DE112012002670T5

DE112012002670T5 - Vibrationsfrequenzauswahlsystem

Info

Publication number: DE112012002670T5
Application number: DE112012002670.5T
Authority: DE
Inventors: Michael W. Ries; Ryan P. Lenton; Ryan J. Nelson
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-05-08
Also published as: US20130006483A1; WO2013003683A1; US8965638B2

Abstract

Eine Steuerung (34) zur Verwendung in einer Vibrationsarbeitsmaschine (10) kann ein Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) mit einer Benutzerschnittstelle (36) mit einer diskreten Amplitudenauswahleingabevorrichtung und einer diskreten Frequenzauswahleingabevorrichtung enthalten. Die Steuerung (34) kann ein Frequenzauswahlsignal von der Frequenzeingabevorrichtung empfangen und ein Frequenzsteuersignal mit einer Charakteristik, die der Frequenzeinstellung der Eingabevorrichtung entspricht, erzeugen. Die Steuerung (34) kann ferner ein Amplitudenauswahlsignal von der Amplitudeneingabevorrichtung empfangen und zumindest das Frequenzsteuersignal ausgeben, so dass bewirkt wird, dass ein Vibratormechanismus (12, 14) der Maschine Vibrationen mit einer Frequenz und einer Amplitude erzeugt, die den Einstellungen der Eingabevorrichtung entsprechen.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft allgemein die Steuerung von Vibratormechanismen von Vibrationsarbeitsmaschinen, insbesondere Steuersysteme und Verfahren, die mehrere diskrete Kombinationen von Vibrationsfrequenzen und Vibrationsamplituden eines Vibratormechanismus liefern.
Hintergrund
Vibrationsarbeitsmaschinen wie beispielsweise Vibrationsverdichter sind wohlbekannt. Typischerweise enthalten Vibrationsarbeitsmaschinen wie Verdichter für Erdreich, Schotter, Asphalt oder dergleichen Vibratormechanismen, die zum Liefern einer oder mehrerer Frequenzeinstellungen sowie einer oder mehrerer Amplitudeneinstellungen ausgebildet sind. Während eines Betriebs können die Vibrationsamplitude und die Vibrationsfrequenz eines Vibrationsverdichters von einem Benutzer variiert werden, so dass sie für eine bestimmte Anwendung geeignet sind. Beispielsweise können sich die Vibrationsamplitude und die Vibrationsfrequenz, die zum Verdichten von Schotter für eine Straße geeignet sind, von der Vibrationsamplitude und der Vibrationsfrequenz unterscheiden, die zum Verdichten von Erdreich für einen Fußweg geeignet sind.
Typischerweise enthalten Vibrationsverdichter Vibratormechanismen, die unter Verwendung von zwei oder mehr Gewichten, die um eine gemeinsame Achse rotieren, Vibrationen erzeugen. Die Gewichte sind bezüglich der gemeinsamen Achse exzentrisch positioniert und üblicherweise bezüglich der gemeinsamen Achse relativ zueinander bewegbar, so dass während einer Rotation der Gewichte verschiedene Ausmaße eines Ungleichgewichts erzeugt werden. Wie allgemein bekannt ist, kann die Amplitude der von solch einer Anordnung von exzentrisch rotierenden Gewichten erzeugten Vibrationen durch Positionieren der exzentrischen Gewichte relativ zueinander bezüglich ihrer gemeinsamen Achse variiert werden, um die mittlere Massenverteilung (d. h. den Schwerpunkt) bezüglich der Rotationsachse der Gewichte zu variieren. Es versteht sich, dass die Vibrationsamplitude in solch einem System zunimmt, wenn sich der Schwerpunkt von der Vibrationsachse der Gewichte wegbewegt, und auf Null abnimmt, wenn sich der Schwerpunkt zu der Rotationsachse bewegt. Es ist ebenfalls bekannt, dass eine Variation der Rotationsgeschwindigkeit der Gewichte um ihre gemeinsame Achse die Frequenz der von solch einer Anordnung von rotierenden exzentrischen Gewichten erzeugten Vibrationen ändern kann.
Bei einer bekannten Art eines Vibrationsmechanismus können die exzentrischen Gewichte während einer Verwendung des Vibratormechanismus bezüglich einander an ihren Positionen festgehalten werden, jedoch kann eine fließende Masse wie ein Metallpulver, Metallelemente, Stahlkugeln, flüssiges Metall, Sand oder anderes verschiebbares Ballastmaterial in einer Kammer angeordnet sein, um die Amplitude der Vibration zu variieren. Ein Beispiel für diese Art von Vibrationsmechanismus ist in dem US-Patent Nr. 4,586,847 für Stanton offenbart, das durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Die Kammer ist so ausgebildet, dass sich die fließende Masse in der Kammer verschiebt, wenn das exzentrische Gewicht entweder im Uhrzeigersinn (IUZ) oder gegen den Uhrzeigersinn (GUZ) rotiert, so dass sich die fließende Masse benachbart zu einem exzentrischen Gewicht befindet, wenn sich eine Welle in einer Drehrichtung dreht, und sich diametral gegenüber zu dem exzentrischen Gewicht befindet, wenn sich die Welle in der entgegengesetzten Drehrichtung dreht. Das Verschieben der fließenden Masse verlagert den Schwerpunkt der exzentrischen Gewichte zu zwei unterschiedlichen Positionen und erzeugt dementsprechend basierend auf der Drehrichtung zwei unterschiedliche Vibrationsamplituden. Bei typischen Implementierungen liefert der Vibrationsmotor dieselbe Frequenz für eine Drehung IUZ und GUZ (eine Vibrationsfrequenz mit zwei Amplituden) oder eine Frequenz IUZ und eine unterschiedliche Frequenz GUZ (zwei Vibrationsfrequenz/Amplitude-Kombinationen). Demzufolge ist der Vibrationsverdichter auf zwei Vibrationscharakteristiken beschränkt.
Andere Arten von Vibrationsfrequenz- und Vibrationsamplitudensteuerstrategien sind bekannt. Beispielsweise stellt das US-Patent Nr. 7,089,823 für Potts ein Drehzahlsteuerungssystem bereit, bei dem die Vibrationsfrequenz basierend auf der von dem Bediener der Vibrationsarbeitsmaschine ausgewählten Amplitude ermittelt wird. Eine Steuerung des Vibrationsmechanismus enthält eine Amplitudensteuerschaltung, die ein Amplitudensteuersignal erzeugt, das zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert variiert. Der Vibrationsmechanismus ist zum Vibrieren mit einer auf einer Amplitudensteuersignalcharakteristik basierenden Amplitude angepasst. Zusätzlich dazu enthält die Steuerung eine Frequenzsteuerschaltung, die zum Erzeugen eines Frequenzsteuersignals, das basierend auf der Amplitudensteuersignalcharakteristik variiert, mit der Amplitudensteuerschaltung betriebsverbunden ist. Demzufolge wählt der Bediener die Amplitude der Vibrationen aus, und die Steuerung ermittelt basierend auf ihrer Programmierung die entsprechende Frequenz der Vibrationen. Dem Bediener steht keine unabhängige Steuerung der Frequenz zur Verfügung, gemäß der eine Vibrationsfrequenz für jede Vibrationsamplitude eingestellt werden kann, die von dem Bediener eingestellt werden kann.
