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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Vibrationskompaktier- bzw. Vibrationsverdichtungsmaschinen, und insbesondere auf einen Vibrationsmechanismus mit unbegrenzt variabler Amplitude und Frequenz.
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Hintergrund
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Vibrationskompaktiermaschinen werden allgemein zur Kompaktierung bzw. Verdichtung frisch verlegten Asphaltes, Bodens und anderer kompaktierbarer Materialien eingesetzt. Beispielsweise können die Kompaktiermaschinen Kompaktoren der Plattenbauart oder Kompaktoren mit rotierender Trommel mit einer oder mehreren Trommeln einschließen. Der Kompaktor der Trommelbauart dient zum Kompaktieren von Material, über das die Maschine gefahren wird. Um das Material zu kompaktieren, weist die Trommelanordnung einen Vibrationsmechanismus auf, der innere und äußere exzentrische Gewichte umfasst, die an einer drehbaren Welle innerhalb des Innenraums des Trommelhohlraums angeordnet sind, um bei der Trommel Vibrationen hervorzurufen.
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Die Amplitude und Frequenz der Vibrationskräfte bestimmen das Ausmaß der Kompaktierung des Materials und die Geschwindigkeit und den Wirkungsgrad des Kompaktierungsprozesses. Die Amplitude der Vibrationskräfte wird verändert durch Änderung der Position eines Paars von Gewichten im Verhältnis zueinander. Die Frequenz der Vibrationskräfte wird gemanaget durch Steuerung der Drehzahl eines Antriebsmotors in der Kompaktortrommel.
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Die erforderliche Amplitude der Vibrationskraft kann variieren in Abhängigkeit von den Charakteristika des kompaktierten Materials. Beispielsweise wirkt eine hohe bzw. große Amplitude am besten auf dicken Erhebungen oder rauhen bzw. harten Gemischen, während niedrige oder kleine Amplituden am besten auf dünnen Erhebungen und weichen Materialien arbeiten. Eine Amplitudenänderung ist wichtig, da verschiedene Materialien unterschiedliche Kompaktierungspegel erfordern. Darüber hinaus kann ein einzelner Kompaktierungsprozess unterschiedliche Amplitudenpegel erfordern, da bei Beginn des Prozesses höhere bzw. größere Amplituden bei Beginn des Prozesses erforderlich sein können, und die Amplitude graduell verkleinert werden kann, wenn der Prozess vollendet wird.
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Konventionelle Vibrationskompaktiermaschinen sind insofern problematisch, als die Amplitude und Frequenz der Vibrationskraft nur auf einen bestimmten vorbestimmten Pegel eingestellt werden können, oder die Mechanismen zur Einstellung der Amplitude komplex sind. Einer dieser Vibrationsmechanismen ist offenbart in
US 4,350,460 A .
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Weiterhin offenbart
DE 35 05 580 A1 einen Schwingungserreger mit stufenlos verstellbarer Unwucht, wobei an jeder von zwei verwendeten Unwuchtmassen ein Zahnrad mit entgegen gesetzter Schrägverzahnung befestigt ist, so dass die beiden Zahnräder über ein frei drehbar gelagertes Zahnradpaar mit gegensinniger Schrägverzahnung miteinander gekuppelt sind und dass das Zahnradpaar zur gegenseitigen Winkelverstellung der beiden Unwuchtmassen vom Stellglied achsparallel zur Antriebswelle verschiebbar angeordnet ist.
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EP 0 411 349 A1 offenbart eine Bodenverdichtungsvorrichtung, wobei die auf das Druckausübungsorgans zur Bodenverdichtung wirkende Trägheitskraft in ihrer Größe ohne Veränderung der Vibrationsfrequenz einstellbar ist, indem die Lage der Unwuchten zweier Trägheitskörper im Betrieb während der Rotation verstellt wird, womit unabhängig voneinander die Größe der Vibrationskraft, sowie deren Richtung und deren Vibrationsfrequenz einstellbar ist.
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Abschließend offenbart
DE 39 22 169 A1 einen Rotationsvibrator, dessen Unwuchten auf gegensinnig drehenden, parallelen Innenwellen angeordnet und in ihrer Exzentrizität über konzentrisch äußere Hohlwellen verstellbar sind, wobei die Unwuchten exzentrisch auf Exzentern drehbar und in Radialarmen der mit ihren Innenwellen gleichsinnig umlaufenden Hohlwellen geführt sind, welche über ein Planetengetriebe gegenüber den Innenwellen verdrehbar sind.
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Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eines oder mehrere der vorstehend erwähnten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Vibratormechanismus nach Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Vibratormechanismus nach Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung.
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Figurenliste
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- 1 eine Seitenansicht einer Arbeitsmaschine mit der vorliegenden Erfindung;
- 2 einen axialen Querschnitt durch eine Kompaktierungstrommel der Arbeitsmaschine gem. 1 längs der Linie 2-2 mit vorliegender Erfindung;
- 3 eine vergrößerte Schnittansicht des Getriebegehäuses in 2;
- 4 eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels längs der Linie 4-4 durch das Getriebegehäuse von 3; und
- 5 ein Systemdiagramm.
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Detaillierte Beschreibung
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In 1 ist als Beispiel eine Arbeitsmaschine 10 zur Vergrößerung der Dichte eines kompaktierbaren Materials 12 oder eines Materials, wie beispielsweise Erdreich, Kies oder bituminöse Gemische, dargestellt. Die Arbeitsmaschine 10 ist beispielsweise ein Doppeltrommelvibrationskompaktor, der eine erste Kompaktierungstrommel 14 und eine zweite Kompaktierungstrommel 16 aufweist, die an einem Hauptrahmen 18 drehbar angebracht sind. Der Hauptrahmen 18 trägt auch einen Motor 20, der eine erste und eine zweite Kraftquelle 22,24 aufweist, die an diesem in konventioneller Weise angebracht sind. Strömungsmittelpumpen mit variabler Verdrängung oder elektrische Generatoren können als austauschbare Alternativen für die ersten und zweiten Kraftquellen 22,24 verwendet werden, ohne die vorliegende Erfindung zu verlassen.
