DE102006000786A1

DE102006000786A1 - Selbstangetriebener Plattenverdichter mit linearer Erregung

Info

Publication number: DE102006000786A1
Application number: DE102006000786A
Authority: DE
Inventors: Thomas M. Dunlap Congdon
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2006-08-31
Also published as: US20060193693A1; US7354221B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Schwingungsplattenverdichter mit mindestens einer Kontaktplatte gerichtet, die konfiguriert ist, um in Schwingungen versetzt zu werden. Der Verdichter kann auch eine oder mehrere Erregungsvorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um die mindestens eine Kontaktplatte in Schwingungen zu versetzen. Der Verdichter kann weiter ein Leistungssystem aufweisen, das konfiguriert ist, um Leistung zu der möglichen Vielzahl von Erregungsvorrichtungen zu liefern. Zusätzlich kann die mögliche Vielzahl von Erregungsvorrichtungen konfiguriert sein, um eine lineare Erregung der mindestens einen Kontaktplatte zu erzeugen, um Material unter der mindestens einen Kontaktplatte zu verdichten, um den Verdichter anzutreiben und den Verdichter zu lenken.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung ist auf einen Schwingungsplattenverdichter gerichtet, und insbesondere auf einen selbst angetriebenen Plattenverdichter mit einer linearen Schwingungserregung.

Hintergrund

Schwingungsverdichter können eine Platte oder eine Walze aufweisen, die oszilliert oder in Schwingungen versetzt wird, um Verdichtungskräfte auf eine zu verdichtende Straßenoberfläche aufzubringen, wie beispielsweise Erdboden, Straßenbasismaterial oder Pflastermaterial. In manchen Fällen dreht ein (Verbrennungs-)Motor oder Hydraulikmotor steuerbar mindestens eine exzentrische Masse, um eine Schwingungsbewegung mit einer speziellen Frequenz auf die die Oberfläche berührende Platte oder das Walzenglied aufzuprägen. Das Ergebnis ist eine Oszillationskraft mit der Frequenz der Drehzahl, und mit einer Amplitude, die von der Massenexzentrizität und von der Geschwindigkeit der Drehung abhängt. Variationen an diesem grundlegenden System weisen mehrere exzentrische Gewichte und/oder Wellen auf, wie beispielsweise durch Veränderung der Phasenanordnung von mehreren Gewichten und/oder Wellen, wodurch der Grad der Kraft variiert werden kann, die durch die exzentrischen Massen erzeugt wird. Andere Systeme können Massen aufweisen, die linear oszilliert werden, um eine lineare Erregung der die Oberfläche berührenden Platte oder Walzentrommel zu erzeugen. Eine lineare Erregung kann auch entlang einer speziellen Achse erzeugt werden durch Drehung von Exzentermassensystemen durch Anwendung von sich entgegengesetzt rotierenden Massen, um außerhalb der Achse liegenden Schwingungen entgegen zu wirken.

Bei Walzenverdichtern kann der Antrieb durch einfaches Antreiben der Rollenwalzen wie Räder vorgesehen werden. Bei Plattenverdichtern kann der Winkel der Verdichtungskräfte relativ zum Straßenbelag verändert werden, um den Verdichter selbst anzutreiben. Das heißt, die gleiche Energie, die verwendet wird, um den Straßenbelag zu verdichten, kann verwendet werden, um den Verdichter anzutreiben. Sobald der Straßenbelag bis zu einem gewissen Grad verdichtet worden ist, wird die Oberfläche des Straßenbelages sich nicht länger beträchtlich unter der Kraft der Schwingungen nach unten bewegen (d. h. der Straßenbelag wird nicht signifikant dichter). Statt dessen werden die Verdichtungskräfte den Effekt haben, den Verdichter anzuheben, durch Wegdrücken von der nun festen Straßenoberfläche. Durch Winkelanordnung der Schwingungsenergie in einem nicht senkrechten Winkel relativ zur Oberfläche des Straßenbelages, können die Verdichtungskräfte den Effekt haben, den Verdichter entlang des Straßenbelages anzutreiben.

Während Walzenverdichter weniger komplizierte Formen der Schwingungserregung verwenden können (weil die Schwingungsenergie nicht zum Antrieb verwendet werden muss), können Walzen bei dem Verrichtungsprozess den zu verdichteten Straßenbelag zum Schaden des entbearbeitenden Straßenbelages manipulieren. Beispielsweise kann das Rollen einer Walze über einen nicht verdichteten Straßenbelag eine „Bugwelle" erzeugen. Eine Bugwelle ist ein sich nach oben ausbeulendes Material vor der Rollenwalze. Die Bugwelle ist das Ergebnis des Krümmungsradius (d. h. des Durchmessers) der Rollenwalze, was eine Tendenz für die Walze erzeugen kann, unverdichtetes Material zu pflügen bzw. anzuschieben. Der Nijboer-Quozient beschreibt die Tendenz einer Walze, Material vor ihr zu drücken oder wegzupflügen. Der Nijboer-Quozient kann durch die folgende Formel berechnet werden.

Bei Pflastermaterial kann eine Bugwelle eine Rissbildung in Pflastermaterial erzeugen. Diese Rissbildung kann das entbearbeitete Pflaster mit einer ver ringerten strukturellen Integrität und/oder mit verringerter Haltbarkeit versehen.

