-
Die Erfindung betrifft ein Verdichtungsgerät zum Verdichten von Böden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Verdichten von Böden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
-
Es sind Verdichtungsgeräte in Form von Straßenwalzen bekannt, mit deren Hilfe großflächige Böden, wie z. B. Asphaltdecken, verdichtet werden. Eine ausreichende Verdichtung ist notwendig, um die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit des Bodens gewährleisten zu können. Eine Straßenwalze kann ein selbstfahrendes Fahrzeug sein und weist zumindest eine Bandage auf. Bei den Straßenwalzen wird zwischen einer dynamischen und einer statischen Wirkungsweise bei der Verdichtung unterschieden. Bei der dynamischen Wirkungsweise erfolgt die Verdichtung durch Bewegung von Massen und bei der statischen Wirkungsweise erfolgt die Verdichtung durch das Gewicht der Straßenwalze.
-
Eine Straßenwalze kann ein selbstfahrendes Fahrzeug sein und weist zumindest eine Bandage auf. Bei der dynamischen Wirkungsweise unterscheidet man zwischen einer Oszillations- und einer Vibrationsverdichtung. Bei der Oszillationsverdichtung wird die Bandage schnell wechselnd vorwärts und rückwärts rotierende Bewegungen aufgezwungen. Dadurch werden tangentiale Schubkräfte in das zu verdichtende Material eingeleitet. Der schnell wechselnden vorwärts und rückwärts rotierenden Bewegung kann auch eine kontinuierliche vorwärts rotierende Bewegung überlagert sein, so dass sich das Verdichtungsgerät während der Oszillationsverdichtung vorwärts bewegt. Bei einer Vibrationsverdichtung wird der Bandage eine schnellwechselnde Auf- und Abwärtsbewegung aufgezwungen. Auf diese Weise werden schnell aufeinanderfolgende vertikale Kräfte in dem zu verdichtenden Boden eingeleitet.
-
Bei der dynamischen Wirkungsweise ist mindestens ein Schwingungserreger vorgesehen, durch den die Bandage in Schwingung versetzbar ist. Die Bandage wird meist mittels einer oszillierenden Masse in Schwingung versetzt, wobei die Masse innerhalb der Bandage angeordnet ist. Die Masse wird meist mittels eines Hydraulikmotors in Bewegung versetzt. Ein solcher Hydraulikantrieb ist jedoch mit einem hohen konstruktiven Aufwand verbunden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verdichtungsgerät und Verfahren zum Verdichten von Böden zu schaffen, wobei der konstruktive Aufbau vereinfacht ist und der Wirkungsgrad erhöht ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 14.
-
Die Erfindung sieht in vorteilhafterweise vor, dass der Schwingungserreger mindestens einen elektromagnetischen Antrieb aufweist, durch den die Masse des Schwingungserregers in Bezug zu der Bandagenachse elektromagnetisch bewegbar ist.
-
Dies hat den Vorteil, dass die gesamte mechanische Konstruktion, die den Hydraulikantrieb der Masse betrifft, wegfällt. Zudem ist der energetische Wirkungsgrad eines Schwingungserregers mit einem elektromagnetischen Antrieb gegenüber dem Wirkungsgrad eines Schwingungserregers mit hydraulischem Antrieb wesentlich höher.
-
Die Masse kann innerhalb eines Gehäuses angeordnet sein, wobei an dem Gehäuse zumindest eine Spule angeordnet ist, die ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Masse bewegbar ist. Es können auch mindestens zwei Spulen an dem Gehäuse angeordnet sein, die ein Magnetfeld erzeugen, durch das die Masse bewegbar ist.
-
Die Masse kann oszillierend mit einer vorbestimmten Frequenz bewegbar sein.
-
Die Frequenz und/oder die Amplitude, mit der der elektromagnetische Antrieb die Masse oszillierend bewegt, kann verstellbar sein.
