DE102015006398B3 - Bodenverdichtung mit einem Baggeranbauverdichter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bodenverdichter (2) mit Rüttelplatte (16) mit einem die Rüttelplatte (16) antreibenden Unwuchtmotor (10) und ein korrespondierendes Verfahren zum Verdichten eines Bodens, wobei der Bodenverdichter (2) zumindest einen Sensor (24) zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Längsachse (y) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Querachse (x) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse (z) aufweist sowie eine Steuer- und Regelvorrichtung (36) zum Auswerten der erfassten Winkelgeschwindigkeit(en), wobei die Steuer- und Regelvorrichtung (36) konfiguriert ist, eine bestimmte Aktion und/oder Information zu veranlassen, insbesondere mittels eines Signals das Ende der Verdichtung anzuzeigen, wenn über einen vorbestimmbaren Zeitraum die Änderung zumindest einer der Winkelgeschwindigkeiten gegen Null geht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bodenverdichter mit Rüttelplatte und ein korrespondierendes Verfahren zum Verdichten eines Bodens.
  • Das Verdichten von Böden ist notwendig, um beispielsweise nach dem Verlegen von Rohrleitungen im Erdreich und dem anschließenden Zuschütten der Baugrube mit Erdreich einen festen Untergrund bereitzustellen, welcher im Laufe der Zeit nicht nachsackt. Das Verdichten kann in einfacher Weise durch Rüttler, Vibratoren bzw. Bodenverdichter erfolgen, welche Vibrationen einer bestimmten Frequenz an der Bodenoberfläche erzeugen und diese Vibrationen über eine Rüttelplatte des Bodenverdichters, welche auf dem zu verdichtenden Boden liegt, auf den Boden übertragen.
  • Wenn das Verdichten von Böden über einen am Baggerarm eines Baggers befestigten Verdichter bzw. Bodenverdichter erfolgt, ist es für den Baggerführer nicht erkennbar, ob der gewünschte Verdichtungsgrad des Bodens erreicht ist oder nicht. Je nach Sichtverhältnissen ist es für den Baggerführer unter Umständen auch noch nicht einmal erkennbar, ob der Bodenverdichter überhaupt bereits auf dem Boden aufsteht. Selbst wenn der Bodenverdichter auf dem Boden aufstehen sollte, könnte es sein, daß die Rüttelplatte des Verdichters nicht parallel zu dem verdichtenden Boden ausgerichtet ist.
  • DE 10 2006 008 266 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines dynamischen Verformungsmoduls eines zu verdichtenden Bodens mittels einer Bodenverdichtungsvorrichtung und damit auch der Bodensteifigkeit.
  • DE 10 2013 200 274 A1 offenbart ein Verfahren zum Verdichten eines Bodens mittels eines Anbauverdichters mit einem schwingenden Unterteil, wobei ein Ende der Verdichtung durch ein entsprechendes Signal angezeigt wird. Dabei wird der Verdichtungszustand des Bodens über wenigstens drei Größen unter Berücksichtigung des Klirrfaktors ermittelt.
  • Weitere Bodenverdichter sind in der DE 203 10 008 U1 , der EP 2 891 750 A1 und der DE 10 2008 010 461 A1 offenbart.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdichten eines Bodens bereit zu stellen, die dem Bediener des Bodenverdichters Informationen bereitstellt, inwieweit der erforderliche Verdichtungsgrad des Bodens erreicht ist.
  • Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Bodenverdichter mit einer Rüttelplatte und einem die Rüttelplatte antreibenden Unwuchtmotor vorgeschlagen, wobei der Bodenverdichter zumindest einen Sensor zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Längsachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Querachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse aufweist sowie eine Steuer- und Regelvorrichtung zum Auswerten der erfassten Winkelgeschwindigkeit(en), wobei die Steuer- und Regelvorrichtung konfiguriert ist, eine bestimmte Aktion und/oder Information zu veranlassen, um das Ende der Verdichtung anzuzeigen, und zwar insbesondere mittels eines Signals, wenn über einen vorbestimmbaren Zeitraum die Änderung zumindest einer der Winkelgeschwindigkeiten gegen Null geht.
  • Die Steuer- und Regelvorrichtung ist vorzugsweise zusätzlich ausgelegt, die Schlagkraft des Bodenverdichters, die auf den Bodenverdichter ausgeübte Auflast und/oder die Unwuchtfrequenz des Unwuchtmotors des Bodenverdichters zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere kann die Steuer- und Regelvorrichtung Solldaten im Hinblick auf die Schlagkraft, Auflast und/oder Unwuchtfrequenz erhalten und kann insbesondere auch ausgelegt sein, die tatsächlich vorhandenen Daten im Hinblick auf die Schlagkraft, die Auflast und/oder die Unwuchtfrequenz zu überprüfen. Falls die vorgegebenen Daten bzw. die Solldaten nicht erreicht und/oder überschritten werden, kann die Steuer- und Regelvorrichtung eine entsprechende Korrektur veranlassen. Die Eingabe der Solldaten in die Steuer- und Regelvorrichtung kann beispielsweise über ein externes Handgerät (drahtlos oder per Kabel) oder auch über ein im Bodenverdichter integriertes Bedienfeld erfolgen. Die Steuer- und Regelvorrichtung kann also ausgelegt sein, die zuvor genannten Aktionen durchzuführen, d. h. die Regelung und Überprüfung von Schlagkraft, Auflast und/oder Unwuchtfrequenz zu veranlassen sowie auch eine Information zur Verfügung zu stellen, um beispielsweise über eine Anzeige oder ein akustisches Signal anzuzeigen, ob der gewünschte Verdichtungsgrad erreicht wurde.