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Die erste Kompaktierungstrommel 14 weist einen ersten Vibrationsmechanismus 26 auf, der mit einem ersten Motor 28 betriebsmäßig verbunden ist. Die zweite Kompaktierungstrommel 16 weist einen zweiten Vibrationsmechanismus 30 auf, der betriebsmäßig verbunden ist mit einem zweiten Motor 32. Die ersten und zweiten Motoren 28,32 sind mit der ersten Kraftquelle 22 betriebsmäßig verbunden, und zwar durch Strömungsmittelleitungen und Steuerventile oder elektrische Leiter, von denen keine hier dargestellt sind. Es ist klar, dass die ersten und zweiten Kompaktierungstrommeln 14,16 mehr als einen Vibrationsmechanismus pro Trommel aufweisen können.
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Mit anderen Worten, die erste Kompaktierungstrommel 14 und die zweite Kompaktierungstrommel 16 sind baulich konstruktiv und betriebsmäßig ähnlich. Die Beschreibung, Konstruktion und Elemente, die die erste Kompaktierungstrommel 14 aufweisen, werden nun detailliert diskutiert, und treffen, wie in 2 gezeigt, gleichfalls auf die zweite Kompaktierungstrommel 16 zu. Gummihalterungen 36 isolieren die Kompaktierungstrommel 14 vibrationsmäßig gegenüber dem Hauptrahmen 18. Die erste Kompaktierungstrommel 14 weist einen Bewegungsantriebsmotor 40 auf, der mit der zweiten Kraftquelle 24 verbunden ist. Der Bewegungsantriebsmotor 40 ist beispielsweise verbunden mit dem Hauptrahmen 18 und in bekannter Weise mit der ersten Kompaktierungstrommel 14 betriebsmäßig verbunden. Die zweite Kraftquelle 24 liefert ein unter Druck stehendes Betriebs-Strömungsmittel oder elektrischen Strom zum Bewegungsantriebsmotor 40 zum Antrieb der Arbeitsmaschine 10.
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Gemäß 2 ist der Vibrationsmechanismus 26 innerhalb eines Gehäuses 46 angeordnet, das koaxial innerhalb der ersten Kompaktierungsrommel 26 (eigentlich: „14“) in bekannter Art und Weise angebracht ist. Der Vibrationsmechanismus 26 umfasst ein erstes/inneres exzentrisches Gewicht 50 und ein zweites/äußeres exzentrisches Gewicht 52, die mit einer inneren Welle 54 bzw. mit einer äußeren Welle 56 verbunden sind. Der Motor 28 treibt die inneren und äußeren Wellen 54,56 an, um dem ersten Vibrationsmechanismus 26 Drehkraft zu verleihen und dadurch eine Vibrationskraft auf die Kompaktierungstrommel 14 auszuüben. Insbesondere wird die innere Welle 54 durch den Motor 28 über eine innere flexible Kupplung 60 angetrieben, und die äußere Welle 56 wird durch den Motor 28 über eine äußere flexible Kupplung 62 angetrieben, wie in 2 dargestellt ist.
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Ein Getriebegehäuse 70, wie in 3 am besten zu ersehen ist, weist eine innere Antriebswelle 72 und eine äußere Antriebs-/Phasenwelle 74 auf. Die innere Antriebswelle 72 ist verbunden mit der inneren flexiblen Kupplung 60, und die äußere Phasenwelle 74 ist verbunden mit der äußeren flexiblen Kupplung 62. Das Getriebegehäuse 70 weist zwei Planetengetriebe-Sets auf, die ein Sonnenrad, ein Planetenrad und Ringzahnräder umfassen. Jedoch würden auch andere Anzahlen von Planetengetriebe-Sets ebenso gut arbeiten. Eine Ausgangswelle 76 des Motors 28 ist mit der inneren Antriebswelle 72 des Getriebegehäuses 70 verbunden. Die innere Antriebswelle 72 weist auch ein Eingangssonnenzahnrad 78 auf, das an ihr befestigt (oder mit ihr einstückig bzw. integral ausgebildet) ist, das einen ersten Planetenzahnrad-Satz 80 antreibt. Der erste Planetenzahnrad-Satz 80 dreht sich in einem feststehenden Ringzahnkranz 82, der im Getriebegehäuse eingeschlossen ist, und an dem der Motor 28 fest angebracht ist. Der erste Planetengetriebe-Satz 80 ist befestigt an einem identisch bemessenen zweiten Planetengetriebe-Satz 84, das sich innerhalb eines bewegbaren Ringzahnrads 86 dreht. Der zweite Planetengetriebe-Satz 84 treibt ein Ausgangssonnenzahnrad 88 an, das mit der äußeren Antriebs-/Phasenwelle 74 einstückig bzw. integral ausgebildet sein kann, die an Lagern befestigt und zur inneren Antriebswelle 72 konzentrisch angeordnet ist.
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Der bewegbare Zahnring 86 ist durch ein Zahnritzel 90 mit einer Phasensteuervorrichtung 92 verbunden, die an dem Getriebegehäuse 70 in konventioneller Art und Weise angebracht ist, wie in 3 gezeigt ist. Die Phasensteuervorrichtung 92 ist ein Motor 93 mit einem rotierenden Sensor 94, der an einer Ausgangswelle 95 angebracht ist, um einer Steuervorrichtung 100 die Position anzuzeigen. Als eine erste Alternative zum Phasensteuervorrichtungsmotor 92 funktioniert ein mit dem Zahnritzel 90 verbundenes Handrad 96 in einer ähnlichen Weise. Als eine zweite Alternative zur Phasensteuervorrichtung 92 ist ein Betätiger 102 zum Antrieb des bewegbaren Ringzahnrads 86 in Drehung in 4 dargestellt. Der Betätiger 102 weist eine Zahnstange 104 auf, die zwischen zwei Linearbetätigern 106,108 angeordnet sind und entgegengesetzt zueinan der arbeiten. Die Linearbetätiger 106,108 können Hydraulikzylinder oder andere elektrisch gesteuerte Vorrichtungen sein, um die Linearbewegung auf die Zahnstange 104 zu übertragen. Duale Annäherungssensoren 110, von denen einer in 4 gezeigt ist, würden die Zähne 112 längs der Zahnstangenbewegung abfühlen. Die Zahnstange könnte beispielsweise 18 Zähne aufweisen. Bei den dualen Annäherungssensoren 110, die die Zähne 110 abfühlen, gäbe es 72 „Zustände“ (2,5° Auflösung) über die Länge der Zahnstangenbewegung. Dies wird allgemein als Quadratur-Ausgangsgröße bezeichnet und kann benutzt werden, um beide Richtungen und die Position (über absolute Zählung) in der Maschinensteuerungstheorie abzufühlen. Andere Typen von Positionssensoren könnten benutzt werden, beispielsweise linear variable Verstellungs-Transducer (LVDT), direkte Widerstand-Linear-Rheostaten, drehbare Codierer in Kombination mit einer Vorrichtung zur Konvertierung der Linearbewegung in eine Drehbewegung, und Sonarvorrichtungen.
