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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Oberflächenverdichtungsmaschinen, und insbesondere Oberflächenverdichtungsmaschinen mit konzentrisch angeordneten exzentrischen Massen, die drehen, um Vibrationskräfte zu erzeugen, die eine mechanische Verdichtung eines Substrats bewirken.
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Oberflächenverdichter werden eingesetzt eine Vielzahl von Substraten, umfassend Erde, Asphalt oder anderen Materialien, zu verdichten. Oberflächenverdichter sind zu diesem Zweck mit einer oder mehreren Verdichtungsflächen ausgestattet. Zum Beispiel kann ein Walzenverdichter mit einer oder mehreren zylindrischen Trommeln versehen sein, die Verdichtungsflächen zum Verdichten von Substraten bereitstellen.
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Walzenverdichter nutzen das Gewicht des Verdichters, das durch Walztrommeln aufgebracht wird, um eine Oberfläche des zu walzenden Substrats zu verdichten. Zusätzlich können eine oder mehrere der Trommeln einiger Walzenverdichter durch ein Vibrationssystem in Vibrationen versetzt werden, um eine zusätzliche mechanische Verdichtung des zu walzenden Substrats zu bewirken. Das Vibrationssystem kann eine oder mehrere exzentrische Massen umfassen, die rotiert werden, um eine Vibrationskraft zu erzeugen, welche die Verdichtungsflächen der Trommeln anregt. Wie das zu verdichtende Substrat auf die Kraft der Trommel reagiert, hängt von verschiedenen Variablen ab, wie zum Beispiel Abmessungen der Trommel, Zeit, in der die Trommel Kraft ausübt, Vibrationsamplitude, Vibrationsfrequenz und Substrateigenschaften, wie zum Beispiel dessen Dichte und Temperatur.
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Bekannte Walzenverdichter müssen typischerweise einen Asphaltsubstrat 5 bis 7 Mal wiederholt überfahren, um eine typischerweise gewünschte Verdichtungsdichte zu erreichen. Höhere Verdichtung des Substrats kann von jeder Überfahrt erreicht werden, indem mehr Kraft von der Walzenoberfläche aufgebracht wird. Allerdings erfordern Faktoren, die begrenzen wie viel Kraft je Überfahrt aufgebracht werden kann, Drehzahlen innerhalb der Vibrationsbaugruppe unterhalb bestimmter Schwellwerte zu halten, um Geschwindigkeits- und Kraftwerteüberschreitungen für bestimmte Komponenten des Vibrationssystems zu vermeiden. Überschreiten dieser Schwellwerte kann die Nutzungsdauer der Komponenten des Vibrationssystems verkürzen und auch zu Schäden an diesen und anderen Komponenten des Vibrationssystems führen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist auf eine Oberflächenverdichtungsmaschine gerichtet. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst eine Verdichtungsfläche zum Verdichten eines Substrats. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine mit der Verdichtungsfläche verbundene Stützunterbaugruppe. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine primäre Exzenterwelle mit einer ersten Drehachse. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine sekundäre Exzenterwelle, die in einer Aussparung innerhalb der primären Exzenterwelle angeordnet ist, wobei die sekundäre Exzenterwelle die erste Drehachse hat. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine primäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der primären Exzenterwelle und der Stützunterbaugruppe angeordnet ist, um Vibrationen von der primären Exzenterwelle durch die Stützunterbaugruppe zu der Verdichtungsfläche zu übertragen. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine sekundäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der primären Exzenterwelle und der sekundären Exzenterwelle angeordnet ist, um die sekundäre Exzenterwelle abzustützen und während der Drehung der sekundären Exzenterwelle in Bezug auf die primäre Exzenterwelle Vibration von der sekundären Exzenterwelle zu der primären Exzenterwelle zu übertragen. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner mindestens einen mit der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle gekoppelten Motor zum gleichzeitigen Drehen der primären Exzenterwelle um die erste Drehachse mit einer ersten Drehzahl und Drehen der sekundären Exzenterwelle um die erste Drehachse mit einer zweiten Drehzahl, wobei die primäre Exzenterwelle in Bezug zu der sekundären Exzenterwelle mit einer relativen Drehzahl ungleich Null dreht.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Verdichten eines Substrats mit einer Oberflächenverdichtungsmaschine gerichtet. Das Verfahren umfasst: Drehen einer primären Exzenterwelle um eine erste Drehachse mit einer ersten Drehzahl mit mindestens einem Motor. Das Verfahren umfasst ferner: Drehen einer sekundären Exzenterwelle, die in einer Aussparung innerhalb der primären Exzenterwelle angeordnet ist um die erste Drehachse mit einer zweiten Drehzahl mit dem mindestens einen Motor, wobei die primäre Exzenterwelle in Bezug zu der sekundären Exzenterwelle mit einer relativen Drehzahl ungleich Null dreht. Drehen der sekundären Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl und Drehen der primären Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl bewirkt, dass eine zwischen der sekundären Exzenterwelle und der zweiten Exzenterwelle angeordnete sekundäre Lagerunterbaugruppe mit einer dritten Drehzahl dreht. Drehen der sekundären Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl und Drehen der primären Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl bewirkt, Vibration durch die sekundäre Exzenterwelle, die primäre Exzenterwelle und eine Stützunterbaugruppe, die die primäre Exzenterwelle stützt, zu übertragen, um eine mit der Stützunterbaugruppe gekoppelte Verdichtungsfläche in Vibration zu versetzen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Oberflächenverdichtungsfahrzeug gerichtet. Das Oberflächenverdichtungsfahrzeug umfasst ein Fahrzeuggestell und eine mit dem Fahrzeuggestell gekoppelte Verdichtungswalzenbaugruppe. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Verdichtungsfläche zum Überwalzen eines Substrats, um das Substrat zu verdichten. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine Stützunterbaugruppe, die mit der Verdichtungsfläche verbunden ist. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine sekundäre Exzenterwelle mit einer ersten Drehachse. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine primäre Exzenterwelle, die um die sekundäre Exzenterwelle herum angeordnet ist, wobei die primäre Exzenterwelle die erste Drehachse aufweist. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine sekundäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle angeordnet ist, um die sekundäre Exzenterwelle während Drehung der sekundären Exzenterwelle in Bezug auf die primäre Exzenterwelle zu stützen. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine primäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der primären Exzenterwelle und der Stützunterbaugruppe angeordnet ist, um Vibrationen von der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle durch die Stützunterbaugruppe zu der Verdichtungsfläche zu übertragen. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner mindestens einen Motor, der mit der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle gekoppelt ist, um gleichzeitig die sekundäre Exzenterwelle mit einer ersten Drehzahl um die erste Drehachse und die primäre Exzenterwelle mit einer zweiten Drehzahl zu drehen, wobei die primäre Exzenterwelle in Bezug zu der sekundären Exzenterwelle mit einer relativen Drehzahl ungleich Null dreht.
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Andere Oberflächenverdichtungsmaschinen, -verfahren und -Regelungssysteme entsprechend den Ausführungsformen werden für jemanden mit Fachkenntnis nach Durchsicht der folgenden Figuren und detaillierten Beschreibungen deutlich sein oder werden. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen zusätzlichen Oberflächenverdichtungsmaschinen, -verfahren und -Regelungssysteme in dieser Beschreibung umfasst und durch die begleitenden Ansprüche geschützt sind. Darüber hinaus ist beabsichtigt, dass alle hierin offenbarten Ausführungsformen separat oder in irgendeiner Weise kombiniert und/oder Kombination implementiert werden können.