Obwohl gewisse Bedingungen eine Rissbildung verhindert können und/oder reparieren können (beispielsweise ausrechende Hitze im Straßenbelag), kann eine Art adäquate Steuerung dieser Bedingungen schwierig sein. In Hinsicht auf diese Einschränkung der Walzenverdichter kann ein Plattenverdichter eine überlegene Verdichtung mit wenig oder keinem Risiko einer Bugwelle versehen, weil er einen unendlichen Krümmungsradius hat (siehe Niijboer-Quozienten-Formel oben, die von Walzendurchmesser abhängt). Ein Walzenverdichter komprimiert einfach den Straßenbelag nach unten mit wenig oder keiner Tendenz, das Material vor der Platte zu pflügen bzw. wegzuschieben.

Ein zusätzlicher Vorteil von Plattenverdichtern gegenüber Walzenverdichtern ist, dass wenn sie stationär sind, die Plattenverdichter weniger wahrscheinlich in einen Straßenbelag einsinken werden. Ein Plattenverdichter verteilt sein Gewicht weiter über einen Straßenbelag, somit wird er nicht so wahrscheinlich einsinken (beispielsweise in einen frisch ausgelegten Asphalt, der immer noch warm und daher weich sein kann), wie es die Walzen eines Walzenverdichters tun würden. Die Walzen können Kontaktbereiche haben, die in Vergleich zur Größe und zum Gewicht der Maschine nicht so groß sind, wie jene eines Plattenverdichters.

Früher sind große Verdichter (beispielsweise für den Fernstraßenbau) auf Walzenverdichter eingeschränkt gewesen, und zwar aufgrund der Logistik der Bewegung eines Plattenverdichters von dieser Größe und aufgrund der schlechten Manövrierbarkeit von verfügbaren Plattenverdichtern. Die Vorteile eines Plattenverdichters (beispielsweise kleine Bugwelle) können nicht das Hindernis der Manövrierbarkeit aufgewogen haben.

Einige Plattenverdichter haben Anwendung von linearer Erregung zu verschiedenen Vorteilen gemacht (beispielsweise Steuerbarkeit der Verdich tung, Energieausnutzung und so weiter), haben jedoch nicht die lineare Erregung für Antriebszwecke eingesetzt. Beispielsweise offenbart das US-Patent 6.293.729, ausgegeben an Greppmaier am 25. September 2001 (das '729-Patent) einen Plattenverdichter, der eine lineare Erregung verwendet. Das '729-Patent offenbart jedoch nicht, dass die Erregung verwendet wird, um den Verdichter selbst anzutreiben. Statt dessen weißt die Vorrichtung des '729-Patentes einen oder mehrere Sätze von Rädern auf, die angetrieben werden können, um einen Antrieb für den Verdichter vorzusehen.

Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu lösen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen Schwingungsplattenverdichter mit mindestens einer Kontaktplatte gerichtet, die konfiguriert ist, um in Schwingungen versetzt zu werden. Der Verdichter kann auch eine oder mehrere Erregungsvorrichtungen aufweisen, die konfiguriert sind, um die mindestens eine Kontaktplatte in Schwingungen zu versetzen. Der Verdichter kann weiter ein Leistungssystem aufweisen, dass konfiguriert ist, um Leistung zu einer oder zu mehreren Erregungsvorrichtungen zu liefern. Zusätzlich können eine oder mehrere Erregungsvorrichtungen konfiguriert sein, um eine lineare Erregung der mindestens einen Kontaktplatte zu erzeugen, um Material unter der mindestens einen Kontaktplatte zu verdichten, um den Verdichter anzutreiben und den Verdichter zu lenken.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Verdichtung eines Straßenbelages gerichtet, welches die Steuerung von einer oder mehreren Erregungsvorrichtungen aufweist, um eine lineare Erregung von mindestens einer Kontaktplatte eines Verdichters gegen eine Oberfläche des Straßenbelages zu erzeugen. Das Verfahren kann weiter aufweisen, den Straßenbelag mit Schwingungsenergie zu verdichten, der durch die lineare Erregung erzeugt wird, genauso wie den Verdichter mit der Schwingungsenergie anzutreiben und zu lenken, und zwar durch Steuerung eines Steigerungswinkels der linearen Erregung der mindestens einen der möglichen Vielzahl von Erregungsvorrichtungen relativ zu der mindestens einen Kontaktplatte.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Darstellung eines Pflastersystems gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2a ist eine diagrammartige Darstellung einer Erregungsvorrichtung mit sich drehender Masse gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2b ist eine diagrammartige Darstellung einer Erregungsvorrichtung mit Linearbetätigungsvorrichtung gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2c ist eine diagrammartige Darstellung einer Erregungsvorrichtung mit elektromagnetischer Linear-Betätigungsvorrichtung gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
3 ist eine diagrammartige Darstellung von mehreren Kontaktplatten eines Plattenverdichters und von Erregungsvorrichtungen, die damit assoziiert sind, und zwar gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
4 ist eine diagrammartige Darstellung von mehreren Kontaktplatten eines Plattenverdichters und von Erregungsvorrichtungen, die damit assoziiert sind, und zwar während des Antriebs des Verdichters gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
5 ist eine diagrammartige Darstellung von mehreren Kontaktplatten eines Plattenverdichters und von Erregungsvorrichtungen, die damit assoziiert sind, und zwar während der Lenkung des Plattenverdichters gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
6 ist eine diagrammartige Darstellung eines Plattenverdichters mit einer Konfiguration mit einer einzigen Kontaktplatte und mit Erregungsvorrichtungen, die damit assoziiert sind, während der Lenkung des Plattenverdichters gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um sich auf die selben oder die gleichen Teile zu beziehen.
