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Die Erfindung betrifft eine Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere eine Bodenverdichtungswalze oder eine handgeführte Bodenverdichtungsmaschine. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Bodenverdichtungsmaschine und ein Verfahren zum Herstellen oder Nachrüsten einer derartigen Bodenverdichtungsmaschine mit einer wenigstens einen Beschleunigungssensor umfassenden Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Bodensteifigkeit der Bodenverdichtung.
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Gattungsgemäße Bodenverdichtungsmaschinen werden im Asphalt- und Erdbau dazu eingesetzt, die Festigkeit eines Bodenuntergrundes zu erhöhen. Dazu weisen Bodenverdichtungswalzen typischerweise einen Maschinenrahmen, eine Antriebseinrichtung und wenigstens eine am Maschinenrahmen um eine Rotationsachse rotierbar gelagerte Walzbandage auf. Um die Verdichtungsleistung zu erhöhen, ist es ferner bekannt, eine Erregereinrichtung in der Walzbandage vorzusehen, die diese in Schwingungen und/oder Vibrationen versetzt. Die Erregereinrichtung umfasst typischerweise eine Unwucht, die von einem Erregermotor in Rotation versetzt wird. Eine entsprechende Bodenverdichtungswalze ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 018 457 A1 bekannt.
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Es sind auch handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen bekannt, wie beispielsweise Vibrationsstampfer und Vibrationsplatten. Vibrationsstampfer sind beispielsweise aus der
EP 2 434 053 B1 und gattungsgemäße Vibrationsplatten aus der
DE 10 2012 017 777 A1 bekannt. Sie weisen normalerweise einen Oberbau und eine am Oberbau angeordnete Antriebseinrichtung mit wenigstens einer Antriebswelle auf. Die Antriebseinrichtung ist üblicherweise ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Benzin-, Diesel- oder Flüssiggasverbrennungsmotor. Die Verdichtung an sich wird über eine Verdichtungsplatte, beispielsweise einen Stampffuß oder eine Rüttelplatte, erreicht. Auch hier werden beispielsweise entsprechende Unwuchterreger oder Exzentereinrichtungen verwendet.
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Es ist im Stand der Technik bekannt, bei Bodenverdichtungsmaschinen eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Bodensteifigkeit vorzusehen. Die Sensoreinrichtung umfasst typischerweise einen Beschleunigungssensor. Die Bodensteifigkeit nimmt mit zunehmender Verdichtung zu, so dass ein Bediener aus dem Erreichen einer bestimmten Bodensteifigkeit schließen kann, dass der Boden ausreichend verdichtet wurde. Wie genau die Bodensteifigkeit im Betrieb einer Bodenverdichtungsmaschine berechnet werden kann, ist beispielsweise in der
EP 2 627 826 B1 offenbart. Die Sensoreinrichtung wird im Stand der Technik vom Bordnetz beziehungsweise einer Batterie der Bodenverdichtungsmaschinen betrieben. Es gibt allerdings auch handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen, insbesondere Vibrationsstampfer oder Vibrationsplatten, die kein Bordnetz aufweisen und an denen keinerlei Stromquelle vorhanden ist, die eine Sensoreinrichtung versorgen könnte. Bei derartigen bordnetzlosen bzw. stromquellenfreien handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen einfacher Bauart können daher keine Sensoreinrichtungen zur Bestimmung der Bodensteifigkeit eingesetzt werden.
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Die Sensoreinrichtungen des Standes der Technik sind bei Bodenverdichtungswalzen typischerweise am Maschinenrahmen, beispielsweise an einem Bandagenlager, der Bodenverdichtungswalze angeordnet. Nachteilig an einer derartigen Anordnung ist, dass die den Boden tatsächlich kontaktierenden Teile, beispielsweise die Walzbandagen, dann nicht zur direkten Ermittlung beispielsweise eines Beschleunigungssignals herangezogen werden, sondern Teile der Maschine, die schwingungsentkoppelt bzw. schwingungsgedämpft sind, sei es durch Dämpfungselemente und/oder Spiel in Fahrlagern etc. Im Ergebnis ist daher bei gattungsgemäßen Bodenverdichtungsmaschinen nur eine unzureichend genaue Bestimmung der Bodensteifigkeit durch die Sensoreinrichtung möglich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik auszugleichen. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen flexibleren Einsatz einer Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Bodensteifigkeit bei Bodenverdichtungsmaschinen, insbesondere bei Bodenverdichtungswalzen und handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen, zu ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Bodenverdichtungsmaschine und einem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Konkret gelingt die Lösung bei einer eingangs genannten Bodenverdichtungsmaschine mit einer von einer Antriebseinrichtung angetriebenen Welle und einer wenigstens einen Beschleunigungssensor umfassenden Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Bodensteifigkeit eines zu verdichtenden Bodens dadurch, dass die Welle über einen radialen und/oder axialen Luftspalt von der Sensoreinrichtung beabstandet ist, dass eine Energieübertragungseinrichtung vorhanden ist, die berührungslos Energie von der Welle über den Luftspalt auf die Sensoreinrichtung überträgt, und dass die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung, insbesondere ausschließlich, durch die von der Energieübertragungseinrichtung übertragene Energie erfolgt. Erfindungsgemäß wird die Sensoreinrichtung also mit elektrischer Energie versorgt, die aus der Rotation einer von einer Antriebseinrichtung angetriebenen Welle erzeugt wird. Damit ist insbesondere ein Betrieb der Sensoreinrichtung autark von einem gegebenenfalls vorhandenen Bordnetz der Maschine möglich. Die Rotation der Welle wird zur Energieerzeugung genutzt und die Sensoreinrichtung dann, insbesondere ausschließlich, mit dieser elektrischen Energie betrieben. Gleichzeitig berücksichtigt die Erfindung allerdings, dass der Betrieb eines Generators an einer rotierenden Welle einer Bodenverdichtungsmaschine besonders störungsanfällig ist, insbesondere wenn die Bodenverdichtungsmaschine im Betrieb vibriert bzw. in Schwingung versetzt wird. Um die Messung der Bodensteifigkeit möglichst präzise zu gestalten, sollte die Sensoreinrichtung im besten Fall somit direkt bzw. unmittelbar am schwingenden Arbeitsteil der Bodenverdichtungsmaschine bzw. dem Bodenkontaktteil, beispielsweise einer Walzbandage oder einer Verdichtungsplatte, angeordnet sein. In dieser Position werden die Sensoreinrichtung und ein die Sensoreinrichtung antreibender Generator zusammen mit der Welle, die den Generator antreibt, ebenfalls den Schwingungen bzw. Vibration ausgesetzt. Die Anforderungen an die Kupplung zwischen der Welle und dem in der Sensoreinrichtung integrierten Generator bezüglich Temperaturstabilität, Verlagerungskapazität und Bauraum sind jedoch schwierig zu erfüllen. Die bei Bodenverdichtungsmaschinen typischen Wellenlager in diesem Bereich weisen ein Axial- und Radialspiel auf, die eine Anbindung der Welle an einen Generator nur über den Einsatz von unverhältnismäßig teuren und komplizierten Spezialkupplungen ermöglichen. Auch die hohen Drehzahlen, beispielsweise bis zu 6000 Umdrehungen pro Minute, und die hohen Temperaturen, beispielsweise bis zu 130°C, stellen ein Problem dar, weshalb eine mechanische Kupplung zwischen der Welle und einem die Sensoreinrichtung versorgenden Generator nur unter erheblichen Aufwand zu realisieren ist und zu viel Bauraum beansprucht. Erfindungsgemäß kann jedoch auf eine mechanische Kupplung zwischen der Welle und einem die Sensoreinrichtung versorgenden Generator gänzlich verzichtet werden, indem die Energieübertragungseinrichtung vorgesehen ist, die einen radialen und/oder axialen Luftspalt zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung überbrückt. Die Überbrückung des Luftspaltes erfolgt dabei berührungslos, sodass die Bewegungen der Welle in Axialrichtung und Radialrichtung in den Wellenlagern kein Problem mehr darstellen. Der Luftspalt ermöglicht optimal einen Ausgleich eines Axial- und/oder Radialspiels. Durch den vorhandenen Luftspalt zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung ist eine Kollision zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung im Betrieb ausgeschlossen. Durch die erfindungsgemäße eigenständige Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung, die unabhängig von einem eventuell vorhandenen Bordnetz oder sonstigem elektronischen Netz oder einer weiteren Stromquelle auf der Bodenverdichtungsmaschine ist, kann die Sensoreinrichtung an einer nahezu beliebigen Stelle der Bodenverdichtungsmaschine angeordnet werden. Die Sensoreinrichtung kann also auch auf Bodenverdichtungsmaschinen betrieben werden, die keine weitere Stromquelle, beispielsweise in einem Bordnetz, aufweist. Die Erfindung lässt sich allerdings auch bei Bodenverdichtungsmaschinen einsetzen, die eine weitere Stromquelle und/oder ein Bordnetz aufweisen. In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung allerdings bevorzugt komplett separat von allen anderen elektrischen Einrichtungen der Bodenverdichtungsmaschine und unabhängig von diesen ausgebildet.