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Gemäß einigen Aspekten wird eine Oberflächenverdichtungsmaschine offenbart. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst eine Verdichtungsfläche zum Verdichten eines Substrats. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine mit der Verdichtungsfläche verbundene Stützunterbaugruppe. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine primäre Exzenterwelle mit einer ersten Drehachse. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine sekundäre Exzenterwelle, die in einer Aussparung innerhalb der primären Exzenterwelle angeordnet ist, wobei die sekundäre Exzenterwelle die erste Drehachse hat. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine primäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der primären Exzenterwelle und der Stützunterbaugruppe angeordnet ist, um Vibration von der primären Exzenterwelle durch die Stützunterbaugruppe zu der Verdichtungsfläche zu übertragen. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine sekundäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der primären Exzenterwelle und der sekundären Exzenterwelle angeordnet ist, um die sekundäre Exzenterwelle abzustützen und während der Drehung der sekundären Exzenterwelle in Bezug zu der primären Exzenterwelle Vibration von der sekundären Exzenterwelle zu der primären Exzenterwelle zu übertragen. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner mindestens einen mit der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle gekoppelten Motor zum gleichzeitigen Drehen der primären Exzenterwelle um die erste Drehachse mit einer ersten Drehzahl und Drehen der sekundären Exzenterwelle um die erste Drehachse mit einer zweiten Drehzahl, wobei die primäre Exzenterwelle in Bezug zu der sekundären Exzenterwelle mit einer relativen Drehzahl ungleich Null dreht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Oberflächenverdichtungsmaschine ferner einen Regler zum Regeln des mindestens einen Motors während eines Verdichtungsvorgangs, während die Verdichtungsfläche dreht, um die primäre und Exzenterwellen mit unterschiedlichen Drehzahlen kontinuierlich zu drehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die erste Drehzahl in einer ersten Drehrichtung um die erste Drehachse und die zweite Drehzahl ist mindestens das Zweifache der zweiten Drehzahl in der ersten Drehrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die erste Drehzahl in einer ersten Drehrichtung um die erste Drehachse und die zweite Drehzahl ist in einer zweiten Drehrichtung entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Oberflächenverdichtungsmaschine ferner mindestens einen Teil der sekundären Lagerunterbaugruppe, die in Bezug zu der primären Exzenterwelle und der sekundären Exzenterwelle bewegbar ist, so dass Drehen der primären Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl und Drehen der sekundären Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl bewirkt, den mindestens einen Teil der sekundären Lagerunterbaugruppe um die erste Drehachse mit einer dritten Drehzahl zu drehen, die im Wesentlichen einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl gleicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beträgt die dritte Drehzahl mindestens 1000 Umdrehungen pro Minute.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die sekundäre Lagerunterbaugruppe eine Vielzahl Wälzlagerunterbaugruppen. Jede Wälzlagerunterbaugruppe umfasst einen äußeren Bund, der mit der primären Exzenterwelle in Eingriff steht, einen inneren Bund, der mit der sekundären Exzenterwelle in Eingriff steht, und eine Vielzahl von Wälzlagern, die zwischen dem äußeren Bund und dem inneren Bund angeordnet sind, um den äußeren Bund und den inneren Bund um die erste Drehachse in Bezug zueinander mit einer dritten Drehzahl in Reaktion darauf zu rollen, dass die primäre Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl um die erste Drehachse dreht und die sekundäre Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl um die erste Drehachse dreht, wobei die dritte Drehzahl im Wesentlichen einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl gleicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die primäre Exzenterwelle eine primäre Unwuchtmasse, einen ersten Lagerzapfen und einen zweiten Lagerzapfen, wobei die primäre Unwuchtmasse zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerzapfen angeordnet ist. Die sekundäre Exzenterwelle umfasst eine sekundäre Unwuchtmasse, einen ersten Wellenabschnitt und einem zweiten Wellenabschnitt, wobei die sekundäre Unwuchtmasse zwischen dem ersten Wellenabschnitt und dem zweiten Wellenabschnitt angeordnet ist. Die sekundäre Lagerunterbaugruppe umfasst eine erste sekundäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen einer Innenfläche des ersten Lagerzapfens der primären Exzenterwelle und einer Außenfläche des ersten Wellenabschnitts der sekundären Exzenterwelle angeordnet ist, und eine zweite sekundäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen einer Innenfläche des zweiten Lagerzapfens der primären Exzenterwelle und einer Außenfläche des zweiten Wellenabschnitts der sekundären Exzenterwelle angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die primäre Lagerunterbaugruppe eine erste primäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen einer Außenfläche des ersten Lagerzapfens der primären Exzenterwelle und der Stützunterbaugruppe angeordnet ist, und eine zweite primäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen einer Außenfläche des zweiten Lagerzapfens der primären Exzenterwelle und der Stützunterbaugruppe angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst jeder der ersten Lagerzapfen und der zweiten Lagerzapfen einen breiten ringförmigen Abschnitt mit einer ersten inneren Fläche, die mit einer ersten äußeren Fläche der sekundären Lagerunterbaugruppe in Eingriff steht, wobei die erste innere Fläche und die erste äußere Fläche im Wesentlichen einen ersten Durchmesser haben, und einen schmalen ringförmigen Abschnitt mit einer zweiten äußeren Fläche, die mit einer zweiten inneren Fläche der primären Lagerunterbaugruppe in Eingriff steht, wobei die zweite innere Fläche und die zweite äußere Fläche im Wesentlichen einen zweiten Durchmesser haben, der kleiner ist als der erste Durchmesser.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der mindestens eine Motor einen ersten Motor, der mit der primären Exzenterwelle gekoppelt ist, um die primäre Exzenterwelle zu drehen, und einen zweiten Motor, der mit der sekundären Exzenterwelle gekoppelt ist, um die sekundäre Exzenterwelle unabhängig von dem ersten Motor zu drehen, der die primäre Exzenterwelle dreht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der erste Motor eine erste Ausgangswelle, die um die erste Drehachse dreht und mit der primären Exzenterwelle gekoppelt ist, und der zweite Motor umfasst eine zweite Ausgangswelle, die um die erste Drehachse dreht und mit der sekundären Exzenterwelle gekoppelt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der erste Motor eine erste Ausgangswelle zum Drehen um eine zweite Drehachse, die von der ersten Drehachse verschieden ist, wobei die erste Ausgangswelle mit der primären Exzenterwelle gekoppelt ist. Der zweite Motor umfasst eine zweite Ausgangswelle zum Drehen um die erste Drehachse, wobei die zweite Ausgangswelle mit der sekundären Exzenterwelle gekoppelt ist. Die Oberflächenverdichtungsmaschine umfasst ferner eine Getriebeunterbaugruppe, die zwischen die erste Ausgangswelle des ersten Motors und die primäre Exzenterwelle gekoppelt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Oberflächenverdichtungsmaschine ferner eine Getriebeunterbaugruppe, die zwischen dem mindestens einen Motor und der primären Exzenterwelle gekoppelt ist, wobei die Getriebeunterbaugruppe ein festes Geschwindigkeitsverhältnis aufweist, das im Wesentlichen der zweiten Drehzahl geteilt durch die erste Drehzahl gleicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Oberflächenverdichtungsmaschine ferner eine tertiäre Exzenterwelle, die in einer Aussparung innerhalb der sekundären Exzenterwelle angeordnet ist, wobei die tertiäre Exzenterwelle die erste Drehachse hat, und eine tertiäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der sekundären Exzenterwelle und der tertiären Exzenterwelle angeordnet ist, um die tertiäre Exzenterwelle während der Drehung der tertiären Exzenterwelle in Bezug auf die sekundäre Exzenterwelle zu stützen. Der mindestens eine Motor ist mit der tertiären Exzenterwelle gekoppelt, um die tertiäre Exzenterwelle mit einer dritten Drehzahl zu drehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Oberflächenverdichtungsmaschine ferner eine quaternäre Exzenterwelle, die um die tertiäre Exzenterwelle herum und innerhalb der primären Lagerunterbaugruppe angeordnet ist, wobei die quaternäre Exzenterwelle die erste Drehachse hat, und eine quaternäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der tertiären Exzenterwelle und der quaternären Exzenterwelle angeordnet ist, um die quaternäre Exzenterwelle während der Drehung der quaternären Exzenterwelle in Bezug zu der tertiären Exzenterwelle zu stützen. Der mindestens eine Motor ist mit der quaternären Exzenterwelle gekoppelt, um die quaternäre Exzenterwelle mit einer vierten Drehzahl zu drehen.
