundes ein Betriebszustand der Verdichtungswalze eingestellt werden, der aufgrund einer Minimierung des Schlupfes eine optimale Verdichtung des Untergrundes bei hoher Qualität der gewalzten Oberfläche er möglicht.

Die Erfindung wurde beispielhaft an einer Walzvorrichtung beschrieben, bei der nur eine der Walzenbandagen mit der entsprechenden Schlupfregelung versehen war. Selbstverständlich ist es insbesondere bei größeren Walzenzügen oder bei Walzvorrichtungen, die gleichermaßen vorwärts und rückwärts verfahrbar sind, möglich, dass wenigstens zwei - z. B. die vorderste und die hinterste - Walzen bandagen vorgesehen sind, deren Drehzahl durch die Drehzahlregeleinrichtung zur Vermeidung eines Schlupfes veränderbar ist. Entsprechend müsste dann jeweils der Abstand 7 zwischen der Bodenoberfläche und dem tiefsten Punkt der zugehörigen Walzenbandage in analoger Weise wie oben beschrieben ermittelt werden.

Eine Fahrtrichtungssteuerung der Walzvorrichtung könnte darüber hinaus dafür sorgen, dass auch bei Fahrtrichtungsänderungen jeweils nur die hinterste Walzenbandage eine Schlupfregelung in der beschriebenen Weise erfährt.

Schließlich kann es in bestimmten Fällen sogar zweckmäßig sein, auch bei mehreren Walzenbandagen alle mit einer entsprechenden Schlupfregelung zu versehen und gegebenenfalls die einzelnen Drehzahlregeleinrichtungen mitein ander zu verbinden, um ein abgestimmtes Verhalten der einzelnen Walzenban dagen zu bewirken.

Claims

1. Walzvorrichtung zur Bodenverdichtung, mit einer drehend angetriebenen ersten Walzenbandage (1), deren Drehzahl wenigstens in einem bestimmten Bereich veränderbar ist; gekennzeichnet durch
eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines vertikalen Abstands (7) zwischen einer - in Fahrtrichtung (3) gesehen - hinter der ersten Walzenban dage (1) liegenden Oberfläche (5) des verdichteten Bodens (4) und einem tiefsten Punkt (6) der ersten Walzenbandage; und durch
eine Drehzahlregeleinrichtung zum Verändern der Drehzahl der ersten Walzenbandage (1) in Abhängigkeit von dem Abstand.

2. Walzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (7) positiv definiert ist, wenn die Oberfläche (5) des verdichteten Bodens (4) auf einem höheren Vertikalniveau liegt als der tiefste Punkt (6) der ersten Walzenbandage (1), und dass der Abstand (7) im umgekehrten Fall negativ defi niert ist.

3. Walzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregeleinrichtung die Drehzahl der ersten Walzenbandage (1) reduziert, wenn der Abstand (7) über einem vorgegebenen oberen Grenzwert liegt, und die Drehzahl erhöht, wenn der Abstand (7) unter einem vorgegebenen unteren Grenzwert liegt.

4. Walzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und der untere Grenzwert identisch sind und/oder einem positiven Wert entsprechen.

5. Walzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Streckenmesseinrichtung vorgesehen ist zum Messen einer vertikalen Strecke zwischen der hinter der ersten Walzenbandage (1) liegenden Oberfläche (5) des Bodens (4) und einem vorbestimmten Referenzpunkt an der Walzvorrichtung; und dass die Bestimmungseinrichtung den vertikalen Abstand (7) als Differenz zwischen einer durch den Aufbau der Walzvorrichtung vorgege benen vertikalen Strecke zwischen dem Referenzpunkt und dem tiefsten Punkt (6) der ersten Walzenbandage (1) sowie der durch die Streckenmesseinrichtung gemessenen vertikalen Strecke berechnet.

6. Walzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenmesseinrichtung ein berührungsloses Messsystem aufweist.

7. Walzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass wenigstens eine weitere drehend angetriebene Walzenbandage (2) vorgesehen ist.

8. Walzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die er ste Walzenbandage (1) die in eine Fahrtrichtung (3) der Walzvorrichtung gesehen hinterste von allen angetriebenen Walzenbandagen (1, 2) ist.

9. Walzvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Walzvorrichtung vorwärts und rückwärts fahrbar ist;
wenigstens zwei Walzenbandagen (1, 2) vorgesehen sind, deren Drehzahl veränderbar ist;
jeweils der - in der jeweiligen Fahrtrichtung (3) gesehen - hintersten der beiden Walzenbandagen (1, 2) eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen des vertikalen Abstands (7) zwischen der hinter dieser Walzenbandage (1, 2) lie genden Oberfläche (5) des verdichteten Bodens (4) und dem tiefsten Punkt (6) dieser Walzenbandage (1, 2) zugeordnet ist; und dass
die Drehzahlregeleinrichtung zum Verändern der Drehzahl von beiden Walzenbandagen (1, 2) in Abhängigkeit von dem jeweils bestimmten Abstand (7) ausgebildet ist.

10. Walzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregeleinrichtung jeweils die Drehzahl der hinteren der beiden Walzen bandagen (1, 2) in Abhängigkeit von dem Abstand (7) verändert.