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Bevorzugt weist die Energieübertragungseinrichtung einen an der Welle angeordneten und mit dieser mitdrehenden Energie abgebenden Teil und einen auf der Seite der Sensoreinrichtung angeordneten Energie aufnehmenden Teil auf. Zwischen dem Energie abgebenden Teil und dem Energie aufnehmenden Teil der Energieübertragungseinrichtung befindet sich der Luftspalt. Die Bezeichnung als Energie abgebendem bzw. aufnehmendem Teil soll vorliegen verdeutlichen, dass Energie von dem einen Teil auf den anderen Teil der Energieübertragungseinrichtung übertragen wird. Die Energieübertragungseinrichtung weist also zwei Teile auf, wobei der erste Teil dazu ausgebildet ist, auf den zweiten Teil Energie zu übertragen. Durch die berührungslose Energieübertragung zwischen den beiden Teilen der Energieübertragungseinrichtung wird der Luftspalt zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung überbrückt. Die Energie, die vom ersten Teil auf den zweiten Teil übertragen wird, geht somit ursächlich auf die Rotation der Welle zurück.
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Gleichzeitig mit der Übertragung der Energie durch die Energieübertragungseinrichtung kann allerdings auch eine Umwandlung von Energie stattfinden. Beispielsweise kann die Rotation des Energie abgebenden Teils der Energieübertragungseinrichtung am Energie aufnehmenden Teil zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden. In dieser Ausführungsform umfasst der Energie abgebende Teil bevorzugt wenigstens einen Magneten und der Energie aufnehmende Teil wenigstens eine gegenüber der Welle feststehende Spule. Der wenigstens eine Magnet ist also mitdrehend an der Welle befestigt und insbesondere als Permanentmagnet ausgebildet. Im Bereich der Sensoreinrichtung ist dagegen auf der gegenüberliegenden Seite des Luftspaltes wenigstens eine Spule angeordnet, an der das durch die Rotation des Magneten vorbeistreifende Magnetfeld einen Stromfluss induziert. Dieser Stromfluss kann direkt zur Versorgung der Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie genutzt werden. In dieser Ausführungsform wird die übertragene Energie also gleichzeitig mit der Übertragung umgewandelt, und zwar von mechanischer Rotationsenergie in elektrische Energie. Die Energieübertragungseinrichtung ist also gleichzeitig als Generator, beispielsweise in Form eines Dynamos, ausgebildet.
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Eine alternative bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass durch die Energieübertragungseinrichtung selbst keine Energieumwandlung erfolgt. Dazu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Energie abgebende Teil wenigstens ein erstes Flügelrad und der Energie aufnehmende Teil wenigstens ein zweites Flügelrad aufweist, wobei das zweite Flügelrad zum Antrieb durch den vom ersten Flügelrad erzeugten Luftstrom ausgebildet ist. Der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung umfasst demnach ein von der Welle in Rotation versetztes erstes Flügelrad, durch dessen Rotation ein Luftstrom entsteht, der wiederum den Energie aufnehmenden Teil der Energieübertragungseinrichtung antreibt und das entsprechend zweite Flügelrad in Rotation versetzt. Diese Rotation des Energie aufnehmenden Teils der Energieübertragungseinrichtung kann dann beispielsweise zum Antrieb einer Generatorwelle genutzt werden, die wiederum einen elektrischen Generator antreibt, wodurch die mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. In diesem Ausführungsbeispiel findet eine Umwandlung der Energie der mechanischen Rotation erst nach der Übertragung der Energie durch die Energieübertragungseinrichtung statt. Optimal ist es, wenn eine Luftführung vorhanden ist, die den vom ersten Flügelrad erzeugten Luftstrom am zweiten Flügelrad vorbei und von diesem weg, insbesondere zurück zum ersten Flügelrad, leitet. Die Luftführung ist dann derart ausgebildet, dass sie der vom ersten Flügelrad beschleunigten Luft einen Strömungskanal vorgibt, durch den die Luft zum zweiten Flügelrad geleitet wird. Anschließend ist es vorgesehen, dass die Luftführung den Luftstrom, sobald dieser das zweite Flügelrad passiert hat, von diesem weg leitet, sodass sich kein Luftstau am zweiten Flügelrad bildet. Bevorzugt ist es beispielsweise, dass der Luftstrom vom zweiten Flügelrad zurück zum (und in Strömungsrichtung sinnigerweise vor das) ersten Flügelrad geleitet wird, derart, dass der Luftstrom wieder das erste Flügelrad passiert und erneut von diesem beschleunigt wird. Damit ist eine zirkulierende Luftbewegung zwischen dem ersten Flügelrad und dem zweiten Flügelrad möglich. Die Luftführung ermöglicht dann einen besonders effizienten Betrieb, wenn keine Hindernisse im Strömungskanal vorhanden sind und möglichst keine unerwünschten Verwirbelungen im Luftstrom entstehen.
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Eine weitere mögliche Ausführungsform umfasst auf der energieabgebenden Seite beispielsweise eine Scheibe aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Kupfer oder Aluminium. Am Energie aufnehmenden Teil ist mindestens ein, bevorzugt mehrere Permanentmagnete befestigt, die in der rotierenden leitfähigen Scheibe Wirbelströme induzieren. Diese Wirbelströme erzeugen wiederum Magnetfelder, die eine Kraft auf die Permanentmagnete ausüben. Durch eine drehbare Lagerung der Permanentmagnete werden diese in Rotation versetzt. Die entstehende Rotation der Permanentmagnete wird wiederum zum Induzieren eines elektrischen Stroms in einer stationären Spulenwicklung genutzt. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass an der rotierenden Welle lediglich eine einfache Scheibe aus leitfähigem Material befestigt werden muss.
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Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße energetische Ankopplung der Sensoreinrichtung überall an der Welle vorgesehen sein. Die Energieübertragungseinrichtung kann also an jedem Abschnitt der Welle angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist es allerdings, wenn der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung an einer Stirnseite der Welle angeordnet ist. Der Energie abgebende Teil befindet sich dann an einem Wellenende der Welle. Insbesondere sind die Energieübertragungseinrichtung und/oder die Sensoreinrichtung dann in axialer Verlängerung der Welle angeordnet. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, dass die Energieübertragungseinrichtung die Welle umschließt, was eine besonders platzökonomische Anordnung ermöglicht.
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Die Welle der Bodenverdichtungsmaschine ist typischerweise zumindest einseitig an/in einer Wandung gelagert. Diese Wandung kann beispielsweise ein Gehäuse, beispielsweise eines Vibrationsstampfers oder einer Vibrationsplatte, oder eine Tellerscheibe, beispielsweise einer Walzbandage, sein. Die Anordnung kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Sensoreinrichtung und die Energieübertragungseinrichtung zusammen mit der Welle auf derselben Seite der Wandung angeordnet sind. Bevorzugt ist es allerdings, wenn die Welle mit ihrer Stirnseite und/oder die Energieübertragungseinrichtung ein Gehäuse und/oder eine Tellerscheibe von einer Seite, insbesondere einer Antriebsseite, durchdringen, und wenn die Sensoreinrichtung auf der anderen Seite, insbesondere einer Sensorseite, des Gehäuses und/oder der Tellerscheibe angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung befindet sich mit anderen Worten auf einer Seite, sprich der Sensorseite, der Wandung bzw. des Gehäuses und/oder der Tellerscheibe. Die Welle befindet sich zumindest teilweise auf der jeweils anderen Seite der Wandung, die auch als Antriebsseite bezeichnet wird. Die Welle, die Energieübertragungseinrichtung oder beide zusammen durchdringen die Wandung von einer Seite zur anderen, sprich von der Antriebsseite zur Sensorseite. Dadurch, dass die Sensoreinrichtung auf der Sensorseite liegt, die typischerweise außen an einem Gehäuse und/oder einer Walzbandage angeordnet ist, lässt sich die Sensoreinrichtung besonders einfach montieren bzw. warten.
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Das Gehäuse und/oder die Tellerscheibe der Bodenverdichtungsmaschine ist oftmals in einem Bereich, beispielsweise an der Walzbandage oder nahe dem Unterbau der Bodenverdichtungsmaschine, angeordnet, wo naturgemäß im Arbeitsbetrieb große Mengen an Staub und Schmutz vorhanden sind. Es ist daher zum Schutz der Sensoreinrichtung bevorzugt, wenn das Gehäuse und/oder die Tellerscheibe auf der Seite der Sensoreinrichtung von einer Schutzabdeckung verschlossen ist, die zumindest die Sensoreinrichtung und insbesondere auch zumindest Teile der Energieübertragungseinrichtung, insbesondere von außen, abdeckt. Insbesondere verschließt die Schutzabdeckung diejenige Öffnung im Gehäuse und/oder in der Tellerscheibe, die die Welle mit ihrer Stirnseite und/oder Energieübertragungseinrichtung durchdringt. Sie verschließt also die Verbindung bzw. den Durchgang zwischen der Antriebsseite und der Sensorseite.
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Grundsätzlich könnten der Energie aufnehmende Teil der Energieübertragungseinrichtung und die Sensoreinrichtung unmittelbar am Gehäuse und/oder an der Tellerscheibe angeordnet sein. Es ist allerdings bevorzugt, wenn der Energie aufnehmende Teil der Energieübertragungseinrichtung und die Sensoreinrichtung an der Schutzabdeckung angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Montage der Vorrichtung, da der Energie aufnehmende Teil und die Sensoreinrichtung als vorgefertigtes Bauteil zusammen mit der Schutzabdeckung hergestellt werden können, sodass dieses lediglich am Gehäuse und/oder an der Tellerscheibe montiert werden muss. Darüber hinaus kann dann der Luftspalt auch gleich an diesem Teil vorgefertigt sein, so dass insbesondere bei der Nachrüstung der Umfang baulicher Anpassungsmaßnahmen an der Bodenverdichtungsmaschine reduziert werden kann. Der Energie aufnehmende Teil der Energieübertragungseinrichtung und die Sensoreinrichtung sind also als einheitliches Bauteil bzw. Baueinheit bzw. Modul ausgebildet. Aufgrund der berührungslosen Übertragung von Energie von der Welle auf die Sensoreinrichtung muss kein weiterer Anschluss der Sensoreinrichtung vorgenommen werden. Es reicht aus, wenn auf der Welle bereits der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung, beispielsweise in Form von Flügelrädern, Magnete etc., angeordnet ist.