1 veranschaulicht ein Pflastersystem 10 mit einem Plattenverdichter 11, der nach einer Pflastermaschine bzw. einen Straßendeckenfertiger 12 nachfolgt. Der Verdichter 11 kann mindestens eine Kontaktplatte 14 aufweisen, eine oder mehrere Erregungsvorrichtungen 16, die konfiguriert sind, um die Kontaktplatte 14 zu betätigen, um Schwingungen zu erzeugen. Der Verdichter 11 kann ein Antriebssystem bzw. Leistungssystem 18 aufweisen, das konfiguriert ist, um Leistung zu den Erregungsvorrichtungen 16 zu liefern, und eine Steuervorrichtung 20, die konfiguriert ist, um den Betrieb der Erregungsvorrichtungen 16 zu steuern. Gewisse Ausführungsbeispiele können eine Bedienerstation 21 aufweisen, die konfiguriert ist, um einen mitfahrenden Bediener aufzunehmen.
Während die Pflastermaschine 12 derart gezeigt ist, dass sie die Möglichkeit der Verwendung des Verdichters 11 in Verbindung mit einer Pflastermaschine zeigt, kann der Verdichter 11 unabhängig verwendet werden, um eine Vielzahl von zu verdichtenden Straßenbelägen zu verdichten. Für die Zwecke der Besprechung jedoch wird der Verdichter 11 in erster Linie mit Bezug zur Verdichtung eines Straßenbelages aus Pflastermaterial besprochen. In einem Fall kann der Verdichter 11 in enger Verbindung mit einer Pflastermaschine 12 betrieben werden, wenn sie einen unverdichteten Straßenbelag 22 aus Pflastermaterial auslegt.
Der Verdichter 11 kann konfiguriert werden, um ferngesteuert zu werden. Um einen solchen ferngesteuerten Betriebszustand zu erleichtern, kann der Verdichter 11 einen Signalempfänger 24 aufweisen, um Fernsteuersignale von einer sendenden Eingabevorrichtung 26 aufzunehmen. Die Eingabevorrichtung 26 kann von irgendeiner Konfiguration sein, wie beispielsweise eine in der Hand zu haltende Fernsteuereinheit, wie in 1 gezeigt. Die Eingabevorrichtung 26 kann konfiguriert sein, um irgendeine Art von Signalen zu übertragen, wie beispielsweise Funksignale, Infrarot-Signale oder irgendeine andere Art von Funkübertragungssignalen. Der Signalempfänger 24 kann konfiguriert sein, um diese Signale aufzunehmen und sie zu der Steuervorrichtung 20 weiterzuleiten. Alternativ oder zusätzlich können Fernsteuersignale zum Verdichter 11 über ein Verbindungskabel 28 übertragen werden, welches den Verdichter 11 mit der Eingabevorrichtung 26 verbinden kann.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Verdichter 11 durch einen Pflastermaschinenbediener ferngesteuert werden, während dieser eine Pflastermaschine betreibt. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Pflastermaschine 12 einen Satz von an der Pflastermaschine montierten Verdichtersteuerungen 30 aufweisen, um den Verdichter 11 fernzusteuern.
Die Pflastermaschine 12 kann Steuersignale ansprechend auf Eingaben erzeugen, die an den an der Pflastermaschine montierten Verdichtersteuerungen 30 eingegeben werden. Eine an der Pflastermaschine befestigte Sendevorrichtung 32 kann diese Signale an den Verdichter 11 senden.
Der Verdichter 11 kann konfiguriert sein, um autonom zu arbeiten. Das heißt, der Verdichter 11 kann konfiguriert sein, um automatisch zu verdichten, zu fahren, und/oder zu manövrieren. Beispielsweise kann der Verdichter 11 konfiguriert sein, um automatisch dem Laufpfad der Pflastermaschine 12 zu folgen, wie in 1 gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel können die Betriebsparameter des Verdichters 11 automatisch basierend auf Betriebsparametern der Pflastermaschine 12 gesteuert werden. Beispielsweise können Steuereingaben, die zum Antrieb der Pflastermaschine 12 gemacht wurden, auch einen entsprechenden Antrieb des Verdichters 11 verursachen. Die an der Pflastermaschine befestigte Sendevorrichtung 32 kann konfiguriert sein, um Signale, wie beispielsweise jene, die oben besprochen wurden, an den Verdichter 11 zu übertragen.
Alternativ oder zusätzlich können autonom arbeitende Ausführungsbeispiele des Verdichters 11 automatisch unter der Führung eines Positionsbestimmungssystems arbeiten. Als solches kann der Verdichter 11 auch verschiedene Arten von Positionierungs- und/oder Führungssystemeinrichtungen aufweisen. Beispielsweise kann der Verdichter 11 einen oder mehrere Globalpositionsbestimmungssystemempfänger (GPS-Empfänger) 34 aufweisen, die konfiguriert sind, um Positionsinformationen von mindestens einem Satelliten 36 aufzunehmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Verdichter 11 Komponenten eines laserbasierten Positionsbestimmungssystems aufweisen, wie beispielsweise einen Lasersender 38 und einen Laserempfänger 40. Durch Verwendung eines Positionsbestimmungssystems zur Bestimmung der Position und Bewegung des Verdichters 11 auf einem Arbeitsgelände kann der Verdichter 11 so gesteuert werden, dass er einem vorbestimmten Pfad folgt und in vorbestimmter Weise an vorbestimmten Stellen entlang des Pfades verdichtet.