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Drehzahl- und Phasenpositions-Sensoren 114,116 sowohl an der inneren Antriebswelle 72 als auch an der äußeren Antriebs-/Phasen-Phasenwelle 74 befestigt sein. Es könnte jedoch auch eine mechanische Anzeigevorrichtung verwendet werden, um die relative Wellenposition und dabei die Gewichtsphase zu zeigen, wenn eine einfachere Steuerungsversion gewünscht wird. Ferner ist ein Erdgeschwindigkeitssensor 118 mit dem Antriebsmotor 40 betriebsmäßig verbunden.
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Wie in 5 gezeigt, ist typischerweise die Steuervorrichtung 100 an den Drehzahl/Phasenpositionssensoren 114,116 mit einer Eingangssteuerung von einem Betätiger-Interface bzw. Steuerinterface 120 und einer Ausgangssteuerung zu der ersten Kraftquelle 22 zum Antrieb des Vibratorantriebsmotor 28 angebracht. Das Steuerinterface 120 ist definiert als irgendeine bekannte Vorrichtung oder Kombination von Eingangsvorrichtungen, wie beispielsweise Touch-Screens, Hebel, Drehknöpfe, Drucktasten, Joysticks und dergleichen. Die zweite Kraftquelle 24 treibt den Antriebsmotor 40 an und wird auch gesteuert durch das Steuerinterface 120 und/oder durch die Steuervorrichtung 100.
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Die Steuervorrichtung 100 steuert auch den Phasenmotor 92, der mit dem bewegbaren Zahnring 86 verbunden ist, um den Phasenwinkel der inneren und äußeren exzentrischen Gewichte 50,52 zu verändern. Die Steuervorrichtung 100 betreibt das Steuerinterface 120 mit digitaler oder analoger Rückkopplung und auch die Steuerung.
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Ein oder mehrere Beschleunigungsmesser 124 können am Maschinenrahmen 18 oder Trommelträger befestigt sein, um die Steuervorrichtung 100 mit hinzugefügter bzw. zusätzlicher Information zu versorgen, die benötigt werden, um Entscheidungen zur Steuerung der Amplitude und Frequenz treffen zu können.
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Der Vibrationsmechanismus 26 kann in drei unterschiedlichen Levels bzw. Niveaus gesteuert werden, die vom Aufbau der spezifischen Arbeitsmaschine 10 abhängen, wobei die Hardware-Erfordernisse wie folgt variieren:
- Steuerpegel I (maximal geplante Fähigkeit) Hardware-Erfordernisse sind die Phasenverschiebung, und zwar betrieben durch einen 12 oder 24 Volt Gleichstrommotor 92 mit einem Codierer 114,116, um die exakte Position der Wellen 72,74 relativ zueinander zu der Steuervorrichtung 100 zu übertragen. Alternativ kann ein Hydraulikmotor oder Zylinder benutzt werden, an dem ein Positions-Codierer angebracht ist. Die Steuervorrichtung 100 ist ein voll programmierter Mikroprozessor, der benutzt wird zur Steuerung des Motors 28 (Vibration rpm bzw. Drehzahl/Minute), des Phasenmotors 92 (Amplitude) und des Motors 40 (Antriebsdrehzahl) der Arbeitsmaschine 10. Die Arbeitsmaschine 10 ist mit einem oder mehreren Beschleunigungsmessern 124 oder anderen Mitteln versehen, um die Abkoppelung der Trommel abzufühlen, und diese senden ein Signal zur Steuervorrichtung 100. Die Kraftquelle 22 ist in der Lage, stufenlos variable Kraft zu liefern, wie beispielsweise elektrischen Strom, oder unter Druck gesetztes Strömungsmittel, was über die Steuervorrichtung 100 elektrisch gesteuert wird. Die Motoren 28,32 sind mit Drehzahl- und möglicherweise auch Phasenpositionssensoren 114,116 versehen. Die Arbeitsmaschine 10 weist eine Kraftquelle 24 und einen Motor 40 für den Trommelantrieb auf. Die Kraftquelle 24 liefert stufenlos variable Kraft an den Antriebsmotor 40 und wird durch die Steuervorrichtung 100 gesteuert. Einer oder mehrere der Motoren 40 weisen einen Erdgeschwindigkeitssensor 118 auf.
- Steuerpegel II (moderate Fähigkeit mit einer „nicht wahren“ [„not true“] Mikroprozessorensteuerung) Hardware-Erfordernisse sind die Phasenverschiebung, und zwar betrieben durch einen 12 oder 24 Volt Gleichstrommotor 92 mit einem Codierer 114,116, um die exakte Position der Wellen 72,74 relativ zueinander an eine Steueranzeige an der Konsole zu übertragen. Alternativ kann ein Hydraulikmotor oder Zylinder benutzt werden, an dem ein Positions-Codierer angebracht ist. Die Kraftquelle 22 ist in der Lage, stufenlos variable Kraft bzw. Leistung zu liefern, wie beispielsweise elektrischen Strom, oder unter Druck gesetztes Strömungsmittel, das elektrisch angetrieben wird. Die Arbeitsmaschine 10 weist eine Kraftquelle 24 und einen Motor 40 für den Trommelantrieb auf. Die Kraftquelle 24 liefert stufenlos variable Kraft an den Antriebsmotor 40, und dieser wird elektrisch angetrieben. Einer oder mehrere der Trommelantriebsmotoren 40 weisen einen Erdgeschwindigkeitssensor 118 auf.