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Entweder die Energieübertragungseinrichtung oder die Sensoreinrichtung umfasst zweckmäßigerweise einen Generator, von dem mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Im Bereich der Welle wird, um diese möglichst reibungsfrei rotieren zu können, typischerweise eine Ölschmierung eingesetzt. Es kann daher vorkommen, dass Schmieröl an die Energieübertragungseinrichtung bzw. an den Generator gelangt. Da das Schmieröl ebenfalls metallische oder auch nichtmetallische Abriebpartikel enthält, kann dies die Funktion der Energieübertragungseinrichtung und insbesondere des Generators beeinträchtigen. Es ist daher bevorzugt, dass die Energieübertragungseinrichtung eine Kapselung aufweist, die verhindert, dass Spritzöl zur Energieübertragungseinrichtung gelangt. Die Kapselung kann beispielsweise als Trennwand ausgebildet sein, die einen Schmierraum der Welle von der Energieübertragungseinrichtung oder zumindest von einem Teil von ihr oder vom Generator trennt.
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Je nach Aufbau der Energieübertragungseinrichtung bzw. des Generators kann es in einer bevorzugten Ausführungsform genügen, wenn die Kapselung sich zwischen dem Energie abgebenden Teil und dem Energie aufnehmenden Teil der Energieübertragungseinrichtung befindet. Die Kapselung ist dazu insbesondere aus einem nichtleitenden und nichtmagnetischen Material ausgebildet, beispielsweise eine Kunststoffmembran oder ähnlichem. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der der energieaufnehmende Teil keine beweglichen Teile enthält und deshalb durch eine Vergussmasse geschützt werden kann. Grundsätzlich ist allerdings auch eine Abtrennung des ölgeschmierten Raumes durch eine klassische Wellendichtung (beispielsweise einer Radialwellendichtring oder Ähnliches) möglich.
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Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung an jeder rotierenden Welle der Bodenverdichtungsmaschine eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Welle die Kurbelwelle der Antriebseinrichtung der Bodenverdichtungsmaschine sein. Es ist allerdings auch jede andere, beispielsweise über Getriebe von der Kurbelwelle angetriebene Welle nutzbar. Bevorzugt ist es, wenn die Bodenverdichtungsmaschine eine Erregereinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, eine Walzbandage oder eine Verdichtungsplatte in Vibrationen zu versetzen, und dass die Welle eine Erregerwelle oder eine Exzenterwelle oder eine Unwuchtwelle der Erregereinrichtung ist. Diese Wellen der Erregereinrichtung sind bei den Bodenverdichtungsmaschinen typischerweise ungedämpft gegenüber der Walzbandage oder der Verdichtungsplatte gelagert, um diese möglichst effizient mit einer Vibration zu beaufschlagen. Es ist daher auch besonders vorteilhaft, die Messung der Bodensteifigkeit direkt im Bereich dieser Wellen vorzunehmen, da hier ungedämpfte Messergebnisse erreicht werden. Gleichzeitig liegt die Antriebsleistung dieser Wellen typischerweise deutlich über 1000 W. Der Leistungsbedarf einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung liegt dagegen im Bereich von ca. 1 W oder weniger. Bei einer Anbindung an diese Wellen reicht also auch schon eine Energieübertragung mit einem niedrigen Wirkungsgrad zur ausreichenden Versorgung der Sensoreinrichtung aus.
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Um die Flexibilität der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung nicht dadurch einzuschränken, dass die Messergebnisse beispielsweise über ein Kabel an eine Anzeigevorrichtung übertragen werden müssen, umfasst die Sensoreinrichtung vorzugsweise eine Sendeeinrichtung, die die Messergebnisse der Sensoreinrichtung kabellos zu einer, insbesondere mobilen, Empfangseinrichtung überträgt. Die Übertragung der Messergebnisse erfolgt also über Funk, beispielsweise über WLAN. Die Messergebnisse können dabei sowohl die vom Sensor gemessenen Rohdaten sein, als auch der daraus berechnete Bodensteifigkeitswert. Die Empfangseinrichtung kann sowohl beispielsweise in den Bordcomputer der Bodenverdichtungsmaschine integriert sein, als auch eine mobile Empfangseinrichtung sein. Geeignete mobile Empfangseinrichtungen sind insbesondere ebenfalls Tablet-Computer und/oder Smartphones, die der Bediener der Bodenverdichtungsmaschine typischerweise bei sich trägt. Diese Endgeräte können durch Installation eines geeigneten Programms, beispielsweise einer App, für den Empfang der Messergebnisse der Sensoreinrichtung genutzt werden.
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Bei einer Bodenverdichtungsmaschine vom Typ Bodenverdichtungswalze ermöglicht die Erfindung in vorteilhafter Weise, dass die Sensoreinrichtung und/oder die Energieübertragungseinrichtung, insbesondere direkt, an der Walzbandage angeordnet ist und sich somit im Betrieb der Bodenverdichtungswalze mit der Walzbandage mitdreht. Auf diese Weise gelingt eine ungedämpfte und besonders präzise Gewinnung von Schwingungsparametern der Walzbandage. Dabei ist die Sensoreinrichtung bevorzugt mit ihrer Messachse senkrecht zur Rotationsachse bzw. in Radialrichtung der hohlzylinderförmigen Walzbandage ausgerichtet, um beispielsweise mithilfe eines Beschleunigungssensors der Sensoreinrichtung möglichst maximale Beschleunigungswerte erfassen zu können. Die Sensoreinrichtung kann zudem zwei Beschleunigungssensoren umfassen, die jeweils eine, insbesondere senkrecht zur Rotationsachse der Walzbandage ausgerichtete, Messachse aufweisen, wobei die Messachsen um einen Winkel, insbesondere um 90°, zueinander versetzt angeordnet sind. Für Vibrationsplatten und Vibrationsstampfer ist eine Anordnung unmittelbar an der jeweiligen Bodenkontaktplatte möglich.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt ferner mit einem Verfahren zum Betrieb einer wenigstens einen Beschleunigungssensor umfassenden Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Bodensteifigkeit während der Bodenverdichtung mit einer Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere einer Bodenverdichtungswalze oder einer handgeführten Bodenverdichtungsmaschine, mit den Schritten: Berührungsloses Übertragen von Energie von einer Welle über einen Luftspalt auf die Sensoreinrichtung, Erzeugen von Strom aus der übertragenen Energie, wobei die Versorgung der Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie, insbesondere ausschließlich, durch die derart erzeugte elektrische Energie erfolgt, Messen der Beschleunigung durch den Beschleunigungssensor, Ermitteln der Bodensteifigkeit aus den Messwerten und kabelloses Übertragen der Messwerte und/oder der Bodensteifigkeitswerte an eine Empfangseinrichtung. Sämtliche Merkmale, Vorteile und Wirkungen der beschriebenen Bodenverdichtungsmaschine gelten ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird.
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Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Beabstandung der Welle von der Sensoreinrichtung über einen Luftspalt. Der zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung vorgesehene Luftspalt wird über eine berührungslose Energieübertragung überbrückt, wodurch die Sensoreinrichtung trotz der Beabstandung von der Welle von dieser angetrieben bzw. mit Energie versorgt wird. Die Sensoreinrichtung wird also unabhängig von eventuell vorhandenen weiteren elektrischen Energiequellen, beispielsweise einem Bordnetz und/oder einer Batterie, betrieben. Auf diese Weise lässt sich die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung nahezu an einer beliebigen Stelle der Bodenverdichtungsmaschine montieren, an der sich eine rotierende Welle befindet, die zur Stromerzeugung zur Versorgung der Sensoreinrichtung genutzt werden kann.
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Bevorzugt ist es, wenn das Übertragen von Energie durch das Rotieren von wenigstens einem Magneten mit der Welle durchgeführt wird und dass das Erzeugen von Strom an wenigstens einer gegenüber der Welle feststehenden, auf der der Welle gegenüberliegenden Seite des Luftspaltes angeordneten Spule durch die Bewegung des wenigstens einen Magneten erfolgt. In dieser Ausführungsform wird die Energie gleichzeitig übertragen und von mechanischer Energie in elektrische Energie umgewandelt.