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Gemäß einigen weiteren Aspekten wird ein Verfahren zur Verdichtung eines Substrats mit einer Oberflächenverdichtungsmaschine offenbart. Das Verfahren umfasst: Drehen einer primären Exzenterwelle um eine erste Drehachse mit einer ersten Drehzahl mit mindestens einem Motor. Das Verfahren umfasst ferner Drehen einer sekundären Exzenterwelle mit dem mindestens einen Motor, die in einer Aussparung innerhalb der primären Exzenterwelle um die erste Drehachse mit einer zweiten Drehzahl angeordnet ist, wobei die primäre Exzenterwelle in Bezug zu der sekundären Exzenterwelle mit einer relativen Drehzahl ungleich Null dreht. Drehen der sekundären Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl und Drehen der primären Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl bewirkt, dass eine zwischen der sekundären Exzenterwelle und der zweiten Exzenterwelle angeordnete sekundäre Lagerunterbaugruppe mit einer dritten Drehzahl dreht. Drehen der sekundären Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl und Drehen der primären Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl bewirkt die Übertragung von Vibration durch die sekundäre Exzenterwelle, die primäre Exzenterwelle und eine Stützunterbaugruppe, die die primäre Exzenterwelle stützt, um eine mit der Stützunterbaugruppe gekoppelte Verdichtungsfläche in Vibrationen zu versetzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt bewirkt Drehen der sekundären Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl und Drehen der primären Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl, dass mindestens ein Teil der sekundären Lagerunterbaugruppe um die erste Drehachse mit einer dritten Drehzahl dreht, die im Wesentlichen einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl gleicht.
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Einem weiteren Aspekt zufolge ist die dritte Drehzahl mindestens 1000 Umdrehungen pro Minute.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die sekundäre Lagerunterbaugruppe eine Vielzahl von Wälzlagerunterbaugruppen. Jede Wälzlagerunterbaugruppe umfasst einen äußeren Bund, der mit der primären Exzenterwelle in Eingriff steht, einen inneren Bund, der mit der sekundären Exzenterwelle in Eingriff steht, und eine Vielzahl von Wälzlagern, die zwischen dem äußeren Bund und dem inneren Bund angeordnet sind. Bewirken, dass mindestens ein Teil der sekundären Lagerunterbaugruppe um die erste Drehachse mit der dritten Drehzahl dreht, umfasst Wälzen der Vielzahl von Wälzlager um die erste Drehachse, um den äußeren Bund und den inneren Bund in Bezug zueinander um die erste Drehachse mit im Wesentlichen der dritten Drehzahl zu drehen.
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Gemäß einigen weiteren Aspekten ist ein Oberflächenverdichtungsfahrzeug offenbart. Das Oberflächenverdichtungsfahrzeug umfasst ein Fahrzeuggestell und eine mit dem Fahrzeuggestell gekoppelte Verdichtungswalzenbaugruppe. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Verdichtungsfläche zum Überwalzen eines Substrats, um das Substrat zu verdichten. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine Stützunterbaugruppe, die mit der Verdichtungsfläche verbunden ist. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine sekundäre Exzenterwelle mit einer ersten Drehachse. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine primäre Exzenterwelle, die um die sekundäre Exzenterwelle herum angeordnet ist, wobei die primäre Exzenterwelle die erste Drehachse aufweist. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine sekundäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle angeordnet ist, um die sekundäre Exzenterwelle während des Drehens der sekundären Exzenterwelle in Bezug auf die primäre Exzenterwelle zu stützen. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner eine primäre Lagerunterbaugruppe, die zwischen der primären Exzenterwelle und der Stützunterbaugruppe angeordnet ist, um Vibration von der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle durch die Stützunterbaugruppe zu der Verdichtungsfläche zu übertragen. Die Verdichtungswalzenbaugruppe umfasst ferner mindestens einen Motor, der mit der sekundären Exzenterwelle und der primären Exzenterwelle gekoppelt ist, um gleichzeitig die sekundäre Exzenterwelle mit einer ersten Drehzahl um die erste Drehachse und die primäre Exzenterwelle mit einer zweiten Drehzahl zu drehen, wobei die primäre Exzenterwelle in Bezug zu der sekundären Exzenterwelle mit einer relativen Drehzahl ungleich Null dreht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist mindestens ein Teil der sekundären Lagerunterbaugruppe in Bezug auf die primäre Exzenterwelle und die sekundäre Exzenterwelle bewegbar, so dass Drehen der primären Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl und Drehen der sekundären Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl bewirkt, dass der mindestens eine Teil der sekundären Lagerunterbaugruppe um die erste Drehachse mit einer dritten Drehzahl dreht, die im Wesentlichen gleich einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl ist.
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Einem weiteren Aspekt zufolge ist die dritte Drehzahl mindestens 1000 Umdrehungen pro Minute.
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Gemäß einem weiteren Aspekt die sekundäre Lagerunterbaugruppe eine Vielzahl von Wälzlagerunterbaugruppen. Jede Wälzlagerunterbaugruppe umfasst einen äußeren Bund, der mit der primären Exzenterwelle in Eingriff steht, einen inneren Bund, der mit der sekundären Exzenterwelle in Eingriff steht, und eine Vielzahl von Wälzlager, die zwischen dem äußeren Bund und dem inneren Bund angeordnet sind, um den äußeren Bund und den inneren Bund um die erste Drehachse in Bezug zueinander mit einer dritten Drehzahl in Reaktion darauf zu rollen, dass die primäre Exzenterwelle mit der ersten Drehzahl um die erste Drehachse dreht und die sekundäre Exzenterwelle mit der zweiten Drehzahl um die erste Drehachse dreht, wobei die dritte Drehzahl im Wesentlichen einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl gleicht.
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Die beiliegenden Figuren, welche zum besseren Verständnis der Offenbarung beigefügt sind und in diese integriert sind und einen Teil dieser Anmeldung bilden, veranschaulichen bestimmte nicht beschränkende Ausführungsformen. In den Figuren:
- 1 ist eine Seitenansicht einer Oberflächenverdichtungsmaschine gemäß einiger Ausführungsformen;
- 2 ist eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe mit primären und sekundären Exzenterwellen, die von einem Motorpaar gedreht werden und welche für die Oberflächenverdichtungsmaschine aus 1 gemäß einiger Ausführungsformen verwendet werden kann;
- 3 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das zur Regelung der Drehung der primären und sekundären Exzenterwellen von 2 gemäß einiger Ausführungsformen geregelt werden kann;
- 4 ist eine Ansicht einer Vibrationsbaugruppe mit primären und sekundären Exzenterwellen ähnlich der Vibrationsbaugruppe in 2, die zusätzliche Details der Vibrationsbaugruppe veranschaulicht;
- 5 ist eine Schnittansicht der Vibrationsbaugruppe aus 4, die eine primäre Lagerunterbaugruppe zur Stützung der primären Exzenterwelle über eine Stützstruktur und eine sekundäre Lagerunterbaugruppe zur Stützung der sekundären Exzenterwelle innerhalb der primären Exzenterwelle veranschaulicht;
- 6 ist eine Ansicht der primären Exzenterwelle von 4 gemäß einiger Ausführungsformen;
- 7 ist eine Ansicht der sekundären Exzenterwelle von 4 gemäß einiger Ausführungsformen;
- 8 ist eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe, ähnlich der Vibrationsbaugruppe in 2, mit einer primären Lagerunterbaugruppe, die die primäre Exzenterwelle über eine Tragkonstruktion trägt, und einer sekundären Lagerunterbaugruppe, die die sekundäre Exzenterwelle über die Tragkonstruktion trägt, gemäß einigen Ausführungsformen;
- 9 ist eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe, ähnlich der Vibrationsbaugruppe in 2, mit einer primären Exzenterwelle und einer sekundären Exzenterwelle, die gemäß einigen Ausführungsformen von einem einzigen Motor über eine Getriebeunterbaugruppe mit unterschiedlichen Drehzahlen gedreht werden;
- 10 ist eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe, ähnlich der Vibrationsbaugruppe in 2, mit einer primären Lagerunterbaugruppe, die eine primäre Exzenterwelle über eine Stützstruktur stützt, einer sekundären Lagerunterbaugruppe, die eine sekundäre Exzenterwelle über die primäre Exzenterwelle stützt, und einer tertiären Lagerunterbaugruppe, die eine tertiäre Exzenterwelle über die sekundäre Exzenterwelle trägt, gemäß einigen Ausführungsformen;
- 11 ist eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe, ähnlich der Vibrationsbaugruppe in 10, mit einer quaternären Lagerunterbaugruppe, die eine quaternäre Exzenterwelle über eine tertiäre Exzenterwelle stützt, gemäß einigen Ausführungsformen;
- 12 zeigt Diagramme der vertikalen Verschiebung der primären und sekundären Exzenterwellen über die Zeit, welche der vertikalen Verschiebung der Trommel aufgrund von Vibrationskräften entsprechen kann, die durch die primäre und sekundäre Exzenterwellen von 2 erzeugt werden, während sie durch die Regelung von 3 geregelt werden, gemäß einigen Ausführungsformen.