In Anbetracht dessen besteht ein Bedarf an einem Vibratormechanismussteuerungssystem, bei dem ein Bediener mehrere verfügbare diskrete Kombinationen von Vibrationsfrequenzen und Vibrationsamplituden eines Vibratormechanismus auswählen kann.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Erfindung eine Steuerung zur Verwendung in einer Vibrationsarbeitsmaschine. Die Steuerung kann eine Frequenzsignalerzeugungsroutine enthalten, die das Empfangen eines Frequenzauswahlsignals von einer ersten von einem Benutzer einstellbaren Eingabevorrichtung, das eine Einstellung der ersten Eingabevorrichtung auf eine von mehreren diskreten Frequenzeinstellungen angibt, und das Erzeugen eines Frequenzsteuersignals mit einer Charakteristik, die einer Frequenzeinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, beinhalten kann. Die Steuerung kann ferner eine Frequenzsignalausgaberoutine enthalten, die das Empfangen eines Amplitudenauswahlsignals von einer zweiten von einem Benutzer einstellbaren Eingabevorrichtung, das eine Einstellung der zweiten Eingabevorrichtung auf eine von mehreren diskreten Amplitudeneinstellungen angibt, das Ermitteln einer Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung basierend auf dem empfangenen Amplitudenauswahlsignal und das Ausgeben zumindest des Frequenzsteuersignals von der Steuerung zu einer Leistungsquelle der Vibrationsarbeitsmaschine zum Bewirken, dass ein Vibratormechanismus der Vibrationsarbeitsmaschine Vibrationen mit einer Vibrationsfrequenz, die der Frequenzeinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, und einer Vibrationsamplitude, die der Amplitudeneinstellung des Amplitudenauswahlsignals entspricht, erzeugt, beinhalten kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Erfindung ein Vibrationsfrequenzauswahlsystem für eine Vibrationsarbeitsmaschine. Das Vibrationsfrequenzauswahlsystem kann eine erste Eingabevorrichtung zum Auswählen aus mehreren diskreten Frequenzeinstellungen und Erzeugen eines Frequenzauswahlsignals, das eine Frequenzeinstellung der ersten Eingabevorrichtung angibt, eine zweite Eingabevorrichtung zum Auswählen aus mehreren diskreten Amplitudeneinstellungen und Erzeugen eines Amplitudenauswahlsignals, das eine Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung angibt, eine Leistungsquelle, einen mit der Leistungsquelle betriebsverbundenen Vibratormechanismus und eine Steuerung enthalten, die mit der ersten Eingabevorrichtung, der zweiten Eingabevorrichtung und der Leistungsquelle betriebsverbunden ist. Die Steuerung kann zum Empfangen des Frequenzauswahlsignals von der ersten Eingabevorrichtung und Erzeugen eines Frequenzsteuersignals mit einer Charakteristik, die der Frequenzeinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, und zum Empfangen des Amplitudenauswahlsignals von der zweiten Eingabevorrichtung und Ermitteln einer Vibrationsamplitude, die der Amplitudeneinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, ausgebildet sein. Die Steuerung kann ferner zum Ausgeben zumindest des Frequenzsteuersignals zu der Leistungsquelle zum Bewirken, dass die Leistungsquelle den Vibratormechanismus zum Erzeugen von Vibrationen mit einer Vibrationsfrequenz, die der Frequenzeinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, und einer Vibrationsamplitude, die der Amplitudeneinstellung des Amplitudenauswahlsignals entspricht, betreibt, ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Amplitude und einer Frequenz von Vibrationen eines Vibratormechanismus einer Vibrationsarbeitsmaschine. Das Verfahren kann das Erzeugen eines Frequenzsteuersignals mit einer Charakteristik, die einer Frequenzeinstellung einer ersten Eingabevorrichtung entspricht, die aus mehreren diskreten Frequenzeinstellungen ausgewählt wird, das Ermitteln einer Vibrationsamplitude, die einer Amplitudeneinstellung einer zweiten Eingabevorrichtung entspricht, die aus mehreren diskreten Amplitudeneinstellungen ausgewählt wird, und das Ausgeben zumindest des Frequenzsteuersignals zu einer Leistungsquelle zum Bewirken, dass die Leistungsquelle einen Vibrationsmechanismus der Vibrationsarbeitsmaschine zum Erzeugen von Vibrationen mit einer Vibrationsfrequenz, die der Frequenzeinstellung der ersten Eingabevorrichtung entspricht, und der Vibrationsamplitude, die der Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung entspricht, betreibt, beinhalten.
Zusätzliche Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen dieses Patents angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein beispielhafter seitlicher Aufriss eines Vibrationsverdichters mit einer automatischen Vibrationsfrequenzauswahl gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein vorderer Aufriss einer Trommel des Vibrationsverdichters aus 1, wobei die Trommel im Schnitt gezeigt ist;
3 ist eine Seitenansicht eines Vibrationsmechanismus der Trommel aus 2, wobei ein Teil des äußeren Gehäuses entfernt ist und eine Drehung im Uhrzeigersinn erfolgt;
4 ist eine Seitenansicht des Vibrationsmechanismus aus 3, der sich gegen den Uhrzeigersinn dreht;
5 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines in dem Vibrationsverdichter aus 1 implementierten Vibrationsfrequenzsteuerungssystems;
6 ist eine schematische Ansicht eines Benutzerschnittstellenfeldes, das in dem Vibrationsverdichter aus 1 implementiert sein kann;
7 ist ein schematisches Blockdiagramm von elektrischen Komponenten des Vibrationsverdichters aus 1;
8 ist ein Flussdiagramm einer Frequenzsteuersignalerzeugungsroutine; und
9 ist ein Flussdiagramm einer Frequenzsteuersignalausgaberoutine.
Detaillierte Beschreibung
Auch wenn der folgende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung liefert, versteht sich, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die am Ende dieses Patents angehängten Ansprüche festgelegt wird. Die detaillierte Beschreibung ist lediglich exemplarisch und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform der Erfindung, da es nicht praktikabel bzw. unmöglich wäre, jede mögliche Ausführungsform zu beschreiben. Zahlreiche alternative Ausführungsformen könnten unter Verwendung von entweder aktueller Technologie oder nach dem Anmeldetag dieses Patents entwickelter Technologie implementiert werden und würden noch immer in den Schutzbereich der Ansprüche fallen, die die Erfindung angeben.
Es versteht sich ferner, dass, sofern in diesem Patent ein Ausdruck ausdrücklich unter Verwendung des Satzes „Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck '___' ...” oder eines ähnlichen Satzes definiert wird, es nicht beabsichtigt ist, die Bedeutung dieses Ausdrucks entweder ausdrücklich oder implizit weiter als dessen einfache oder ursprüngliche Bedeutung einzuschränken, und solch ein Ausdruck sollte nicht basierend auf einer Aussage in irgendeinem Abschnitt dieses Patents (ausgenommen die Ansprüche) so interpretiert werden, dass er eine eingeschränkte Bedeutung aufweist. Soweit auf einen in den Ansprüchen am Ende des Patents enthaltenen Ausdruck in dem Patent auf eine Weise Bezug genommen wird, die mit einer einzigen Bedeutung konsistent ist, dient dies nur zur Klarheit, damit der Leser nicht verwirrt wird, und soll nicht implizit oder anderweitig angeben, dass solch ein Ausdruck in einem Anspruch auf diese einzige Bedeutung beschränkt ist. Schließlich soll, sofern ein Element der Ansprüche nicht unter Verwendung des Wortes „Mittel” und einer Funktion definiert ist, ohne dass eine Struktur angegeben ist, der Schutzbereich jedes Elements der Ansprüche basierend auf der Anwendung von 35 U.S.C. § 112, sechster Absatz, interpretiert werden.
1 ist ein exemplarischer seitlicher Aufriss eines Vibrationsverdichters 10 mit einem vorderen und einem hinteren Vibrationsmechanismus 12, 14. Wie allgemein bekannt ist, kann eine Arbeitsmaschine wie der in 1 gezeigte Vibrationsverdichter 10 dazu verwendet werden, die Dichte von frisch verlegtem Material 16 wie beispielsweise Asphalt oder einer anderen Bitumenmischung, Erdreich, Schotter und dergleichen zu erhöhen (d. h., dieses zu verdichten). Der Vibrationsverdichter 10 kann ein Paar von Verdichtungstrommeln 18, 20 enthalten, die den jeweiligen Vibratormechanismus 12, 14 umgeben und drehbar an einem Hauptrahmen 22 angebracht sind. Der Hauptrahmen 22 kann ferner eine Brennkraftmaschine 24 tragen, die zum Erzeugen von mechanischer und/oder elektrischer Leistung zum Antreiben des Verdichters 10 verwendet werden kann. Ein Paar von Leistungsquellen 26, 28 kann auf herkömmliche Weise oder auf eine andere geeignete Weise mit der Brennkraftmaschine 24 verbunden sein. Die Leistungsquellen 26, 28 können elektrische Generatoren, Fluidpumpen oder eine andere Leistungsquelle sein, die dazu geeignet ist, den Verdichter 10 anzutreiben, die Vibratormechanismen 12, 14 mit Leistung zu versorgen und mechanische Untersysteme, elektrische Systeme und dergleichen, die zu dem Verdichter 10 gehören, mit Leistung zu versorgen.