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Alternativ hierzu ist es ebenfalls bevorzugt, dass das Übertragen von Energie durch das Rotieren eines ersten Flügelrades mit der Welle und das Übertragen der Rotation auf ein auf der der Welle gegenüberliegenden Seite des Luftspaltes angeordnetes zweites Flügelrad durch den vom ersten Flügelrad erzeugten Luftstrom erfolgt. Hier wird die Energie also tatsächlich nur übertragen und muss in einem weiteren Schritt von einem dem zweiten Flügelrad nachgeschalteten Generator auf Seiten der Sensoreinrichtung von mechanischer Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Die Lösung der eingangs genannten Aufgabe gelingt schließlich mit einem Verfahren zum Herstellen oder Nachrüsten einer Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere einer Bodenverdichtungswalze oder einer handgeführten Bodenverdichtungsmaschine, mit einer wenigstens einen Beschleunigungssensor umfassenden Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Bodensteifigkeit während der Bodenverdichtung, bevorzugt wie vorstehend beschrieben ausgebildet, mit den Schritten: Entfernen einer Kappe oder einer Schutzabdeckung, die einen an einer Welle angeordneten Energie abgebenden Teil einer Energieübertragungseinrichtung abdeckt, von einem Gehäuse und/oder einer Tellerscheibe, Montieren eines Energie aufnehmenden Teils der Energieübertragungseinrichtung und der Sensoreinrichtung an der Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere an der Schutzabdeckung, und Anbringen der Schutzabdeckung an dem Gehäuse und/oder der Tellerscheibe, sodass die Schutzabdeckung die Sensoreinrichtung und die Energieübertragungseinrichtung abdeckt. Auch für dieses Verfahren gelten sämtliche Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Bodenverdichtungsmaschine wie vorstehend beschrieben, weshalb auf diese Ausführungen Bezug genommen wird.
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Kerngedanke des Verfahrens ist, dass die Bodenverdichtungsmaschine, egal ob sie mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ausgestattet werden soll oder nicht, immer gleich hergestellt wird. Beispielsweise können an der Welle und insbesondere an der Stirnseite der Welle Mittel vorgesehen sein, an denen der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung montierbar ist. Es könnte sogar vorgesehen sein, dass der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung immer an der Stirnseite der Welle vorhanden ist, auch wenn die Bodenverdichtungsmaschine nicht mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung betrieben werden soll. Die wie vorstehend beschriebene Öffnung bzw. der Durchgang, an der die Welle das Gehäuse und/oder die Tellerscheibe durchdringt, kann dann beispielsweise von einer Kappe verschlossen werden. Ebenfalls ist es möglich, zum Verschluss eine Schutzabdeckung einzusetzen, wie sie ebenfalls zur Abdeckung der Sensoreinrichtung und der Energieübertragungseinrichtung vorgesehen sein kann. Soll die Bodenverdichtungsmaschine dann mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung betrieben werden, so wird lediglich die Kappe vom Gehäuse bzw. von der Tellerscheibe entfernt, gegebenenfalls der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung an der Stirnseite der Welle montiert, der Energie aufnehmende Teil der Energieübertragungseinrichtung und die Sensoreinrichtung installiert und diese mit einer Schutzabdeckung, die am Gehäuse oder an der Tellerscheibe befestigt wird, abgedeckt. Im einfachsten Fall ist der Energie aufnehmende Teil der Energieübertragungseinrichtung und die Sensoreinrichtung zusammen mit der Schutzabdeckung einteilig als Modul ausgebildet, so dass die Energieübertragungseinrichtung und die Sensoreinrichtung zusammen in einem einzigen Schritt am Gehäuse bzw. an der Tellerscheibe montiert werden können. Aufgrund der berührungslosen Energieübertragung über den Luftspalt muss kein weiterer Anschluss der Sensoreinrichtung oder eines sonstigen Teiles vorgenommen werden. Die Montage bzw. das Nachrüsten einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung an einer Bodenverdichtungsmaschine lassen sich auf diese Weise besonders einfach gestalten.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine Seitenansicht einer Tandemwalze;
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2 eine Seitenansicht eines Walzenzuges;
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3 eine Seitenansicht eines Vibrationsstampfers;
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4 eine Seitenansicht einer Vibrationsplatte;
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5 eine Schnittansicht durch eine Walzbandage gemäß Linie V aus 2;
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6 eine Seitenansicht einer Sensoreinrichtung;
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7 eine Schnittansicht durch den Oberbau eines Vibrationsstampfers gemäß 3;
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8 eine Schnittansicht durch eine Vibrationsplatte gemäß Linie VII aus 4;
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9 eine Schnittansicht durch die Anbindung einer Sensoreinrichtung an eine Welle;
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10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anbindung einer Sensoreinrichtung an eine Welle;
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11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anbindung einer Sensoreinrichtung an eine Welle;
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12 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Energieübertragungseinrichtung;
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13 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb einer Sensoreinrichtung; und
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14 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung oder Nachrüstung einer Bodenverdichtungsmaschine.
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Gleiche bzw. gleich wirkende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Sich wiederholende Bauteile sind nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet.
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Die 1 und 2 zeigen erfindungsgemäße Bodenverdichtungsmaschinen 1 vom Typ Bodenverdichtungswalze, genauer eine Tandemwalze (1) und einen Walzenzug (2). Die Bodenverdichtungswalzen weisen einen Fahrerstand 2 und einen Maschinenrahmen 3 auf. Sie werden von einer Antriebseinrichtung 4, zumeist einem Dieselverbrennungsmotor, angetrieben und bewegen sich im Arbeitsbetrieb in Arbeitsrichtung a über einen zu verdichtenden Boden 8. Die Arbeitsrichtung a ist in den Figuren als die Vorwärtsrichtung der Bodenverdichtungsmaschinen 1 definiert. Die Bodenverdichtungsmaschinen 1 können allerdings im Arbeitsbetrieb auch genauso gut rückwärts eingesetzt werden, und sich entgegen der Arbeitsrichtung a bewegen. Die Tandemwalze aus 1 weist insgesamt zwei Walzbandagen 5 auf. Die Walzbandagen 5 sind über Bandagenlager 6 mit dem Maschinenrahmen 3 verbunden. Das Fahrwerk des Walzenzuges der 2 weist nur eine in Arbeitsrichtung a vorne angeordnete Walzbandage 5 auf und umfasst in Arbeitsrichtung a hinten ein Paar Räder 7, beispielsweise Gummiräder. Auch die Walzbandage 5 des Walzenzuges ist über ein Bandagenlager 6 mit dem Maschinenrahmen 3 verbunden. Der Walzenzug und insbesondere die Walzbandage 5 des Walzenzuges ist über ein Knickgelenk, das sich im Wesentlichen unter dem Fahrerstand 2 befindet, lenkbar.
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Die 3 und 4 zeigen handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen 1, insbesondere einen Vibrationsstampfer (3) und eine Vibrationsplatte (4). Die handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 weisen einen Führungsbügel 38 auf, den ein Bediener im Betrieb der Bodenverdichtungsmaschinen 1 nutzt, um diese zu steuern und zu lenken. Der Führungsbügel 38 der in 4 gezeigten Vibrationsplatte kann, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, in eine Transportposition geklappt werden. Die handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 weisen einen Oberbau 39 auf, in dem sich eine Antriebseinrichtung 4 befindet, üblicherweise ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Diesel- oder Benzin- oder Flüssiggasverbrennungsmotor. Darüber hinaus weisen die Bodenverdichtungsmaschinen 1 einen Unterbau 40 mit einer Verdichtungsplatte 41 auf. Die Verdichtungsplatte 41 ist im Falle des Vibrationsstampfers als Stampferplatte und im Fall der Vibrationsplatte als Rüttelplatte ausgebildet. Die Verdichtungsplatten 41 werden im Arbeitsbetrieb der handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 von der Antriebseinrichtung 4 in Schwingungen bzw. Vibration versetzt. Ein Bediener führt die Bodenverdichtungsmaschinen 1 beispielsweise in Arbeitsrichtung a über den Boden und führt dadurch zu einer kontinuierlichen Verdichtung des Untergrundes. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Oberbau 39 der handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 jeweils ein Gehäuse 43 auf, das verschiedene Komponenten der Bodenverdichtungsmaschinen 1 beinhaltet.
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Der Aufbau und die Funktion der Walzbandagen 5 der als Bodenverdichtungswalzen ausgebildeten Bodenverdichtungsmaschinen 1 wird anhand von 5 näher erläutert. 5 zeigt die Walzbandagen 5 in einer Schnittansicht entlang der Linie V der 1 und 2. Das angegebene Koordinatensystem gibt den Richtungsverlauf der Vertikalrichtung VR, der Arbeitsrichtung a und der Rotationsachse 20 wieder. Die Walzbandage 5 umfasst einen hohlzylinderförmigen Außenmantel 9, mit dem die Walzbandage 5 auf dem zu verdichtenden Boden 8 abrollt. Der Innenraum der Walzbandage 5 wird an den quer zur Arbeitsrichtung a außen liegenden Stirnseiten von Tellerscheiben 10 begrenzt. An einer der Tellerscheiben 10, in der 5 rechts dargestellt, befindet sich der Fahrmotor 11, beispielsweise ein Hydraulikmotor. Der Fahrmotor 11 ist einerseits über ein Bandagenlager 6 mit dem nicht dargestellten Maschinenrahmen 3 verbunden. Andererseits ist der Fahrmotor 11 über ein Drehgelenk 26 mit einer Antriebsscheibe 12 verbunden, die wiederum über Dämpfungselemente 13, insbesondere elastische Dämpfungselemente 13, an der Tellerscheibe 10 befestigt ist. Die Dämpfungselemente 13 entkoppeln die Antriebsscheibe 12 und damit das Drehgelenk 26 und den Fahrmotor 11 von den Vibrationen bzw. Schwingungen der Walzbandage 5. Durch den Betrieb des Fahrmotors 11 wird die Walzbandage 5 in Rotation um die Rotationsachse 20 versetzt, wodurch sich die Bodenverdichtungswalze auf dem Boden 8 fortbewegt. In 5 sind diejenigen Bestandteile, die sich im Arbeitsbetrieb der Bodenverdichtungswalze mit der Walzbandage 5 um die Rotationsachse 20 drehen, schraffiert dargestellt. Diejenigen Bestandteile der Walzbandage 5, die sich nicht mit dieser mitdrehen, sind dagegen nicht schraffiert.
