DE10121383A1 - Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einem Vibrationserreger einer Bodenverdichtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einem Vibrationserreger weist einen Verstellkolben (3) zum Ändern der Relativstellung von Unwuchten in dem Vibrationserreger (1) auf, der mit einem Referenzkolben (7) gekoppelt ist. Die Stellung einer Kolbenstange (10) des Referenzkolbens (7) wird von einem Drucksensor (12) erfasst und in Form eines Stellungssignals (13) an eine Steuerung (14) geliefert. Die Steuerung (14) vergleicht das Stellungssignal (13) mit einem von einem Bediener gegebenen Bediensignal (15) und erzeugt ein Steuersignal (16), mit dem die Stellung eines Schaltventils (18) veränderbar ist, welches den Ölzu- oder -abfluss zum Referenzkolben (7) steuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einem Vibrationserreger.

Derartige Vibrationserreger sind insbesondere zum Einsatz in Bodenverdich­ tungsmaschinen, wie Vibrationsplatten oder -walzen, bekannt. Dabei werden üb­ licherweise zwei - aber auch mehrere - Unwuchtwellen formschlüssig gegenläufig drehend angetrieben, wobei sich durch die Überlagerung der Zentrifugalkräfte jeder einzelnen Unwuchtwelle eine resultierende Kraft ergibt, die je nach Aus­ führungsform des Vibrationserregers hinsichtlich ihres Betrags und/oder der Richtung verstellt werden kann. Derartige Vibrationserreger sind insbesondere bei Vibrationsplatten seit langem bekannt, so dass sich eine weitere Beschrei­ bung erübrigt.

Zum Einstellen des gewünschten Betrags oder der Richtung des resultierenden Kraftvektors ist es erforderlich, dass die Relativstellungen der Unwuchtwellen zueinander oder der Unwuchten bezüglich der sie tragenden Wellen änderbar sind. Dazu lassen sich entweder die gegenläufig drehenden Unwuchtwellen hin­ sichtlich ihrer Phasenlage gegeneinander verstellen, oder die Lage der Unwucht auf der sie tragenden Welle ist veränderbar. Für diesen Zweck sind Unwucht- Verstelleinrichtungen bekannt, bei denen ein von einem Verstellkolben in einer als Hohlwelle ausgebildeten Unwuchtwelle axial verstellbarer Querzapfen einen Längsschlitz in der Wandung der Hohlwelle durchdringt und in eine Spiralnut auf der Innenseite einer eine Unwucht tragenden Nabe eingreift. Bei axialer Ver­ lagerung des Querzapfens wird der Querzapfen in dem Längsschlitz geführt, wo­ durch die Nabe aufgrund der Wirkung der Spiralnut ihre Relativstellung auf der sie tragenden Welle ändert. Damit lässt sich die gewünschte, oben beschriebene Verstellung der Phasenlage einstellen. Auch dieser Aufbau ist seit langem be­ kannt und wird z. B. in der EP-A-0 960 659 gezeigt.

Die Verstelleinrichtungen dienen bei Vibrationserregern somit dazu, die Phasen­ lagen von Unwuchten zueinander zum Reversieren der Fahrtrichtung oder zum Verändern des sogenannten "m.r-Wertes" zu verstellen. Sie basieren auf einer hydraulischen Verstellung mittels eines einseitig beaufschlagten Kolbens, der bei nachlassendem Öldruck entweder über eine Federeinrichtung oder über das durch die Unwuchten ausgeübte Rückstellmoment zurückgestellt wird.