Die Vibratormechanismen 12, 14 können jeweils mit Motoren 30, 32 verbunden sein. Während jede der Verdichtungstrommeln 18, 20 als lediglich einen Vibratormechanismus aufweisend gezeigt ist, könnten in einer oder in beiden der Trommeln 18, 20 zusätzliche Vibratormechanismen verwendet werden, sofern dies gewünscht ist. Wenn die Leistungsquellen 26, 28 elektrische Leistung liefern, können die Motoren 30, 32 Elektromotoren sein, beispielsweise Gleichstrommotoren. Alternativ dazu können, wenn die Leistungsquellen 26, 28 mechanische oder hydraulische Leistung liefern, die Motoren 30, 32 Fluidmotoren sein. Jedenfalls können die Motoren 30, 32 je nach Bedarf über elektrische Drähte oder Kabel, Relais, Sicherungen, Fluidleitungen, Steuerventile und dergleichen (nicht gezeigt) betriebsverbunden sein.
Der Verdichter 10 kann ferner eine Steuerung wie ein Elektroniksteuerungsmodul (ECM) 34 (für das ein Beispiel in Verbindung mit 7 genauer beschrieben wird) aufweisen, die zum Steuern der Amplitude und der Frequenz der von einem oder beiden der Vibratormechanismen 12, 14 erzeugten Vibrationen verwendet werden kann. Die Steuerung 34 kann mit einer Bediener- oder Benutzerschnittstelle 36 verbunden sein, die dem Benutzer oder Bediener des Verdichters 10 erlaubt, die Charakteristiken der von den Vibratormechanismen 12, 14 erzeugten Vibrationen zu variieren, einen gewünschten Vibrationssteuerungsmodus einzustellen, zu bestimmen, welche der Verdichtungstrommeln 18, 20 zum Vibrieren gebracht werden soll oder ob beide der Verdichtungstrommeln 18, 20 zum Vibrieren gebracht werden sollen, einen Betriebsstatus oder Betriebsbedingungen in Verbindung mit dem Verdichter 10 zu betrachten und jede andere Funktionalität zur Verfügung stellen kann, die für die Steuerung und den Betrieb des Verdichters 10 durch den Bediener notwendig ist. Die Benutzerschnittstelle 36 kann über Drähte, Glasfaser, drahtlose Kommunikationsverbindungen (z. B. Funk, Infrarot, Ultraschall, etc.) oder andere geeignete Kommunikationsmedien mit der Steuerung 34 und anderen Elementen und Vorrichtungen des Verdichters 10 verbunden sein.
Es ist wichtig, zu erkennen, dass, wenngleich die Vibratormechanismussteuerung 34 hierin in Verbindung mit dem in 1 gezeigten Vibrationsverdichter 10 beschrieben wird, der beispielhaft als Verdichter mit zwei Trommeln gezeigt ist, stattdessen eine andere Verdichterkonfiguration verwendet werden könnte. Ferner kann die hierin beschriebene Vibratormechanismussteuerung 34 allgemeiner zur Steuerung von Vibrationen verwendet werden, die von anderen Arten von Vibrationsarbeitsmaschinen, Geräten, Vorrichtungen, Mechanismen und dergleichen erzeugt werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
2 ist eine exemplarische Vorderansicht der Verdichtungstrommel 18 des Vibrationsverdichters 10, der in 1 gezeigt ist. Die Trommel 18 ist im Schnitt gezeigt, so dass die darin angeordneten Komponenten frei liegen. Die Trommel 18 kann hohl sein und ein Paar von Trägerplatten 40 aufweisen, die an einer Innenfläche der Trommel 18 befestigt sind. Die Trägerplatten 40 können über einen Vibrationsdämpfungsmechanismus wie Gummilager 42 mit Befestigungsplatten 44 verbunden sein. Die Befestigungsplatten 44 können wiederum über geeignete Drehlagermechanismen 46 drehbar an dem Hauptrahmen 22 befestigt sein, so dass der Trommel 18 ermöglicht wird, sich zum Bewegen des Vibrationsverdichters 10 über das Material 16 bezüglich des Hauptrahmens zu drehen. Die Gummilager 42 und der Lagermechanismus 46 isolieren die Trommel 18 von dem Hauptrahmen 22, so dass von dem Material 16 und dem Vibratormechanismus 12 bewirkte Vibrationen nicht durch den Hauptrahmen 22 auf andere Komponenten des Verdichters 10 übertragen werden. Die Befestigungsplatten 44 und/oder die Lagerplatten 40 können über einen (nicht gezeigten) Antriebsmechanismus, der zum Drehen der Trommel 18 zum Antreiben des Verdichters 10 ausgebildet ist, mit der Brennkraftmaschine 24 und/oder einer der Leistungsquellen 26, 28 verbunden sein.
Der in 2 gezeigte Vibratormechanismus 12 kann die gleiche Art Mechanismus wie der Vibratormechanismus 14 in der hinteren Trommel 20 sein. Alternativ dazu können in den Trommeln 18, 20 andere Vibratormechanismen implementiert sein, die dazu in der Lage sind, mehrere Amplituden zu erzeugen. Allgemein kann der Vibratormechanismus 12 Vibrationen der Trommel 18 mit variierenden Amplituden erzeugen. Genauer gesagt enthält der Vibratormechanismus 12 Strukturen, die ermöglichen, dass die Relativpositionen oder Relativphasen exzentrischer Gewichte zwischen einem minimalen und einem maximalen Unterschied variiert werden können, so dass die Größe des Ungleichgewichts und die durch die Rotation der exzentrischen Gewichte um ihre Achsen erzeugten Vibrationskräfte variiert werden. Dazu kann der Vibratormechanismus 12 ein äußeres Gehäuse 48 enthalten, das mit einer an der Innenfläche der Trommel 18 angebrachten Befestigungsplatte 50 verbunden ist, so dass das äußere Gehäuse 48 mit der Trommel 18 dreht, wenn sich der Verdichter 10 über das Material 16 bewegt. Der Motor 30 kann an dem Hauptrahmen 22 befestigt sein und eine Antriebswelle 52 aufweisen, die sich durch eine Öffnung des äußeren Gehäuses 48 erstreckt und mit den inneren Komponenten des Vibratormechanismus 12 betriebsverbunden ist.
3 zeigt eine exemplarische Ausführungsform des Vibratormechanismus 12, wobei ein Teil des äußeren Gehäuses 48 entfernt ist, so dass die inneren Komponenten des Vibratormechanismus 12 frei liegen. Der Vibratormechanismus 12 kann im Allgemeinen ähnlich zu dem in dem Patent von Stanton dargestellten Mechanismus sein. Wie in 3 gezeigt, kann der Vibratormechanismus 12 ein abgedichtetes, hohles Innengehäuse 54 enthalten, das ein verschiebbares Gewichtsmaterial 56 wie Metallpulver, Stahlkugeln, flüssiges Metall, Sand oder ein anderes verschiebbares Ballastmaterial enthält. Das Innengehäuse 54 kann kreisförmige Endwände 58 aufweisen (wobei die vordere Endwand 58 zur Verdeutlichung entfernt wurde), die an der Welle 52 befestigt sind. Eine in Umfangsrichtung verlaufende Außenwand 60 kann an den Außenrändern der Endwände 58 und/oder radialen Rippen 62 des äußeren Gehäuses 48 befestigt sein. Ein festes exzentrisches Gewicht 64 kann zur Drehung mit der Welle 52 und dem Innengehäuse 54 an einer Außenfläche der Außenwand 60 befestigt sein.
Die Endwände 58 und die Außenwand 60 können zusammen einen Hohlraum 66 in denselben festlegen, der konzentrisch zu der Drehachse der Welle 52 ist und in demselben das verschiebbare Gewichts- bzw. Belastungsmaterial 56 aufweist. Weniger als die Hälfte des Hohlraums 66 kann mit dem verschiebbaren Gewichtsmaterial 56 gefüllt sein, so dass sich das Material 56 in dem Hohlraum 66 verschieben bzw. verlagern kann. Innenwände 68, 70, die sich in dem Hohlraum 66 befinden, können an gegenüberliegenden Seiten der Welle 52 befestigt sein und sich entlang separater Sehnenlinien zu der Außenwand 60 erstrecken. Die Innenwände 68, 70 können als Stopper für das verschiebbare Gewichtsmaterial 56 dienen, wenn sich das Material in dem Hohlraum 66 zwischen Positionen nahe an und entfernt von dem exzentrischen Gewicht 64 verschiebt. Eine der Endwände 58 kann einen normalerweise geschlossenen Anschluss bzw. eine normalerweise geschlossene Öffnung 72 aufweisen, durch die das verschiebbare Gewichtsmaterial 56 in den Hohlraum 66 eingebracht wird. Alternativ dazu können die Innenwände 68, 70 im Wesentlichen radiale Wände sein, die sich von der Welle 52 zu der Außenwand 60 erstrecken.