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Auf der dem Fahrmotor 11 gegenüberliegenden Seite der Walzbandage 5 befindet sich ein Erregermotor 15, beispielsweise ein Hydraulikmotor, der Teil einer Erregereinrichtung 30 ist. Der Erregermotor 15 dreht sich nicht mit der Walzbandage um die Rotationsachse 20 mit und ist daher über ein Fahrlager 14 mit der Tellerscheibe 10 verbunden. Vom Erregermotor 15 erstreckt sich eine Erregerwelle 16 durch die Tellerscheibe 10 hindurch und ins Innere der Walzbandage 5 hinein. Die Erregerwelle 16 ist von Wellenlagern 17 gehalten, die beispielsweise an den Tellerscheiben 10 der Walzbandage 5 angeordnet sind. An der Erregerwelle 16 befindet sich eine Unwucht 18. Der Erregermotor 15 versetzt die Erregerwelle 16 in Rotationsbewegungen, im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls um die Rotationsachse 20. Durch die Rotationsbewegung der Erregerwelle 16 wird ebenfalls die Unwucht 18 um die Rotationsachse 20 rotiert und erzeugt dabei Schwingungen bzw. Vibrationen in der Walzbandage 5, die zur Verdichtung des Bodens 8 genutzt werden.
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Auf der Tellerscheibe 10, die auf der Seite des Fahrmotors 11 liegt, ist eine Sensoreinrichtung 19 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 19 dreht sich im Arbeitsbetrieb mit der Walzbandage 5 mit. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung 19 direkt bzw. unmittelbar auf der Tellerscheibe 10 angeordnet. Sie ist dabei derart in der Mitte der Tellerscheibe 10 platziert, dass die Rotationsachse 20, um die sich die Walzbandage 5 dreht und um die ebenfalls die Erregerwelle 16 rotiert, durch die Sensoreinrichtung 19 verläuft. Die Sensoreinrichtung 19 befindet sich zwischen der Tellerscheibe 10 und der Antriebsscheibe 12 in einem Freiraum, der durch die Ausdehnung der Dämpfungselemente 13 geschaffen wird. Die Sensoreinrichtung 19 befindet sich auf der quer zur Arbeitsrichtung a äußeren Seite der Tellerscheibe 10 bzw. der äußeren Stirnseite der Walzbandage 5. Damit liegt die Sensoreinrichtung 19 auf der der Unwucht 18 bzw. insbesondere der Erregerwelle 16 gegenüberliegenden Seite der Tellerscheibe 10. Um dennoch die Versorgung der Sensoreinrichtung 19 mit elektrischer Energie über die Erregerwelle 16 zu realisieren, ist eine Energieübertragungseinrichtung 65 vorgesehen, die Energie von der Erregerwelle 16 auf die Sensoreinrichtung 19 übertragt. In der 5 ist die Energieübertragungseinrichtung 65 nur durch einen Strich angedeutet. Ihr Aufbau wird nachstehend noch näher erläutert. Die Energieübertragungseinrichtung 65 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als axiale Verlängerung der Erregerwelle 16 entlang der Rotationsachse 20 ausgebildet, die die Tellerscheibe 10 durchdringt und so den energetischen Anschluss der Sensoreinrichtung 19 an die Rotationsbewegung der Erregerwelle 16 ermöglicht. Insgesamt kann so die Versorgung der Sensoreinrichtung 19 mit elektrischer Energie durch die Arbeit des Erregermotors 15 erfolgen, wodurch kein Austausch eventuell verbrauchter Stromspeicher an der Sensoreinrichtung 19 notwendig ist.
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Die Sensoreinrichtung 19 ist zur Bestimmung der Bodensteifigkeit während des Arbeitsbetriebes der Bodenverdichtungsmaschine 1 ausgebildet. Aufgrund der Anordnung der Sensoreinrichtung 19 direkt an der Walzbandage 5, und zwar direkt an einem Bestandteil der Walzbandage 5, dessen Vibrationsbewegung noch nicht durch ein Dämpfungselement oder ein Lagerspiel eines Fahrgelenkes bzw. Drehgelenkes abgedämpft wurde, kann die Sensoreinrichtung 19 die Bodensteifigkeit besonders exakt bestimmen. Dies ist insbesondere an der gezeigten Position der Sensoreinrichtung 19 mittig an der Tellerscheibe 10 auf der Seite des Fahrmotors 11 möglich, da sich die Sensoreinrichtung 19 hier direkt auf der Rotationsachse 20 der Walzbandage 5 befindet. Ergänzend oder alternativ kann auch auf der gegenüberliegenden Tellerscheibe die Anordnung einer Sensoreinrichtung vorgesehen sein. Auf der dem Fahrmotor 11 gegenüberliegenden Seite der Walzbandage 5 ist allerdings die Mitte der Tellerscheibe 10 bereits durch die Erregereinrichtung 30, insbesondere den Erregermotor 15 und die Erregerwelle 16 besetzt. Dort kann somit beispielsweise auf eine konventionelle Sensoreinrichtung 36 (am Maschinenrahmen 3 oder am Bandagenlager 6 der Walzbandage 5 angeordnet) oder eine (zweite) erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 37 zurückgegriffen werden. Die (zweite) Sensoreinrichtung 37 ist dann zwar bevorzugt identisch mit der Sensoreinrichtung 19 ausgebildet und weist ebenfalls eine Energieübertragungseinrichtung 65 auf (nicht dargestellt). Im Unterschied zur Sensoreinrichtung 19 ist die Sensoreinrichtung 37 aber nicht in der Mitte der Tellerscheibe 10 auf der Seite des Fahrmotors 11 angeordnet, sondern auf der Tellerscheibe 10 auf der Seite des Erregermotors 15 und von der Mitte der Tellerscheibe 10 radial zur Rotationsachse 20 nach außen versetzt. Die Sensoreinrichtung 37 ist also mit anderen Worten auf der Seite des Erregermotors 15 auf der quer zur Arbeitsrichtung a außen liegenden Seite der Tellerscheibe 10 bzw. der Stirnseite der Walzbandage 5 angeordnet. Aufgrund des Erregermotors 15 ist die Sensoreinrichtung 37 von der Mitte der Tellerscheibe 10 nach außen in Richtung des Außenmantels 9 der Walzbandage 5 versetzt angeordnet.
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Die Funktion der Sensoreinrichtung 19 wird anhand der 6 kursorisch erläutert. Die Sensoreinrichtung 19 umfasst einen, beispielsweise indirekt von der Erregerwelle 16 angetriebenen, Generator 22, der die Sensoreinrichtung 19 mit elektrischer Energie versorgt, und der entweder zumindest teilweise Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 oder dieser nachgeschaltet ist. Darüber hinaus umfasst die Sensoreinrichtung 19 im konkreten Ausführungsbeispiel zwei Beschleunigungssensoren 21 mit einer ersten Messachse 28 und einer zweiten Messachse 29. Die Beschleunigungssensoren 21 sind zur Bestimmung einer Beschleunigung entlang der Messachsen 28, 29 ausgebildet. Dabei sind die Beschleunigungssensoren 21 derart zueinander ausgerichtet, dass ihre Messachsen 28, 29 zueinander senkrecht stehen. Gleichzeitig stehen die Messachsen 28, 29 senkrecht zur Rotationsachse 20 der Walzbandage 5 bzw. der Erregerwelle 16. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 6 schneiden beiden Messachsen 28, 29 die Rotationsachse 20 senkrecht. Aufgrund dieser Ausrichtung der Messachsen 28, 29 zueinander, und insbesondere auch zur Rotationsachse 20, lässt sich aus den Messwerten der Beschleunigungssensoren 21 die Richtung der Erdbeschleunigung und ebenfalls die Bodensteifigkeit kontinuierlich ermitteln. Die Sensoreinrichtung 19 umfasst darüber hinaus eine Sendeeinrichtung 23, die zur kabellosen Übertragung von Daten von der Sensoreinrichtung 19 an eine Empfangseinrichtung 24 ausgebildet ist. Die Ermittlung der Bodensteifigkeit aus den Messwerten der Beschleunigungssensoren 21 kann entweder direkt durch die Sensoreinrichtung 19 geschehen, oder durch die Empfangseinrichtung 24. Je nachdem werden entweder nur die Messdaten der Beschleunigungssensoren 21 und/oder die berechneten Bodensteifigkeitswerte von der Sendeeinrichtung 23 an die Empfangseinrichtung 24 übertragen. Die Empfangseinrichtung 24 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 25 verbunden, die die Messwerte und/oder die berechneten Bodensteifigkeitswerte für einen Bediener anzeigt. Darüber hinaus kann die Empfangseinrichtung die Daten abspeichern, sodass diese im Nachhinein oder auch kontinuierlich auslesbar sind und eine genaue Auswertung des Arbeitsvorganges der Bodenverdichtungswalze ermöglicht wird. Die Empfangseinrichtung kann beispielsweise ein mobiles Handgerät, beispielsweise ein Tablet-Computer oder ein Smartphone, sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Sensoreinrichtung 19 als Nachrüstsatz 31 ausgebildet ist, der an schon bestehende Bodenverdichtungswalzen nachgerüstet werden kann. Der Nachrüstsatz 31 umfasst dabei die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 19 und ist zur Montage an der Tellerscheibe 10 auf der Seite des Fahrmotors 11 der Walzbandage 5 und insbesondere zum Anschluss an die Erregerwelle 16 über die Energieübertragungseinrichtung 65 ausgebildet. Insbesondere in Kombination mit einer mobilen Empfangseinrichtung 24 lässt sich so ein Nachrüstsatz 31 bereitstellen, der vergleichsweise einfach an die schon bestehenden Strukturen einer Walzbandage 5 angebaut werden kann, wodurch die erfindungsgemäßen Vorteile nutzbar werden.
