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