-
Der Schwingungserreger kann mindestens ein Federelement aufweisen, das mit der Masse gekoppelt ist. Auch kann der Schwingungserreger mindestens zwei Federelemente aufweisen, die jeweils mit der Masse gekoppelt sind. Das mindestens eine Federelement kann einerseits mit der Masse und andererseits mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Es können auch mindestens zwei Federelemente vorgesehen sein, die jeweils sowohl mit der Masse als auch mit dem Gehäuse gekoppelt sind.
-
Das zumindest eine Federelement kann zusätzlich zu dem elektromagnetischen Antrieb bei der Bewegung der Masse Kräfte auf die Masse ausüben, durch die die Masse zusätzlich in Schwingungen versetzt wird und/oder gedämpft wird. Auf diese Weise kann die Energie für den elektromagnetischen Antrieb des Schwingungserregers reduziert werden.
-
Die Masse kann in Bezug zu der Bandagenachse translatorisch in einer Richtung bewegbar sein, die orthogonal zu der Bandagenachse verläuft.
-
Das Gehäuse kann von der Drehung der Bandage entkoppelbar sein, wobei das Gehäuse derart in Bezug zu der Bandage gelagert ist, dass Schwingungen, die mit Hilfe der Masse des Schwingungserregers erzeugbar sind, auf die Bandage übertragbar sind.
-
Das Gehäuse kann derart angeordnet sein, dass die Masse translatorisch in eine Richtung bewegbar ist, die im Wesentlichen orthogonal zu der Bandagenachse und zu dem verdichtenden Boden verläuft.
-
Das Gehäuse kann derart angeordnet sein, dass die Masse translatorisch in eine Richtung bewegbar ist, die im Wesentlichen orthogonal zu der Bandagenachse und im Wesentlichen parallel zu dem verdichtenden Boden verläuft.
-
Es können mindestens zwei Schwingungserreger vorgesehen sein.
-
Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verdichten von Böden mit einer eine Bandagenachse aufweisende Bandage eines Verdichtungsgerätes vorgesehen sein, wobei mit Hilfe mindestens eines Schwingungserregers, der mindestens eine Masse aufweist, Verdichtungsschwingungen der Bandage erzeugt werden, wobei die Masse des Schwingungserregers elektromagnetisch in Relation zu der Bandagenachse bewegt wird, so dass Schwingungen erzeugt werden, die auf die Bandagen übertragen werden.
-
Die Masse kann translatorisch oszillierend bewegt werden. Die Masse kann translatorisch in einer Richtung bewegt werden, die im Wesentlichen orthogonal zu der Bandagenachse verläuft.
-
Die Masse kann innerhalb von einen Gehäuse bewegt werden, das von der Drehung der Bandage entkoppelt ist. Das Gehäuse kann um die Bandagenachse verschwenkt werden, so dass die Richtung, in die die Masse bewegt wird, verstellt werden kann.
-
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
-
Es zeigen schematisch
-
1 ein Verdichtungsgerät,
-
2 ein Schnitt durch eine Bandage eines Verdichtungsgerätes,
-
3 ein Schnitt durch die Bandage eines Verdichtungsgerätes,
-
4 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Schwingungserregers in einer Bandage,
-
5 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Schwingungserregers in einer Bandage.
-
1 zeigt ein Verdichtungsgerät mit einem Rahmen 4 und zwei Bandagen 8. Die Bandagen sind jeweils um eine Bandagenachse 6 drehbar. Das Verdichtungsgerät 1 kann vorwärts und rückwärts in eine Richtung 40 auf den Boden 2 verfahren werden, wobei der Boden 2 verdichtet wird. Der Boden 2 wird einerseits dadurch verdichtet, dass das Gewicht des Verdichtungsgerätes 1 über die Bandagen 6 auf dem Boden 2 einwirken und anderseits dadurch, dass zumindest eine Bandage 8 mindestens ein Schwingungserreger aufweist, durch den die Bandagen in Schwingung versetzbar ist. Durch diese Schwingungen wird der Boden 2 zusätzlich verdichtet.
-
In 2 ist eine Bandage 8 aus 1 in der schematischen Schnittansicht dargestellt.
-
Die Bandage 8 kann sich bezogen auf den Rahmen 4 und die Bandagenachse 6 drehen und dabei über den zu verdichtenden Boden 2 abrollen.