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7 zeigt eine Schnittansicht durch den Oberbau 39 des Vibrationsstampfers aus 3. Insbesondere zeigt 7 die Komponenten des Vibrationsstampfers innerhalb des Gehäuses 43. Die Antriebseinrichtung 4 versetzt die Kurbelwelle 44 in Rotation um die Antriebsachse 46. Insbesondere treibt die Antriebseinrichtung 4 über die Kurbelwelle 44 ein Ritzel 45 an, das sich ebenfalls um die Antriebsachse 46 dreht und mit einem Exzenterrad 47 kämmt, welches dadurch durch das Ritzel 45 ebenfalls in Rotation versetzt wird. Konkret dreht sich das Exzenterrad 47 um die Exzenterachse 48. Um diese Drehbewegung zu realisieren, weist das Exzenterrad 47 eine Exzenterwelle 49 auf, die über Wellenlager 17 am Gehäuse 43 rotierbar gelagert ist. Exzentrisch auf dem Exzenterrad 47 angeordnet befindet sich eine Exzentergelenk 51, über das ein Pleuel 52 am Exzenterrad 47 befestigt ist. Im Arbeitsbetrieb des Vibrationsstampfers dreht sich das Exzenterrad 47, wodurch der Pleuel 52 in eine regelmäßige Auf- und Abbewegung versetzt wird. Diese Auf- und Abbewegung überträgt der Pleuel 52 auf den Stampferfuß 42 und führt damit zum Antrieb der Verdichtungsplatte 41. Das Ritzel 45 und das Exzenterrad 47 bilden also zusammen das Exzentergetriebe 58, das die Exzenterwelle 49 antreibt. Das Exzentergetriebe 58 überträgt mit anderen Worten die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 44 der Antriebseinrichtung 4 auf die Exzenterwelle 49. Die Exzenterwelle 49 rotiert dann um die Exzenterachse 48, die zur Antriebsachse 46, um die die Kurbelwelle 44 rotiert, parallel versetzt ist.
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In der gezeigten Ausführungsform der Erfindung gemäß 7 ist auf der dem Exzenterrad 47 gegenüberliegenden Stirnseite der Exzenterwelle 49 eine Energieübertragungseinrichtung 65 angeordnet, die das Gehäuse 43 durchdringt und mit einem Generator 22 eine Sensoreinrichtung 19 antreibt, die zur Bestimmung der Bodensteifigkeit des zu verdichtenden Bodens ausgebildet ist. Die Energieübertragungseinrichtung 65 überträgt Energie von der Exzenterwelle 49 auf die Sensoreinrichtung 19 und insbesondere deren Beschleunigungssensor 21 und Sendeeinrichtung 23. Die Sensoreinrichtung 19 ist außerhalb des Gehäuses 43 angeordnet. Zum einen ist hier ausreichend Platz am Vibrationsstampfer, um die Komponenten unterzubringen, auf der anderen Seite ist die Sensoreinrichtung 19 und der Generator 22 dadurch von außen für einen Bediener, beispielsweise zu Wartungszwecken, zugänglich. Auch die Montage der Sensoreinrichtung 19 und des Generators 22 lässt sich auf diese Weise einfach von außen durchführen.
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7 zeigt ebenfalls eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der die Energieübertragungseinrichtung 65, der Generator 22 und die Sensoreinrichtung 19 von der Kurbelwelle 44 angetrieben werden. Um klarzustellen, dass es sich hierbei um eine alternative Ausführungsform handelt, sind die Energieübertragungseinrichtung 65 und die Sensoreinrichtung 19 der alternativen Ausführungsform gestrichelt dargestellt. Gemäß der Alternative ist die Energieübertragungseinrichtung 65 auf der dem Ritzel 45 gegenüberliegenden Stirnseite der Kurbelwelle 44 angeordnet, wobei die Kurbelwelle 44 an zwei gegenüberliegenden Seiten aus der Antriebseinrichtung 4 austritt. Hier ist die Energieübertragungseinrichtung 65 von der Seite der Kurbelwelle 44 angetrieben, die nicht mit dem Ritzel 45 verbunden ist. Auch in diesem Bereich der zweiten aus der Antriebseinrichtung 4 austretenden Kurbelwelle 44 ist ausreichend Platz am Vibrationsstampfer vorhanden, um die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 19 und die Energieübertragungseinrichtung 65 anzuordnen.
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8 zeigt eine Schnittansicht durch die Vibrationsplatte gemäß der Linie VII aus 4. Im Gehäuse 43 des Oberbaus 39 der Vibrationsplatte befindet sich ebenfalls eine Antriebseinrichtung 4, die eine Kurbelwelle 44 um eine Antriebsachse 46 antreibt. Die Kurbelwelle 44 wiederum ist über ein Unwuchtgetriebe 53 mit einer Unwuchtwelle 54 verbunden und versetzt die Unwuchtwelle 54 in Rotation um die Unwuchtachse 55. Das Unwuchtgetriebe 53 ist im gezeigten Beispiel als Riemengetriebe ausgebildet, könnte aber beispielsweise auch ein Zahnradgetriebe oder dergleichen sein. Die Unwuchtwelle 54 ist über Wellenlager 17 am Unwuchtgehäuse 59 gelagert und trägt eine Unwucht 57, die sich innerhalb eines Unwuchtgehäuses 59 befindet. Durch die Rotation der Unwuchtwelle 54 wird ebenfalls die Unwucht 57 in Rotation um die Unwuchtachse 55 versetzt, wodurch die Verdichtungsplatte 41 in Schwingungen bzw. Vibrationen versetzt wird. Wie schon beim Vibrationsstampfer erläutert, kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 19 und die Energieübertragungseinrichtung 65 prinzipiell an jeder gehäusefesten Welle angeordnet sein. So ist es in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung 65 an einer Stirnseite der Unwuchtwelle 54 angeordnet ist. Die Stirnseite der Unwuchtwelle 54 beziehungsweise die Energieübertragungseinrichtung 65 durchdringt das Unwuchtgehäuse 59 bzw. die Gehäusewand des Unwuchtgehäuses 59 und überträgt die Energie der Rotation der Unwuchtwelle 54 um die Unwuchtachse 21 auf einen Generator 22 der Sensoreinrichtung 19, der dadurch angetrieben wird und Strom für die Sensoreinrichtung 19 produziert. Vibrationsplatten weisen bauartbedingt am Oberbau deutlich gedämpfte Schwingungen auf, die sich für die Messung der Bodensteifigkeit nur eingeschränkt eignen. Dies liegt beispielsweise an einer Schwingungsentkopplung des Unwuchtgehäuses 59 gegenüber dem Gehäuse 43, beispielsweise über Gummielemente. Somit ist die Anbringung der Sensoreinrichtung 19 direkt an der Unwuchtwelle 54 in verschiedener Weise vorteilhaft. Die Messung der Bodensteifigkeit wird durch die Messung der Schwingungen am Unwuchtgehäuse 59 der Vibrationsplatte besonders genau, gleichzeitig ist die Energieversorgung der Sensoreinrichtung 19 besonders einfach zu realisieren, da empfindliche Kabelverbindungen entfallen. Die direkte Anbringung der Sensoreinrichtung 19 an der Unwuchtwelle 54 ermöglicht außerdem die kostengünstige Integration weiterer Funktionen. Zum Beispiel bietet es sich an, eine Zustandsüberwachung für die Wellenlager 17 in die Sensoreinrichtung 19 zu integrieren. Die Zustandsüberwachung könnte beispielsweise durch die direkte oder indirekte Messung der Lagertemperatur erfolgen. Außerdem können wälzlagertypische Frequenzen aus dem Beschleunigungssignal extrahiert werden, und somit mögliche Schäden durch Bewertung dieser Signalanteile automatisch detektiert werden. Eine weitere Zusatzfunktion kann die Bestimmung der tatsächlichen Arbeitszeit mit der Maschine sein. Da die Versorgung der Sensoreinrichtung 19 mit eigenem Generator 22 erfolgt, werden nur die tatsächlichen Betriebsstunden der Maschine erfasst, ohne eventuelle Leerlaufzeiten. Somit können beispielsweise die Wartungsintervalle für die Erregereinheit verlängert werden, da die tatsächliche Einsatzdauer der Maschine von den Leerlaufzeiten getrennt erfasst werden kann.