  • Dem vorgeschlagenen Bodenverdichter liegt der Gedanke zugrunde, daß über gemessene Winkelgeschwindigkeiten der Rüttelplatte die Möglichkeit besteht, auf den Verdichtungsgrad des Bodens zu schließen. Die Winkelgeschwindigkeit ist dabei eine vektorielle Größe, die angibt, wie schnell sich ein Winkel mit der Zeit um eine Achse ändert. Die Winkelgeschwindigkeit kann auch als Rotationsgeschwindigkeit oder Drehgeschwindigkeit bezeichnet werden. Die Winkelgeschwindigkeit kann ferner auch als Pseudovektor bezeichnet werden, der die Drehachse und Schnelligkeit einer Rotationsbewegung angibt.
  • Bei einem Bodenverdichter können im Hinblick auf die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeiten drei Verschwenkungs- oder Rotationsachsen angesetzt werden, nämlich die Längsachse in Bezug auf die Rüttelplatte, die Querachse in Bezug auf die Rüttelplatte und die zur Längs- und Querachse der Rüttelplatte senkrecht stehende Drehachse. Mit Bezug auf den Unwuchtmotor des Bodenverdichters verläuft die Rotationsachse des Unwuchtmotors parallel zu der Querachse der Rüttelplatte. In gleicher Ebene wie die Querachse, jedoch senkrecht dazu, erstreckt sich die Längsachse der Rüttelplatte. Die Ausrichtung der Drehachse der Rüttelplatte ergibt sich als senkrecht zur Quer- und Längsachse der Rüttelplatte verlaufend bzw. als senkrecht auf der Rüttelplatte stehend.
  • Zur Erlangung des gewünschten Erfolges, nämlich einer Aktion und/oder Information über das erreichte Ende der Bodenverdichtung, genügt es dabei, die Winkelgeschwindigkeit einer der drei zuvor genannten Winkelgeschwindigkeiten bezüglich einer der drei zuvor genannten Achsen auszuwerten. Betrachtet man die Winkelgeschwindigkeit über einen bestimmten Zeitraum und stellt man fest, daß über den betrachteten bestimmten Zeitraum keine oder nur noch eine geringe Änderung der Winkelgeschwindigkeit erfolgt, heißt das, daß die gewünschte Bodenverdichtung erreicht ist. Mittels einer Steuer- und Regelvorrichtung kann die entsprechend betrachtete Winkelgeschwindigkeit ausgewertet werden, wobei die Steuer- und Regelvorrichtung so konfiguriert ist, daß sie dann, wenn sich die Winkelgeschwindigkeit nicht mehr oder nur noch kaum ändert, die bestimmte Aktion und/oder Information veranlaßt. Zum Erfassen der betreffenden Winkelgeschwindigkeit dient zumindest ein an bzw. im Bodenverdichter angeordneter Sensor.
  • Es versteht sich dabei, daß die Ermittlung der maximalen Verdichtung bzw. des erreichten gewünschten Verdichtungsgrades des Bodens nicht nur von der Art des Bodens (bindig, sandig etc.), sondern auch von den betreffenden Geräteparametern abhängt, d. h. von dem zur Anwendung kommenden Bodenverdichter, im Hinblick auf dessen Gewicht, den eingebauten Unwuchtmotor, dessen Abmessungen etc.
  • Mit Vorteil ist der Sensor zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit(en) an dem schwingenden Unterteil des Bodenverdichters oder der Rüttelplatte angeordnet.
  • Es können dabei Sensoren zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeiten zum Einsatz kommen, die so konfiguriert sind, daß sie die Winkelgeschwindigkeiten um die drei zuvor genannten Achsen ermitteln können. Genauso ist es möglich, für jede Winkelgeschwindigkeit um die betreffenden drei Achsen je einen gesonderten Sensor anzuordnen. Die Anordnung des Sensors an dem schwingenden Unterteil des Bodenverdichters bzw. der Rüttelplatte ergibt die gewünschte Ermittlung der betreffenden Winkelgeschwindigkeiten, wobei es möglich ist, den Sensor in beliebigen Bereichen des schwingenden Unterteils anzuordnen.
  • Bevorzugt weist der Bodenverdichter eine Einrichtung zum Anzeigen eines Signals und/oder einer Information auf.