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1 zeigt eine selbstfahrende walzenartige Oberflächenverdichtungsmaschine 10 gemäß einigen Ausführungsformen. Die Oberflächenverdichtungsmaschine 10 kann umfassen ein Fahrgestell 12, 14, drehbare Trommeln 16 an der Vorder- und Rückseite des Fahrgestells sowie einen Fahrerplatz mit einem Sitz 18 und einem Lenkmechanismus 20 (z.B. ein Lenkrad), um einem Fahrer Kontrolle über die Verdichtungsmaschine zu geben. Darüber hinaus kann jede Trommel über ein entsprechendes Gabel 22, 24 an das Fahrgestell 12, 14 gekoppelt werden. Eine oder beide der Trommeln 16 können von einem Antriebsmotor in dem Fahrgestell unter Kontrolle des Fahrers angetrieben werden, um die Oberflächenverdichtungsmaschine 10 anzutreiben. Eine gelenkige Kupplung 26 kann in dem Fahrgestell vorgesehen werden, um die Lenkung um eine vertikale Achse zu erleichtern. In diesem Beispiel haben die Trommeln 16 eine zylindrische Außenfläche, die eine Verdichtungsfläche zum Verdichten eines darunter liegenden Substrats wie Asphalt, Kies, Erde usw. bildet. Gemäß einem Aspekt der Ausführungsformen umfassen eine oder beide Trommeln 16 jeweils eine Vibrationsbaugruppe 200, die eine primäre und eine zweite Exzenterwelle umfasst, die wie unten beschrieben gedreht werden, um Vibrationskräfte zu erzeugen, die auf die Trommeln wirken, um die Verdichtung des Substrats zu unterstützen.
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Verschiedene Ausführungsformen werden hierin anhand von nicht einschränkenden Beispielen im Zusammenhang mit der walzenartigen Oberflächenverdichtungsmaschine 10 beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die Ausführungsformen nicht auf die hierin offenbarten besonderen Ausgestaltungen beschränkt sind und darüber hinaus mit anderen Arten von Oberflächenverdichtungsmaschinen, einschließlich vibrationsplattenartigen Oberflächenverdichtungsmaschinen, eingesetzt werden können.
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In dieser Hinsicht ist 2 eine vereinfachte schematische Schnittansicht der Vibrationsbaugruppe 200 gemäß einer Ausführungsform für eine Oberflächenverdichtungsmaschine (nicht abgebildet), ähnlich der Oberflächenverdichtungsmaschine 10 aus 1 oben. Wie gezeigt, umfasst die Vibrationsbaugruppe 200 der vorliegenden Ausführung eine Stützunterbaugruppe 202, eine primäre Exzenterwelle 204, eine sekundäre Exzenterwelle 206, primäre und sekundäre Lagerunterbaugruppen 208, 210, einen Primärmotor 212, eine primäre Unwuchtmasse 214, ein Paar Lagerzapfen 201, eine primäre Getriebeunterbaugruppe 218, eine primäre Antriebswelle 220, ein Antriebsrad 222, ein Angetriebenes Zahnrad 224, einen Sekundärmotor 226, eine sekundäre Unwuchtmasse 228 und eine sekundäre Antriebswelle 230.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist die Stützunterbaugruppe 202 mit der Verdichtungsfläche (z.B. der Trommel 16 aus 1) der Oberflächenverdichtungsmaschine 10 verbunden, um Vibrationen von der Vibrationsgruppe 200 über die Verdichtungsfläche auf das Substrat zu übertragen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der gegenwärtigen Ausführungsform sind die erste und zweite Exzenterwelle 204 zum Drehen ausgebildet. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Ausführungsform sind die erste und die zweite Exzenterwelle ausgebildet, relativ zueinander zu drehen.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die primäre Exzenterwelle 204 um eine sekundäre Exzenterwelle 206 herum angeordnet, wobei die primäre und die sekundäre Exzenterwelle 204, 206 beide um eine gemeinsame Drehachse A drehbar sind. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist ein Paar primäre Lagerunterbaugruppen 208 zwischen der primären Exzenterwelle 204 und der Stützunterbaugruppe 202 und ein Paar sekundäre Lagerunterbaugruppen 210 zwischen der sekundären Exzenterwelle 206 und der primären Exzenterwelle 204 angeordnet. Diejenigen mit gewöhnlichen handwerklichen Fähigkeiten werden es zu schätzen wissen, dass die primären Lagerunterbaugruppen 210 die primäre Exzenterwelle 204 stützen und eine relative Drehung zwischen der primären Exzenterwelle 204 und der Stützunterbaugruppe 202 ermöglichen. Diejenigen mit gewöhnlichen Kenntnissen werden außerdem zu schätzen wissen, dass das Paar der sekundären Lagerunterbaugruppen 210 die sekundäre Exzenterwelle 206 stützt und eine relative Drehung zwischen der primären Exzenterwelle 204 und der sekundären Exzenterwelle 206 ermöglicht.
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Ebenfalls in 2 dargestellt, der mit der primären Exzenterwelle 204 gekoppelte Primärmotor 212, um die primäre Exzenterwelle 204 um die Drehachse A zu drehen. In diesem Beispiel umfasst die primäre Exzenterwelle 204 eine primäre Unwuchtmasse 214, die zwischen einem Paar Lagerzapfen 216 gekoppelt ist, welche durch die primären Lagerunterbaugruppen 208 gestützt werden, und eine primäre Getriebebaugruppe 218, die zwischen eine Abtriebswelle (nicht dargestellt) des Primärmotors 212 und der primären Exzenterwelle 204 gekoppelt ist. Die primäre Getriebeunterbaugruppe 218 umfasst eine primäre Antriebswelle 220, die zwischen die Ausgangswelle des Primärmotors 212 und ein Antriebsrad 222 gekoppelt ist, welches ein mit einem der Lagerzapfen 216 gekoppeltes angetriebenes Zahnrad 224 antreibt.
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In ähnlicher Weise wird ein Sekundärmotor 226 gezeigt, der mit der sekundären Exzenterwelle 206 gekoppelt ist, um die sekundäre Exzenterwelle 206 um die gemeinsame Drehachse A mit einer Drehzahl zu drehen, die von der primären Exzenterwelle 204 verschieden sein kann, d.h. die primäre Exzenterwelle 204 dreht in Bezug auf die sekundäre Exzenterwelle 206 mit einer relativen Drehzahl ungleich Null. In diesem Beispiel umfasst die sekundäre Exzenterwelle 206 eine sekundäre Unwuchtmasse 228, die an eine sekundäre Antriebswelle 230 gekoppelt ist, die von dem sekundären Motor 226 angetrieben wird.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform können die Wellen 204, 206 unabhängig voneinander angetrieben werden. Beispielsweise kann die Welle 204 gedreht werden, während die Welle 206 drehfest ist und umgekehrt. Als weiteres Beispiel kann die Welle 204 mit einer ersten Geschwindigkeit gedreht werden, die größer ist als eine zweite Geschwindigkeit, mit der die Welle 206 gedreht wird. In noch einem weiteren Beispiel können die Wellen 204 und 206 gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden.