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Wie ebenfalls in den 7 und 8 gezeigt, ist die Sensoreinrichtung 19 mit einer Sendeeinrichtung 23 (siehe 6) ausgestattet, die die Messergebnisse der Sensoreinrichtung 19 und/oder die berechneten Werte der Bodensteifigkeit an eine Empfangseinrichtung 24, insbesondere eine mobile Empfangseinrichtung 24, übermittelt. Die mobile Empfangseinrichtung 24 ist beispielsweise ein Tablet-Computer oder ein Smartphone eines Bedieners der handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1, auf der ein Programm, beispielsweise eine App, ausgeführt wird, die zur Anzeige bzw. zur Auswertung der Messsignale und/oder der berechneten Bodensteifigkeitswerte ausgebildet ist. Es ist daher keine separate Anzeigeeinrichtung an den handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 notwendig, wodurch keine weiteren Modifikationen der Bodenverdichtungsmaschinen 1 benötigt werden und die Konstruktionskosten für die Realisierung der Erfindung niedrig gehalten werden. Die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass die Anzeige der von der Sensoreinrichtung gewonnenen Daten für die jeweilige Anwendung in optimaler Weise erfolgt. So kann das Erreichen einer bestimmten Untergrundsteifigkeit durch eine farbige Signalfläche signalisiert werden, oder der momentane Bodensteifigkeitswert mit einem Zahlenwert und/oder einer Balkengrafik dargestellt werden. Auch die Verwendung von Grafiksymbolen für die Visualisierung unterschiedlicher Betriebszustände wie zu geringe Drehzahl, Überdrehzahl oder sehr harter Untergrund kann an der Empfangseinrichtung zusätzlich vorgesehen werden. Idealerweise kann die Konfiguration der Anzeige durch den Benutzer selbst erfolgen, so dass für die jeweilige Größe und Ausrichtung der Anzeigeeinrichtung eine optimale Erkennbarkeit gewährleistet ist. So kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass Trends als zeitlicher Verlauf dargestellt werden, um die Verdichtungszunahme und oder ungleichmäßige Bodenverhältnisse darzustellen.
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9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Energieübertragungseinrichtung 65, die berührungslos Energie auf die Sensoreinrichtung 19 überträgt. Die Energieübertragungseinrichtung 65 und die Sensoreinrichtung 19 können beispielsweise an sämtlichen vorstehend erläuterten Positionen der Bodenverdichtungsmaschinen 1 an einer Welle 16, 44, 49, 54 angeordnet sein. Unabhängig von der jeweiligen Position erläutert 9 den Aufbau und die Realisierung der Energieübertragung. Die Welle 16, 44, 49, 54 ist über Wellenlager 17 an einer Wandung 43, 10, beispielsweise einem Gehäuse 43 oder einer Tellerscheibe 10, gelagert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Wellenlager 17 ebenfalls in einem Durchtritt der Welle 16, 44, 49, 54 durch die Wandung 43, 10. Die Energieübertragungseinrichtung 65 umfasst Magnete 62, hier Permanentmagnete, die auf einem Antriebsrad 61 befestigt sind. Das Antriebsrad 61 ist mitdrehend an der Stirnseite der Welle 16, 44, 49, 54 befestigt. Konkret ist das Antriebsrad 61 über einen mittig an der Stirnseite der Welle 16, 44, 49, 54 angeordneten Wellendurchtrieb 27 an dieser befestigt. Das Antriebsrad 61 und damit ebenfalls die Magnete 62 rotieren im Betrieb der Bodenverdichtungsmaschine 1 mit der Welle 16, 44, 49, 54 um deren Rotationsachse. Dem Magneten 62 gegenüberliegend und durch einen Luftspalt 69 IN Axialrichtung von diesem getrennt sind an der Sensoreinrichtung 19 angeordnete Spulen 63 vorgesehen. Die Spulen 63 weisen beispielsweise eine Wickelung aus Kupferdraht und einen Kern aus Ferrit auf, sodass durch das durch die Bewegung der Magnete 62 an den Spulen 63 vorbeistreifende Magnetfeld ein Stromfluss in den Spulen 63 induziert wird. Dieser Stromfluss wird zum Betrieb der Sensoreinrichtung 19 genutzt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel überträgt die Energieübertragungseinrichtung 65 die Rotationsenergie der Welle 16, 44, 49, 54 also durch die Bewegung der Magneten 62 auf die Spulen 63 über den Luftspalt 69 hinweg, wobei die Energie in den Spulen 63 in elektrische Energie umgewandelt wird, die zur Versorgung der Sensoreinrichtung 19 bereitsteht. Der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 umfasst also das auf der Welle 16, 44, 49, 54 befestigte Antriebsrad 61 und die Magneten 62. Der Energie aufnehmende Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 umfasst die Spulen 63. Die Energieübertragungseinrichtung 65 überbrückt einen, von der Welle 16, 44, 49, 54 aus gesehen, axialen Luftspalt 69.
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Wie ebenfalls aus 9 hervorgeht, ist die Sensoreinrichtung 19 zusammen mit den Spulen 63 an einer Schutzabdeckung 64, konkret an deren Innenseite, angeordnet. Die Schutzabdeckung 64 ist an der Wandung 43, 10 befestigt und verschließt den Durchtritt der Welle 16, 44, 49, 54 durch die Wandung 43, 10. Sie deckt die Energieübertragungseinrichtung 65 und die Sensoreinrichtung 19 von außen ab. Dadurch sind die Sensoreinrichtung 19 und die Energieübertragungseinrichtung 65 von äußeren Einflüssen geschützt. Gleichzeitig wird so eine besonders einfache Montage sichergestellt, da die Sensoreinrichtung 19 zusammen mit den Spulen 63, sprich dem Energie aufnehmenden Teil der Energieübertragungseinrichtung 65, als Einbauteil zusammen mit der Schutzabdeckung 64 ausgebildet sind, sodass nur die Schutzabdeckung 64 an der Wandung 43, 10 befestigt werden muss, ohne einen weiteren Anschluss entweder der Sensoreinrichtung 19 oder Energieübertragungseinrichtung 65 durchzuführen. Aufgrund der berührungslosen Energieübertragung über den Luftspalt 69 ist vor oder nach der Befestigung der Schutzabdeckung 64 an der Wandung 43, 10 keine weitere Aktion eines Monteurs notwendig. Der Luftspalt 69 ist so breit ausgelegt, dass trotz des vergleichsweise großen Axial- und Radialspiels der Welle 16, 44, 49, 54, wie bei Bodenverdichtungsmaschinen üblich, eine Kollision zwischen dem Energie abgebenden Teil, sprich dem Antriebsrad 61 und dem Magneten 61, und der Sensoreinrichtung 19 bzw. dem Energie aufnehmenden Teil, sprich den Spulen 63, ausgeschlossen ist. Der Abstand zwischen dem Energie abgebenden Teil und dem Energie aufnehmenden Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 ist damit größer als das zwischen diesen beiden Bestandteil wirkende Spiel der Welle 16, 44, 49, 54. Auf diese Weise wird mit der berührungslosen Energieübertragung gemäß der Erfindung die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung 19 über die Welle 16, 44, 49, 54 trotz deren vergleichsweise großem Lagerspiel ermöglicht.
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Um zu verhindern, dass Schmieröl der Wellenlager 17 an die Energieübertragungseinrichtung 65, und insbesondere an die Spulen 63, gelangt, ist eine Kapselung 70 vorgesehen, die zwischen den Wellenlagern 17 und der Energieübertragungseinrichtung 65 angeordnet ist, die diese in Axialrichtung verlaufend umgibt. Aufgrund der Kapselung 70 kann kein Spritzöl mit darin befindlichen metallischen und/oder nichtmetallischen Abriebpartikeln zur Energieübertragungseinrichtung 65 gelangen und die Energieübertragung behindern oder die Komponenten beschädigen.
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Die 10 und 11 weitere Ausführungsformen der Ausbildung der Energieübertragungseinrichtung 65. In 10 überbrückt die Energieübertragungseinrichtung 65 einen radialen Luftspalt 69, gesehen von der Welle 16, 44, 49, 54 aus. Konkret sind die Magnete 62 von der Mitte radial beabstandet umlaufend verteilt an der Welle 16, 44, 49, 54 befestigt und die Spulen 63 liegen diesen über einen zur Rotationsachse radial verlaufenden Luftspalt 69 beabstandet gegenüber. Die Magnete 62 können beispielsweise direkt auf der Welle 16, 44, 49, 54 befestigt sein. Die Kapselung 70 ist in einer senkrecht zur Welle 16, 44, 49, 54 ausgerichteten Ebene angeordnet und zwischen den Wellenlagern 17 (nicht dargestellt) und der Energieübertragungseinrichtung 65 in Form eines Radialwellendichtrings angeordnet. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Energieübertragungseinrichtung 65, die wieder einen, von der Welle 16, 44, 49, 54 aus gesehen, axial liegenden Luftspalt 69 überbrückt. In der Ausführungsform gemäß 11 sind die Magnete 62 direkt auf der Stirnseite der Welle 16, 44, 49, 54 befestigt. Die Kapselung 70 befindet sich hier zwischen dem Energie abgebenden Teil, sprich dem Magneten 62, und dem Energie aufnehmenden Teil, sprich den Spulen 63, der Energieübertragungseinrichtung 65. Insbesondere ist die Kapselung 70 an der Wandung 43, 10 befestigt und erstreckt sich über den gesamten Durchtritt der Welle 16, 44, 49, 54 durch die Wandung 43, 10. Auf diese Weise wird durch die Kapselung 70 insbesondere verhindert, dass Spritzöl an die Spulen 63 gelangt.