  • Damit beispielsweise dem Baggerführer, bei Anordung des Bodenverdichters am freien Ende des Baggerarms, die Möglichkeit gegeben wird, unmittelbar zu erkennen, ob der gewünschte Verdichtungsgrad des Bodens erreicht ist, kann der Bodenverdichter eine entsprechende Anzeige, beispielsweise in Form einer LED-Anzeige am Verdichter selbst oder in Form eines akustischen Signals, aufweisen oder die Daten an ein Handgerät übermitteln. Eine solche Anzeige könnte aus zwei Leuchtkörpern bestehen, die farblich unterschiedlich aufleuchten. Eine Leuchte könnte dazu dienen, die eingestellte Drehzahl des Verdichters anzuzeigen, d. h. das Erreichen der für den betreffenden Verdichter eingestellten Drehzahl. Die andere Anzeige könnte dazu dienen, den erreichten Verdichtungsgrad anzuzeigen.
  • Mit Vorteil kann der Bodenverdichter eine Vorrichtung zum Anordnen an dem freien Ende einer Auflasterzeugungseinrichtung aufweisen, insbesondere an dem freien Ende eines Baggerarms.
  • Bei der Vorrichtung zum Anordnen an dem freien Ende einer Auflasterzeugungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten Schnellwechsler, der ein automatisches Ankuppeln an das freie Ende eines Baggerarms gewährleistet, wobei das freie Ende des Baggerarmes dann mit dem Gegenstück des Schnellwechslers ausgerüstet ist. Schnellwechsler dienen bekanntlich dazu, die hydraulischen Zuführ- und Abführleitungen des Baggers mit dem am freien Baggerarmende angeordneten Werkzeug zu verbinden. Gegebenenfalls können auch elektrische Leitungen mit den entsprechenden Werkzeugen, hier dem Bodenverdichter, über den Schnellwechsler verbunden werden. Es versteht sich, daß der vorgeschlagene Bodenverdichter zu dessen Stromversorgung auch einen Generator zur Erzeugen von elektrischer Energie aufweisen kann, der beispielsweise über die Hydraulikleitung oder den Unwuchtmotor angetrieben werden kann.
  • Mit Vorteil ist zwischen der Auflasterzeugungseinrichtung und der Rüttelplatte zumindest ein Auflastsensor zum Erfassen der auf den Bodenverdichter ausgeübten Auflast angeordnet.
  • Das Vorsehen einer Auflasterzeugungseinrichtung kann dem Baggerführer Informationen dahingehend vermitteln, mit welcher Kraft der Baggerarm auf den Bodenverdichter drückt. Eine gewisse Auflast auf den Bodenverdichter ist beim Verdichten von Böden gewünscht, wobei die Auflast jedoch in vorbestimmbaren Grenzen gehalten werden muß. Um diese einzuhalten, dient das Erfassen der auf den Bodenverdichter ausgeübten Auflast durch einen beispielsweise entsprechenden Sensor oder dergleichen.
  • Weiterhin mit Vorteil ist zwischen der Auflasterzeugungseinrichtung und der Rüttelplatte eine gelenkartige Verbindung angeordnet, die ein Verkippen der Rüttelplatte um die Längsachse und/oder die Querachse und/oder ein Verdrehen der Rüttelplatte um die Drehachse ermöglicht.
  • Das Vorsehen einer solchen gelenkartigen Verbindung ist dann von Vorteil, wenn sich der zu verdichtende Boden nicht parallel zur Aufstandsfläche des Baggers befindet. In einem solchen Fall kann beim Aufsetzen der Rüttelplatte auf den zu verdichtenden Boden diese sich nur einseitig bzw. verkantet auf den Boden aufsetzen, d. h. sich mit einem Teil ihrer Aufstandsfläche in der Luft befinden. Wenn es möglich ist, die Rüttelplatte zu verschwenken bzw. zu verkippen, kann der Bodenverdichter mit seiner Rüttelplatte parallel zum zu verdichtenden Boden ausgerichtet werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verdichten von Böden weist folgende Schritte auf:
    Erzeugen einer periodischen Schlagkraft auf den zu verdichtenden Boden mittels einer Rüttelplatte eines Bodenverdichters,
    Erfassen der Änderung der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Längsachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Querachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse über einen vorbestimmbaren Zeitraum,
    Auswerten der Änderung der Winkelgeschwindigkeit über den vorbestimmbaren Zeitraum mittels einer Steuer- und Regelvorrichtung und
    Veranlassen einer bestimmten Aktion und/oder Information, insbesondere in Form eines Signals, um das Ende der Verdichtung anzuzeigen.