Wenn der Vibratormechanismus 12 betätigt wird, kann die maximale Vibrationsamplitude durch Drehen der Welle 52 im Uhrzeigersinn erzielt werden, wie durch den Pfeil 74 in 3 gezeigt ist. Der Motor 30 kann die Welle 52 unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Trommel 18 und des Außengehäuses 48 antreiben. Das verschiebbare Gewichtsmaterial 56 kann sich in den Teil des Hohlraums, der von der Innenwand 68 begrenzt wird, und gegen die Außenwand 60 bewegen. Das angesammelte verschiebbare Gewichtsmaterial 56 kann sich benachbart zu dem exzentrischen Gewicht 64 befinden, wodurch der Abstand des Schwerpunkts der kombinierten Masse des Gewichtsmaterials 56 und des exzentrischen Gewichts 64 von der Welle 52 erhöht wird. Diese Verschiebung der gemeinsamen exzentrischen Masse nach außen erhöht die Amplitude der Vibration der Welle 52 und des Vibratormechanismus 12. Die Drehung der Welle 52 gegen den Uhrzeigersinn, die in 4 durch einen Pfeil 76 gezeigt ist, bewirkt, dass sich das verschiebbare Gewichtsmaterial 56 in dem Teil des Hohlraums 66 ansammelt, der von der Innenwand 70 begrenzt wird. Wie gezeigt, liegt der Teil des Hohlraums 66 dem exzentrischen Gewicht 64 diametral gegenüber, wodurch das verschiebbare Gewichtsmaterial 56 das exzentrische Gewicht 64 ausgleicht und den Schwerpunkt der kombinierten Masse näher an die Welle 52 bewegt. Die Verschiebung des Schwerpunkts verringert die Amplitude der Vibration der Welle 52 und des Vibratormechanismus 12.
Mit dieser Anordnung kann der Motor 30 zum Variieren sowohl der Amplitude als auch der Frequenz der von dem Vibratormechanismus 12 erzeugten Vibrationen dienen. Wie vorher erörtert, ändert sich die Amplitude der Vibrationen basierend auf der Drehrichtung des Motors 30. Zusätzlich kann die Frequenzcharakteristik der Vibrationen, die von dem Vibratormechanismus 12 erzeugt werden, durch Ändern der Drehzahl der Antriebswelle 52 und dementsprechend des verschiebbaren Gewichtsmaterials 56 und der exzentrischen Gewichte 64 variiert werden, wobei die Frequenz der erzeugten Vibrationen zunimmt, wenn die Drehzahl des exzentrischen Gewichts zunimmt.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Vibrationsfrequenzauswahlsystems 80 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das System 80 kann vorher beschriebene Komponenten für den Vibrationsverdichter 10 aus 1 enthalten. Folglich können die Trommeln 18, 20 drehbar an dem Hauptrahmen 22 befestigt sein und entsprechende Vibratormechanismen 12, 14 in denselben aufweisen. Die Vibratormechanismen 12, 14 können durch die entsprechenden Motoren 30, 32 angetrieben werden. Bei der dargestellten Ausführungsform kann die Leistungsquelle 26 beispielsweise in Form einer Pumpe in einem geschlossenen Hydraulikkreis mit einer Proportionalsteuerung implementiert sein. Entsprechend können die Motoren 30, 32 Hydraulikmotoren sein, die einen Hydraulikdruck und einen Hydraulikstrom von der Pumpe 26 in ein Drehmoment und eine Winkelverschiebung (Drehung) der Antriebswellen 52 umwandeln.
Die Pumpe 26 kann mit den Motoren 30, 32 mittels jeweiligen Schlauchpaaren 82, 84 verbunden sein, so dass ein Fluidstrom eines geschlossenen Kreises geliefert wird, der dazu benötigt wird, die Motoren 30, 32 anzutreiben. Unter Verwendung beispielsweise des Motors 30 kann die Pumpe 26 einen Fluidstrom durch einen Schlauch des Paars von Schläuchen 82 zu dem Motor 30 leiten, um den Motor 30 in einer Richtung zu drehen, und das Fluid kann durch den gegenüberliegenden Schlauch des Paars 82 zu der Pumpe 26 zurückkehren. Die Drehung des Motors 30 kann dann umgekehrt werden, indem bewirkt wird, dass die Pumpe 26 einen Fluidstrom durch den gegenüberliegenden Schlauch leitet. Die Pumpe 26 kann zum Empfangen von Steuersignalen, die bewirken, dass die Pumpe 26 einen Fluidstrom in einer gewünschten Richtung und mit einem gewünschten Hydraulikdruck und Fluidstrom zu den Antriebsmotoren 30, 32 ausgibt, so dass Vibrationen der Vibratormechanismen 12, 14 mit einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Amplitude bewirkt werden, mit der Steuerung bzw. dem ECM 34 betriebsverbunden sein. Die Steuersignale, die von dem ECM 34 ausgegeben werden, können durch Eingangssignale, die von der Benutzerschnittstelle 36 bei dem EMC 34 empfangen werden, bestimmt sein.
Die Benutzerschnittstelle 36 kann Eingabevorrichtungen bereitstellen, die einem Bediener des Vibrationsverdichters 10 ermöglichen, die Vibrationsfrequenz und die Vibrationsamplitude auszuwählen. 6 ist eine exemplarische schematische Ansicht eines Vibrationssteuerfeldes 90 der Benutzerschnittstelle 36, das von dem Bediener des Verdichters 10 verwendet werden kann. Das Vibrationssteuerfeld 90 kann als ein Mensch-Maschine-Schnittstellenteil der Benutzerschnittstelle 36 verwendet werden. Das Vibrationssteuerfeld 90 kann von einem Benutzer einstellbare Eingabevorrichtungen in Form eines Vibrationsamplitudensteuerungsreglers 92 und eines Vibrationsfrequenzsteuerungsreglers 94 enthalten. Bei der dargestellten Ausführungsform kann jeder der Steuerregler 92, 94 zwei diskrete Einstellungen aufweisen, die für eine minimale und eine maximale Vibrationsamplitude und eine minimale und eine maximale Vibrationsfrequenz verwendet werden können. Folglich kann das Vibrationssteuerfeld ferner Indikatoren 96, 98 für eine minimale und eine maximale Vibrationsamplitude und Indikatoren 100, 102 für eine minimale und eine maximale Vibrationsfrequenz enthalten, die dem Bediener visuelle Anzeigen liefern, wie die Steuerregler 92, 94 einzustellen sind. Wie dargestellt, kann das ECM 34 basierend auf den Positionen der Steuerregler 92, 94 bewirken, dass die Pumpe 26 die Vibratormechanismen 12, 14 mit der maximalen Vibrationsamplitude und der minimalen Vibrationsfrequenz betreibt. Zusätzlich zu den Steuerreglern 92, 94 für die Vibrationsamplitude und die Vibrationsfrequenz kann das Vibratorsteuerfeld zusätzliche Steuerungen enthalten, die dem Bediener ermöglichen, das Vibrationsfrequenzauswahlsystem 80 ein- und auszuschalten und zu bestimmen, ob der vordere Vibratormechanismus 12, der hintere Vibratormechanismus 14 oder beide in Betrieb sind, wenn das System 80 in Betrieb ist. Solche Steuerungen können ebenfalls mit dem ECM 34 verbunden sein, welches die entsprechende Logik zum Steuern der Pumpe 26 enthalten kann.