Auch kann ein Positionsbestimmungssystem es dem Verdichter 11 ermöglichen, automatisch der Pflastermaschine 12 zu folgen, wenn sie einen frischen Straßenbelag aus Asphalt auslegt. Beispielsweise kann unter Verwendung eines GPS-Systems oder eines laserbasierten Positionsbestimmungssystems die Position und/oder der Fahrtweg der Pflastermaschine 12 verfolgt werden, und der Verdichter 11 kann automatisch gesteuert werden, um dem gleichen Verlauf zu folgen, wie die Pflastermaschine 12. In ähnlicher Weise können Funksignale von der Pflastermaschine 12 betriebliche Informationen über die Pflastermaschine 12 übertragen (beispielsweise Geschwindigkeit, Richtung usw.). Der Verdichter 11 kann seinen Betrieb (bei spielsweise den Laufpfad) auf diesen Informationen begründen, die von der Pflastermaschine 12 empfangen werden.
Der Verdichter 11 kann auch ein Verdichtungsüberwachungssystem 42 aufweisen. Das Verdichtungsüberwachungssystem 42 kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob und wann ein Straßenbelag einen vorbestimmten Verdichtungsgrad erreicht hat. Diese Bestimmung kann verwendet werden um manuell oder automatisch einen oder mehrere Betriebsparameter einzustellen, um die Verdichtungsleistung und/oder den Vortrieb zu optimieren. Beispielsweise können Parameter, wie beispielsweise die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude genauso wie die Pfadgeschwindigkeit usw., eingestellt werden, um die Verdichtungsleistung zu verändern. In einem Ausführungsbeispiel kann der Verdichter 11 konfiguriert sein, um automatisch einen oder mehrere Betriebsparameter ansprechend auf Informationen von dem Verdichtungsüberwachungssystem 42 einzustellen. Beispielsweise kann es erwünscht sein, dass der Verdichter 11 vollständig einen Straßenbelag in einem einzigen Durchgang verdichtet. Wenn eine unzureichende Verdichtung detektiert wird, dann können in einem solchen Fall eine oder mehrere Einstellungen manuell oder automatisch vorgenommen werden, wie beispielsweise die Verlangsamung der Fahrtgeschwindigkeit des Verdichters 11, die Vergrößerung der Amplitude der Schwingungen usw..
In einem Ausführungsbeispiel kann das Verdichtungsüberwachungssystem einen Beschleunigungsmesser 44 aufweisen, der konfiguriert ist, um die Beschleunigung der Verdichtungsplatte 14 zu überwachen. Die Schwingungsbewegung der Kontaktplatte 14 kann den Straßenbelag 22 mit jedem Schwingungsimpuls zusammendrücken. Wenn der Straßenbelag 22 weiter verdichtet wird, kann er mit jedem Impuls immer weniger komprimiert werden. Daher kann die Schwingungsbewegung der Verdichtungsplatte 14 schneller verlangsamt werden, wenn diese gegen eine feste verdichtete Oberfläche schwingt, weil die Oberfläche weniger nachgibt, als dies eine unverdichtete Oberfläche tun würde. Weiterhin kann der Verdichter 11 beginnen zu „hüpfen" (d. h. von der Oberfläche des Straßenbelages abzusprin gen), wenn der Straßenbelag weiter verdichtet wird, weil ein verdichteter Straßenbelag fest sein wird, und wobei die Schwingungsimpulse, statt den Straßenbelag zu komprimieren, sich vom Straßenbelag wegdrücken können, was bewirkt, dass der Verdichter hüpft. Der Beschleunigungsmesser 44 kann konfiguriert sein, um die Beschleunigung der Kontaktplatte 14 zu überwachen, um eine Abbremsungsrate der Kontaktplatte während jedes Impulses zu bestimmen und/oder zu bestimmen, ob der Verdichter hüpft, wie oben beschrieben.
Das Leistungs- bzw. Antriebssystem 18 kann eine Leistungsquelle 46 aufweisen, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor (beispielsweise einen Diesel-, Benzin-, Erdgas- oder Wasserstoffmotor), einen Gasturbinenmotor, eine oder mehrere Batterien, Kombinationen dieser Arten von Leistungsquellen (beispielsweise eine Hybrid-Quelle), oder irgendeine andere geeignete Art einer Leistungsquelle. In gewissen Ausführungsbeispielen kann das Leistungssystem 18 auch einen elektrischen Generator 48 aufweisen, der von der Leistungsquelle 46 angetrieben sein kann und konfiguriert sein kann, um elektrische Energie zu erzeugen. Diese elektrische Energie kann beispielsweise für irgendeinen Zweck verwendet werden, wie beispielsweise zum Antrieb der Erregungsvorrichtung 16. Das Leistungssystem 18 kann auch einen Hydraulikmotor 49 aufweisen, der konfiguriert ist, um die Erregungsvorrichtungen 16 mit Leistung zu versorgen.
