DE2066015B1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Anzeige- oder Steuersignals für den Fahrantrieb eines dynamischen Bodenverdichters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Anzeige- oder Steuersignals für den Fahrantrieb eines dynamischen Bodenverdichters bei Erreichen eines vorbestimmten Verdichtungsgrades in dem jeweils bearbeiteten Boden, bestehend aus einem Geber am schwingenden Arbeitsteil des Gerätes, der ein vom Verdichtungsgrad abhängiges Ausgangssignal erzeugt, und aus einer Auswertevorrichtung für das Ausgangssignal, die eine Auslöseeinrichtung für das Anzeige- oder Steuersignal aufweist.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (BE-PS 73 215) weist einen z. B. an einer Rüttelwalze angeordneten Beschleunigungsgeber auf, dessen Ausgangssignal in einer Auswertevorrichtung ein der Amplitude des Arbeitsteils entsprechendes Signal erzeugt. Bei Erreichen einer bestimmten Größe dieses Signals wird das Anzeige- oder Steuersignal ausgelöst. Diese Vorrichtung geht von der Annahme aus, daß die Verdichtungswirkung des Bodenverdichters optimal ist, wenn das Arbeitsteil mit der Resonanzfrequenz des jeweils bearbeiteten Bodens schwingt, weil dann die Schwingungsamplitude des Arbeitsteils maximal und somit seine Einwirkung auf den zu bearbeitenden Boden am größten ist. Diese Annahme ist jedoch keineswegs immer berechtigt; sie setzt zusätzlich voraus, daß das Arbeitsteil eine harmonische Bewegung ausführt.

Die Erfindung geht zunächst von der Erkenntnis aus,

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daß das Arbeitsteil zumindest von vielen dynamischen Bodenverdichtern keine harmonische Bewegung ausführt, sondern im Sprungbetrieb arbeitet. Das Arbeitsteil beschreibt dabei unter dem Einfluß der Schwerkraft und eventueller Auflastkräfte im wesentlichen Wurfparabeln, und die harmonischen Erregerkräfte des Schwingungserzeugers können zum Zeitpunkt des Auftretens des Arbeitsteils auf den Boden verschieden gerichtet sein. Sind die Erregerkräfte zu diesem Zeitpunkt nach unten gerichtet, so unterstützen sie die Schlagwirkung des Arbeitsteils beim Auftreffen auf den Boden, während die Schlagwirkung geschwächt wird, wenn sie zu diesem Zeitpunkt nach oben gerichtet sind. Die Schwingungsamplitude des Arbeitsteils ist dann kein zutreffendes Maß für die mit dem Rüttelgerät erzielte Verdichtung.

Von den am Arbeitsteil des Bodenverdichters angreifenden wesentlichen Kräften, nämlich der Schlagkraft, der Trägheitskraft des Arbeitsteils, der Erregerkraft und der Auflastkräfte, die in einem Gleichgewicht stehen, ist der Maximalwert der Schlagkraft, der beim Auftrehen des Arbeitsteils auf den Boden erreicht wird, der für die Verdichtung maßgebliche Wert. Die Messung dieser Schlagkraft ist jedoch mit den A üblicherweise verwendeten Beschleunigungsaufneh- ™ mern nicht möglich, da diese immer nur auf die Summe der auf das Arbeitsteil einwirkenden Kräfte ansprechen. Die Erfindung geht von der weiteren Erkenntnis aus, daß in dem Kräftegleichgewicht der Spitzenwert der Schlagkraft ein Vielfaches der Erregerkraft und der Auflastkräfte ist. Ein Beschleunigungsaufnehmer, dessen Signal der Trägheit des Arbeitsteils proportional ist, liefert somit ein dem Spitzenwert der zu erfassenden Schlagkraft entsprechendes Ausgangssignal. Es sind von einem Permanentmagneten mit einer einstellbaren Gegenkraft gehaltene ferromagnetische Massen als Beschleunigungsfühler bekannt (DE-AS 10 74 898), die sich bei Überschreitung einer vorgegebenen Haltekraft von dem Magneten lösen und ein Ausgangssignal abgeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf möglichst einfache Weise auf die Überschreitung eines vorgegebenen Spitzenwertes im wesentlichen der Schlagkraft zwischen Arbeitsteil und Boden anspricht. ^

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, ^ daß eine Geberanordnung aus einem magnetischen Beschleunigungsfühler mit einem Elektromagneten mit einstellbarem Fluß und aus einer Induktionswicklung an dem Elektromagneten und eine Verzögerungseinrichtung zur Aufrechterhaltung des Anzeige- oder Steuersignals vorgesehen sind.