Es ist offensichtlich, dass, auch wenn in 6 eine Implementierung des Vibrationssteuerfelds 90 gezeigt ist, viele andere mögliche Konfigurationen alternativ verwendet werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können Text- und/oder Bildinformationen auf dem Vibrationssteuerfeld 90 vorgesehen sein, die unter Verwendung beispielsweise eines Siebdruckverfahrens, eines Pad-Drucks, von aufgedruckten Labeln, etc. auf die Oberfläche des Steuerfelds 90 aufgedruckt werden, oder ein Teil oder alle der Text- und/oder Bildinformationen können in die Oberfläche des Steuerfelds 90 eingeformt, eingeprägt oder anderweitig permanent eingebettet sein. Beispielsweise können die Regler 92, 94 für die Vibrationsamplitude und die Vibrationsfrequenz durch Linearschieber, Tastenfelder und dergleichen ersetzt werden. Ferner kann das gesamte Vibrationssteuerfeld 90 unter Verwendung einer elektronischen Anzeige oder einer Videoanzeige wie beispielsweise einer Plasmaanzeige, einer Flüssigkristallanzeige, einer Kathodenröhre und dergleichen implementiert sein. Wenn solch eine Videoanzeige zum Implementieren des Steuerfelds 90 verwendet wird, kann eine Hintergrundbeleuchtung vorgesehen sein, und/oder ein Touch-Screen kann zum Empfangen von Benutzereingaben verwendet werden. Für den Fall, dass eine Videoanzeige und ein Touch-Screen für das Steuerfeld 90 verwendet werden, können die Steuerregler 92, 94 und die Indikatoren 96–102 als grafische Darstellungen angezeigt werden, mit denen ein Benutzer über den Touch-Screen interagieren kann. Touch-Screen/Videoanzeige-Schnittstellen sind wohlbekannt und werden daher hierin nicht näher beschrieben.
7 ist ein exemplarisches schematisches Diagramm der elektrischen Komponenten des Vibrationsfrequenzauswahlsystems 80, das zum Steuern der Vibrationsfrequenz und der Vibrationsamplitude des Vibrationsverdichters 10 verwendet werden kann. Allgemein kann das System 80 zum Steuern der Pumpe 26 zum Erzeugen von gewünschten Kombinationen aus einer Vibrationsamplitude und einer Vibrationsfrequenz der Vibratormechanismen 12, 14 verwendet werden. Wie in 7 gezeigt, kann das System 80 die Benutzerschnittstelle 36 mit von einem Benutzer einstellbaren Vibrationsamplituden- und Vibrationsfrequenzeingabevorrichtungen (die Steuerregler 92, 94) enthalten, die für das ECM 34 vorgesehene Ausgangssignale erzeugen. Das ECM 34 kann zur Verwendung der Ausgangssignale von der Benutzerschnittstelle 36 zum Steuern von Signalen für die Pumpe 26 und zum Ausgeben der Steuersignale zu der Pumpe 26 zum Erzeugen der gewünschten Vibrationen der Vibratormechanismen 12, 14 programmiert sein.
Die in 7 gezeigte Benutzerschnittstelle kann die dem in 6 gezeigten Steuerfeld 90 zugrunde liegenden elektronischen Elemente enthalten. Die Benutzerschnittstelle 36 kann einen Amplitudensteuerungsschalter 110, der mit dem Amplitudensteuerungsregler 92 betriebsverbunden sein kann, und einen Frequenzsteuerungsschalter 112, der mit dem Frequenzsteuerungsregler 94 betriebsverbunden ist, enthalten. Die Steuerschalter 110, 112 können dazu in der Lage sein, Amplitudenauswahl- und Frequenzauswahlsignale zu liefern, die jeweils den Positionen der entsprechenden Steuerregler 92, 94 entsprechen, und können unter Verwendung von Wippschaltern, Kippschaltern, Membranschaltern, Schiebeschaltern oder einer anderen geeigneten Schalterkonfiguration implementiert sein. Die Steuerschalter 110, 112 können ferner jeweils über eine Amplitudenschalterverbindung 114 und eine Frequenzschalterverbindung 116 mit dem ECM 34 verbunden sein, so dass sie die Auswahlsignale zu dem ECM 34 übertragen. Die Schalterverbindungen 114, 116 können fest verdrahtete Verbindungen, Datenbusse, drahtlose Verbindungen oder dergleichen sein, die ein geeignetes Kommunikationsprotokoll verwenden.
Die programmierbare Steuerung oder das ECM 34 kann einen Prozessor 120, einen Speicher 122, einen Analog-Digital-Wandler 124 und einen Digital-Analog-Wandler 126 enthalten, die allesamt über einen Datenbus 128 für eine Kommunikation verbunden sein können. Der Speicher 122 kann eine oder mehrere Softwareroutinen 130 aufweisen, die in demselben gespeichert sind und von dem Prozessor 120 ausgeführt bzw. durchgeführt werden können. Die Komponenten 120–130, die in 7 in dem ECM 34 dargestellt sind, sind lediglich beispielhaft, und für Fachleute ist offensichtlich, dass das ECM 34 die Komponenten aufweisen kann, die notwendig sind, um die hierin beschriebene Funktionalität zu liefern, beispielsweise ein Kommunikationsmodul, das in Verbindung mit den Wandlern 124, 126 in Betrieb sein kann, um die Amplituden- und Frequenzauswahlsignale über die Schalterverbindungen 114, 116 zu empfangen und Pumpensteuersignale über die erste und die zweite Pumpensteuersignalverbindung 132, 134 zu der Pumpe 26 auszugeben. Die Signale auf den Verbindungen 114, 116, 132, 134 können resistive Signale, Spannungssignale, Stromsignale, Schaltkontakte oder eine andere Art eines Signals oder einer Ausgabe sein, die beispielsweise dazu verwendet werden können, Steuerinformation zwischen den Steuerschaltern 110, 112 und dem ECM 34 und zwischen dem ECM 34 und der Pumpe 26 zu übertragen.
Bei der Ausführungsform der Pumpe 26, die in 7 dargestellt ist, kann die Pumpe 26 ein erstes Solenoid 140, ein zweites Solenoid 142 und Pumpensteuerungselemente 144 enthalten. In der hydrostatischen Pumpe 26 interagiert jedes der Solenoide 140, 142 mit den Pumpensteuerungselementen 144, so dass der Strom des Fluids aus der Pumpe 26 in einer Richtung gesteuert wird. Folglich bewirkt eine Betätigung des ersten Solenoids 140, dass die Pumpensteuerungselemente 144 einen Hydraulikdruck und ein Hydraulikfluid zu einem der Schläuche jedes Paars von Schläuchen 82, 84 ausgeben, um zu bewirken, dass die Motoren 30, 32 die Antriebswellen 52 in einer Richtung drehen. Eine Betätigung des zweiten Solenoids 142 bewirkt, dass die Pumpensteuerungselemente 144 Fluid in dem anderen der Schläuche des Paars 82, 84 ausgeben, um zu bewirken, dass sich die Motoren 30, 32 in der entgegengesetzten Richtung drehen. Wenn keines der Solenoide 140, 142 betätigt wird, wird kein Fluidstrom von der Pumpe 26 ausgegeben, auch wenn die Pumpensteuerungselemente 144 in Betrieb sein können. Den Elementen der Pumpe 26 kann durch eine Leistungsversorgung 146 des Verdichters 10 Leistung zugeführt werden, die beispielsweise eine Batterie, ein Wechselstromgenerator oder eine andere, in dem Vibrationsverdichter 10 vorgesehene Leistungsquelle sein kann.
Die erste und die zweite Pumpensteuersignalverbindung 132, 134 bilden die Schnittstelle zwischen dem ECM 34 und der Pumpe 26. Die erste Pumpensteuersignalverbindung 132 kann mit dem ersten Solenoid 140 betriebsverbunden sein, und die zweite Pumpensteuersignalverbindung 134 kann mit dem zweiten Solenoid 142 betriebsverbunden sein. Daher bewirken über die erste Steuersignalverbindung 132 übertragene Steuersignale, dass das erste Solenoid 140 zum Erzeugen eines Fluidstroms von der Pumpe 26 zu den Motoren 30, 32 und zum Bewirken einer Drehung, die in einer der Vibrationsamplituden resultiert, betätigt wird. Wenn Steuersignale über die zweite Steuersignalverbindung 134 übertragen werden, wird das zweite Solenoid 142 zum Bewirken einer Drehung der Motoren 30, 32 in der entgegengesetzten Richtung und zum Erzeugen der anderen verfügbaren Vibrationsamplitude betätigt, da sich das Gewichtsmaterial 56 in dem Innengehäuse 54 bewegt. Folglich wird die Amplitude der von den Vibratormechanismen 12, 14 erzeugten Vibrationen basierend auf der Steuersignalverbindung 132 oder 134 bestimmt, auf der ein Pumpensteuersignal von dem ECM 34 zu der Pumpe 26 übertragen wird. Die Frequenz der Vibrationen kann andererseits basierend auf dem Betrag des von dem ECM 34 zu der Pumpe 26 übertragenen Pumpensteuersignals bestimmt werden. Wenn die Pumpe 26 mit einer Proportionalsteuerung implementiert wird, werden der ausgegebene Hydraulikdruck und der ausgegebene Fluidstrom proportional zu dem Betrag des Pumpensteuersignals sein, das von einem der Solenoide 140, 142 über die Steuersignalverbindung 132, 134 empfangen wird. Basierend darauf kann das ECM 34 zum Empfangen von Amplituden- und Frequenzauswahlsignalen von den Steuerschaltern 110, 112 über die Schalterverbindungen 114, 116 zum Bestimmen der Amplitude und der Frequenz der von den Vibratormechanismen 12, 14 erzeugten Vibrationen basierend auf den über die Schalterverbindungen 114, 116 empfangenen Auswahlsignalen und zum Ausgeben eines geeigneten Pumpensteuersignals zu der Pumpe 26 über entweder die erste Steuersignalverbindung 132 oder die zweite Steuersignalverbindung 134 ausgebildet sein.