  • Entsprechend der eingangs beschriebenen Vorrichtung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine Winkelgeschwindigkeit mit Bezug auf die Rüttelplatte ermittelt und über einen vorbestimmbaren Zeitraum ausgewertet, ob sich die betrachtete Winkelgeschwindigkeit ändert oder gegen Null geht. Bei diesem Verfahren ist es nicht notwendig, die Winkelgeschwindigkeiten um alle drei beschriebenen Achsen auszuwerten, da es ausreicht, eine der drei Winkelgeschwindigkeiten zu beurteilen bzw. auszuwerten. Die eingesetzte Steuer- und Regelvorrichtung wertet die Änderung der Winkelgeschwindigkeit über einen gewissen Zeitraum aus. Wenn festgestellt wird, daß keine Änderung mehr stattfindet oder nur noch eine geringe Änderung, bedeutet dies, daß der gewünschte Verdichtungsgrad erreicht ist und der Bodenverdichter dann auf eine andere Stelle aufgesetzt werden kann. Die Steuer- und Regelvorrichtung kann dabei vorzugsweise eine Aktion und/oder Information veranlassen, um das Ende der Verdichtung anzuzeigen. Es versteht sich in diesem Zusammenhang, daß nur unter Idealbedingungen keine Änderung der Winkelgeschwindigkeit mehr erfolgt, wenn der maximale Verdichtungsgrad des Bodens erreicht worden ist. Realiter, d. h. im praktischen Einsatz, wird es nicht auszuschließen sein, daß sich, auch über einen längeren Zeitraum betrachtet, noch immer geringe Änderungen der Winkelgeschwindigkeit ergeben. Dies bedeutet dann aber nicht, daß der Boden noch weiter verdichtet werden kann. Vielmehr kann bei vernachlässigbaren Änderungen in der betrachteten Winkelgeschwindigkeit auf eine Erreichung der maximalen Bodenverdichtung geschlossen werden. Dem Fachmann ist dabei ersichtlich, daß – abhängig von dem zu verdichtenden Boden und/oder dem eingesetzten Bodenverdichter – die entsprechenden Abweichungen geringer oder weniger gering sein können. Aus rein praktischen Erwägungen ist es nicht möglich, entsprechende Größenordnungen anzugeben und zwar wegen der zuvor genannten Parameter des zu verdichtenden Bodens bzw. des verwendeten Bodenverdichters.
  • Mit Vorteil weist das Verfahren noch folgende Schritte auf:
    Erfassen der Höhe der Schlagkraft und gegebenenfalls Regeln der Schlagkraft und/oder Erfassen der aufgebrachten Auflast und gegebenenfalls Regeln der Auflast und/oder Erfassen der Unwuchtfrequenz und gegebenenfalls Regeln der Unwuchtfrequenz.
  • Zum optimalen Einsatz eines Bodenverdichters können mit Vorteil auch die Schlagkraft, die aufgebrachte Auflast und/oder das Erfassen der Unwuchtfrequenz von Bedeutung sein. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens soll nicht nur die Ermittlung der vorgenannten Kräfte bzw. Parameter erfolgen, sondern auch deren Regelung. Ist also beispielsweise die gewünschte Schlagkraft noch nicht erreicht und wird dies durch Messung festgestellt, kann mittels des vorgeschlagenen Verfahrens eine entsprechende Regelung stattfinden und zwar solange, bis der voreingestellte Wert erreicht wird. Entsprechendes gilt für die aufgebrachte Auflast und/oder das Erfassen der Unwuchtfrequenz. Die betreffenden voreingestellten Werte für Schlagkraft, Auflast und Unwuchtfrequenz sind wiederum von den Bodenparametern und den Parametern des eingesetzten Bodenverdichters abhängig.
  • Weiterhin von Vorteil weist das Verfahren noch folgende Schritte auf:
    Festlegen eines ersten Grenzwerts der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Längsachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Querachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse,
    Auswerten der Winkelgeschwindigkeit(en) im Hinblick auf den ersten Grenzwert mittels der Steuer- und Regelvorrichtung, um festzustellen, ob der Bodenverdichter auf dem Boden aufsteht oder nicht.
  • Mit Vorteil kann mittels des vorgeschlagenen Verfahrens festgestellt werden, ob der Bodenverdichter auf dem Boden aufsteht oder sich noch in der Luft befindet. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Baggerführer keine ausreichende Sicht auf den Bodenverdichter hat und er soweit nicht feststellen kann, ob ein vollständiges Aufstehen der Rüttelplatte auf dem Boden bereits erfolgt ist. Dazu werden, wiederum abhängig von den Parametern bezüglich des Bodens und des Bodenverdichters, Grenzwerte bzw. ein erster Grenzwert festgelegt. Solange die betrachtete Winkelgeschwindigkeit größer ist als der festgesetzte Grenzwert, deutet dies daraufhin, daß der Bodenverdichter nicht auf dem Boden aufsteht. An dieser Stelle sei noch einmal angemerkt, daß es wiederum nicht notwendig ist, einen ersten Grenzwert im Hinblick auf alle drei möglichen Winkelgeschwindigkeiten um die Längs-, Quer- und Rotationsachse der Rüttelplatte zu betrachten, da die Betrachtung der Winkelgeschwindigkeit bzw. das Festsetzen eines Grenzwertes für eine Winkelgeschwindigkeit um eine bestimmte Achse ausreicht.