Bei einer solchen Geberanordnung wird die Haltekraft des Magneten des Beschleunigungsfühlers durch Einstellung des Flusses auf einen Wert gebracht, der dem Spitzenwert der Schlagkraft des Arbeitsteils bei dem jeweils gewünschten Verdichtungsgrad entspricht. Der Beschleunigungsfühler spricht nur auf die Summe aller am Arbeitsteil angreifenden Kräfte an, die kleiner oder größer als der tatsächliche Spitzenwert der Schlagkraft sein kann. Jedoch ist der Spitzenwert der Schlagkraft unter den meisten vorkommenden Arbeitsbedingungen so viel größer als alle anderen Kräfte, die auf das Arbeitsteil einwirken, daß die Differenz zwischen Ansprechwert und tatsächlichem Wert im Hinblick auf den Verdichtungsgrad des Bodens unberücksichtigt bleiben kann. Überschreitet der Spitzenwert der Schlagkraft des Arbeitsteils die voreingestellte

Haltekraft des Magneten, so löst sich die Masse des Beschleunigungsfühlers von dem Elektromagneten. Dadurch erfährt das Magnetfeld eine plötzliche, starke Änderung, die in der Induktionswicklung einen Spannungsstoß induziert. An der Verzögerungseinrichtung wird durch diesen relativ kurzen Impuls ein Anzeigeoder Steuersignal über ein Zeitintervall ausgelöst, das ausreicht, um den Bodenverdichter über eine bestimmte Strecke fortzubewegen. Die Verzögerungseinrichtung spricht nicht auf den induzierten Spannungsstoß umgekehrter Polarität an, der beim Zurückklappen der Masse des Beschleunigungsfühlers entsteht.

Zweckmäßigerweise weist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Auswertevorrichtung einen Impulsformer auf, der dazu dient, den induzierten Spannungsimpuls in einen Impuls bestimmter Form und Dauer umzuwandeln. Die induzierten Spannungsstöße sind unterschiedlich und hängen nach Form und Dauer beispielsweise von der Masse des Beschleunigungsfühlers, aber auch von der Größe des Spitzenwertes der Schlagkraft ab. Durch die Impulsformung wird sichergestellt, daß in jedem Falle beim Auftreten des induzierten Spannungsstoßes die Verzögerungseinrichtung ausgelöst wird. Der Impulsformer kann dabei von einer monostabilen Kippschaltung gebildet werden, die dann auf den induzierten Spannungsstoß umgekehrter Polarität beim Zurückklappen der Masse des Beschleunigungsfühlers nicht anspricht.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung weist die Auswertevorrichtung zweckmäßigerweise ein dem Impulsformer vorgeschaltetes Differenzierglied zur Differentiation des Ausgangssignals der Geberanordnung auf, und die Verzögerungseinrichtung ist ein dem Impulsformer nachgeschaltetes ÄC-Glied, das einen Trigger zur Auslösung des Anzeige- oder Steuersignals ansteuert. Durch die Differentiation wird ein hinreichend steller Anstieg des Signals zum Schalten des Impulsformers erhalten. Ist die Schaltperiode des Impulsformers für den vorliegenden Anwendungszweck zu gering, so wird sie durch das nachgeschaltete ÄC-Glied hinreichend verlängert.

Vorteilhafterweise ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung ein erster einstellbarer Erregerstromkreis für die Erregerwicklung des Elektromagneten vorgesehen, und die Induktionswicklung ist in einem unabhängig einstellbaren zweiten Erregerstromkreis des Elektromagneten angeordnet. Dadurch kann in einem unabhängigen Erregerstromkreis eine Feinregulierung der Haltekraft des Elektromagneten erfolgen.

Insgesamt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung denkbar einfach aufgebaut und gestattet einen Betrieb des Bodenverdichters mit einer Geberanordnung, die als Prüfmittel ausgebildet ist, welches den Spitzenwert der Trägheitskraft mit dem Wert der zwischen Arbeitsteil und Boden wirksamen Schlagkraft vergleicht, der für die erzielte Bodenverdichtung maßgeblich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt und wird nachfolgend an Hand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben.

Die Abbildung stellt einen Schnitt durch den Beschleunigungsfühler und Geberanordnung dar und zeigt damit verknüpft die Schaltung des Gebers, der Auswertevorrichtung und der Verzögerungseinrichtung.

Der Beschleunigungsfühler besteht aus einer Masse 56, die an zwei Blattfedern 58 geführt ist, die an einem

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vertikal verlaufenden Teil eines (nicht gezeigten) Arbeitsteils eines Bodenverdichters, z. B. der Rüttelplatte eines Plattenrüttlers, angebracht sind. Die Masse 56 besteht aus ferromagnetischem Material; in Ruhestellung bildet sie das joch eines Elektromagneten 60, der an einem horizontal verlaufenden Teil des Arbeitsteils angebracht ist. Der Elektromagnet 60 weist einen ersten Erregerstromkreis 62 mit einer Erregerwicklung 64, einer Spannungsquelle 66 und einem Einstellwiderstand 68 auf, an dem der Strom und damit die Haltekraft des Elektromagneten 60 grob auf eine bestimmte Größe eingestellt wird. Der Geber in dieser Geberanordnung ist eine Induktionswicklung 70 an dem Elektromagneten 60, die mit einer Spannungsquelle 72 und einem weiteren Einstellwiderstand 74 in einem zweiten Erregerstromkreis liegt, an dem eine Feineinstellung des Stroms und damit der Haltekraft des Elektromagneten 60 erfolgt. Die Haltekraft wird dabei höchstens so groß gewählt wie die zur Erzielung der gewünschten Verdichtung maximal notwendige Schlagkraft des Arbeitsteils.