8 zeigt eine Ausführungsform einer Frequenzsignalerzeugungsroutine 150, die in dem Vibrationsfrequenzauswahlsystem 80 der vorliegenden Offenbarung implementiert sein kann. Die Routine 150 kann mit einem Block 152 beginnen, bei dem das ECM 34 ein Frequenzauswahlsignal von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 über die Frequenzschalterverbindung 116 empfangen kann. Abhängig von der Konfiguration kann der Frequenzsteuerungsschalter 112 ständig ein Frequenzsteuersignal übertragen, das die Position des Frequenzsteuerungsreglers 94 angibt, oder das Frequenzsteuersignal in Abständen mit vorbestimmten Zeitintervallen oder bei einer Detektion einer Bewegung des Frequenzsteuerungsreglers 94 von einer Einstellung zu der gegenüberliegenden Einstellung übertragen. Bei einem Empfang des Frequenzauswahlsignals von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 kann die Steuerung zu dem Block 154 übergehen, bei dem das ECM 34 bestimmen kann, ob sich der Wert des Frequenzauswahlsignals von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 bezüglich des zuvor übertragenen Werts geändert hat. Wenn sich der Wert des Auswahlsignals nicht geändert hat, hat sich die Position des Frequenzsteuerungsreglers 94 nicht geändert, und die Steuerung kehrt zu dem Block 152 zurück, um weiterhin Auswahlsignale von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 zu empfangen.
Wenn sich der Wert des Frequenzauswahlsignals von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 bezüglich des zuvor empfangenen Werts des Signals geändert hat, kann die Steuerung zu einem Block 156 übergehen, bei dem das Frequenzauswahlsignal von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 ausgewertet werden kann, um zu bestimmen, ob sich der Frequenzsteuerungsschalter 112 nun in einer ersten Einstellung bzw. einer Einstellung einer minimalen Frequenz befindet. Wenn das Auswahlsignal gleich der Einstellung einer minimalen Frequenz ist, kann die Steuerung zu einem Block 158 übergehen, bei dem das ECM 34 ein Minimalfrequenzsteuersignal formatiert, das zu der Pumpe 26 auszugeben ist. Wenn das Auswahlsignal nicht gleich der Einstellung einer minimalen Frequenz ist, kann die Steuerung stattdessen zu einem Block 160 übergehen, bei dem das ECM 34 ein Maximalfrequenzsteuersignal für die Pumpe 26 formatieren kann. Nach einer Formatierung kann das Frequenzsteuersignal wie durch eine Frequenzsignalausgaberoutine 170, die im Folgenden genauer beschrieben wird, bestimmt zu der Pumpe 26 ausgegeben werden, und die Steuerung in der Routine 150 kann zu dem Block 152 zurückkehren, so dass das Frequenzauswahlsignal von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 weiter überwacht wird.
Es existieren verschiedene Optionen für die Weise, auf die das ECM 34 das Frequenzauswahlsignal von dem Frequenzsteuerungsschalter 112 zu einem Pumpenfrequenzsteuersignal umwandelt. Bei einer Ausführungsform kann das ECM 34 in der Fabrik so programmiert werden, dass für einen spezifischen Wert des Frequenzauswahlsignals ein spezifisches Pumpenfrequenzsteuersignal ausgegeben wird. Auf diese Weise können die Pumpe 26 und dementsprechend die Motoren 30, 32 und die Vibratormechanismen 12, 14 lediglich mit zwei spezifischen Frequenzen arbeiten, unabhängig von dem Material 16, über das sich der Verdichter 10 bewegt, sofern das ECM 34 nicht neu programmiert wird. Alternativ dazu können der Frequenzsteuerungsregler 94 und der Frequenzsteuerungsschalter 112 eine oder mehrere Zwischenfrequenzeinstellungen zwischen der minimalen und der maximalen Einstellung aufweisen, wobei das ECM 34 zum Auswerten der Frequenzauswahlsignale und Erzeugen von geeigneten Pumpenfrequenzsteuersignalen programmiert ist. Als eine weitere Alternative kann ein gewünschter Bereich von Frequenzen erhalten werden, so dass der Verdichter 10 mit geeigneten Vibrationsfrequenzen für unterschiedliche Arten von Materialien arbeiten kann. Beispielsweise kann das ECM 34 mit einer minimalen und einer maximalen Frequenz für mehrere Arten von Material 16 programmiert werden, auf dem der Verdichter 10 verwendet werden kann, beispielsweise Asphalt, Erdreich und Schotter. Die Benutzerschnittstelle 36 kann mit einer zusätzlichen Eingabevorrichtung versehen sein, die dem Bediener ermöglicht, das Material auszuwählen, über das sich der Verdichter 10 bewegen wird, und eine zusätzliche Verbindung kann zwischen der Benutzerschnittstelle 36 und dem ECM 34 vorgesehen sein, so dass Information in Bezug auf die Einstellung der Eingabevorrichtung zu dem ECM 34 übertragen wird. Zu der Frequenzsignalerzeugungsroutine 150 kann eine Logik hinzugefügt werden, so dass das ECM 34 geeignete Frequenzsteuersignale basierend auf den verschiedenen Kombinationen von Einstellungen des Frequenzsteuerungsschalters 112 und des Materialauswahlschalters formatiert. Zusätzliche Mechanismen zum Bestimmen und Formatieren einer diskreten Anzahl von Frequenzsteuersignalen sind für Fachleute offensichtlich, und es ist von den Erfindern vorgesehen, dass sie in Vibrationsverdichtern 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.
9 zeigt eine Ausführungsform einer Frequenzsignalausgaberoutine 170, die in dem System 80 zum Steuern des Fluidstroms aus der Pumpe 26 und demzufolge der Amplitude der von den Vibratormechanismen 12, 14 erzeugten Vibrationen implementiert werden kann. Die Routine 170 kann bei einem Block 172 beginnen, bei dem das ECM 34 ein Amplitudenauswahlsignal von dem Amplitudensteuerungsschalter 110 über die Amplitudenschalterverbindung 114 empfangen kann. Wie bei dem Frequenzsteuerungsschalter 112 kann der Amplitudensteuerungsschalter 110 über die Amplitudenschalterverbindung 114 ständig oder in Abständen ein Amplitudenauswahlsignal übertragen, das die Position des Amplitudensteuerungsreglers 92 angibt. Bei einem Empfang des Amplitudenauswahlsignals von dem Amplitudensteuerungsschalter 110 kann die Steuerung zu einem Block 174 übergehen, bei dem das ECM 34 bestimmen kann, ob sich der Wert des Amplitudenauswahlsignals von dem Amplitudensteuerungsschalter 110 bezüglich des zuvor übertragenen Werts geändert hat. Wenn sich der Wert des Amplitudenauswahlsignals nicht geändert hat, hat sich die Position des Amplitudensteuerungsreglers 92 nicht geändert, und die Steuerung kehrt zu dem Block 172 zurück, um weiter Signale von dem Amplitudensteuerungsschalter 110 zu empfangen.