-
Die Bandage 8 wird über einen hydraulischen Antrieb 26 und über Gummipuffer 28 sowie ein Steg 26 angetrieben.
-
Innerhalb der Bandage 8 ist eine Hohlwelle 20 koaxial zu der Bandagenachse 6 angeordnet. Die Hohlwelle 20 ist über Lager 24 an den Stegen 22 gelagert, so dass die Hohlwelle 20 von der Drehung der Bandage 8 entkoppelt ist.
-
An der Hohlwelle 20 ist ein Schwingungserreger 10 angeordnet. Der Schwingungserreger 10 weist einen elektromagnetischen Antrieb 12 auf, durch den eine Masse 14 in Bezug zu der Bandagenachse 6 elektromagnetisch bewegbar ist. Die Masse 14 wird vorzugsweise translatorisch oszillierend in Relation zu der Bandagenachse 6 bewegt.
-
Der Schwingungserreger 10 weist ein Gehäuse 18 auf, wobei die Masse innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Die Masse 14 kann in dem Gehäuse 18 translatorisch bewegt werden. Das Gehäuse 18 ist derart angeordnet, dass die Masse innerhalb einer Ebene translatorisch bewegbar ist, die durch die Bandagenachse 6 verläuft. Ferner wird die Masse 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Richtung bewegt, die orthogonal zu der Bandagenachse verläuft und im Wesentlichen orthogonal zu dem Boden 2 verläuft. Das dargestellte Gehäuse 18 weist eine Quaderform auf, es kann jedoch auch jede beliebige andere Form aufweisen, solange die Masse innerhalb des Gehäuses 18 vorzugsweise translatorisch, d. h. geradlinig, bewegt werden kann. Das Gehäuse 18 weist eine Längsachse 17 auf, entlang der die Masse 14 bewegbar ist.
-
Der elektromagnetische Antrieb 12 weist zumindest eine Spule 16 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der elektromagnetische Antrieb 12 zwei Spulen 16 auf, die an dem Gehäuse 18 angeordnet sind.
-
Die Masse kann innerhalb des Gehäuses 18 in einer Richtung bewegt werden, die orthogonal zu der Bandagenachse verläuft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Masse entlang der Längsachse 17 des Gehäuses 18 bewegt, wobei die Längsache 17 orthogonal zu der Bandagenachse 6 verläuft.
-
Mittels des elektromagnetischen Antriebs 12, d. h. mittels der Spulen 16, kann zumindest ein Magnetfeld erzeugt werden. Das Magnetfeld ist ein sich veränderndes Magnetfeld. Dadurch, dass das Magnetfeld ein sich verändernde Magnetfeld ist, kann die Masse 14 innerhalb des Gehäuses 18 bewegt werden. Der elektromagnetische Antrieb 12 regt die Masse zu einer linearen oszillierenden Bewegung innerhalb des Gehäuses 18 an. Die Masse besteht aus einem Material, das magnetisch anziehbar ist. Die Masse besteht vorzugsweise aus einem Metall.
-
Die Spulen 16 können über Kabel mit Strom versorgt werden, wobei die Kabel durch die Hohlwelle 20 zu einem Rahmenelement 5 führen. Die Kabel können dann zu einem Steuerelement und einer Batterie, die jeweils nicht dargestellt sind, geleitet werden.
-
Durch die Bewegung der Masse 14 wird eine Schwingung erzeugt, die über das Gehäuse 18 und die Hohlwelle 20 auf die Bandage 8 übertragbar ist. Die Lager 24 müssen derart ausgestaltet sein, dass die translatorischen Schwingungen der Hohlwelle 20 auf die Bandage 8 übertragbar sind.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden translatorische, vertikal bzw. orthogonal zu dem Boden verlaufende Schwingungen in der Bandage 8 erzeugt, wodurch der Boden 2 verdichtet wird.