  • Schließlich weist das Verfahren noch folgende vorteilhafte Schritte auf:
    Festlegen eines zweiten Grenzwerts der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Längsachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren Querachse und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse,
    Auswerten der Winkelgeschwindigkeit(en) im Hinblick auf den zweiten Grenzwerts mittels der Steuer- und Regelvorrichtung, um festzustellen, ob die Rüttelplatte des Bodenverdichters parallel zum zu verdichtenden Boden ausgerichtet ist oder nicht.
  • Mit Vorteil ist es bei dem vorgeschlagenen Verfahren auch möglich, einen zweiten Grenzwert zu bestimmen bzw. festzulegen, der wiederum von den Parametern des zu verdichtenden Bodens und des verwendeten Bodenverdichters abhängt. Der zweite Grenzwert soll dazu dienen, zu erkennen, inwieweit die Rüttelplatte des Bodenverdichters parallel zu dem zu verdichtenden Boden ausgerichtet ist und nicht etwa verkantet auf dem zu verdichtenden Boden aufsteht. Ist die betrachtete Winkelgeschwindigkeit größer als der entsprechend festgesetzte zweite Grenzwert, ist dies ein Indiz dafür, daß die Aufstandsfläche der Rüttelplatte ausgerichtet werden muß, weil die Rüttelplatte nicht parallel zu dem verdichtenden Boden steht.
  • Im Hinblick auf die Festlegung des vorgenannten ersten sowie des zweiten Grenzwertes versteht es sich, daß es dem Fachmann geläufig ist, in welcher Größenordnung er die entsprechenden Grenzwerte festsetzen muß. Wie bereits mehrfach erwähnt, sind dabei insbesondere ausschlaggebend das Material des zu verdichtenden Bodens und der zum Einsatz kommende Bodenverdichter.
  • Die Erfindung wird anschließend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1: einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Bodenverdichters und
  • 2: ein Ablaufdiagramm der Steuerung und Regelung des Bodenverdichters.
  • Der Bodenverdichter 2, der gemäß 1 in einem Querschnitt in Längsrichtung gezeigt ist, umfaßt eine Vorrichtung zum Anordnen an dem freien Ende einer Auflasterzeugungseinrichtung, insbesondere an dem freien Ende eines Baggerarms, in Form einer Befestigungsvorrichtung bzw. eines Schnellwechslers 4, der mit einer komplementären Befestigungsvorrichtung (nicht gezeigt) eines Baggerarms eines Baggers (nicht gezeigt) in Eingriff gelangen kann, um den Bodenverdichter 2 an dem Bagger zu befestigen.
  • Der Schnellwechsler 4 weist zwei Wellen 6 auf, welche in formkongruenten Ausnehmungen bzw. Haken der komplementären Befestigungsvorrichtung aufgenommen werden können, um die mechanische Verbindung zwischen dem Bagger und dem Bodenverdichter 2 herzustellen. Der Schnellwechslers 4 kann zumindest zwei Hydraulikleitungen 8 mit Hydraulikkupplungen, bevorzugt auch vier, sechs, acht und mehr Hydraulikleitungen, aufweisen, wobei die Hydraulikleitungen mittels Hydraulikkupplungen vorzugsweise beim Verbinden des Schnellwechslers 4 mit der komplementären Befestigungsvorrichtung hydraulisch mit zugeordneten Hydraulikleitungen des Baggers verbunden werden.
  • Der Bodenverdichter 2 umfaßt weiter einen Schwingungserreger bzw. Oszillator bzw. Unwuchtmotor 10, welcher eine auf einer rotierbaren Welle 12 angeordnete Unwucht 14 aufweist. Der Unwuchtmotor 10 ist vorzugsweise durch einen Hydraulikmotor angetrieben, welcher über zwei Hydraulikleitungen mit dem Hydrauliksystem des Baggers verbindbar ist.
  • Eine mit dem Unwuchtmotor 10 verbundene Rüttelplatte 16 ist ausgelegt, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch den zu verdichtenden Boden zu kontaktieren. Um ein Anschlagen der oszillierenden Rüttelplatte 16 an den nicht oszillierenden Elementen des Bodenverdichters 2 zu vermeiden bzw. zu dämpfen, sind Dämpfungselemente bzw. Puffer 18 vorgesehen.
  • An dem schwingenden Unterteil 20 ist ein Sensor 24 zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit bzw. der Winkelgeschwindigkeiten des schwingenden Unterteils bzw. der Rüttelplatte 16 angeordnet. Vorzugsweise ist der Sensor 24 dabei in Y-Achsenrichtung bzw. in Richtung der Längsachse der Rüttelplatte 16 mittig angeordnet und auch mittig im Hinblick auf die X-Achse bzw. Querachse der Rüttelplatte 16. Die vorgenannten Achsen sind in 1 dargestellt, wobei sich die Y-Achse in Längsrichtung und Rüttelplatte 16 erstreckt und die X-Achse in der gleichen Ebene wie die X-Achse, senkrecht dazu (in 1 als Punkt dargestellt). Die Drehachse oder Z-Achse steht senkrecht auf der Längs- bzw. Querachse der Rüttelplatte 16.