Wenn sich der Wert des Amplitudenauswahlsignals von dem Amplitudensteuerungsschalter 110 bezüglich des zuvor empfangenen Werts des Auswahlsignals geändert hat, kann die Steuerung zu einem Block 176 übergehen, bei dem das Amplitudenauswahlsignal von dem Amplitudensteuerungsschalter 110 ausgewertet werden kann, um zu bestimmen, ob sich der Amplitudensteuerungsschalter 110 in einer ersten Einstellung bzw. einer Einstellung einer minimalen Amplitude befindet. Wenn das Auswahlsignal gleich der Einstellung einer minimalen Amplitude ist, kann die Steuerung zu einem Block 178 übergehen, bei dem das ECM 34 bewirken kann, dass das in der Routine 150 formatierte Frequenzsteuersignal über die erste Steuersignalverbindung 132 zu der Pumpe 26 ausgegeben wird. Dadurch kann das Frequenzsteuersignal von der Pumpe 26 empfangen werden und bewirken, dass das erste Solenoid 140 betätigt wird, so dass bewirkt wird, dass sich die Vibratormechanismen 12, 14 in der Richtung drehen, die in Vibrationen mit minimaler Amplitude resultiert. Wenn das Amplitudenauswahlsignal nicht gleich der Einstellung einer minimalen Amplitude ist, kann die Steuerung stattdessen zu einem Block 180 übergehen, bei dem das ECM 34 bewirken kann, dass das in der Routine 150 formatierte Frequenzsteuersignal über die zweite Steuersignalverbindung 134 zu der Pumpe 26 ausgegeben wird, so dass das zweite Solenoid 142 betätigt wird und von den Vibratormechanismen 12, 14 aufgrund der Drehung der Motoren 30, 32 in der entgegengesetzten Richtung Vibrationen mit maximaler Amplitude erzeugt werden. Nach einer Ausgabe des Frequenzsteuersignals über eine der Steuersignalverbindungen 132, 134 kann die Steuerung zu dem Block 172 zurückkehren, so dass das Amplitudenauswahlsignal von dem Amplitudensteuerungsschalter 110 auf der Amplitudenschalterverbindung 114 überwacht wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Vibratormechanismen wie diejenigen, die in Vibrationsverdichtern verwendet werden, erfordern typischerweise eine häufige Anpassung der Amplitude und der Frequenz der Vibrationen, die durch den Mechanismus und/oder die Vorrichtung oder Maschine, in der sich der Vibrationsmechanismus befindet, erzeugt werden. Beispielsweise können sich im Fall eines Vibrationsverdichters die sich ändernden Charakteristiken eines verdichteten Materials, die Änderungen in Bezug auf verdichtete Materialien bei unterschiedlichen Arbeiten, etc. auf die benötigte Vibrationsamplitude und die benötigte Vibrationsfrequenz auswirken.
Allgemein kann durch das hierin beschriebene Vibrationsfrequenzauswahlsystem 80 für einen Bediener eines Vibratormechanismus, einer Vibratorvorrichtung oder einer Arbeitsmaschine eine erhöhte Flexibilität beim Aufbringen der Vibrationen mit gewünschten Frequenz- und Amplitudencharakteristiken auf das Material 16, das durch den Vibrationsverdichter 10 verdichtet wird, bereitgestellt werden. Dem Bediener werden zusätzliche diskrete Kombinationen von Vibrationsfrequenzen zur Verfügung gestellt, aus denen er auswählen kann, um die Vibrationen an das Material 16 anzupassen. Durch Bereitstellen einer unabhängigen Steuerung sowohl der Amplitude als auch der Frequenz der Vibrationen können zumindest zwei diskrete Frequenzeinstellungen für jede Amplitudeneinstellung verfügbar sein und umgekehrt.
Die dargestellte Ausführungsform des Auswahlsystems 80 stellt zwei Einstellungen jeweils für die Vibrationsamplitude und die Vibrationsfrequenz zur Verfügung. Diese Konfiguration ergibt vier diskrete Kombinationen aus einer Vibrationsamplitude und einer Vibrationsfrequenz. Die Flexibilität des Bedieners kann bei alternativen Ausführungsformen weiter gesteigert werden, bei denen zusätzliche diskrete Frequenzeinstellungen vorgesehen sind. Wie vorher erörtert, kann die hydrostatische Pumpe 26 eine Proportionalsteuerung liefern, so dass der ausgegebene Hydraulikdruck und der ausgegebene Fluidstrom proportional zu dem eingegebenen Steuersignal sind, das von dem ECM 34 empfangen wird. Daher können die Frequenzsteuerungsregler 94 und der Steuerschalter 112 mit mehr als zwei diskreten Positionen ausgebildet sein, und die Frequenzsignalerzeugungsroutine 150 des ECM 34 kann so programmiert sein, dass sie zusätzliche Werte des Frequenzschaltersignals auswertet und entsprechende Frequenzsteuersignale erzeugt. In Kenntnis der von den Vibratormechanismen 12, 14 erzeugten Amplituden kann das ECM 34 so programmiert sein, dass die Ausgangsfrequenzsteuersignale nicht bewirken, dass die Vibratormechanismen über einen längeren Zeitraum Vibrationen mit Resonanzfrequenzen erzeugen, die möglicherweise Löse- und/oder Vibrationsüberlastungsbedingungen der Vibratormechanismen 12, 14 oder des Verdichters 10 bewirken.
Zahlreiche andere Modifikationen und alternative Ausführungsformen der Erfindung werden für Fachleute in Anbetracht der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich sein. Wie vorher erwähnt, können die Steuerregler 92, 94 und die Steuerschalter 110, 112 der Benutzerschnittstelle 36 in Form einer beliebigen geeigneten Eingabevorrichtung implementiert sein, die einem Bediener ermöglicht, aus einer Mehrzahl von verfügbaren Eingabeoptionen auszuwählen, und dazu in der Lage ist, die Auswahl des Bedieners zu dem ECM 34 weiterzugeben. Als ein weiteres Beispiel können die Pumpe 26 mit einem geschlossenen Hydraulikkreis und die Fluidmotoren 30, 32, die in Zusammenhang mit der dargestellten Ausführungsform erörtert wurden, durch andere Kombinationen aus einer Leistungsquelle und Motoren ersetzt werden, die dazu in der Lage sind, Frequenz- und Amplitudensteuersignale, die von dem ECM 34 ausgegeben werden, in eine Drehung der Antriebswellen 52 in der Richtung und mit einer Frequenz, die den Einstellungen der Steuerregler 92, 94 entspricht, umzuwandeln. Bei alternativen Leistungsquellen und Motoren kann es möglich sein, die Funktionalität zum Ermitteln der Drehrichtung der Antriebswellen 52 in der Leistungsquelle und/oder dem Motor zu implementieren und eine einzige Steuersignalverbindung von dem ECM 34 zu der Leistungsquelle vorzusehen und ein Steuersignal zu übertragen, das mit Information formatiert ist, die zum Steuern der Drehrichtung der Antriebswellen 52 benötigt wird. Weiter können die Vibratormechanismen 12, 14 durch andere Arten von Mechanismen ersetzt werden, die dazu in der Lage sind, basierend auf der Drehrichtung der Antriebswellen 52 variierende Vibrationsamplituden zu erzeugen. Andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie eine Identifizierung von Variationen derselben können den Zeichnungen, der Offenbarung und den angehängten Ansprüchen entnommen werden.
Auch wenn der vorhergehende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung angibt, versteht sich, dass der Schutzbereich der Erfindung durch den Wortlaut der Ansprüche am Ende des Patents festgelegt wird. Die detaillierte Beschreibung ist lediglich exemplarisch und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform der Erfindung, da eine Beschreibung jeder möglichen Ausführungsform nicht praktikabel bzw. unmöglich wäre. Zahlreiche alternative Ausführungsformen könnten implementiert werden, unter Verwendung entweder aktueller Technologie oder von Technologien, die nach dem Anmeldetag des Patents entwickelt werden, welche Ausführungsformen weiterhin in den Schutzbereich der die Erfindung angebenden Ansprüche fallen würden.