Die Auswertevorrichtung, an der das Ausgangssignal der Geberanordnung anliegt, besteht aus einem Differenzierglied und einem diesem nachgeschalteten Impulsformer 80. Das Differenzierglied wird von einem Kondensator 76 und einem Kopplungswiderstand 78 gebildet; der Impulsformer 80 kann von einer monostabilen Kippschaltung od. dgl. gebildet werden, die nur auf ansteigende Signale anspricht. Insofern ist die Auswertevorrichtung gegenüber der Polarität des Geberausgangssignals empfindlich.

Die Verzögerungseinrichtung ist ein mit dem Impulsformer 80 in Reihe geschaltetes RC-Glied aus einem Kondensator 82 und einem dazu parallel liegenden Widerstand 84, dessen Ausgang einen Trigger 86 ansteuert. Der Trigger 86 löst ein visuelles Anzeigesignal an einer Lampe 88 oder ein Steuersignal an einem Relais 90 aus.

Überschreitet der Spitzenwert der Schlagkraft des Arbeitsteils den an den Einstellwiderständen 68, 74 voreingestellten Wert der Haltekraft des Elektromagneten 60, so löst sich die an den Blattfedern 58 geführte ferromagnetische Masse 56 von dem Elektromagneten 60 und induziert dadurch einen ersten Spannungsstoß in der Induktionswicklung 70. Fällt die Schlagkraft des Arbeitsteils wieder ab, so kehrt die ferromagnetische Masse 56 unter dem Einfluß der Blattfedern 58 und des Elektromagneten 60 wieder in die in der Abbildung dargestellte Ausgangsposition zurück. Dabei wird in der Induktionswicklung 70 ein zweiter Spannungstoß induziert, dessen Polarität der des ersten Spannungsstoßes entgegengerichtet ist.

Die Spannungsstöße werden in der Differenzierstufe 76, 78 differenziert, und das differenzierte Signal des ersten Spannungsstoßes stößt den Impulsformer 80 an, der einen Rechteckimpuls bestimmter Dauer erzeugt, durch den der Kondensator 82 des RC-Gliedes 82, 84 aufgeladen wird. Das differenzierte Signal des zweiten Spannungsstoßes kann wegen seiner umgekehrten Polarität den Impulsformer 80 nicht anstoßen und bleibt daher wirkungslos. Das ÄC-Glied 82, 84 entlädt sich entsprechend seiner Zeitkonstante und erzeugt über den Trigger 86 ein Anzeigesignal durch die Lampe 88 oder ein Steuersignal an dem Relais 90. Das Aufleuchten der Lampe 88 zeigt der Bedienungskraft an, daß der Bodenverdichter weiterbewegt werden kann; das Relais 90 bewirkt eine Vorwärtsbewegung durch vorübergehende Verstärkung des Fahrantriebs oder vorüberge-

hende Verlagerung der Hauptwirkungsrichtung des Schwingungserregers für das Arbeitsteil. Die Entladezeit des Kondensators 82 ist dabei so kurz bemessen, daß beim Vortrieb des Bodenverdichters keine unbearbeiteten Stellen verbleiben.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Anzeige- oder Steuersignals für den Fahrantrieb eines dynamischen Bodenverdichters bei Erreichen eines vorbestimmten Verdichtungsgrades in dem jeweils bearbeiteten Boden, bestehend aus einem Geber am schwingenden Arbeitsteil des Gerätes, der ein vom Verdichtungsgrad abhängiges Ausgangssignal erzeugt, und aus einer Auswertevorrichtung für das Ausgangssignal, die eine Auslöseeinrichtung für das Anzeigeoder Steuersignal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geberanordnung aus einem magnetischen Beschleunigungsfühler mit einem Elektromagneten (60) mit einstellbarem Fluß und aus einer Induktionswicklung (70) an dem Elektromagneten (60) und eine Verzögerungseinrichtung zur Aufrechterhaltung des Anzeige- oder Steuersignals vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung einen Impulsformer (80) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung ein dem Impulsformer (80) vorgeschaltetes Differenzierglied (76, 78) aufweist und daß die Verzögerungseinrichtung ein dem Impulsformer (80) nachgeschaltetes ÄC-Glied (82, 84) ist, das einen Trigger (86) zur Auslösung des Anzeige- oder Steuersignals ansteuert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Elektromagneten (60) ein erster einstellbarer Erregerstromkreis (62) vorgesehen ist und daß die Induktionswicklung (70) in einem unabhängig einstellbaren zweiten Erregerstromkreis angeordnet ist.