Die Steuervorrichtung 20 kann konfiguriert sein, um Steuersignale und/oder Informationen von verschiedenen Eingabequellen aufzunehmen, und einen oder mehrere Betriebsparameter des Verdichters 11 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 20 Steuersignale von der Eingabevorrichtung 26 aufnehmen, egal ob durch Funkübertragungssignale oder durch ein verkabeltes Verbindungskabel 28. Die Steuervorrichtung 20 kann auch Informationen von den Positionsbestimmungssystemkomponenten aufnehmen, wie beispielsweise vom GPS-Empfänger 34. Basierend auf diesen aufgenommenen Informationen kann die Steuervorrichtung 20 den Betrieb der Erregungsvorrichtungen 16 regeln, was Parameter aufweist, wie beispiels weise die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude genauso wie den Vortrieb und/oder die Lenkung des Verdichters 11.
Die Schwingung der Kontaktplatte 14 kann auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten von den Erregungsvorrichtungen 16 erzeugt werden. 2A veranschaulicht eine mögliche Art einer Erregungsvorrichtung 16 mit sich drehenden Exzentergewichten 50 auf. Die Gewichte 50 können mit der Kontaktplatte 14 verbunden sein. Wenn die Gewichte 50 sich drehen, können sie Schwingungen erzeugen, die auf die Kontaktplatte 14 übertragen werden können. Durch Vorsehen von Erregungsvorrichtungen 16 mit sich entgegengesetzt drehenden exzentrischen Gewichten 52 kann die Schwingung linear entlang der Achse 54 gemacht werden, da außerhalb der Achse liegende Schwingungen durch die sich entgegengesetzte Drehung der Gewichte 50 und die Gewichte 52 ausgelöscht werden.
2B veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel, wobei die Erregungsvorrichtung eine Linear-Betätigungsvorrichtung 56 aufweisen kann. Das in 2B gezeigte Ausführungsbeispiel kann eine linear oszillierende Masse 58 aufweisen. Die Masse 58 kann mit einem Exzenterteil einer sich drehenden Kurbelwelle 60 verbunden sein. Die Kurbelwelle 60 kann durch die Leistungsquelle 46, den elektrischen Generator 48 und/oder den Hydraulikmotor 49 angetrieben werden. Die Drehung der Kurbelwelle 60 kann bewirken, dass die Masse 58 oszilliert. Die Trägheit der Masse 58, wenn sie oszilliert, kann lineare Schwingungen zur Folge haben, die auf die Kontaktplatte 14 übertragen werden können.
2C veranschaulicht ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel, wobei die Erregungsvorrichtungen 16 eine lineare Betätigungsvorrichtung 62 aufweisen können. Wie in 2B kann die Masse 58 linear oszilliert werden. In diesem Ausführungsbeispiel jedoch kann die Oszillation der Masse 58 durch einen oder mehrere Elektromagneten 64 erzeugt werden.
Wie in 3 veranschaulicht, kann die Kontaktplatte 14 in zwei oder mehr getrennte Kontaktplatten 66 aufgeteilt sein, die jeweils einzeln durch eine oder mehrere Erregungsvorrichtungen 16 zu erregen sind. Die Erregungsvorrichtungen 16 können eine lineare Erregung der Kontaktplatten 66 erzeugen. Das heißt, die Erregungsvorrichtungen 16 können lineare Schwingungskräfte auf jeder der Kontaktplatten 66 an den Kontaktpunkten zwischen den Erregungsvorrichtungen 16 und den Kontaktplatten 66 aufprägen. Solche linearen Schwingungskräfte können jeweils in einer Richtung axial zu den Achsen 68 und nicht in allen Richtungen auftreten. Wie in 3 gezeigt, können die Achsen 68 der linearen Schwingung im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktplatten 66 sein.
4 veranschaulicht jedoch das Kippen der Erregungsvorrichtungen 16 mit Kippwinkeln 70 relativ zu den Kontaktplatten 66, um eine lineare Erregung der Kontaktplatten 66 entlang von Achsen 62 zu erzeugen, die relativ zu den Kontaktplatten 66 im Winkel angeordnet sind, wodurch gestattet wird, dass der Verdichter 11 in einer Richtung angetrieben wird, die von einem Fall 74 angezeigt wird. Sobald ein Straßenbelag durch den Verdichter 11 verdichtet wurde, kann die Oberfläche des Straßenbelages fest werden. Eine Erregung, die mit nicht senkrechten Neigungswinkeln erzeugt wird, kann den Verdichter 11 über die Oberfläche des Straßenbelages antreiben, und zwar durch Druck auf den festen Straßenbelag in schräger Richtung und nicht gerade auf und ab. Die Neigungswinkel 70 der Erregungsvorrichtungen 16 können variabel sein, um den Verdichter 11 zu manövrieren. Beispielsweise können die Erregungsvorrichtungen 16 nach vorne oder nach hinten abgewinkelt werden, um den Verdichter nach vorne oder nach hinten anzutreiben. Weiterhin können die Erregungsvorrichtungen 16 in allen Richtungen abgewinkelt werden. Das heißt, sie können nach vorne, nach hinten, von Seite zu Seite oder in irgendeiner Kombination davon abgewinkelt werden. Beispielsweise kann eine synchrone Abwinkelung der Erregungsvorrichtungen 16 nach vorne und nach rechts den Verdichter 11 nach vorne rechts antreiben.