Claims

Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) für eine Vibrationsarbeitsmaschine (10), mit: einer ersten Eingabevorrichtung zum Auswählen aus mehreren diskreten Frequenzeinstellungen und Erzeugen eines Frequenzauswahlsignals, das eine Frequenzeinstellung der ersten Eingabevorrichtung angibt; einer zweiten Eingabevorrichtung zum Auswählen aus mehreren diskreten Amplitudeneinstellungen und Erzeugen eines Amplitudenauswahlsignals, das eine Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung angibt; einer Leistungsquelle (26); einem Vibratormechanismus (12), der mit der Leistungsquelle (26) betriebsverbunden ist; und einer Steuerung (34), die mit der ersten Eingabevorrichtung, der zweiten Eingabevorrichtung und der Leistungsquelle (26) betriebsverbunden ist, wobei die Steuerung (34) zum Empfangen des Frequenzauswahlsignals von der ersten Eingabevorrichtung und zum Erzeugen eines Frequenzsteuersignals mit einer Charakteristik, die der Frequenzeinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, ausgebildet ist, wobei die Steuerung (34) zum Empfangen des Amplitudenauswahlsignals von der zweiten Eingabevorrichtung und zum Ermitteln einer Vibrationsamplitude, die der Amplitudeneinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, ausgebildet ist und wobei die Steuerung (34) zum Ausgeben von mindestens dem Frequenzsteuersignal zu der Leistungsquelle (26) zum Bewirken, dass die Leistungsquelle (26) den Vibratormechanismus (12) zum Erzeugen von Vibrationen mit einer Vibrationsfrequenz, die der Frequenzeinstellung des Frequenzauswahlsignals entspricht, und einer Vibrationsamplitude, die der Amplitudeneinstellung des Amplitudenauswahlsignals entspricht, betreibt, ausgebildet ist.
Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) nach Anspruch 1, bei dem die erste Eingabevorrichtung zwei diskrete Frequenzeinstellungen aufweist.
Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) nach Anspruch 1, bei dem die zweite Eingabevorrichtung zwei diskrete Amplitudeneinstellungen aufweist.
Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) nach Anspruch 1, bei dem die Steuerung (34) durch eine erste Steuersignalverbindung (132) und eine zweite Steuersignalverbindung (134) mit der Leistungsquelle (26) verbunden ist, wobei die Steuerung (34) zum Ausgeben des Frequenzsteuersignals zu der Leistungsquelle (26) über die erste Steuersignalverbindung (132) ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung gleich einer ersten diskreten Amplitudeneinstellung ist, und zum Ausgeben des Frequenzsteuersignals zu der Leistungsquelle (26) über die zweite Steuersignalverbindung (134) ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung gleich einer zweiten diskreten Amplitudeneinstellung ist, ausgebildet ist.
Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) nach Anspruch 4, bei dem eine Ausgabe des Frequenzsteuersignals von der Steuerung (34) zu der Leistungsquelle (26) über die erste Steuersignalverbindung (132) bewirkt, dass die Leistungsquelle (26) bewirkt, dass der Vibratormechanismus (12) Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der ersten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, erzeugt, und eine Ausgabe des Frequenzsteuersignals über die zweite Steuersignalverbindung (134) bewirkt, dass die Leistungsquelle (26) bewirkt, dass der Vibratormechanismus (12) Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der zweiten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, erzeugt.
Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) nach Anspruch 4, bei dem eine Ausgabe des Frequenzsteuersignals von der Steuerung (34) zu der Leistungsquelle (26) über die erste Steuersignalverbindung (132) bewirkt, dass die Leistungsquelle (26) bewirkt, dass sich der Vibratormechanismus (12) in einer ersten Richtung dreht, so dass Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der ersten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, erzeugt werden, und eine Ausgabe des Frequenzsteuersignals von der Steuerung (34) zu der Leistungsquelle (26) über die zweite Steuersignalverbindung (134) bewirkt, dass die Leistungsquelle (26) bewirkt, dass sich der Vibratormechanismus (12) in einer entgegengesetzten Richtung dreht, so dass Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der zweiten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, erzeugt werden.
Vibrationsfrequenzauswahlsystem (80) nach Anspruch 4, bei dem die Leistungsquelle (26) der Vibrationsarbeitsmaschine (10) eine hydrostatische Pumpe (26) ist, wobei eine Ausgabe des Frequenzsteuersignals von der Steuerung (34) zu der hydrostatischen Pumpe (26) über die erste Steuersignalverbindung (132) bewirkt, dass die hydrostatische Pumpe (26) einen ersten Fluidstrom ausgibt, so dass bewirkt wird, dass sich der Vibratormechanismus (12) in einer ersten Richtung dreht, um Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der ersten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, zu erzeugen, und eine Ausgabe des Frequenzsteuersignals von der Steuerung (34) zu der hydrostatischen Pumpe (26) über die zweite Steuersignalverbindung (134) bewirkt, dass die hydrostatische Pumpe (26) einen zweiten Fluidstrom ausgibt, so dass sich der Vibratormechanismus (12) in einer entgegengesetzten Richtung dreht, um Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der zweiten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, zu erzeugen.
Verfahren zum Steuern einer Amplitude und einer Frequenz von Vibrationen eines Vibratormechanismus (12) einer Vibrationsarbeitsmaschine (10), mit folgenden Schritten: Erzeugen eines Frequenzsteuersignals mit einer Charakteristik, die einer aus mehreren diskreten Frequenzeinstellungen ausgewählten Frequenzeinstellung einer ersten Eingabevorrichtung entspricht; Ermitteln einer Vibrationsamplitude, die einer aus mehreren diskreten Amplitudeneinstellungen ausgewählten Amplitudeneinstellung einer zweiten Eingabevorrichtung entspricht; und Ausgeben von mindestens dem Frequenzsteuersignal zu einer Leistungsquelle (26) zum Bewirken, dass die Leistungsquelle (26) einen Vibrationsmechanismus der Vibrationsarbeitsmaschine (10) zum Erzeugen von Vibrationen mit einer Vibrationsfrequenz, die der Frequenzeinstellung der ersten Eingabevorrichtung entspricht, und der Vibrationsamplitude, die der Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung entspricht, betreibt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die erste Eingabevorrichtung zwei diskrete Frequenzeinstellungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die zweite Eingabevorrichtung zwei diskrete Frequenzeinstellungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Leistungsquelle (26) eine erste Steuersignalverbindung (132) und eine zweite Steuersignalverbindung (134) aufweist, mit folgenden Schritten: Ausgeben des Frequenzsteuersignals zu der Leistungsquelle (26) über die erste Steuersignalverbindung (132) ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung gleich einer ersten diskreten Amplitudeneinstellung ist; und Ausgeben des Frequenzsteuersignals zu der Leistungsquelle (26) über die zweite Steuersignalverbindung (134) ansprechend auf eine Bestimmung, dass die Amplitudeneinstellung der zweiten Eingabevorrichtung gleich einer zweiten diskreten Amplitudeneinstellung ist
Verfahren nach Anspruch 11, mit folgenden Schritten: Bewirken, dass der Vibratormechanismus (12) Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der ersten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, erzeugt, ansprechend auf einen Empfang des Frequenzsteuersignals bei der Leistungsquelle (26) über die erste Steuersignalverbindung (132); und Bewirken, dass der Vibratormechanismus (12) Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der zweiten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, erzeugt, ansprechend auf einen Empfang des Frequenzsteuersignals bei der Leistungsquelle (26) über die zweite Steuersignalverbindung (134).
Verfahren nach Anspruch 11, mit folgenden Schritten: Bewirken, dass sich der Vibratormechanismus (12) zum Erzeugen von Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der ersten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, in einer ersten Richtung dreht, ansprechend auf einen Empfang des Frequenzsteuersignals bei der Leistungsquelle (26) über die erste Steuersignalverbindung (132); und Bewirken, dass sich der Vibratormechanismus (12) zum Erzeugen von Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der zweiten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, in einer entgegengesetzten Richtung dreht, ansprechend auf einen Empfang des Frequenzsteuersignals bei der Leistungsquelle (26) über die zweite Steuersignalverbindung (134).
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Leistungsquelle (26) der Vibrationsarbeitsmaschine (10) eine hydrostatische Pumpe (26) ist, mit folgenden Schritten: Bewirken, dass die hydrostatische Pumpe (26) einen ersten Fluidstrom ausgibt, so dass bewirkt wird, dass sich der Vibratormechanismus (12) zum Erzeugen von Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der ersten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, in einer ersten Richtung dreht, ansprechend auf einen Empfang des Frequenzsteuersignals bei der hydrostatischen Pumpe (26) über die erste Steuersignalverbindung (132); und Bewirken, dass die hydrostatische Pumpe (26) einen zweiten Fluidstrom ausgibt, so dass bewirkt wird, dass sich der Vibratormechanismus (12) zum Erzeugen von Vibrationen mit der Vibrationsamplitude, die der zweiten diskreten Amplitudeneinstellung entspricht, in einer entgegengesetzten Richtung dreht, ansprechend auf einen Empfang des Frequenzsteuersignals bei der hydrostatischen Pumpe (26) über die zweite Steuersignalverbindung (134).