-
Das Gehäuse 18 kann in Bezug zu der Bandage 8 verschwenkt werden. Dies kann dadurch geschehen, dass die Hohlwelle 20 in Bezug zu den Stegen 22 der Bandage 8 verschwenkt wird. Mit der Hohlwelle 20 wird auch das Gehäuse 18 verschwenkt. Das Gehäuse wird vorzugsweise um die Bandagenachse 6 verschwenkt. Die Verschwenkung kann manuell mit Hilfe eines nicht dargestellten Hebels oder mittels eines nicht dargestellten Verschwenkantriebs erfolgen. Der Verschwenkantrieb kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch sein.
-
In 3 ist die Bandage aus 2 schematisch dargestellt, wobei das Gehäuse 18 in Bezug zu dem Steg 22 bzw. zu der Bandage 8 verschwenkt worden ist. Das Gehäuse 18 ist derart angeordnet, dass die Masse 14 translatorisch in einer Richtung bewegbar ist, die im Wesentlichen orthogonal zu der Bandagenachse 6 und im Wesentlichen parallel zu dem verdichtenden Boden 2 verläuft.
-
Durch den Schwingungserreger 10 können nun Schwingungen durch translatorische Bewegungen der Masse 14 erzeugt werden, die parallel zu dem zu verdichtenden Boden 2, verlaufen. Auf diese Weise können auf die Bandage 8 Schwingungen übertragen werden, die in horizontaler Richtung verlaufen. Auch durch eine Bandage 8, die in horizontaler Richtung schwingt, kann der Boden zusätzlich verdichtet werden.
-
Das Gehäuse 18 kann jedoch auch nicht nur um 90° verschwenkt werden sondern um jeden beliebigen Winkel, so dass die Masse auch in jede andere beliebige Richtung translatorisch bewegbar ist.
-
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus 1 dadurch, dass ein Federelement 42 zwischen Masse 14 und Gehäuse 18 angeordnet ist. Das Federelement 42 ist auf der einen Seite mit der Masse 14 und auf der anderen Seite mit dem Gehäuse 18 gekoppelt. Wenn nun die Masse 14 in dem Gehäuse 18 mittels des elektromagnetischen Antriebs 12 hin und her bewegt wird, wird das Federelement 42, das vorzugsweise eine Druck- bzw. Zugfeder ist, auseinandergezogen bzw. zusammengedrückt. Durch das Zusammendrücken bzw. Auseinanderziehen wird eine Federkraft erzeugt, die jeweils auf die Masse 14 wirkt. Dadurch kann die Schwingung der Masse 14 erhöht werden. An den Umkehrpunkten wird die Bewegung der Masse 14 zusätzlich gedämpft, so dass die Gefahr des Anschlagens der Masse 14 an dem Gehäuse 18 zusätzlich reduziert werden kann.
-
Somit kann bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich ein Federelement 42 vorgesehen ist, ein elektromagnetischer Antrieb 12 vorgesehen werden, der weniger Energie benötigt, da ein Teil der Energie für die Schwingungen der Masse 14 von dem Federelement 42 erzeugt wird.
-
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das dem Ausführungsbeispiel aus 4 sehr ähnlich ist. Es unterscheidet sich lediglich dadurch, dass nicht nur ein Federelement 42 sondern zwei Federelemente 42 vorgesehen sind, wobei jedes Federelement 42 zumindest auf einer Seite mit der Masse 14 gekoppelt ist und auf der anderen Seite mit dem Gehäuse 18 gekoppelt ist. Die Federelemente 42 sind derart angeordnet, dass ein Federelement in Bewegungsrichtung der Masse 14 vor der Masse 14 und ein Federelement 42 in Bewegungsrichtung der Masse nach der Masse 14 angeordnet ist, d. h. ein Federelement 42 ist in Längsrichtung 17 des Gehäuses 18 vor der Masse 14 und ein Federelement 42 ist in Längsrichtung 17 hinter der Masse 14 angeordnet. Auf diese Weise wird bei der Bewegung der Masse 14 das erste Federelement 42 auseinandergezogen, wobei gleichzeitig das zweite Federelement 42 bei der Bewegung der Masse 14 zusammengedrückt wird.