- Steuerpegel III (minimale elektronische Steuerung des Systems) Hardware-Erfordernisse sind die Phasenverschiebung, und zwar betrieben durch ein Handrad 96 oder eine ähnliche Vorrichtung, die mit dem Getriebegehäuse 70 betriebsmäßig verbunden ist. Die Kraftquelle 22 ist in der Lage, drei Pegel von der Kraftquelle zu liefern, die elektrisch (elektronisch) angetrieben wird. Die Positionen sind „vorwärts“, „rückwärts“ und „aus“. Die Arbeitsmaschine 10 weist eine Kraftquelle 24 und einen Motor 40 für den Trommelantrieb auf. Die Kraftquelle 24 liefert stufenlos variable Kraft an den Antriebsmotor 40 und wird mit entweder elektrischer Steuerung oder hydraulischer Servo-Steuerung, wie bei konventionellen Maschinen, gesteuert.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorstehend beschriebene Anordnung der Arbeitsmaschine 10 kann konfiguriert werden, um bei verschiedenen Steuerpegeln des Betriebs von voll elektronischer oder automatischer bis hin zu manueller Steuerung mit einem Minimum an elektronischer Steuerung zu arbeiten.
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Bei einer Steuerpegel I Maschine handelt es sich um eine voll-elektronisch gesteuerte Arbeitsmaschine 10 mit einer voll-programmierten Mikroprozessor-Steuervorrichtung 100. Die Steuervorrichtung 100 kann eine Anzahl von vorprogrammierten Steueralgorithmen benutzen, um die Amplitude und Frequenz des Vibratorsystems zu variieren, um eine Überlastung der Lager, eine Entkoppelung und Vibrieren zu verhindern, während sich der Kompaktor in einem Haltezustand befand.
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Im Betrieb führt der Bedienungsmann alle normalen Start-Überprüfungen durch, die für einen sicheren und normalen Betrieb der Arbeitsmaschine 10 erforderlich sind. Der Bedienungsmann besteigt die Arbeitsmaschine 10, startet in bekannter Art und Weise den Motor 20 und bereitet sich vor, auf das Material 12 zu fahren. Der Bedienungsmann wählt mittels des Steuerinterfaces 120 die Anzahl und die Position der Trommeln 14,16 aus, die in Vibration gesetzt werden sollen. Er kann auswählen „Front“, „Heck“ oder „Beides“, Es wird angenommen, dass er „Beides“ auswählt. Die Arbeitsmaschine reagiert darauf, indem sie die Motoren 28,32 in Serie in Betrieb setzt.
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Der Bedienungsmann wählt am Steuerinterface 120 „Automatisches Vibrieren“ aus. Die Steuervorrichtung 100 setzt demzufolge den Phasenmotor 92 in Betrieb, um die inneren und äußeren exzentrischen Gewichte 50,52 zu verstellen, so dass die Amplitude der Vibrationsmechanismen 26,30 null ist. Der Bedienungsmann wählt den gewünschten maximalen Stoßabstand, und die Steuervorrichtung 100 reagiert darauf durch Abspeichem einer Teilerzahl in ihren Antriebssteueralgorithmus. Der Bedienungsmann drückt das Steuerinterface, um nach vorne über das Material 12 zu fahren. Die Arbeitsmaschine 10 reagiert auf die vom Bedienungsmann veranlasste Eingabe der Verstellung aus der neutralen Position dadurch, dass sie die Vibrationsmechanismen 26,30 bis zu einer vorbestimmten Drehzahl/Minute (RPM) beschleunigt. Die Drehzahl/Minute (RPM) ist niedrig, wenn die Steuervorrichtung 100 annimmt, dass die Dichte klein ist, und die maximale Amplitude erforderlich ist. (Bemerkung: Es wird angenommen, dass die Lager im Vibrator, die Trommelmasse und die Vibratorgewichtsmasse so bemessen sind, dass die Maschine bei höchster Vibratorgeschwindigkeit nicht mit höchster Amplitudeneinstellung laufen kann).
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Die Arbeitsmaschine 10 spricht durch graduelles Anwachsen der Kraftquelle auf die Trommelantriebsmotoren 40 an. Beispielsweise könnte das graduelle Anwachsen eine Rampe sein, die fest ist oder basiert auf einem Prozentsatz der maximalen Fahrgeschwindigkeit. Der Bedienungsmann veranlasst dann am Steuerinterface 120 den Start des Kompaktierungsprozesses. Die Steuervorrichtung 100 reagiert durch schnelles (z.B. innerhalb weniger als 1 Sekunde) Antreiben der Vibrationsmechanismen 26,30 bis zu einer vorher festgelegten Amplitude, die beispielsweise bei 2/3 des Maximums liegen könnte. Die Steuervorrichtung 100 prüft für eine Anzeige der Entkoppelung vom Material 12. Findet sie nichts bzw. keines, dann vergrößert sie die Amplitude auf das Maximum. Alternativ, wenn die Steuervorrichtung 100 die Entkoppelung abfühlt, verkleinert sie die Amplitude um beispielsweise 10% der totalen laufenden Amplitude.