In der EP-A-0 960 659 ist auch eine Steuerung für eine Unwucht-Verstellein­ richtung beschrieben, bei der der Verstellkolben hydraulisch mit einem Refe­ renzkolben gekoppelt ist. Die Stellung des Referenzkolbens wird über ein Schalt­ ventil geregelt. Die Stellung des Schaltventils wiederum ergibt sich durch auf den Ventilkörper von zwei Seiten einwirkende Kräfte, nämlich auf einer Seite durch eine vom Bediener vorgebbare und über eine Feder in den Ventilkörper einleitbare Kraft, und auf der anderen Seite durch eine von dem Referenzkolben über eine Feder auf den Ventilkörper aufgegebene Kraft. Die bekannte Steuerung ist schwierig abzustimmen und ermöglicht es nicht, unterschiedliche Regelalgo­ rithmen umzusetzen. Zur Abstimmung bzw. Änderung der Abstimmung müssten jedes Mal die Kennlinien der den Ventilkörper beaufschlagenden Federsätze ver­ ändert werden, was entweder einen hohen baulichen oder einen hohen Montage­ aufwand bedeutet.

Bei komplexeren Vibrationserregern, bei denen außer der Phasenlage auch der mr-Wert verstellbar ist und somit unter Umständen mehrere Unwucht-Verstel­ leinrichtungen vorhanden sind, ist es erforderlich, ein zuverlässiges Signal über die jeweilige Stellung des Verstellkolbens und damit der von ihm verstellten Un­ wuchten im Erreger zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für eine Unwucht-Ver­ stelleinrichtung in einem Vibrationserreger anzugeben, bei der eine präzise Er­ fassung der Verstellkolbenposition und eine einfache und zuverlässige Ansteue­ rung bei Änderungen der Verstellkolbenposition möglich ist. Weiterhin sollte es möglich sein, die jeweilige Position des Verstellkolbens und damit der von ihm angesteuerten Unwuchten bzw. Unwuchtwellen zu erfassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Steuerung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen An­ sprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Steuerung wird die Stellung des mit dem Verstell­ kolben hydraulisch gekoppelten Referenzkolbens von einer Signalerzeugungsein­ richtung erfasst und in Form eines Stellungssignals weitergeleitet. An dem Refe­ renzkolben kann eine Kolbenstange vorgesehen sein, deren Stellung der Stel­ lung des Referenzkolbens entspricht und somit präzise Rückschlüsse auf die Stellung des Verstellkolbens und damit der vom Verstellkolben beaufschlagten Unwuchten bzw. Unwuchtwellen zulässt.

Das Stellungssignal wird an die Steuereinrichtung geliefert, bei der es sich z. B. um eine elektronische Regelung handeln kann, und die weiterhin durch ein von einem Bediener abgebbares Bediensignal beaufschlagt wird. Die Steuereinrich­ tung vergleicht das Stellungssignal, das einem Ist-Wert für die Stellung der Un­ wuchten im Vibrationserreger entspricht, mit dem Bediensignal, das insofern als Soll-Wert angesehen werden kann. Bei dem Bediensignal kann es sich um Vor­ gaben des Bedieners hinsichtlich der Fahrtrichtung, aber auch der vom Vibrati­ onserreger zu erzeugenden Vibrationsstärke handeln.

Die Steuereinrichtung erzeugt daraufhin ein Steuersignal, mit dem ein Schalt­ ventil angesteuert wird, um den Ölzu- oder -abfluss zu oder von der zweiten Sei­ te des Referenzkolbens zu steuern. Über die Steuereinrichtung lässt sich somit die Stellung des Referenzkolbens und folglich auch die Stellung des Verstellkol­ bens verändern.