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Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann die sekundäre Exzenterwelle 206 in Bezug auf die Stützunterbaugruppe 202 mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten gedreht werden als die primäre Exzenterwelle 204. Dies liegt daran, dass die sekundären Lagerunterbaugruppen 210, welche zwischen der primären Exzenterwelle 204 und der sekundären Exzenterwelle 206 angeordnet sind, nur mit einer Drehzahl drehen, die der Differenz der Drehzahlen der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 entspricht. Zum Beispiel, wenn die primäre Exzenterwelle 204 mit 1000 U/min in Bezug auf die Stützunterbaugruppe 202 und die sekundäre Exzenterwelle 206 mit 2000 U/min in Bezug auf die Stützunterbaugruppe 202 in die gleiche Richtung drehen, muss die sekundäre Lagerunterbaugruppe 210 nur mit 1000 U/min drehen, da die sekundäre Exzenterwelle 206 relativ zur primären Exzenterwelle 204 mit 1000 U/min dreht. Auf diese Weise kann die absolute Drehzahl einer der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 deutlich höher sein als die absolute Drehzahl der anderen der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206, z.B. bis zu zwei- bis dreimal so schnell oder höher, was zu einer Drehzahl der sekundären Lagerunterbaugruppen 210 von bis zu 1000 U/min oder mehr führt, bis zur maximalen Geschwindigkeit der sekundären Lagerunterbaugruppen 210. Diese Fähigkeit, die primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 mit unterschiedlichen Drehzahlen relativ zueinander zu betreiben, ermöglicht wiederum die Erzeugung von Vibrationsbewegungen der Verdichtungsfläche, die vielfältiger und komplexer sind als die einfache Vibrationsbewegung, die von existierenden Vibrationsbaugruppen erzeugt wird.
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Diese Anordnung kann auch viele andere unterschiedliche Konfigurationen und Betriebsarten ermöglichen. Beispielsweise können durch unabhängigen Antrieb der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 die primäre und sekundäre Exzenterwellen 204, 206 mit gleicher oder unterschiedlicher Geschwindigkeit und in gleicher oder entgegengesetzter Richtung gedreht werden, um komplexere Wellenformen zu erzeugen, die Verdichtungseffizienz verbessern. Darüber hinaus kann die unabhängige Drehung der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 die Ausrichtung der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 in Bezug aufeinander anpassen, um den kombinierten Massenschwerpunkt der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 zu modifizieren, was zur Erhöhung oder Verringerung einer resultierenden Vibrationsamplitude für die Vibrationsbaugruppe 200 verwendet werden kann. Die relative Ausrichtung der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 kann auch ohne Einschränkung dynamisch eingestellt werden, während die drehbaren Trommeln 16 während der Vorwärts-/Rückwärtsbewegung der Verdichtungsmaschine 10 rollen, wodurch die Notwendigkeit, die Verdichtungsmaschine 10 und die Vibrationsbaugruppe 200 anzuhalten, um manuelle Einstellungen der relativen Ausrichtungen der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 vorzunehmen, reduziert oder eliminiert wird. Darüber hinaus werden durch konzentrisches Drehen der primären und sekundären Exzenterwelle 204, 206 um eine gemeinsame Drehachse A torsionale Vibrationen vermieden, was die torsionale Belastung auf die restliche Maschine verringert.
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Bei dieser Ausführung werden der Primärmotor 212 und der Sekundärmotor 226 unabhängig voneinander angetrieben, aber es kann auch wünschenswert sein, einen der Primär- und Sekundärmotoren 212, 226 basierend auf der Geschwindigkeit und/oder Drehposition des anderen der Primär- und Sekundärmotoren 212, 226 zu regeln. In dieser Hinsicht ist 3 ein Blockdiagramm eines Steuersystems, das zur Regelung der Drehung der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206 von 2 gemäß einigen Ausführungsformen verwendet werden kann. In diesem Beispiel umfasst das Steuersystem von 3 eine Regelung 300, die die Geschwindigkeit von mindestens einem der Primär- und Sekundärmotoren 212, 226 während eines Verdichtungsvorgangs regelt, während die Verdichtungsfläche, wie z.B. die Trommeln 16 in 1, dreht. Die Regelung 300 kann die Geschwindigkeit des Primär- und/oder Sekundärmotors 212, 226 regeln, um die Drehzahlen der primären und sekundären Exzenterwelle 204, 206 zu regeln. In einem Beispiel kann die Regelung 300 den Primärmotor212 regeln, die primäre Exzenterwelle 204 mit einer ersten vorgegebenen absoluten Geschwindigkeit in Bezug auf die Stützbaugruppe 202 zu drehen, und auch den Sekundärmotor 226 regeln, die sekundäre Exzenterwelle mit einer zweiten vorgegebenen absoluten Geschwindigkeit in Bezug auf die Stützbaugruppe 202 zu drehen. In einem weiteren Beispiel kann die Regelung einen der Primär- oder Sekundärmotoren 212, 226 regeln, um einen der entsprechenden Primär- oder sekundäre Exzenterwellen 204, 206 mit einer vorbestimmten Drehzahl relativ zu einer tatsächlichen Drehzahl der jeweils anderen Primär- oder sekundäre Exzenterwellen 204, 206 zu drehen. Diese Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der primären und der sekundären Exzenterwelle 204, 206 erzeugt Bewegung der Vibrationsbaugruppe 200, die die Verdichtungsfläche gemäß einer zusammengesetzten Verschiebungswellenform, wie zum Beispiel der in 12 gezeigten zusammengesetzten Verschiebungswellenform, aufwärts und abwärts in Vibrationen versetzt. In einigen Ausführungsformen, wie zum Beispiel in 12, ist die Drehzahl der sekundären Exzenterwelle 206 eine ganze Zahl größer als 1-mal schneller als die Drehzahl der primären Exzenterwelle 204. In diesen Ausführungsformen kann die zusammengesetzte Verschiebungswellenform eine Null-Amplituden-Koordinate umfassen, entsprechend einer Null-Amplituden-Position der Vibrationsbaugruppe 200, einen Wellenabschnitt, der sich oberhalb der Null-Amplituden-Koordinate befindet, und einen Wellenabschnitt, der sich unterhalb der Null-Amplituden-Koordinate befindet, die asymmetrisch ist relativ zu dem Wellenabschnitt, der sich oberhalb der Null-Amplituden-Koordinate befindet.
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Wie weiter unten in Bezug zu 12 näher erläutert werden wird, regelt die Regelung 300 von 3 in einigen Ausführungsformen die Geschwindigkeit der primären und sekundären Exzenterwellen 204, 206, so dass der Wellenabschnitt, der sich unterhalb der Null-Amplituden-Koordinate befindet, eine Folge einer ersten auftretenden Abwärtsspitze, einer zweiten auftretenden Aufwärtsspitze und einer dritten auftretenden Abwärtsspitze, die eine größere Abwärtsamplitude als die erste auftretende Abwärtsspitze hat, umfasst. Die Geschwindigkeit kann so geregelt werden, dass die maximale Aufwärtsamplitude des Wellenabschnitts, der sich oberhalb der Null-Amplituden-Koordinate befindet, größer ist als die maximale Abwärtsamplitude des Wellenabschnitts, der sich unterhalb der Null-Amplituden-Koordinate befindet. Die Geschwindigkeit kann so geregelt werden, dass ein Massenschwerpunkt der sekundären Exzenterwelle 206 einen vorlaufenden Drehwinkelversatz vor einem Massenschwerpunkt der primären Exzenterwelle 204 aufweist, wenn der Massenschwerpunkt der primären Exzenterwelle 204 sich in seiner maximalen Entfernung von dem zu verdichtenden Substrat (z.B. dem darunter liegenden Asphalt, Kies, Erde usw.) befindet.