Während die Erregungsvorrichtungen 16 alle im gleichen Neigungswinkel 70 positioniert sein können, können sie individuell gesteuert werden, um eine noch größere Manövrierbarkeit, Lenkbarkeit und/oder verbesserte Verdichtung vorzusehen. Beispielsweise veranschaulicht 5 ein mögliches Verfahren zur Lenkung des Verdichters 11. Durch Abwinkelung der Erregungsvorrichtungen auf einer ersten Seite 76 des Verdichters 11 in einer Richtung und durch Abwinkelung der Erregungsvorrichtungen auf einer zweiten Seite 78 des Verdichters 11 in der entgegengesetzten Richtung kann der Verdichter 11 gelenkt werden. Der Verdichter 11 kann um eine Drehachse 80 in einer Richtung gelenkt werden, die von einem Pfeil 82 gezeigt wird, wenn ein erster Seitenneigungswinkel 84 im Wesentlichen gleich einem zweiten Seitenneigungswinkel 86 ist, jedoch entgegengesetzt dazu. Das heißt, der Verdichter 11 kann dazu gebracht werden, eine Kurve mit einem „Radius von Null" auszuführen. Wenn der erste Seitenneigungswinkel 84 anders ist als der zweite Seitenneigungswinkel 86, kann dann der Verdichter 11 dazu gebracht werden, eine Kurve „mit Radius" auszuführen. Das heißt, während er in einer Richtung fährt, kann der Verdichter 11 dazu gebracht werden, variierende Grade zu einer Seite oder zur anderen als Kurve auszuführen.
Das Kippen der Erregungsvorrichtungen 16 kann in irgendeiner geeigneten Weise erreicht werden. Beispielsweise können eine oder mehrere (nicht gezeigte) Betätigungsvorrichtungen eingesetzt werden, um die oberen Teile der Erregungsvorrichtungen 16 zu bewegen, während die unteren Teile an der Kontaktplatte 14 angebracht bleiben (beispielsweise über einen Scharnier oder Kugelgelenk). Solche Betätigungsvorrichtungen können elektrisch, mechanisch und/oder hydraulisch angetrieben sein. Beispielsweise könne solche Betätigungsvorrichtungen Servomotoren, Hydraulikmotoren, Schrittmotoren usw. aufweisen. Weiterhin können zwei oder mehrere Erregungsvorrichtungen 16 konfiguriert sein, um sich mit den gleichen oder einem entsprechenden Winkel zueinander zu verkippen. Eine solche Konfiguration kann durch eine mechanische Verbindung erleichtert werden (nicht gezeigt). Alternativ kann eine elektrische Konfiguration verwendet werden, wo eine der Erregungsvorrichtungen 16 durch eine oder mehrere Hauptbetätigungsvor richtungen positioniert werden kann. Die Steuervorrichtung 20 kann konfiguriert sein, um Slave- bzw. Hilfsbetätigungsvorrichtungen von einer oder mehreren anderen Erregungsvorrichtungen 16 anzuweisen, die anderen Erregungsvorrichtungen in dem gleichen oder in einem entsprechenden Winkel zu positionieren, wie die Master- bzw. Hauptbetätigungsvorrichtungen.
6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel mit einer einzelnen Kontaktplatte 14, die konfiguriert ist, um von zwei oder mehreren Erregungsvorrichtungen 16 betätigt zu werden. Trotzdem es eine einzige Kontaktplatte 14 hat, kann das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel selbst angetrieben, selbst manövrierbar und selbst lenkbar sein, wie mit Bezug auf die 3 bis 5 besprochen. Andere Teile der Kontaktplatte 14 können linear entlang der Achsen 72 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln erregt werden. Wie bei dem Ausführungsbeispiel mit mehreren Platten, das in 5 gezeigt ist, kann beispielsweise das Ausführungsbeispiel der 6 mit einer einzigen Platte Erregungsvorrichtungen auf einer Seite des Verdichters 11 haben, die in einem ersten Seitenneigungswinkel 84 positioniert sind, der entgegengesetzt zum zweiten Seitenneigungswinkel 86 sein kann.
Die Erregungsvorrichtungen 16 können auch einzeln bezüglich der Frequenz der Amplitude und der Phase gesteuert werden. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, Erregungsvorrichtungen 16 am Vorderteil des Verdichters 11 mit einer anderen Frequenz und/oder Amplitude zu betreiben als jene am Hintereil des Verdichters 11. Diese Flexibilität kann eine verbesserte Optimierung der Verdichtung und des Vorschubs ermöglichen. Beispielsweise kann ein gegebenes Straßenbelagmaterial optimal mit einer speziellen Frequenz und einer speziellen Erregungsamplitude verdichtet werden, jedoch kann ein Vortrieb optimal mit einer anderen Frequenz und einer anderen Erregungsamplitude erzeugt werden. In einem solchen Fall könnten Erregungsvorrichtungen in der Nähe einer vorderen Kante des Verdichters 11 mit einer Frequenz und einer Amplitude erregt werden, die besser zur Verdichtung geeignet sind, und die Erregungsvorrichtungen näher zu einem nachlaufenden Ende des Verdichters 11 können mit einer Frequenz und einer Amplitude erregt werden, die besser zum Vortrieb geeignet sind, weil der Straßenbelag schon durch die Erregung an der vorderen Kante des Verdichters 11 verdichtet worden ist.