Aufgrund des Vorliegens des Stellungssignals und damit der zuverlässigen In­ formation über die Stellung der Unwuchten im Vibrationserreger ist es möglich, mit Hilfe der Steuereinrichtung beliebige Regelalgorithmen umzusetzen. Wenn es sich bei der Steuereinrichtung um eine elektronische Steuerung handelt, sind hierzu lediglich Änderungen in dem elektronisch gespeicherten Programm erfor­ derlich.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ver­ stellkolben an dem Vibrationserreger angeordnet, während der Referenzkolben in einem von dem Vibrationserreger schwingungsmäßig entkoppelten Bereich angeordnet ist. Diese Ausführungsform lässt sich besonders vorteilhaft bei einer Bodenverdichtungsvorrichtung, z. B. einer Vibrationsplatte, realisieren, die in Anspruch 12 definiert ist und eine einen Antrieb aufweisende Obermasse und eine den Vibrationserreger tragende, mit der Obermasse über eine Federeinrich­ tung gekoppelte Untermasse aufweist, wobei der Verstellkolben der Steuerung an der Untermasse und der Referenzkolben an der Obermasse angeordnet ist. Da für die Erfassung der Stellung des Referenzkolbens bzw. seiner Kolbenstange schwingungsempfindliche Bauteile erforderlich sind, z. B. Näherungssensoren, Drucksensoren oder optische Sensoren, ist es von besonderem Vorteil, wenn der Referenzkolben an der vibrationsärmeren Obermasse der Bodenverdichtungsvor­ richtung, nicht aber in der Nähe des Vibrationserregers angeordnet ist. Eine ge­ ringere Beanspruchung der empfindlichen Bauteile und eine daraus resultieren­ de höhere Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messungen sind die Folge.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an­ hand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der einzigen Figur näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerung.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Bodenverdichtungsvorrichtung, z. B. einer Vibrationsplatte, bei der die erfindungsgemäße Steuerung zum Einsatz kommt.

Ein an sich bekannter, oben beschriebener Vibrationserreger 1 ist an einer Untermasse der Bodenverdichtungsvorrichtung angeordnet. Weiterhin ist an der Untermasse eine nicht dargestellte Bodenkontaktplatte zur Verdichtung des Bodens vorgesehen.

Oberhalb der Untermasse befindet sich - durch ein nicht dargestelltes Feder- Dämpfer-System in bekannter Weise getrennt - eine Obermasse 2, die unter an­ derem den Antrieb umfasst.

Direkt am Vibrationserreger 1 ist ein Verstellkolben 3 angeordnet, dessen eine Seite durch eine Feder 4 beaufschlagt ist. Seine andere Seite ist über eine Hydraulikleitung 5 mit einer ersten Seite 6 eines an der Obermasse 2 angeord­ neten Referenzkolbens 7 verbunden.

An einer zweiten Seite 8 des in einem Zylinder 9 axial beweglichen Referenzkol­ bens 7 ist eine Kolbenstange 10 angeordnet, die über eine Feder 11 gegen einen Drucksensor 12 abgestützt ist. Der als Signalerzeugungseinrichtung dienende Drucksensor 12 erfasst den von der Feder 11 und damit von dem Referenzkol­ ben 7 ausgeübten Druck und wandelt ihn in ein die Stellung der Kolbenstange 10 angebendes Stellungssignal 13. Das Stellungssignal 13 wird an eine Steuer­ einrichtung 14 übertragen. Die Steuereinrichtung 14 erhält weiterhin ein Be­ diensignal 15, das aus Bedienvorgängen des Bedieners, z. B. einer Betätigung eines Hebels oder von Drucktasten oder auch durch eine Fernsteuerung hervor­ gerufen wird.

Das Stellungssignal 13 kann auch über eine optische oder akustische Anzeige ausgegeben werden, um dem Bediener Informationen über das Verhalten der Bodenverdichtungsvorrichtung zu liefern.

In Abhängigkeit des Stellungssignals 13 und des den Wunsch des Bedieners wiederspiegelnden Bediensignals 15 ermittelt die als elektronische Regelung ausgeführte Steuereinrichtung 14, welche Maßnahmen erforderlich sind, um den Wunsch des Bedieners zu erfüllen. Dementsprechend erzeugt sie ein Steuer­ signal 16, das an Magnetspulen 17 eines Schaltventils 18 geliefert wird. Das in Fig. 1 gezeigte Schaltventil 18 mit den Magnetspulen 17 dient nur der Erläute­ rung. Selbstverständlich kann das Steuersignal 16 in vielfältiger Weise an ein Ventil geliefert werden und dessen Stellung verändern lassen.