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Das Steuersystem kann auch einen ersten Phasenwinkelsensor 302 umfassen, der konfiguriert ist, ein erstes Signal auszugeben, das einen Drehwinkel der primären Exzenterwelle 204 anzeigt, und einen zweiten Phasenwinkelsensor 304, der konfiguriert ist, ein zweites Signal auszugeben, das einen Drehphasenwinkel der sekundären Exzenterwelle 206 anzeigt. Die Regelung 300 kann konfiguriert sein, die Drehzahl von mindestens einem der Primär- und Sekundärmotoren 212, 226 zu regeln als Reaktion auf eine erkannte Differenz zwischen den durch das erste und das zweite Signal angezeigten Drehwinkeln. Dies kann zum Beispiel erreicht werden durch unabhängiges Regeln der primären und sekundären Exzenterwelle 204, 206 oder durch Regeln einer der primären und sekundären Exzenterwelle 204, 206 in Bezug auf die andere.
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In einigen Ausführungsformen regelt der Regler 300 die Drehzahl von mindestens einem der Primär- und Sekundärmotoren 212, 226, so dass die Drehzahl der sekundären Exzenterwelle 206 im Wesentlichen doppelt so schnell ist wie die Drehzahl der primären Exzenterwelle 204. Der Massenschwerpunkt der sekundären Exzenterwelle 206 kann auch einen vorlaufenden Drehwinkelversatz in einem Bereich von etwa 5 Grad bis etwa 45 Grad gegenüber dem Massenschwerpunkt der primären Exzenterwelle 204 aufweisen, wenn sich der Massenschwerpunkt der primären Exzenterwelle 204 in seiner maximalen Entfernung vom Substrat befindet.
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4 ist eine Ansicht einer Vibrationsbaugruppe 400 ähnlich der Vibrationsbaugruppe 200 aus 2. Die Vibrationsbaugruppe 400 in 4 hat primäre und sekundäre Exzenterwellen 404, 406, die von einem Paar Primär- und Sekundärmotoren 412, 426 gedreht werden, und welche mit der Oberflächenverdichtungsmaschine 10 in 1 gemäß einigen Ausführungsformen verwendet werden können. In dieser Ausführungsform ist die sekundäre Exzenterwelle 406 zumindest teilweise in einem hohlen Innenraum der primäre Exzenterwelle 404 eingeschlossen. Auf diese Weise bildet die primäre Exzenterwelle eine ringförmige primäre Unwuchtmasse 414, in der die unabhängig drehbare sekundäre Unwuchtmasse 428 der sekundäre Exzenterwelle 406 angeordnet ist.
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Zur Veranschaulichung weiterer Details der Vibrationsbaugruppe 400 in 4 ist eine Schnittansicht der Vibrationsbaugruppe 400 aus 4 in 5 dargestellt. Wie aus den 4 und 5 ersichtlich ist, stützt eine Primärlagerunterbaugruppe 408 die primäre Exzenterwelle 404, welche eine primäre Unwuchtmasse 414 aufweist, die über eine Stützkonstruktion (nicht dargestellt) zwischen einem Paar Lagerzapfen 416 gekoppelt ist. Wie in 5 dargestellt, stützt eine sekundäre Lagerunterbaugruppe 410 die sekundäre Exzenterwelle 406, welche eine sekundäre Unwuchtmasse 428 aufweist, die mit einer sekundären Antriebswelle 430 gekoppelt ist, in einer Aussparung innerhalb der primären Exzenterwelle 404. In dieser Ausführungsform sind die sekundären Lagerunterbaugruppen 410 innerhalb der Lagerzapfen 416 der primären Exzenterwelle 404 angeordnet, wobei die Lagerzapfen 416 Vibrationen von der sekundären Exzenterwelle 406 durch sie hindurch auf die Stützstruktur der Vibrationsbaugruppe 400 übertragen.
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In einigen Ausführungsformen können die primären und/oder sekundären Lagerunterbaugruppen 408, 410 verschiedene Arten von Lagern umfassen, wie z.B. Wälzlager (d.h. Wälzkörper), Fluidlager (wie zum Beispiel Öllager), elektromagnetische Lager oder eine Kombination davon. Zum Beispiel, in dieser Ausführungsform, sind die sekundären Lagerunterbaugruppen 410 Wälzlagerunterbaugruppen, welche einen äußeren Bund 431, der mit der primären Exzenterwelle 404 in Eingriff steht, einen inneren Bund 433, der mit der sekundären Exzenterwelle 406 in Eingriff steht, und eine Vielzahl von Wälzkörpern 435 umfassen, die zwischen dem äußeren Bund 431 und dem inneren Bund 433 angeordnet sind. Als Reaktion darauf, dass die primäre Exzenterwelle 404 um die Drehachse A mit der ersten Drehzahl dreht und die sekundäre Exzenterwelle 406 um die Drehachse A mit der zweiten Drehzahl dreht, rollen die Wälzlager 435 den äußeren Bund 431 und den inneren Bund 433 um die Drehachse A in Bezug zueinander mit einer dritten Drehzahl, die im Wesentlichen gleich einer Differenz zwischen der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl ist. In dieser Ausführungsform umfasst jeder der Lagerzapfen 416 auch einen breiten ringförmigen Abschnitt 437 mit einer Innenfläche, die an einer Außenfläche der sekundären Lagerunterbaugruppe 410 anliegt, und einen schmalen ringförmigen Abschnitt 439 mit einer Außenfläche, die an einer zweiten Außenfläche der primären Lagerunterbaugruppe 408 anliegt. In diesem Beispiel ist der Außendurchmesserder sekundären Lagerunterbaugruppen 410 größer als der Innendurchmesser der primären Lagerunterbaugruppen 408, wodurch größere und haltbarere sekundäre Lagerunterbaugruppen 410 ermöglich werden.
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Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 sind nun die jeweiligen Ansichten der primäre Exzenterwelle 404 und der sekundäre Exzenterwelle 406 der 4 gemäß weiteren Ausführungsformen dargestellt. Insbesondere ist der Primärmotor 412 aus 6 durch eine primäre Getriebebaugruppe 418 verbunden, welche eine primäre Antriebswelle (nicht dargestellt), ein Antriebsrad 422 und ein angetriebenes Zahnrad 424 zur Drehung der primären Exzenterwelle 404 umfasst. Der Sekundärmotor 426 ist über eine sekundäre Antriebswelle 430 verbunden, um die sekundäre Unwuchtmasse 428 der sekundären Exzenterwelle 406 unabhängig von der primären Exzenterwelle 404 zu drehen. In einer Ausführungsform ist der Primärmotor 412 ein Hydraulikmotor, der in der Lage ist, die primäre Exzenterwelle 404 zu drehen, und der Sekundärmotor 426 ein Elektromotor, der geeignet ist, die sekundäre Exzenterwelle 406 mit einer höheren Drehzahl als die primäre Exzenterwelle 404 zu drehen, aber es sollte verstanden werden, dass auch andere Komponenten verwendet werden können. Die primäre und die sekundäre Exzenterwelle 404, 406 haben jeweils einen Massenschwerpunkt, der radial versetzt zur gemeinsamen Drehachse A angeordnet ist. In der Ausführungsform der 4-7 sind die primäre und die sekundäre Exzenterwelle 404, 406 koaxial entlang einer gemeinsamen Drehachse A ausgerichtet, welche auch koaxial mit einer Drehachse der Trommel 16 (siehe 1), in welcher die primäre und die sekundäre Exzenterwelle 404, 406 angeordnet sind, ausgerichtet oder radial versetzt zu dieser angeordnet sein kann. Die Primär- und Sekundärmotoren 412, 426 können in einem Innenraum der Trommel 16 oder außerhalb der Trommel 16 der 1 montiert sein. In diesem Beispiel hat die primäre Exzenterwelle 404 eine größere Masse und ein größeres resultierendes exzentrisches Moment um ihre Drehachse als die sekundäre Exzenterwelle 406. Die Drehung der primären und sekundären Exzenterwelle 404, 406 erzeugt Vibrationskräfte, welche durch die Stützunterbaugruppe (nicht dargestellt) auf die zylindrische Walzenoberfläche der Trommeln 16 von 1 übertragen werden, um eine Verdichtungsfläche zu bilden, die das Substrat verdichtet. Die Stützstruktur kann Seitenwände der Trommeln 16 in 1 und/oder Kupplungen zu den Primär- und Sekundärmotoren 412, 426 und/oder den primäre und sekundäre Antriebswellen 420, 430 umfassen.