Die Erregungsphase kann auch gesteuert werden. Beispielsweise können die Erregungsvorrichtungen 16 unter gewissen Umständen mit Frequenzen betrieben werden, die harmonisch zu der natürlichen Resonanzfrequenz bzw. Eigenfrequenz des Verdichterfahrgestells selbst passen. Dies kann eine natürliche Verstärkung der Erregung vorsehen. Unter anderen Umständen können die Erregungsvorrichtungen 16 mit Frequenzen betrieben werden, die nicht harmonisch passen und/oder außer Phase mit der Eigenfrequenz des Verdichterfahrgestells sind. Der Betrieb der Erregungsvorrichtungen 16 mit Frequenzen, die nicht harmonisch passen und/oder entgegengesetzt zu natürlichen Resonanzfrequenz bzw. Eigenfrequenz des Verdichterfahrgestells sind, kann eine natürliche Auslöschung von zumindest einem Teil der Schwingungsenergie vorsehen.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Verdichter 11 kann verwendet werden, um irgendeinen zu verdichtenden Straßenbelag zu verdichten, was beispielsweise Asphalt, lose Schüttstoffe, wie beispielsweise Kies und Sand, Erdboden oder irgendein anderes zu verdichtendes Material einschließen kann. Der Verdichter 11 kann unabhängig oder in Verbindung mit einer Straßenbelagauslegevorrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann der Verdichter 11 in enger Verbindung mit einer Pflastermaschine verwendet werden und/oder kann von einer solchen Pflastermaschine gesteuert werden.
Der Verdichter 11 kann für eine Verdichtung mit einem einzigen Durchgang konfiguriert sein. Das heißt, der Verdichter 11 kann konfiguriert sein, um vollständig einen Straßenbelag mit einem einzigen Durchgang und nicht mit mehreren Durchgängen zu verdichten, wie es bei einem Walzenverdichter erforderlich wäre. Diese Möglichkeit für einen einzigen Durchgang kann es dem Verdichter 11 ermöglichen, einfach hinter einer Straßenbelagverteilungsvorrichtung nachzufolgen, was eine endbearbeitete Oberfläche mit einem einzigen Durchgang zur Folge hat.
Der Verdichter 11 kann von irgendeiner geeigneten Größe sein. Der Verdichter 11 kann eine kleine Einheit sein, die zur Anwendung in Gräben geeignet ist, eine mittelgroß bemessene Maschine, die zur Verdichtung in großen Gebäudegrundrissen geeignet ist, eine große Maschine, die zum Fernstraßenbau geeignet ist, oder irgendeine Größe dazwischen. Groß bemessene Einheiten können konfiguriert sein, um eine volle Breite einer Straßenfahrbahn in einem einzigen Durchgang zu verdichten.
Weil der Verdichter 11 eine lineare Erregung verwenden kann, und weil die Neigungswinkel der linearen Erregung eingestellt werden können, kann der Verdichter 11 ein großes Ausmaß an Betriebswirkungsgrad und/oder Flexibilität haben. Beispielsweise kann die lineare Erregung energieeffizienter sein als eine nicht lineare Erregung, weil wenig oder keine Energie der Erzeugung von außerhalb der Achse liegenden Schwingungen verschwendet wird, die nicht Verdichtungskräfte auf den Straßenbelag aufbringen. Weiterhin versieht die Lenkbarkeit des Verdichters 11, die durch Veränderungen des Neigungswinkels erreicht wird, den Verdichter 11 mit beträchtlicher Manövrierbarkeit. Die Anwendung einer linearen Erregung zum Antrieb des Verdichters 11 zusammen mit dieser Lenkbarkeit kann die Bewegung des Verdichters 11 auf einer Baustelle erleichtern. Zusätzlich kann die Mobilität des Verdichters 11 durch ein oder mehrere (nicht gezeigte) einzusetzende Räder verbessert werden, die angetrieben sein können oder nicht.
Die Mobilität kann es ermöglichen, dass der Verdichter 11 größer als ein Exzenter-Plattenverdichter ist, während er immer noch praktisch über ein Arbeitsgelände zu bewegen ist. Gewisse Ausführungsbeispiele können groß genug sein, um eine volle Breite eines Straßenbelages zu verdichten, der von einer Straßenpflastermaschine ausgelegt wurde. Straßenpflastermaschinen können Pflasterbreiten von ungefähr 8 bis 10 Fuß haben und kön nen manchmal ausfahrbar sein, um einen Straßenbelag zu erhalten, der noch breiter ist. Der Verdichter 11 kann breit genug sein, um einen Straßenbelag mit einer Breite von mindestens ungefähr 8 bis 10 Fuß in einem einzigen Durchgang zu verdichten. Das heißt, die Verdichtungsplatte 14 kann eine Breite von ungefähr 8 bis 10 Fuß oder mehr haben.
Zusätzlich können die Neigungswinkel der linearen Erregung omnidirektional eingestellt werden, was es dem Verdichter 11 ermöglichen kann, nicht nur vorwärts und rückwärts gelenkt und angetrieben zu werden, sondern auch von Seite zu Seite angetrieben zu werden, oder in irgendeinem Winkel dazwischen. Weiterhin kann eine lineare Erregung durch die Linearbetätigungsvorrichtungen erregt werden, die ermöglichen, dass diese Neigungswinkel leichter einzustellen sind. Beispielsweise können die Linearbetätigungsvorrichtungen Elektromagneten einsetzen und nicht eine sich drehende Welle. Ohne eine Welle können die Betätigungsvorrichtungen leichter verkippt werden und gedreht werden, um variierende Neigungswinkel vorzusehen.