Bei dem Schaltventil 18 handelt es sich um ein 3/3-Wegeventil, das zwischen drei Stellungen 18a, 18b und 18c geschaltet werden kann. Es dient zur Steue­ rung eines Ölzuflusses von einer als Druckölquelle dienenden Ölpumpe 19 zu der zweiten Seite 8 des Referenzkolbens 7 bzw. eines Ölabflusses von der zwei­ ten Seite 8 zu einem Ölrücklauf 20.

In Fig. 1 ist das Schaltventil 18 in der Stellung 18b gezeigt, in der ein Ölzufluss und ein Ölabfluss zu oder von der zweiten Seite 8 des Referenzkolbens 7 unter­ brochen sind. Die Stellung 18a ermöglicht den Ölzufluss, während die Stellung 18c den Ölabfluss in den Rücklauf 20 ermöglicht.

Zwischen der Druckseite der Ölpumpe 19 und dem Ölrücklauf 20 ist darüber hinaus ein Sicherheitsventil 21 vorgesehen.

Die erste Seite 6 des Referenzkolbens 7 ist über ein Rückschlagventil 22 eben­ falls mit dem Ölrücklauf 20 verbunden, wobei das Rückschlagventil 22 derart eingebaut ist, dass es einen Ölrückfluss von der ersten Seite 6 des Referenzkol­ bens 7 zum Ölrücklauf 20 unterbindet.

Schließlich ist in dem Ölrücklauf 20 eine Drossel 23 eingebaut.

Durch die Ölfüllung in der Hydraulikleitung 5 ist sichergestellt, dass der Ver­ stellkolben 3 und der Referenzkolben 7 hinsichtlich ihrer Bewegungen präzise gekoppelt sind. Jede Veränderung des Verstellkolbens 3 bewirkt auch eine Ver­ änderung des Referenzkolbens 7, die über die Kolbenstange 10 und den Druck­ sensor 12 erfasst und an die Steuerung 14 geliefert wird.

Die Steuerung 14 leitet dann in Abhängigkeit von dem Wunsch des Bedieners und dem daraus resultierenden Bediensignal 15 geeignete Maßnahmen durch Ansteuern des Schaltventils 18 ein. Zum Beispiel wird ein Ölzufluss zur zweiten Seite des Referenzkolbens 7 über das Schaltventil in Stellung 18a geschaltet, der eine Verlagerung des Referenzkolbens 7 - entsprechend Fig. 1 - nach links bewirkt. Auch der Verstellkolben 3 verlagert sich dadurch nach links.

Wenn umgekehrt die rechte Extremstellung der Kolben erreicht werden soll, wird das Schaltventil 18 in die Stellung 18c geschaltet, so dass das Öl von der zweiten Seite 8 des Referenzkolbens 7 in den Ölrücklauf 20 fließen kann. Dadurch wird das Öl in der Hydraulikleitung 5 und auf der ersten Seite 6 des Referenzkolbens 7 drucklos, so dass der Verstellkolben 3 durch die Wirkung der Feder 4 oder durch die Trägheitswirkung der von ihm gestützten Unwuchten ebenfalls nach rechts verschoben wird, bis er an dem mechanischen Anschlag des ihn aufnehmenden Zylinders zum Stillstand kommt.

Der Referenzkolben 7 folgt dieser Bewegung solange bis zu eben diesem Still­ stand. Wenn die Ölmenge in der Hydraulikleitung 5 und auf der ersten Seite 6 - z. B. aufgrund von Leckverlusten - zu klein ist, kann der Referenzkolben 7 nicht seine rechte Extremstellung erreichen. Jedoch weist das Öl in dem Ölrücklauf 20 einen durch die ein Strömungshindernis bildende Drossel 23 einen gewissen Restdruck auf, der ausreicht, das Rückschlagventil 22 zu öffnen. Dabei ist zu beachten, dass in der Hydraulikleitung 5 und auf der ersten Seite 6 praktisch kein Öldruck mehr herrscht. Über das Rückschlagventil 22 kann somit Öl zur ersten Seite 6 des Referenzkolbens 7 nachströmen und eventuelle Leckverluste ausgleichen. Dieser Ausgleich erfolgt durch die unterschiedlichen Druckbeauf­ schlagungsflächen an der ersten Seite 6 und der zweiten Seite 8 des Referenz­ kolbens 7 solange, bis dieser seine rechte Extremstellung erreicht.