  • Zwischen dem Schnellwechsler 4 und einem Gehäuse 26, an welchem das schwingende Unterteil 20 angeordnet ist, ist eine Dreh- bzw. Verschwenkeinrichtung 28 vorgesehen. Die Dreh- bzw. Verschwenkeinrichtung 28 ermöglicht es einerseits, den Bodenverdichter um die Z-Achse bzw. Drehachse zu verschwenken bzw. zu verdrehen. Andererseits ermöglicht es die Dreh- bzw. Verschwenkeinrichtung 28, die Rüttelplatte 16 bzw. das Gehäuse 26 des Bodenverdichters 2 um die Y-Achse bzw. Längsachse sowie auch um die X-Achse bzw. Querachse zu verschwenken bzw. zu verkippen. Mittels einer Verdrehung um die Z-Achse kann die Rüttelplatte 16 auch quer zur Längsrichtung des Baggers ausgerichtet werden. Das Verschwenken um die X-Achse bzw. Y-Achse ermöglicht es, die Rüttelplatte 16 flächig, d. h. parallel zum zu verdichtenden Boden, aufzustellen und zwar auch dann, wenn sich der Boden nicht parallel zu der Aufstandsfläche des Baggers befindet.
  • Im Bereich der Dreh- bzw. Verschwenkeinrichtung 28 sind noch mit Vorzug zwei Auflastsensoren 30, 32 vorgesehen und zwar einmal, in Längsrichtung des Bodenverdichters bzw. der Rüttelplatte 16 gesehen, im vorderen Endbereich der Dreh- bzw. Verschwenkeinrichtung 28 und einmal entsprechend im hinteren Bereich der Dreh- bzw. Verschwenkeinrichtung 28.
  • Schließlich kann unterhalb des Schnellwechslers 4 und somit auch als Bestandteil des Schnellwechslers 4 noch eine Funkeinrichtung 34 zum Übersenden von Daten an externe Geräte vorgesehen sein. Insbesondere kann eine im Gehäuses 26 angeordnete Steuer- bzw. Regeleinrichtung 36 die Signale an die Funkeinrichtung 34 abgeben oder die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 36 kann auch zusätzlich als Funkeinrichtung dienen, so daß auf die separate Anordnung der Funkeinrichtung 34 auch verzichtet werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm der 2 wird der Betrieb des Bodenverdichters näher erläutert. Zunächst wird bei Schritt S1 in Abhängigkeit von der Art eines zu verdichtenden Bodens sowie gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von im Boden installierten Bauwerken, wie beispielsweise Rohren, eine gewünschte Schlagkraft FS SOLL eingegeben. Die Eingabe dieser Schlagkraft FS SOLL kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Anwender eine bestimmte Bodenart in ein Menü des Bodenverdichters eingibt oder es daraus auswählt oder sie kann alternativ als eine bestimmte Kraft eingegeben werden.
  • Im Betrieb des Bodenverdichters wird beispielsweise über einem am oder im Bodenverdichter 2 angeordneten Beschleunigungssensor 24 die tatsächliche Schlagkraft FS IST im Schritt S2 gemessen. In dem nachfolgenden Schritt S3 wird die gemessene tatsächliche Schlagkraft FS IST mit der gewünschten Schlagkraft FS SOLL verglichen. Wenn FS IST nicht mit FS SOLL übereinstimmt, geht die Regelung zum Schritt S4, in welchem die tatsächliche Schlagkraft FS IST so lange geregelt wird, d. h. z. B. die Unwucht des Unwuchtmotors 10 durch Verstellen beispielsweise eines Kolbens, an den die Unwucht 14 angeordnet sein kann, bis die Messung beim Schritt S2 ergibt, dass FS SOLL erreicht ist.
  • Nach dem Erreichen von FS SOLL im Schritt S3, das heißt, wenn die Abfrage im Schritt S3 positiv ist, geht die Regelung weiter zum Schritt S5, in welchem eine zulässige Auflast FAUF ZUL eingegeben wird. Die Auflast kann wiederum in Abhängigkeit des zu verdichtenden Bodens sowie in Abhängigkeit von im Boden verlegten Bauwerken eingegeben werden oder kann alternativ durch einen Anwender als tatsächliche Kraft eingegeben werden.
  • Danach wird im Schritt S6 die tatsächliche Auflast FAUF IST über eine entsprechende Kraftmeßeinrichtung gemessen. Diese Kraftmeßeinrichtung ist zwischen Rüttelplatte und Auflasterzeugungseinrichtung angeordnet. Die beispielsweise durch den Ausleger eines Baggers erzeugte Auflast kann über die Auflastsensoren 30, 32, durch eine Kraftmeßdose oder auch durch einen Dehnmeßstreifen gemessen werden.
