DE69915097T2

DE69915097T2 - Verdichtungswalze

Info

Publication number: DE69915097T2
Application number: DE69915097T
Authority: DE
Inventors: Johnstone Eric COOK; Avril Christoffel MIJBURGH
Original assignee: Compaction Technology Soil Ltd
Current assignee: Compaction Technology Soil Ltd
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: US6843615B1; AU762720B2; EP1131495B1; CA2348881A1; WO2000028155A1; EP1131495A1; CA2348881C; CN1332823A; AU6361999A; DE69915097D1; ES2216573T3

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft eine Verdichtungswalze.
Herkömmlich wurde die Bodenverdichtung entweder durch runde Walzen mit beträchtlicher Masse oder durch Rüttelwalzen durchgeführt. In verhältnismäßig jüngerer Zeit wurde bei Bodenverdichtungstätigkeiten die beispielsweise in der Beschreibung der US-Patentschrift US 2,909,106 beschriebene Schlagverdichtung verwendet. Es zeigte sich, daß Schlagverdichter in einer gewissen Tiefe unter der Oberfläche hochgradige Bodenverdichtungen erreichen, aber in manchen Fällen für die Verdichtung von Schichtarbeiten, bei der eine verhältnismäßig seichte Oberflächenzone des Bodens zu verdichten ist, nicht wirklich wirksam sein können. Je nach den Bodenbedingungen kann die Schlagwalze eines Schlagverdichters eine Neigung dazu aufweisen, die Oberflächenschicht lediglich zu stören als sie wirksam zu verdichten.
Die Schlagwalze eines herkömmlichen Schlagverdichters kann auch eine Neigung dazu aufweisen, örtlich begrenzte Vertiefungen in der Bodenfläche zu erzeugen, die anschließende Glättungsvorgänge erfordern. Sie kann auch eine Stoßbelastung sowohl auf die schleppende Zugmaschine als auch auf die Bodenmasse erzeugen und eine verhältnismäßig geringe Betriebsgeschwindigkeit aufweisen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist eine Bodenverdichtungswalze, umfassend eine mehrseitige, unrunde, umfängliche Verdichtungsfläche, die über eine Bodenfläche, welche verdichtet werden soll, walzen kann, wobei die Verdichtungsfläche durch mehrere winkelig getrennte Knickpunkte und entsprechende mehrere Verdichtungsseiten definiert ist und jede Verdichtungsseite nach außen konvex geformt ist, bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich jede Verdichtungsseite durchgehend von einem Knickpunkt zu einem benachbarten Knickpunkt erstreckt und sich der Augenblickspol der Drehung jeder Verdichtungsseite, an dem diese Verdichtungsseite während des Walzens die Bodenfläche berührt, fortwährend um das gesamte Ausmaß der Verdichtungs seite bewegt, wodurch die Walze eine fortwährende Knetwirkung auf die Bodenfläche ausübt, während sie über diese Fläche walzt.
Die Geometrie der Walze ist vorzugsweise so, daß die Knickpunkte gleichwinkelig getrennt um eine Mittelachse der Walze und in gleichem Abstand von dieser Achse angeordnet sind, und jede Verdichtungsseite um eine radiale Halbierende der beiden Knickpunkte, zwischen denen sich die Verdichtungsseite erstreckt, symmetrisch ist. Die Verdichtungsseite kann sanft konvex gekrümmt sein oder aus mehreren flachen Facetten bestehen, die in Kombination eine nach außen konvexe Form bilden.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung stellt eine Bodenverdichtungsmaschine bereit, die eine wie oben zusammengefaßte Bodenverdichtungswalze umfaßt. Die Maschine kann ein Paar der Walzen umfassen, die Seite an Seite zueinander angeordnet sind.
Bei der Doppelwalzenausführung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum Beispiel können die Bodenverdichtungswalzen in der im Dokument ZA80/2099 (= EP 0 017 511 ) für Schlagverdichtungswalzen beschriebenen Weise an einer gemeinsamen Achse angebracht sein. Alternativ können die Walzen wie im Dokument PCT/IB99/00906 für Schlagverdichtungswalzen beschrieben unabhängig an separaten Achsen aufgehängt sein. Die Maschine kann selbstfahrend sein, wie im Dokument PCT/GB96/01708 (WO97/04179) für eine Schlagverdichtungsmaschine beschrieben ist, oder sie kann ein Kupplungsmittel beinhalten, um sie an ein Zugfahrzeug wie etwa eine Zugmaschine anzukoppeln. Die Maschine kann auch eine Hilfsantriebsanordnung beinhalten, um eine zusätzliche Drehantriebskraft zu den Walzen zu führen, wie im Dokument PCT/GB98/01400 (WO98/51866) für eine Doppelwalzenschlagverdichtungsmaschine beschrieben ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen