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Es ist zu verstehen, dass andere Beispiele zusätzliche und/oder andere Komponenten in unterschiedlichen Konfigurationen umfassen können. In dieser Hinsicht ist 8 eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe 800, ähnlich der Vibrationsbaugruppe 200 in 2, mit Primärlagerunterbaugruppen 808, die eine primäre Exzenterwelle 804 über eine Stützstruktur 802 stützen, und Sekundärlagerunterbaugruppen 810, die eine unabhängig drehbare sekundäre Exzenterwelle 806 über die Stützstruktur direkt stützen, entsprechend einigen Ausführungsformen. In diesem Beispiel werden sowohl die primäre als auch die sekundäre Exzenterwelle 804, 806 direkt von der Stützstruktur 802 über die entsprechenden primären und sekundären Lagerunterbaugruppen 808, 810 gestützt. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die primären Lagerunterbaugruppen 808 nicht die gesamte Vibrationsbelastung abstützen und übertragen müssen, die sowohl von der primären Exzenterwelle 804 als auch von der sekundären Exzenterwelle 806 der Vibrationsbaugruppe 800 erzeugt werden.
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Die Vibrationsbaugruppe 800 umfasst auch einen Primärmotor 812 und einen Sekundärmotor 826, ähnlich wie die Vibrationsbaugruppe 200 in 2. Der Primärmotor 812 ist mit einer Getriebeunterbaugruppe 818 gekoppelt, die eine primäre Antriebswelle 820, ein Antriebsrad 822 und ein angetriebenes Zahnrad 824 aufweist, das mit einem der Lagerzapfen 816 der primären Exzenterwelle 804 gekoppelt ist. Eine primäre Unwuchtmasse 814 ist zwischen die Lagerzapfen 816 der primären Exzenterwelle 804 gekoppelt. Der Sekundärmotor 826 ist direkt mit der sekundären Antriebswelle 830 gekoppelt, welche in die sekundäre Unwuchtmasse 828 eingekoppelt ist.
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Unter Bezugnahme auf 9 ist nun eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe 900 ähnlich der Vibrationsbaugruppe 200 in 2 dargestellt, wobei eine primäre Exzenterwelle 904 und eine sekundäre Exzenterwelle 906 mit unterschiedlichen Drehzahlen von einem einzigen Primärmotor 912 gedreht werden über eine gemeinsame Getriebeunterbaugruppe 918, entsprechend weiteren Ausführungsformen. In diesem Beispiel dreht der Primärmotor 912 eine sekundäre Antriebswelle 930 der sekundären Exzenterwelle 906 direkt. In diesem Beispiel dreht ein Antriebsrad 922 der Getriebeunterbaugruppe 918, das mit der sekundären Antriebswelle 930 gekoppelt ist, eine Zwischengetriebe-Untersetzungsunterbaugruppe 932, welche wiederum ein angetriebenes Zahnrad 924 mit einer Drehzahl dreht, die niedriger als die Drehzahl der sekundären Antriebswelle 930 ist. Das angetriebene Zahnrad 924 ist mit einem Lagerzapfen 916 der primären Exzenterwelle 904 gekoppelt, wodurch die primäre Exzenterwelle 904 mit einer geringeren Geschwindigkeit als die sekundäre Exzenterwelle 906 dreht. In diesem Beispiel hat die Getriebeunterbaugruppe 918 ein festes Drehzahlverhältnis, das gleich oder im Wesentlichen gleich der absoluten Drehzahl der sekundären Exzenterwelle 906 geteilt durch die absolute Drehzahl der primären Exzenterwelle 904 ist, aber es sollte verstanden werden, dass andere Konfigurationen ein Mehrganggetriebe und/oder ein stufenloses Getriebe verwenden können, um das Drehzahlverhältnis der primären und sekundären Exzenterwelle 904, 906 zu verändern. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass ein Regler, wie z.B. ein Regler 300 in 3, nur erforderlich sein würde, um einen einzelnen Primärmotor 912 anstatt mehrere Motoren unabhängig voneinander zu regeln. Zusätzliche Merkmale der Vibrationsbaugruppe 900 sind ähnlich zu entsprechenden Merkmalen in anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen, einschließlich Primärlagerunterbaugruppen 908, Sekundärlagerunterbaugruppen 910, primäre Unwuchtmasse 914 und sekundäre Unwuchtmasse 928.
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In einigen Ausführungsformen können zusätzliche koaxiale Exzenterwellen verwendet werden, um Vibrationswellenformen mit noch höherer Komplexität zu erzeugen. In dieser Hinsicht ist 10 eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe 1000 ähnlich der Vibrationsbaugruppe 200 in 2, mit einer primären Lagerunterbaugruppe 1008, die eine primäre Exzenterwelle 1004 über eine Stützstruktur (nicht dargestellt) stützt, einer sekundären Lagerunterbaugruppe 1010, die eine sekundäre Exzenterwelle 1006 über die primäre Exzenterwelle 1004 stützt. In diesem Beispiel stützt eine tertiäre Lagerunterbaugruppe 1038 eine tertiäre Exzenterwelle 1036 in einer Aussparung innerhalb der sekundären Exzenterwelle 1006 in einer verschachtelten Anordnung. Ein Tertiärmotor 1040 treibt direkt eine tertiäre Antriebswelle 1044 der tertiären Exzenterwelle 1036 unabhängig an, welche die tertiäre Unwuchtmasse 1042 der tertiären Exzenterwelle 1036 dreht, wodurch die Vibrationsbaugruppe 1000 Vibrationswellenformen mit zusätzlicher Komplexität erzeugen. Zusätzliche Merkmale der Vibrationsbaugruppe 1000 sind den entsprechenden Merkmalen in anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen ähnlich, einschließlich Primärmotor 1012, primäre Unwuchtmasse 1014, Primärzapfen 1016, primäre Getriebeunterbaugruppe 1018, primäre Antriebswelle 1020, Antriebsrad 1022, angetriebenes Zahnrad 1024, Sekundärmotor 1026, sekundäre Unwuchtmasse 1028 und Sekundärzapfen 1034.
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In ähnlicher Weise ist 11 eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Vibrationsbaugruppe 1100, ähnlich der Vibrationsbaugruppe 1000 in 10, mit einer zusätzlichen quaternären Lagerunterbaugruppe 1148, die eine quaternäre Exzenterwelle 1146 über die tertiäre Exzenterwelle 1136 stützt. Ein quaternärer Motor 1150 treibt eine quaternäre Antriebswelle 1154 der quaternären Exzenterwelle 1146 an, um eine quaternäre Unwuchtmasse 1152 zu drehen, um Wellenformen mit noch größerer Komplexität und Anpassung zu erzeugen. Zusätzliche Merkmale der Vibrationsbaugruppe 1100 sind ähnlich zu den entsprechenden Merkmalen in anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen, einschließlich primäre Exzenterwelle 1104, sekundäre Exzenterwelle 1106, primäre Lagerunterbaugruppen 1108, sekundäre Lagerunterbaugruppen 1110, Primärmotor 1112, primäre Unwuchtmasse 1114, Primärzapfen 1116, primäre Getriebebaugruppe 1118, Primärantriebswelle 1120, Antriebsrad 1122, angetriebenes Zahnrad 1124, Sekundärmotor 1126, sekundäre Unwuchtmasse 1128, sekundäre Antriebswelle 1030, sekundäre Lagerzapfen 1134, tertiäre Lagerunterbaugruppen 1138, tertiärer Motor 1140 (welcher in diesem Beispiel ein hohler Zentralwellenmotor ist), tertiäre Unwuchtmasse 1142, und tertiäre Antriebswelle 1144.