Der Verdichter 11 kann mit einem beträchtlichen Ausmaß an Vielseitigkeit versehen sein. Während der Verdichter 11 Merkmale aufweisen kann, die groß bemessene Versionen durchführbar machen, bleiben solche Merkmale anwendbar bei klein bemessenen Versionen, und bleiben in manchen Fällen vorteilhaft dafür. Eine zusätzliche Flexibilität kann auch von der Fähigkeit des Verdichters zur Variation von Schwingungsamplitude, Schwingungsfrequenz und Schwingungsphase vorgesehen werden. Die Variation dieser Parameter kann ermöglichen, dass der Verdichter 11 seinen Betrieb zur Verdichtung von verschiedenen Straßenbelägen zuschneidet und/oder den Verdichter 11 angetrieben und gelenkt wird.
Diese Flexibilität der Verdichtungsfähigkeiten kann es auch ermöglichen, dass der Verdichter 11 konfiguriert wird, um verschiedene Straßenbeläge in einem einzigen Durchgang zu verdichten. Das heißt, der Verdichter 11 kann konfiguriert sein, um vollständig einen Straßenbelag in einem einzigen Durchgang zu verdichten. Für die Zwecke dieser Offenbarung kann eine vollständige Verdichtung eine Verdichtung eines Niveaus aufweisen, welches eine Spezifikation erfüllt, die durch irgendeinen Satz von privaten oder öffentlichen Richtlinien und/oder Anforderungen eingerichtet wurde. Beispielsweise kann eine spezielle Staatsregierung vorschlagen oder anfordern, dass ein Straßenbelag aus Pflastermaterial mit gegebenen Parametern (beispielsweise Materialart, Dicke des Straßenbelages, Temperatur usw.) mit einer vorbestimmten festzulegenden Spezifikation (beispielsweise Dichte) zu verdichten ist. Während existierende Verdichter, wie beispielsweise Walzenverdichter, mehrere Durchgänge machen müssen, um eine vollständige Verdichtung zu erreichen, kann der Verdichter 11 konfiguriert sein, um die gesamte vorgeschlagene und/oder erforderliche Verdichtung in einem einzigen Durchgang vorzusehen.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten selbstangetriebenen Plattenverdichter mit linearer Erregung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims

Schwingungsplattenverdichter (11) der Folgendes aufweist: mindestens eine Kontaktplatte (14), die konfiguriert ist, um in Schwingung versetzt zu werden; eine oder mehrere Erregungsvorrichtungen (16), die konfiguriert sind, um die mindestens eine Kontaktplatte in Schwingungen zu versetzen; und ein Leistungssystem (18), das konfiguriert ist, um Leistung zu der möglichen Vielzahl von Erregungsvorrichtungen zu liefern; wobei die mögliche Vielzahl von Erregungsvorrichtungen konfiguriert ist, um eine lineare Erregung der mindestens einen Kontaktplatte zu erzeugen, um Material unter der mindestens einen Kontaktplatte zu verdichten, um den Verdichter anzutreiben und den Verdichter zu lenken.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei die mögliche Vielzahl von Erregungsvorrichtungen eine oder mehrere lineare Betätigungsvorrichtungen (56/62) aufweist.
Verdichter nach Anspruch 2, wobei die mögliche Vielzahl von Linear-Betätigungsvorrichtungen eine oder mehrere elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen aufweist.
Verdichter nach Anspruch 2, wobei die mögliche Vielzahl von Linear-Betätigungsvorrichtungen eine oder mehrere linear oszillierende Massen (58) und eine oder mehrere Kurbelwellen (60) aufweist, die mit der möglichen Vielzahl von linear oszillierenden Massen assoziiert sind.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der Verdichter konfiguriert ist, um durch variieren eines Neigungswinkels (70) zwischen einer Achse (72) der linearen Erregung und der mindestens einen Kontaktplatte angetrieben zu werden.
Verfahren zur Verdichtung eines Straßenbelages (22), welches Folgendes aufweist: Steuerung von einer oder mehreren Erregungsvorrichtungen (16) zur Erzeugung einer linearen Erregung von mindestens einer Kontaktplatte (14) eines Verdichters (11) gegen eine Oberfläche des Straßenbelages; Verdichtung des Straßenbelages mit Schwingungsenergie, die durch die lineare Erregung erzeugt wird; und Antrieb und Lenkung des Verdichters mit der Schwingungsenergie durch Steuerung eines Neigungswinkels (70) der linearen Erregung von mindestens einer der möglichen Vielzahl von Erregungsvorrichtungen relativ zu der mindestens einen Kontaktplatte.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, linear die mögliche Vielzahl von Erregungsvorrichtungen zu betätigen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die lineare Betätigung der möglichen Vielzahl von Erregungsvorrichtungen aufweist, eine oder mehrere elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen zu betätigen.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Erregung zu steuern, die durch die mögliche Vielzahl von Erregungsvorrichtungen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, unabhängig mindestens zwei Erregungsvorrichtungen bezüglich der Frequenz und/oder der Amplitude und/oder der Phase und/oder den Neigungswinkel relativ zu der mindestens einen Kontaktplatte zu steuern.