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Der Bedienungsmann kann dann die volle Vorwärtsbewegung veranlassen, die normalerweise die maximal verfügbare Erdgeschwindigkeitsgeschwindigkeit herstellen würde. Die Steuervorrichtung 100 setzt den Befehl außer Kraft durch Auferlegen einer Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuerbegrenzung, basierend auf dem maximalen Stoßabstand, und zwar spezifiziert vor Beginn der Kompaktierung. Die relevante Formel ist: RPM/Stoßabstand = Erdgeschwindigkeit. Wenn der Bedienungsmann entscheidet, mit ein wenig kleinerer Geschwindigkeit zu fahren, spricht die Steuervorrichtung 100 an, indem sie den gewünschten Geschwindigkeitswechsel als Prozentsatz der verfügbaren totalen Fahrgeschwindigkeit berechnet und dann die Geschwindigkeit um den gleichen Prozentsatz vermindert. Beispielsweise erlaubt ein gewünschter Stoßabstand der Maschine nur eine Fahrt mit 2 mph (i.e. 3 km/h). Wenn der Bedienungsmann merkt, dass die Erdgeschwindigkeit zu schnell ist, und die Fahrgeschwindigkeit um 1/2 reduziert, dann treibt die Steuervorrichtung 100 die Arbeitsmaschine 10 mit 1 mph (i.e. 1,5 km/h) an. Der Bedienungsmann nähert sich dem Ende seines ersten Durchlaufs und befiehlt der Arbeitsmaschine „neutral“ (Leerlauf), während er sie für den nächsten Durchlauf rückwärts in Position bringt.
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Die Steuervorrichtung 100 reagiert durch Antrieb der Verstellung schnell auf „null“ und erlaubt den Motoren 28,32 im Leerlauf zu drehen. Die Leerlauffunktion dient dazu, die Vibrationsmechanismen 26,30 daran zu hindern, fortzufahren zu laufen, wenn sich die Arbeitsmaschine 10 nicht bewegt. Die Steuervorrichtung 100 spricht an, indem sie die Arbeitsmaschine 10 graduell bis zum Anhalten abbremst.
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Der Bedienungsmann fordert einen Befehl vom Steuerinterface 120, um die Arbeitsmaschine 10 in Rückwärtsrichtung anzutreiben. Die Arbeitsmaschine 10 erhöht graduell ihre Geschwindigkeit in Rückwärtsrichtung bis zur maximal möglichen Fahrgeschwindigkeit, und zwar gesteuert durch die Schlag- bzw. Stoßbeabstandung öder um einen Prozentsatz des Maximums, auf der Basis der Eingabe des Bedienungsmannes. Die Steuervorrichtung 100 spricht an durch Lenken einer Kraft auf die Vibrationsmechanismen 26,30, um die Drehzahl/Minute (RPM) auf die gleiche Drehzahl anzutreiben, wie beim letzten Durchlauf, und durch Vergrößerung der Amplitude auf die gleiche Amplitude, wie beim letzten Durchlauf in Vorwärtsrichtung. Die Steuervorrichtung 100 prüft die Entkoppelung und treibt die Amplitudensteuerung an, um die Amplitude zu vergrößern oder zu verkleinern, bis sie feststellt, dass sie innerhalb beispielsweise bei 10% der maximalen Amplitude liegt, die ohne Entkoppelung aufrechterhalten werden kann. Der Bedienungsmann erreicht das Ende des zweiten Durchlaufs und wiederholt den Betrieb für den nächsten Durchlauf in Vorwärtsrichtung. Die Steuervorrichtung 100 und die Arbeitsmaschine 10 verhalten sich in gleicher Weise, wie sie es am Ende des ersten Durchlaufs taten.
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Bei jedem Durchlauf, wenn die Dichte des kompaktierbaren Materials 12 die Maschine dazu veranlasst, bei höheren Amplituden zu entkoppeln, treibt die Steuervorrichtung 100 die Amplitudensteuerung zu einer niedrigeren Einstellung an. Gleichzeitig treibt sie die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Vibrationsmechanismen 26,30 an, um im Verhältnis anzuwachsen, so dass an den Gewichtswellenlagern eine konstante Kraft aufrecht erhalten wird. Es kann erwünscht sein, einen separaten Schalter zu haben, so dass der Bedienungsmann sowohl den Amplituden- als auch den Frequenzwechsel gleichzeitig auswählen kann. Steuerungs-Hardware, wie beispielsweise hergestellt durch Geodynamik, könnte verwendet werden, um beide zu variieren.
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Am Ende des letzten Durchlaufs erteilt der Bedienungsmann den Befehl bzw. die Weisung, die Vibration zu beenden. Die Steuervorrichtung 100 spricht an, um die Amplitude des Vibrationsmechanismus auf null anzutreiben bzw. zu stellen. Der Bedienungsmann zieht bzw. stellt den Antriebshebel auf „neutral“ (Leerlauf). Die Steuervorrichtung 100 erlaubt den Motoren 28,32, bis zum Stillstand im Leerlauf zu drehen.
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Zusätzlich kann die auf Steuerpegel I konfigurierte Arbeitsmaschine 10 auch in manueller Betriebsweise betätigt werden. Vor dem Start führt der Bedienungsmann alle normalen Startprüfungen durch und besteigt die Maschine, startet den Motor 20 und bereitet sich auf den Kompaktierungsbetrieb vor. Der Bedienungsmann wählt über das Steuerinterface die Anzahl und die Position der Trommeln 14,16 zum Vibrieren aus. Die Steuervorrichtung 100 spricht an durch Lieferung von Kraft bzw. Leistung aus den Kraftquellen 22,24 an den bzw. die entsprechenden Motoren 28,32,92,40. Der Bedienungsmann wählt am Steuerinterface 120 die Position „Manuelle Vibration“ aus. Die Steuervorrichtung 100 wird dann umgangen bzw. übergangen, und alle Signale an die Kraftquellen 22,24 werden direkt gesteuert durch unabhängige pulsbreitenmodulierte oder analoge Steuerungen (Rheostat) am Steuerinterface 120, die fest miteinander verdrahted sind:
- Der Bedienungsmann dreht eine Wählscheibe, um die gewünschte Amplitude der Trommel 14,16 einzustellen. Der Phasenmotor 92 wird mit Leistung versorgt, bis die Rückkoppelungsposition der PWM oder Analogvorrichtung, die am Phasenmotor 92 befestigt ist, das Eingangssignal ausgleicht und der Phasenmotor 92 stoppt. Die Steuerung des maximalen Stoßabstands ist außer Betrieb (Bemerkung: Eine Steuerung des maximalen Stoßabstands könnte in ähnlicher Weise verdrahtet werden, wie bei der Amplitudensteuerungsvorrichtung). Der Bedienungsmann setzt den Antrieb in Gang und fährt die Arbeitsmaschine 10 über das Material 12. Die Arbeitsmaschine 10 spricht an durch Beschleunigung mit einer Rate, gesteuert durch den Bedienungsmann. Die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 ist proportional zu einer gewünschten Eingabe vom Steuerinterface 120 zwischen „null“ und der maximal verfügbaren Erdgeschwindigkeit für den ausgewählten Geschwindigkeitsbereich.