  • Danach wird im Schritt S7 die tatsächliche Auflast FAUF IST mit der zulässigen Auflast FAUF ZUL verglichen. Falls die tatsächliche Auflast größer als die zulässige Auflast ist, geht die Regelung zum Schritt S8, bei dem die tatsächliche Auflast so lange geregelt wird, bis die Messung in Schritt S6 eine tatsächliche Auflast FAUF IST ergibt, die kleiner oder gleich der zulässigen Auflast FAUF ZUL ist. In diesem Fall ist die Abfrage im Schritt S7 positiv und die Regelung geht weiter zum Schritt S9.
  • Beim Schritt S9 wird eine Schwingungs- oder Unwuchtfrequenz f SOLL eingegeben oder eingestellt. Die Schwingungsfrequenz kann wiederum in Abhängigkeit von der Bodenart und im Boden verlegter Bauwerke durch die Steuer- und Regelvorrichtung 36 vorgegeben sein oder alternativ als Frequenz von einem Anwender eingegeben werden. Danach wird die Frequenz im Schritt S10 gemessen, und zwar über den Beschleunigungssensor 24. Die gemessene Frequenz f IST wird danach im Schritt S11 mit der Soll-Frequenz f SOLL verglichen. Falls die tatsächliche Frequenz f IST der Soll-Frequenz f SOLL nicht entspricht, wird die Abfrage im Schritt S11 negativ beantwortet und der Ablauf der Regelung geht weiter zum Schritt S12, bei dem die tatsächliche Frequenz geregelt wird, um anschließend beim Schritt S10 wieder gemessen zu werden.
  • Dieser Regelkreis wird so lange durchgeführt, bis die Abfrage im Schritt S11 positiv ist, d. h. die tatsächliche Frequenz f IST der Soll-Frequenz f SOLL entspricht. Danach wird bei positivem Ergebnis im Schritt S11 die Regelung weiter geführt zum Schritt S13, bei dem eine Anzeige erfolgt, wenn die gemessene Frequenz f IST erreicht wurde.
  • Im nachfolgenden Schritt S14 erfolgt nun die Messung der Winkelgeschwindigkeit, wobei in der 2 lediglich die Messung der Winkelgeschwindigkeit um die X-Achse bzw. die Querachse der Rüttelplatte 16 dargestellt ist. An dieser Stelle soll nochmals erwähnt werden, daß es zum Erreichen der angestrebten Anzeige, daß die gewünschte Bodenverdichtung erreicht ist, genügt, wenn die Winkelgeschwindigkeit um eine der drei Achsen, also die Winkelgeschwindigkeit entweder um die X-Achse, die Y-Achse oder die Z-Achse ermittelt wird. Um das in 2 gezeigte Diagramm zu entlasten, ist lediglich die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit um die X-Achse dargestellt, wobei diese – wie ausgeführt – beliebig um die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit der weiteren Achsen ergänzt oder durch diese ersetzt werden kann. In dem Schritt S14 wird die betreffende Winkelgeschwindigkeit gemessen und im nächsten Schritt S15 wird überprüft, ob die gemessene Winkelgeschwindigkeit einen ersten Grenzwert G1x überschreitet oder nicht. Ist die gemessene Winkelgeschwindigkeit ωx kleiner als der erste Grenzwert G1x, dann bedeutet dies, daß der Verdichter nicht flächig bzw. voll auf dem Boden aufsitzt, sondern sich noch in der Luft befindet, was durch den Schritt S16 angezeigt wird. Ist jedoch die gemessene Winkelgeschwindigkeit ωx größer als der erste Grenzwert G1x, bedeutet dies, daß die Rüttelplatte 16 vollflächig auf dem Boden aufsitzt.
  • Im Schritt S17 wird überprüft, ob die gemessene Winkelgeschwindigkeit ωx einen zweiten Grenzwert G2x überschreitet. Ist die gemessene Winkelgeschwindigkeit ωx größer als der zweite Grenzwert G2x bedeutet dies, daß die Rüttelplatte 16 nicht mit ihrer ganzen Fläche auf dem zu verdichtenden Boden aufsteht, sondern in einem Winkel dazu, so daß in der Folge die Ausrichtung der Rüttelplatte 16 in Bezug auf den zu verdichtenden Boden korrigiert werden muß (Schritt S18). Eine entsprechende Korrektur kann dann, wie zu Figur erläutert, über die Dreh- bzw. Verschwenkeinrichtung 28 erfolgen.
  • Ist die gemessene Winkelgeschwindigkeit ωx kleiner als der zweite Grenzwert G2x bedeutet dies, daß die Rüttelplatte 16 parallel zu dem zu verdichtenden Boden ausgerichtet ist.