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12 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Energieübertragungseinrichtung 65, bei der anstelle magnetischer Kräfte zur Überbrückung des Luftspaltes auf eine Luftbewegung zurückgegriffen wird. Die gezeigte Energieübertragungseinrichtung 65 umfasst dazu ein erstes Flügelrad 66, das an der Welle 16, 44, 49, 54 befestigt ist und sich mit dieser mitdreht. Darüber hinaus umfasst die Energieübertragungseinrichtung 65 ein zweites Flügelrad 67, das vom Luftstrom 75, der in 12 durch die gepunktet dargestellten Pfeile angedeutet ist, angetrieben wird. Das erste Flügelrad 66 wird also von der Welle 16, 44, 49, 54 angetrieben und erzeugt den Luftstrom 75. Dieser streift am zweiten Flügelrad 67 vorbei und treibt dieses an. Die Rotationsbewegung der Welle 16, 44, 49, 54 wird also vom ersten Flügelrad 66, das den Energie abgebenden Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 darstellt, auf das zweite Flügelrad 67, das den Energie aufnehmenden Teil darstellt, übertragen. Eine Umwandlung der Energie findet bei dieser Übertragung nicht statt. Die Rotationsenergie der Welle 16, 44, 49, 54 wird auf die Generatorwelle 68 übertragen, die vom zweiten Flügelrad 67 angetrieben wird. Die Generatorwelle 68 wiederum treibt einen Generator (nicht dargestellt) an, der die Rotationsenergie in elektrische Energie zur Versorgung der Sensoreinrichtung 19 umwandelt. Der Luftspalt 69 zwischen dem Energie abgebenden Teil und dem Energie aufnehmenden Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel also durch den Luftstrom zwischen den Flügelrädern 66, 67 überbrückt. Um den Luftstrom 75 aufrechtzuerhalten, weist diese Ausführungsform der Energieübertragungseinrichtung 65 ebenfalls eine Luftführung 74 auf. Die Luftführung 74 leitet den Luftstrom 75 zwischen dem ersten Flügelrad 66 und dem zweiten Flügelrad 67. Darüber hinaus leitet die Luftführung 74 den Luftstrom 75 vom zweiten Flügelrad 67 weg, nachdem der Luftstrom 75 dieses Flügelrad 67 passiert hat und durch eine Passage zurück zum ersten Flügelrad 66, sodass der Luftstrom 75 dort wieder vom ersten Flügelrad 66 in Richtung des zweiten Flügelrades 67 beschleunigt werden kann. Insgesamt sorgt die Luftführung 74 damit für einen zirkulierenden Luftstrom zwischen dem ersten Flügelrad 66 und dem zweiten Flügelrad 67, wodurch eine kontinuierliche Energieübertragung zwischen den beiden Flügelrädern 66, 67 sichergestellt ist. Alternativ zur dargestellten Ausführungsform könnte die Luftführung ebenfalls Luft von außerhalb zum ersten Flügelrad 66 leiten und vom zweiten Flügelrad 67 wieder nach außen herausleiten. Da im Bereich der Bodenverdichtungsmaschinen 1 allerdings oftmals mit Schmutz und Staub zu rechnen ist, ist ein geschlossenes System, wie bei der gezeigten, geschlossenen Luftführung 74, bevorzugt, die keine Verbindung zur Außenumgebung hat und die zur Zirkulation immer derselben Luft zwischen den Flügelrädern 66, 67 ausgebildet ist.
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13 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 32 zum Betrieb der Sensoreinrichtung 19. Das Verfahren 32 läuft im Betrieb der Bodenverdichtungsmaschine 1 kontinuierlich ab und beginnt beispielsweise mit dem Übertragen 60 von Energie einer Welle 16, 44, 49, 54 auf die Sensoreinrichtung 19, wobei die Übertragung 60 berührungslos erfolgt, sodass eine Bewegung der Welle 16, 44, 49, 54 aufgrund von Lagerspiel nicht ausgeglichen werden muss, da die Welle 16, 44, 49, 54 über einen Luftspalt 69 von der Sensoreinrichtung 19 beabstandet ist, der groß genug ist, um dieses Lagerspiel auszugleichen. Diese erforderliche Größe kann variieren, liegt aber üblicherweise im einstelligen Millimeterbereich. So ist beispielsweise ein Axialspiel bis ca. 2 mm üblich, ein Radialspiel je nach Lagergröße bis 0,2 mm. Hinzu kommen noch fertigungsbedingte und montagebedingte Rundlauftoleranzen bzw. Zentrierfehler. Unter Einsatz der im Schritt 60 übertragenen Energie erfolgt dann das Erzeugen 50 von elektrischer Energie zur Versorgung der Sensoreinrichtung 19. Da die Sensoreinrichtung 19 komplett unabhängig von weiteren Stromkreisen oder Stromquellen der Bodenverdichtungsmaschine 1 ausgebildet ist, erfolgt die Versorgung der Sensoreinrichtung 19 mit elektrischer Energie ausschließlich durch den im Schritt 50 erzeugten Strom, der aus der von der Welle 16, 44, 49, 54 übertragenen Energie stammt. Im nächsten Schritt erfolgt das Messen 33 der Beschleunigung durch einen Beschleunigungssensor 21 der Sensoreinrichtung 19, der sich bevorzugt ungedämpft an einem vibrierenden Teil, beispielsweise an einer Walzbandage 5 oder einer Verdichtungsplatte 41 der Bodenverdichtungsmaschine 1 befindet. Es folgt das Ermitteln 34 der Bodensteifigkeit aus den Messwerten und ein kabelloses Übertragen 35 der Messwerte und/oder der Bodensteifigkeitswerte an eine Empfangseinrichtung 24. Je nachdem, ob die gemessenen Rohdaten schon in der Sensoreinrichtung 19 zur Errechnung der Bodensteifigkeit genutzt werden, werden entweder unmittelbar die Messdaten und/oder die errechneten Bodensteifigkeitswerte und/oder charakteristische Schwingungswerte übertragen. Die Empfangseinrichtung 24 umfasst dabei entweder eine Anzeigevorrichtung 25 oder ist mit einer solchen verbunden, sodass die gemessenen bzw. berechneten Werte für einen Bediener sichtbar gemacht werden können.
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14 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 56 zum Herstellen oder Nachrüsten einer Bodenverdichtungsmaschine 1 mit einer Sensoreinrichtung 19. Das Verfahren 56 beginnt mit dem Entfernen 71 einer Kappe oder einer Schutzabdeckung 64, die den Durchtritt der Stirnseite einer Welle 16, 44, 49, 54 durch eine Wandung 43, 10, beispielsweise ein Gehäuse 43 oder eine Tellerscheibe 10, abdeckt. An der Stirnseite der Welle 16, 44, 49, 54 sind entweder Befestigungsmittel vorgesehen, die zur Befestigung eines Energie abgebenden Teils einer Energieübertragungseinrichtung 65 ausgebildet sind, oder es befindet sich bereits der Energie abgebende Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 an der entsprechenden Stirnseite. Die Stirnseite kann dabei entweder von einer Kappe abgedeckt sein, die eng benachbart zu der Stirnseite bzw. dem Energie abgebenden Teil ausgebildet ist, oder die Abdeckung kann durch eine Schutzabdeckung 64 erfolgen, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Die Schutzabdeckung 64 ist also in diesem Fall noch dazu ausgebildet, die Sensoreinrichtung 19, insbesondere zusammen mit dem Energie aufnehmenden Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 und einem Generator 22, aufzunehmen. Es folgt daher im nächsten Schritt das Montieren 72 des Energie aufnehmenden Teils 63, 67 der Energieübertragungseinrichtung 65 und der Sensoreinrichtung 19, sowie gegebenenfalls eines Generators 22, an der Bodenverdichtungsmaschine 1. Ist die Abdeckung zuvor durch eine Kappe erfolgt, so kann in diesem Schritt nun eine Schutzabdeckung 64 komplett mit der Sensoreinrichtung 19 und sämtlichen anderen Bestandteilen an der Wandung 43, 10 montiert werden. Wurde dagegen die Abdeckung durch eine Schutzabdeckung 64 bewerkstelligt, so wird die Sensoreinrichtung 19 und die weiteren Bestandteile an der Schutzabdeckung 64 befestigt und diese dann zusammen als ein Bauteil an der Wandung 43, 10 montiert. In beiden Fällen kann diese Montage 72 schnell und unkompliziert durch einen Bediener erfolgen, der lediglich ein Bauteil an der Bodenverdichtungsmaschine 1 anbringen muss. Das Anbringen 73 der Schutzabdeckung 64 an dem Gehäuse 43 und/oder der Tellerscheibe 10, sprich an der Wandung 43, 10, erfolgt derart, dass die Schutzabdeckung 64 die Sensoreinrichtung 19 und die Energieübertragungseinrichtung 65 abdeckt. An diesem Punkt ist das Verfahren zur Herstellung bzw. zur Nachrüstung der Bodenverdichtungsmaschine 1 abgeschlossen. Die Nachrüstung einer Sensoreinrichtung 19 gemäß der Erfindung ist insbesondere dann besonders einfach und unkompliziert, wenn die Bodenverdichtungsmaschine 1 schon mit einer stirnseitig an der Welle 16, 44, 49, 54 angeordneten vorgefertigten Montageposition für den Energie abgebenden Teil der Energieübertragungseinrichtung 65 ausgebildet ist. In diesem Fall können die wenigen Komponenten zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bodenverdichtungsmaschine 1 jederzeit an dieser befestigt werden, wodurch auch ein kostengünstiges und schnelles Nachrüsten der Erfindung an schon bestehenden Bodenverdichtungsmaschinen 1 ermöglicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014018457 A1 [0002]
- EP 2434053 B1 [0003]
- DE 102012017777 A1 [0003]
- EP 2627826 B1 [0004]