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Der Bedienungsmann gibt ein Kommando ein, die Vibrationsmechanismen 26,30 zu beschleunigen. Die Maschine 10 spricht an, und zwar durch Beschleunigen der Motoren 28,32 zu bis zu einer Drehzahl bzw. Geschwindigkeit, die durch die maximale Einstellung bestimmt ist. Bei der Amplitude „null“ kann die Vibrationsdrehzahl beispielsweise 4.200 Umdrehungen/Minute (RPM) sein. Die Vibrationsmechanismen 26,30 würden bei dieser Drehzahl bleiben, bis die angeforderte Amplitude erhöht wurde auf einen Schwellenpunkt, wo die Maschine 10 auf eine nächst niedrigere Drehzahl abfällt, beispielsweise auf 3.500 Umdrehungen/Minute (RPM). Bei maximaler Amplitude könnte die Drehzahl beispielsweise 2.550 Umdrehungen/Minute (RPM) betragen.
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Wenn während des Kompäktierens der Bedienungsmann eine Entkoppelung feststellt, stellt er die Amplitude manuell auf ein niedrigeres Amplitudenniveau ein. Die Maschine 10 spricht an durch Antreiben des Phasenmotors 92, um die niedrigere Amplitude einzustellen. Wenn sich die angeforderte Amplitude im nächsten Drehzahlbereich befindet, wird die Kraftquelle 22 auf eine höhere Ausgangsgröße eingestellt, die eine höhere Drehzahl (RPM) zur Folge hat. Der Bedienungsmann fährt die Maschine 10 in Normalbetrieb, und wenn er sich dem Ende des ersten Durchlaufs nähert, befiehlt er den Vibrationsmechanismen 26,30, zu stoppen. Die Arbeitsmaschine 10 spricht an durch dynamisches Bremsen der Vibrationsantriebsmotoren zum Stopp. Der Bedienungsmann beginnt den zweiten Durchlauf und befiehlt den Vibrationsmechanismen 26,30, die Drehzahl zu beschleunigen, wie vorstehend beschrieben.
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Der Steuerpegel I kann auch in einer alternativen manuellen Betriebsart betrieben werden, ähnlich wie vorstehend beschrieben. Anstatt eine „Manuelle Vibration“ am Steuerinterface 120 zu haben, gibt es eine „Manuell AN“-Position.
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Die Steuervorrichtung 100 wird nun übergangen und alle Signale zu den Kraftquellen 22,24 werden direkt gesteuert durch unabhängige pulsbreitenmodulierte oder analoge Steuerungen (Rheostat) am Steuerinterface 120, die fest miteinander verdrahtet sind.
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Die fest verdrahteten Steuerungen sprechen an durch Drehen der Motoren 28,32 bis auf beispielsweise 4.200 Umdrehungen/Minute (RPM) bei Amplitude „null“, wenn der Bedienungsmann Antrieb angefordert bzw. angeordnet hat. Wenn kein Antriebskommando gegeben wurde, wird die Kraftquelle 22 die Motoren 28,32 nicht in Betrieb setzen. Der Bedienungsmann setzt sodann die gewünschte Amplitude für die Vibrationsmechanismen 26,30 fest. Die Arbeitsmaschine 10 ist eingestellt und bereit für die Kompaktierungsarbeit. Die Steuerung für den maximalen Stoßabstand ist außer Betrieb. Wahlweise könnte sie arbeiten, wenn fest verdrahtet. Der Bedienungsmann fordert den Antrieb an und fährt auf das Material 12. Die Arbeitsmaschine 10 spricht an durch Vergrößern der Erdgeschwindigkeit proportional und ansprechend auf die Anforderung durch den Bedienungsmann. Die Motoren 28,32 beschleunigen ihre Drehzahl, sobald der Antriebshebel aus der Leerlaufstellung bzw. aus der neutralen Stellung bewegt wurde. Die Drehzahl oder die Frequenz der Motoren 28,32 ist abhängig von der eingestellten Amplitude. Höhere Amplituden haben geringere Drehzahleinstellungen und umgekehrt.
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Der Bedienungsmann sendet ein Kommando vom Steuerinterface 120, um die Vibrationsamplitude auf ein voreingestelltes Niveau zu vergrößern. Die Maschine spricht an durch Antreiben des Phasenmotors 92, um die Amplitude schnell auf den voreingestellten Wert zu vergrößern. Am Ende des Durchlaufs gibt der Bedienungsmann erneut ein Kommando, und die Maschine spricht an durch Antreiben der Amplitude auf „null“. Der Bedienungsmann fordert vom Steuerinterface 120 „neutral“ (Leerlauf) an. Bei „neutral“ (Leerlauf) beginnen die Vibrationsmechanismen 26,30 im Leerlauf bis zu null Umdrehungen/Minute (RPM) zu fahren. Der Bedienungsmann fordert einen Wechsel von der „neutralen“ (Leerlauf-) Stellung zur Rückwärtsfahrt. Die Maschine spricht an durch Treiben der Drehzahl des Vibrators (RPM) auf den voreingestellten Wert. Der Bedienungsmann zieht den Vibratorschalter. Die Maschine spricht an durch Treiben der Amplitude auf den voreingestellten Wert. Wenn der Bedienungsmann feststellt, dass die Trommel(n) entkoppelt ist (sind), dann wird er die Amplitude der Vibrationsmechanismen 26,30 reduzieren. Die Maschine spricht an durch Antreiben des Motors 92 auf eine niedrigere Amplitudeneinstellung und vermindert oder vergrößert die Vibratordrehzahl bzw. Geschwindigkeit, wenn erforderlich.