Claims (12)

1. Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einem Vibrationserre­ ger (1), mit
einem hydraulisch betätigbaren Verstellkolben (3) zum Ändern der Rela­ tivstellung von Unwuchten in dem Vibrationserreger (1);
einem Referenzkolben (7), dessen erste Seite (6) mit einer Seite des Ver­ stellkolbens (3) hydraulisch gekoppelt ist;
einer Signalerzeugungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines Stellungs­ signals (13) in Abhängigkeit von einer Stellung des Referenzkolbens (7);
einer durch das Stellungssignal (13) sowie durch ein von einem Bediener abgebbares Bediensignal (15) beaufschlagbaren Steuereinrichtung (14), die in Abhängigkeit von dem Stellungssignal (13) und dem Bediensignal (15) ein Steu­ ersignal (16) erzeugt; und mit
einem mit dem Referenzkolben (7) gekoppelten Schaltventil (18) zum Steu­ ern eines Ölzuflusses von einer Druckölquelle (19) oder eines Ölabflusses zu ei­ nem Ölrücklauf (20) an einer zweiten Seite (8) des Referenzkolbens (7), wobei die Stellung des Schaltventils (18) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (16) der Steuereinrichtung (14) veränderbar ist.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Verstellkolbens (3) nur über eine Änderung der Stellung des Referenzkolbens (7) veränderbar ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Volumen zwischen dem Verstellkolben (3) und dem Referenzkolben (7) im Wesentlichen konstant ist.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellkolben (3) an dem Vibrationserreger (1) angeordnet ist, und dass der Referenzkolben (7) in einem von dem Vibrationserreger (1) schwin­ gungsmäßig entkoppelten Bereich (2) angeordnet ist.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinrichtung einen Näherungssensor, eine Indukti­ onsspule, einen Drucksensor (12) oder einen optischen Sensor aufweist.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellungssignal (13) von der Signalerzeugungseinrichtung (12) über eine optische oder akustische Anzeige ausgebbar ist.

7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellungssignal (13) einen Ist-Wert und das Bediensignal (15) einen Soll-Wert für eine in der Steuereinrichtung vorhandene Regeleinrichtung bildet, die in Abhängigkeit von dem Ist- und dem Soll-Wert das Steuersignal (16) er­ zeugt.

8. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite (6) des Referenzkolbens (7) über ein Rückschlagventil (22) mit dem Ölrücklauf (20) verbunden ist, wobei das Rückschlagventil (22) derart angeordnet ist, dass es einen Ölabfluss von der ersten Seite (6) des Referenzkol­ bens (7) zum Ölrücklauf (20) verhindert.

9. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ölrücklauf (20) ein Fließhindernis oder eine Drossel (23) angeordnet ist.

10. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkolben (7) mit einer Kolbenstange (10) versehen ist und dass die Signalerzeugungseinrichtung (12) zum Erzeugen des Stellungssignals (13) in Abhängigkeit von einer Stellung der Kolbenstange (10) ausgebildet ist.

11. Steuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben­ stange (10) an der zweiten Seite (8) des Referenzkolbens (7) angeordnet ist.

12. Bodenverdichtungsvorrichtung, mit
einer einen Antrieb aufweisenden Obermasse (2);
einer einen von dem Antrieb angetriebenen Vibrationserreger (1) aufwei­ senden, mit der Obermasse (2) über eine Federeinrichtung gekoppelten Unter­ masse; und mit
einer Steuerung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Steuern des Vibrationserregers (1):
wobei der Verstellkolben (3) der Steuerung an der Untermasse und der Referenz­ kolben (7) an der Obermasse (2) angeordnet ist.