  • Schließlich wird im Schritt S19 die Änderung der Winkelgeschwindigkeit dωx über einen bestimmten Zeitraum dt ermittelt. Wird festgestellt, daß es zu keiner Änderung der Winkelgeschwindigkeit dωx mehr kommt, d. h. die Änderung der Winkelgeschwindigkeit dωx gegen Null geht, bedeutet dies, daß der gewünschte Verdichtungsgrad erreicht worden ist (Schritt S20). Wird hingegen festgestellt, daß über den betrachteten vorbestimmten Zeitraum sich noch immer eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit dωx ergibt, bedeutet dies, daß die gewünschte Verdichtung noch nicht erreicht ist, weshalb der Bodenverdichter noch weiter an derselben Stelle verbleiben muß, bis letztlich die Änderung der Winkelgeschwindigkeit dωx gegen Null geht bzw. sich kaum mehr verändert.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Bodenverdichter
    4
    Schnellwechsler
    6
    Welle
    8
    Hydraulikleitungen
    10
    Unwuchtmotor
    12
    rotierbare Welle
    14
    Unwucht
    16
    Rüttelplatte
    18
    Puffer
    20
    schwingendes Unterteil
    24
    Sensor
    26
    Gehäuse
    28
    Dreh. bzw. Verschwenkeinrichtung
    30, 32
    Auflastsensoren
    34
    Funkeinrichtung
    36
    Steuer- bzw. Regeleinrichtung

Claims (10)

  1. Bodenverdichter (2) mit einer Rüttelplatte (16) und einem die Rüttelplatte (16) antreibenden Unwuchtmotor (10), wobei der Bodenverdichter (2) zumindest einen Sensor (24) zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Längsachse (y) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Querachse (x) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse (z) aufweist sowie – eine Steuer- und Regelvorrichtung (36) zum Auswerten der erfassten Winkelgeschwindigkeit(en), wobei die Steuer- und Regelvorrichtung (36) konfiguriert ist, eine bestimmte Aktion und/oder Information zu veranlassen, um das Ende der Verdichtung anzuzeigen, wenn über einen vorbestimmbaren Zeitraum die Änderung zumindest einer der Winkelgeschwindigkeiten gegen Null geht.
  2. Bodenverdichter (2) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (24) zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit(en) an dem schwingenden Unterteil (20) des Bodenverdichters oder der Rüttelplatte (16) angeordnet ist.
  3. Bodenverdichter (2) nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei der Bodenverdichter (2) eine Einrichtung zum Anzeigen eines Signals und/oder einer Information aufweist.
  4. Bodenverdichter (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bodenverdichter (2) eine Vorrichtung zum Anordnen an dem freien Ende einer Auflasterzeugungseinrichtung, insbesondere an dem freien Ende eines Baggerarms, aufweist.
  5. Bodenverdichter (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen der Auflasterzeugungseinrichtung und der Rüttelplatte (16) zumindest ein Auflastsensor (30, 32) zum Erfassen der auf den Bodenverdichter (2) ausgeübten Auflast angeordnet ist.
  6. Bodenverdichter (2) nach Anspruch 1 bis 5, wobei zwischen der Auflasterzeugungseinrichtung und der Rüttelplatte (16) eine gelenkartige Verbindung angeordnet ist, die ein Verkippen der Rüttelplatte (16) um die Längsachse (y) und/oder die Querachse (x) und/oder ein Verdrehen der Rüttelplatte (16) um die Drehachse (z) ermöglicht.
  7. Verfahren zum Verdichten von Böden mit den Schritten: Erzeugen einer periodischen Schlagkraft auf den zu verdichtenden Boden mittels einer Rüttelplatte (16) eines Bodenverdichters (2), Erfassen der Änderung der Winkelgeschwindigkeit(en) (dω) der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Längsachse (y) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Querachse (x) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse (z) über einen vorbestimmbaren Zeitraum (dt), Auswerten der Änderung der Winkelgeschwindigkeit (dω) über den vorbestimmbaren Zeitraum (dt) mittels einer Steuer- und Regelvorrichtung und Veranlassen einer bestimmten Aktion und/oder Information, um das Ende der Verdichtung anzuzeigen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, mit den Schritten: Erfassen der Höhe der Schlagkraft und gegebenenfalls Regeln der Schlagkraft und/oder Erfassen der aufgebrachten Auflast und gegebenenfalls Regeln der Auflast und/oder Erfassen der Unwuchtfrequenz und gegebenenfalls Regeln der Unwuchtfrequenz.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, mit den Schritten: Festlegen eines ersten Grenzwerts (G1) der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Längsachse (y) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Querachse (x) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse (z), Auswerten der Winkelgeschwindigkeit(en) im Hinblick auf den ersten Grenzwert (G1) mittels der Steuer- und Regelvorrichtung, um Festzustellen, ob der Bodenverdichter (2) auf dem Boden aufsteht oder nicht.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, mit den Schritten: Festlegen eines zweiten Grenzwerts (G2) der Winkelgeschwindigkeit(en) der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Längsachse (y) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren Querachse (x) und/oder der Verschwenkung der Rüttelplatte (16) um deren senkrecht zur Längs- und Querachse stehende Drehachse (z), Auswerten der Winkelgeschwindigkeit(en) im Hinblick auf den zweiten Grenzwerts (G2) mittels der Steuer- und Regelvorrichtung, um Festzustellen, ob die Rüttelplatte (16) des Bodenverdichters (2) parallel zum zu verdichtenden Boden ausgerichtet ist oder nicht.
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