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Für Brückenfahrbahnen und eine andere Dünnschichtbearbeitung kann die Amplitude auf ein sehr niedriges Niveau festgesetzt werden, so dass die Arbeitsmaschine 10 arbeiten kann, ohne dass die Struktur oder das Material 12 Schaden nimmt. Wenn der Bedienungsmann, in einer statischen Betriebsart zu arbeiten wünscht, und wählt, dass die Vibrationsmechanismen 26,30 „aus“ sind, und die ganze Vibratorsteuerung verloren ist, ist das System „aus“.
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Eine Arbeitsmaschine 10 mit Steuerpegel II weist eine mittelmäßige Fähigkeit mit unvollständiger Mikroprozessorensteuerung auf. Der Bedienungsmann führt alle erforderlichen Maschinen-Checks und normale Startprüfungen für einen sicheren und normalen Betrieb durch, besteigt die Maschine 10, startet den Motor 20 in normaler Art und bereitet sich vor, auf das Material 12 zu fahren.
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Der Bedienungsmann wählt mittels des Steuerinterfaces 120 die Anzahl und die Position der Trommeln aus, die er vibrieren lassen möchte. Er kann „Vorne“, „Rückwärts“ oder „Beides“ wählen. Es sei angenommen, dass er die „Beides“-Position wählt. Der Kompaktor spricht an, indem er die Motoren 28,32 aktiviert, zu laufen. Sodann wählt der Bedienungsmann „Automatisches Vibrieren“. Die Arbeitsmaschine 10 wird nun eingestellt, die Vibration zu beginnen, wenn ein Antriebskommando einen eingestellten Fahrtpunkt erreicht. Der Bedienungsmann wählt die gewünschte Amplitude aus. Die Steuerpegel II Arbeitsmaschine 10 ist fest verdrahtet, um den Phasenmotor 92 zur vorher festgesetzten Position anzutreiben. Gleichzeitig wird eine Kraft für die Kraftquelle 22 eingestellt, die der ausgewählten Amplitude entspricht. Eine kleine Amplitude weist eine hohe Antriebsspannung für die Kraftquelle 22 auf, so dass der Vibrator bei maximaler Drehzahl bzw. Geschwindigkeit laufen wird. Eine maximale Amplitudeneinstellung treibt die Kraftquelle 22 bei niedriger Spannungseinstellung an, um beispielsweise 2.550 Umdrehungen/Minute (RPM) zu produzieren.
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Der Bedienungsmann gibt einen Befehl, in Vorwärtsrichtung auf das Material 12 zu fahren. Die Arbeitsmaschine 10 spricht den sich aus der neutralen Position bewegenden Steuerhandgriff an, und zwar durch Schließen eines Schalters, der es den Vibrationsmechanismen 26,30 erlaubt, in Betrieb zu kommen, wenn der Bedienungsmann dies wünscht. Die Maschine 10 spricht auch an durch Vergrößern der Ausgangsgröße der Kraftquelle 24, die die Trommelantriebsmotoren 40 gemäß proportional zur Eingabegröße des Bedienungsmanns antreibt. Der Bedienungsmann drückt oder zieht einen Knopf am Steuerhandgriff, um die Vibrationsmechanismen 26,30 zu starten, die das Material 12 kompaktieren bzw. verdichten. Die Maschine 10 spricht an durch Beschleunigen der Vibrationsmechanismen 26,30 auf eine vorbestimmte Drehzahl bzw. Geschwindigkeit und auch gleichzeitig durch Verändern der Amplitude von „null“ auf eine voreingestellte Amplitude.
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Der Bedienungsmann nähert sich dem Ende seines ersten Durchlaufs und fordert „neutral“ (Leerlauf) am Steuerinterface 120, und zwar während er in Position für den nächsten, nach rückwärts gerichteten Durchlauf steuert. Die Maschine 10 spricht an durch schnelles Antreiben der Kraftquelle 24 auf „null“ und Absenken der Ausgangsgröße der Kraftquelle 22. Die Maschine 10 spricht an durch Verlangsamen bis zum Stop mit einer vorbestimmten Rate. Der Bedienungsmann fordert am Steuerinterface 120 die Rückwärtsfahrt. Die Maschine 10 spricht an durch Vergrößern der Geschwindigkeit in Rückwärtsrichtung und durch Vergrößern der Ausgangsgröße der Kraftquelle 22, um die Drehzahl/Minute (RPM) auf die gleiche Drehzahl zu bringen, wie beim letzten Durchlauf. Die Amplitude wird auch auf das gleiche Niveau zurückgesetzt, wie beim letzten Durchlauf in Vorwärtsrichtung. Der Bedienungsmann erreicht das Ende des zweiten Durchlaufs und wiederholt den Betrieb für den nächsten Durchlauf in Vorwärtsrichtung. Die Maschine 10 verhält sich in gleicher Weise, wie sie es am Ende des ersten Durchlaufs tat. Am Ende des letzten Durchlaufs fordert der Bedienungsmann vom Steuerinterface 120, die Vibration zu stoppen. Die Maschine 10 spricht an durch Antreiben bzw. Verstellen der Amplitude auf null und die Kraftquelle 22 auf die Ausgangsgröße „null“. Der Bedienungsmann fordert vom Steuerinterface 120 „neutral“ (Leerlauf). Die Kraftquelle 24 reduziert die Ausgangsgröße gemäß dieser Forderung.
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Die manuelle Betriebsart gemäß Steuerpegel II erfolgt durch den Bedienungsmann, der vom Steuerinterface 120 die Betriebsart „Manuell“ auswählt. Der Bedienungsmann wählt die gewünschte Amplitude aus, die auch die maximale Vibrationsdrehzahl bzw. Vibrationsgeschwindigkeit vorauswählt.