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Wie oben im Detail erörtert, besteht ein Vorteil der Verwendung von zwei (oder mehr) konzentrisch angeordneten Exzenterwellen darin, dass die von der Vibrationsbaugruppe erzeugten Vibrationswellenformen angepasst werden können, um eine effizientere Verdichtung durch die Vibrationsbaugruppe zu realisieren. In diesem Zusammenhang zeigt 12 Diagramme der vertikalen Verschiebung der primären und sekundären Exzenterwellen 404, 406 der 4-7 in Abhängigkeit von der Zeit, welche der vertikalen Verschiebung der Trommel 16 von 1 entsprechen kann, aufgrund der von den primären und sekundären Exzenterwellen 404, 406 der 4-7 erzeugten Vibrationskräfte, wie sie z.B. durch den Regler 300 der 3 geregelt wird, um beispielsweise eine höhere Drehzahldifferenz zu erzielen. Für die Diagramme in 12 regelt der Regler 300 von 3 die sekundäre Exzenterwelle 406 der 4-7 dreimal schneller zu drehen als die primäre Exzenterwelle 404 und, so dass der Masseschwerpunkt der sekundären Exzenterwelle 406 einen vorlaufenden Drehwinkelversatz vor dem Masseschwerpunkt der primären Exzenterwelle 404 in Drehrichtung der primären und sekundären Exzenterwelle 404 , 406 aufweist, wenn der Masseschwerpunkt der primären Exzenterwelle 404 seinen maximalen Abstand vom Substrat hat.
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Diagramm 1200 in 12 zeigt die vertikale Verschiebungsamplitude der primären Exzenterwelle 404 von den 4-7 über die Zeit, welche der vertikalen Verschiebung der Trommel 16 von 1 entsprechen kann, aufgrund von Vibrationskräften, die durch die Drehung der primären Exzenterwelle 404 (d.h. ohne Kraftbeitrag der sekundären Exzenterwelle 406) erzeugt werden. Diagramm 1210 in 12 zeigt die relativ kleinere vertikale Verschiebungsamplitude der sekundären Exzenterwelle 406 von den 4-7 über die Zeit, welche der vertikalen Verschiebung der Trommel 16 in 1 entsprechen kann, aufgrund von Vibrationskräften, die durch die Drehung der sekundären Exzenterwelle 406 (d.h. ohne Beitrag der primären Exzenterwelle 404) erzeugt werden. Diagramm 1220 in 12 zeigt eine zusammengesetzte Verschiebungswellenform, die durch die kombinierten Vibrationskräfte erzeugt wird, die durch die Drehung sowohl der primären Exzenterwelle 404 als auch der sekundären Exzenterwelle 406 von 4-7 erzeugt werden, welche die Verdichtungsfläche (d.h. die Trommeloberfläche) aufwärts und abwärts vibrieren lässt.
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In 12 ist zu erkennen, dass, durch dreimal schnelleres Drehen der sekundären Exzenterwelle 406 der 4-7 als der primären Exzenterwelle 404, und mit dem vorgelagerten Drehwinkelversatz, die zusammengesetzte Verschiebungswellenform des Diagramms 1220 eine Nullamplitudenkoordinate (d.h. 0 Wert entlang der Y-Achse), einen Wellenabschnitt oberhalb der Nullamplitudenkoordinate (d.h. Wellenabschnitt oberhalb der X-Achse) und einen Wellenabschnitt unterhalb der Nullamplitudenkoordinate (d.h. Wellenabschnitt unterhalb der X-Achse) umfasst. Unter Bezugnahme auf die zusammengesetzte Verschiebungswellenform des Diagramms 1220 umfasst der Wellenabschnitt unterhalb der Null-Amplituden-Koordinate eine Folge einer ersten auftretenden Abwärtsspitze 1222, einer zweiten auftretenden Aufwärtsspitze 1224 und einer dritten auftretenden Abwärtsspitze 1226, die eine größere Abwärtsamplitude als die erste auftretende Abwärtsspitze 1222 aufweist.
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In diesem Beispiel bewirkt die Form der zusammengesetzten Verschiebungswellenform von Diagramm 1220, dass die Trommel 16 von 1 das Substrat über eine größere Zeitdauer verdichtet, verglichen mit der rein sinusförmigen Wellenform von Diagramm 1200 allein. Die Substratverdichtung durch die zusammengesetzte Verschiebungswellenform des Diagramms 1220 kann die Bildung einer Bogenwelle des Substratmaterials vor der Trommel 16, die Längsverschiebung des Materials des Substrats, das Brechen eines Aggregats des Substrats und/oder die Bildung von Markierungen auf dem Substrat entlang der Kanten der zylindrischen Oberfläche der Trommel 16 vermeiden. Es sollte verstanden werden, dass das obige Beispiel eine von vielen verschiedenen komplexen zusammengesetzten Wellenformen ist, die durch die hierin offenbarten Ausführungsformen erzeugt werden können.
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Wenn ein Element mit einem anderen Element als „verbunden“, „gekoppelt“, „reaktionsfähig“, „montiert“ oder Varianten davon bezeichnet wird, kann es direkt mit dem anderen Element verbunden, gekoppelt, reaktionsfähig oder montiert sein oder es können dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wenn dagegen ein Element mit einem anderen Element als „direkt verbunden“, „direkt gekoppelt“, „direkt reaktionsfähig“, „direkt montiert“ oder Varianten davon bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Gleiche Zahlen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“, „einer“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, außer aus dem Kontext geht eindeutig etwas Anderes hervor. Bekannte Funktionen oder Konstruktionen werden aus Gründen der Kürze und/oder Klarheit möglicherweise nicht im Detail beschrieben.
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Der Begriff „und/oder“ und seine Abkürzung „/“ schließen alle Kombinationen von einem oder mehreren der damit verbundenen aufgelisteten Punkte ein.
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Es wird davon ausgegangen, dass die Begriffe erste, zweite, dritte, primäre, sekundäre usw. hier zwar zur Beschreibung verschiedener Elemente/Operationen verwendet werden können, diese Elemente/Operationen sollten jedoch nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element/eine Operation von einem anderen Element/einer anderen Operation zu unterscheiden. So könnte ein erstes Element/eine erste Operation in einigen Ausführungsformen als ein zweites Element/eine zweite Operation in anderen Ausführungsformen bezeichnet werden, ohne von den Lehren der Offenbarung abzuweichen. Dieselben Referenzziffern oder dieselben Referenzbezeichner bezeichnen in der gesamten Spezifikation dieselben oder ähnliche Elemente.
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So wie sie hierin verwendet werden, sind die Begriffe „umfassen“, „umfassend“, „umfassen“, „einschließen“, „einschließend“, „einschließen“, „haben“, „hat“, „haben“, „haben“ oder Varianten davon nicht abschließend und schließen ein oder mehrere angegebene Merkmale, ganze Zahlen, Elemente, Stufen, Komponenten oder Funktionen ein, schließen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Elemente, Stufen, Komponenten, Funktionen oder Gruppen davon nicht aus. Darüber hinaus kann, wie hier verwendet, die gebräuchliche Abkürzung „z.B.“, die sich von dem lateinischen Ausdruck „exempli gratia“ ableitet, verwendet werden, um ein allgemeines Beispiel oder Beispiele für einen zuvor erwähnten Punkt einzuführen oder zu spezifizieren, und ist nicht als Einschränkung eines solchen Punktes gedacht. Die gebräuchliche Abkürzung „i.e.“, die sich von dem lateinischen Ausdruck „id est“ ableitet, kann verwendet werden, um einen bestimmten Punkt aus einer allgemeineren Rezitation zu spezifizieren.
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Ein Fachmann wird erkennen, dass bestimmte Elemente der oben beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise kombiniert oder eliminiert werden können, um weitere Ausführungsformen zu schaffen, und dass solche weiteren Ausführungsformen in den Geltungsbereich und die Lehre der Offenbarung fallen. Es wird auch für diejenigen mit gewöhnlichen Fertigkeiten auf diesem Gebiet offensichtlich sein, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen ganz oder teilweise kombiniert werden können, um zusätzliche Ausführungsformen innerhalb des Geltungsbereichs und der Lehre der Offenbarung zu schaffen. Obwohl spezifische Ausführungsformen und Beispiele für Ausführungsformen hier zu Illustrationszwecken beschrieben werden, sind daher verschiedene gleichwertige Modifikationen innerhalb des Geltungsbereichs der Offenbarung möglich, wie diejenigen mit gewöhnlichen Fertigkeiten auf diesem Gebiet erkennen werden. Dementsprechend wird der Umfang der Erfindung aus den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten bestimmt.