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Der Bedienungsmann fordert den Antrieb und fährt auf das Material 12. Die Maschine 10 spricht an durch Vergrößern der Ausgangsgröße der Kraftquelle 24 gemäß der Forderung. Der Bedienungsmann fordert die Vibration. Der Phasenmotor 92 treibt zur vorgewählten Amplitude, und die Kraftquelle 22 vergrößert die Ausgangsgröße bis zu einem vorbestimmten Einstellpunkt. Der Bedienungsmann nähert sich dem Ende seines ersten Durchlaufs und zieht den Vibratorschalter. Die Maschine 10 spricht an durch Reduzieren der Amplitude und Reduzieren der Ausgangsgröße der Kraftquelle 24. Der Betrieb setzt sich bei den folgenden Durchläufen fort, wie vorstehend beschrieben.
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In der automatischen Betriebsart gemäß Steuerpegel III führt der Bedienungsmann alle erforderlichen Maschinen-Checks und normale Start-up-Prüfungen für einen sicheren und normalen Betrieb durch. Der Bedienungsmann wählt über eine manuelle Steuerung, beispielsweise mittels eines Handrades 96, wie in 2 gezeigt, an jeder Trommel die gewünschte Amplitude aus. Der Bedienungsmann besteigt die Maschine 10 und startet den Motor 20 in normaler Art und Weise und bereitet sich vor, auf das Material 12 zu fahren. Der Bedienungsmann wählt mittels eines nahe angeordneten Schalters die Anzahl und die Position der Trommeln 14,16 aus, die er vibrieren lassen möchte. Er kann auswählen „Vorne“, „Hinten“ oder „Beide“. Angenommen wird, dass er die Position „Beide“ auswählt. Die Maschine 10 spricht an durch Aktivieren der Kraftquelle 22, die die Motoren 28,32 zum Laufen veranlasst. Der Bedienungsmann wählt am Steuerinterface 120 die „Automatische Vibration“ aus. Die Maschine 10 wird sodann in Betrieb gesetzt, um die Vibration zu beginnen, wenn eine Antriebsforderung einen eingestellten Fahrtpunkt erreicht. Die Vibrationsdrehzahl bzw. Vibrationsgeschwindigkeit ist auf beispielsweise 2.550 Umdrehungen/Minute (RPM) festgelegt. Der Bedienungsmann fordert den Antrieb in Vorwärtsrichtung an, um auf das Material 12 zu fahren.
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Die Maschine 10 spricht auf die Forderung, „neutral“ (den Leerlauf) zu verlassen, an durch Schließen eines Schalters, der es den Vibratormechanismen 26,30 erlaubt, zu beginnen, wenn dies durch den Bedienungsmann gefordert wird. Die Maschine 10 spricht auch an durch Vergrößern der Ausgangsgröße von der Kraftquelle 24, die die Trommelantriebsmotoren 40 gemäß der Anforderung antreibt. Der Bedienungsmann drückt oder zieht einen Knopf am Interface 120, um den Vibrator zu starten, um das Material 12 zu kompaktieren bzw. zu verdichten. Die Maschine 10 spricht an durch Beschleunigen der Vibratormechanismen 26,30 bis zu einer vorbestimmten Drehzahl bzw. Geschwindigkeit. Der Bedienungsmann nähert sich dem Ende seines ersten Durchlaufs und fordert „neutral“ (Leerlauf), während er in Position für den nächsten Durchlauf in Rückwärtsrichtung steuert. Die Maschine 10 spricht an durch schnelles Antreiben der Kraftquelle 22 auf „null“ und durch Reduzieren der Ausgangsgröße von der Kraftquelle 24. Die Maschine 10 spricht an durch Verlangsamen bis zu einem Stopp mit einer vorbestimmten Rate. Der Bedienungsmann fordert Rückwärtsfahrt, und die Maschine 10 spricht an durch Vergrößern der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit in Rückwärtsrichtung und durch Vergrößern der Ausgangsgröße von der Kraftquelle 22, um die Vibrationsmechanismen 26,30 mit beispielsweise 2.550 Umdrehungen/Minute (RPM) anzutreiben. Der Bedienungsmann erreicht das Ende seines zweiten Durchlaufs und wiederholt den Betrieb für den nächsten Durchlauf in Vorwärtsrichtung. Die Maschine 10 verhält sich in der gleichen Weise, wie sie es am Ende des ersten Durchlaufs tat. Am Ende des letzten Durchlaufs fordert der Bedienungsmann vom Interface 120 das Ende der Vibration. Die Maschine 10 spricht an durch Antreiben der Kraftquelle 22 auf „null“. Der Bedienungsmann fordert „neutral“ (Leerlauf). Die Kraftquelle 24 reduziert die Ausgangsgröße, ansprechend auf die Hebelposition.
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Die manuelle Betriebsart gemäß dem Steuerpegel III arbeit ähnlich, wie die vorstehend beschriebene Betriebsart, mit der Ausnahme, dass der Bedienungsmann am Interface 120 die Betriebsart „Manuell“ auswählt. Der Bedienungsmann fordert den Antrieb vom Interface an, um auf das Material 12 zu fahren. Die Maschine 10 spricht an durch Vergrößern der Ausgangsgröße von der Kraftquelle 24, ansprechend auf die Antriebsanforderung. Der Bedienungsmann aktiviert die Vibration, und die Kraftquelle 24 vergrößert die Ausgangsgröße auf ihr vorbestimmten Maximum. Der Bedienungsmann nähert sich dem Ende seines ersten Durchlaufs und aktiviert die Vibration am Interface 120. Die Maschine 10 spricht an durch Reduzieren der Ausgangsgröße von der Kraftquelle 22 auf „null“. Der Betrieb setzt sich fort bei den folgenden Durchläufen, wie vorstehend ausgeführt.
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Die vorliegende Erfindung macht es möglich, die Veränderung der Amplitude zu einer vorher ausgewählten Position sehr genau anzutreiben, ohne eine „Verändere-und-prüfe-das-Ergebnis“-Routine ausgeführt zu haben.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gezeigt und beschrieben, obwohl es für mit dem Stand der Technik bewanderte Fachleute klar ist, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne die Erfindung in ihren breiteren Aspekten zu verlassen. Daher ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle diese Änderungen und Modifikationen abdecken, da sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen.