1 eine perspektivische Ansicht einer Verdichtungswalze gemäß dieser Erfindung zeigt;
2 eine Seitenansicht der Verdichtungswalze zeigt;
3 eine Hinteransicht der Verdichtungswalze zeigt;
4 einen Querschnitt an der Linie A-A in 2 zeigt; und
5 eine Bodenverdichtungsmaschine zeigt, die zwei Verdichtungswalzen gemäß der Erfindung beinhaltet,
nur beispielhaft ausführlicher beschrieben werden.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die veranschaulichte mehrseitige Verdichtungswalze 10 weist eine zentrale Nabe 12, die an einer Mittelachse 14 angeordnet ist, und eine umfängliche Verdichtungsfläche 16, die durch radiale Speichen 18 mit der Nabe verbunden ist, auf. Die Verdichtungsfläche 16 ist durch sechs Knickpunkte 20, die gleichwinkelig getrennt und in gleichem Abstand von der Mittelachse 14 angeordnet sind, und sechs dazwischenliegende Verdichtungsseiten 22, die sich zwischen den Knickpunkten erstrecken, definiert. Die Verdichtungsseiten 22 sind untereinander identisch, und jede weist eine sanfte konvexe Krümmung auf, die um eine radiale Halbierende der beiden Knickpunkte 20, zwischen denen sie sich erstreckt, symmetrisch ist. Beispielsweise ist die Verdichtungsseite 22.1 um die radiale Halbierende 24 der beiden Knickpunkte 20.1 symmetrisch.
Die Knickpunkte 20 und Seiten 22 der Verdichtungsfläche 16 sind durch gekrümmte Verschleißplatten 26 bzw. 28 gebildet, die an den Enden der Speichen 18 angebracht sind. Die Anordnung der Platten 26 und 28 wird durch Rippen 30 versteift, die an den Seitenkanten der Platten angeordnet sind und mit den Platten und den seitlichen Ausläufern der Speichen 18 verbunden sind.
Beim Betrieb der Verdichtungswalze 10 ist die Nabe 12 an einer Achse angebracht, die durch einen Wagen gestützt ist, der durch ein passendes Zugfahrzeug wie etwa eine (nicht gezeigte) Zugmaschine gezogen wird. In der Praxis können zwei gleichartige Verdichtungswalzen Seite an Seite angeordnet sein. In diesem Fall können die Verdichtungswalzen an einer gemeinsamen Achse angebracht sein oder unabhängig aufgehängt sein.
Die Beschreibung des südafrikanischen Patents ZA 80/2099 (= EP 0 017 511 ) beschreibt eine Vorrichtung, bei der zwei Schlagverdichtungswalzen Seite an Seite an einer gemeinsamen Achse angebracht sind. Eine gleichartige Anbringungsanordnung kann verwendet werden, um Verdichtungswalzen 10 an einer gemeinsamen Achse anzubringen.
Das Dokument PCT/IB/00906 beschreibt eine Vorrichtung, bei der zwei Schlagverdichtungswalzen unabhängig in einer Seite an Seite liegenden Anordnung aufgehängt sind, und erneut kann eine gleichartige Anbringungsanordnung für Doppelverdichtungswalzen 10 verwendet werden, wie in 5 gezeigt ist.
Es liegt auch im Umfang der Erfindung, daß nur eine einzelne Verdichtungswalze 10 vorhanden sind, in welchem Fall die Walze in der Weise angebracht sein kann, die in der Beschreibung der US-Patentschrift US 2,909,106 beschrieben ist.
Es liegt auch im Umfang der Erfindung, daß die Verdichtungswalze(n) 10 einen Teil einer selbstfahrenden Maschine bilden, die zum Beispiel von jener Art sein kann, die in der Beschreibung des Dokuments PCT(GB96/01708 (WO97/04179) beschrieben ist.
Die Dokumente EP 0 017 511 , PCT/IB99/00906, US 2,919,106 und WO97/04179 beschreiben Stoßverdichtungsmaschinen, bei denen jede Verdichtermasse, während sie über die zu verdichtende Bodenfläche walzt, abwechselnd an einem Knickpunkt hochsteigt, potentielle Energie speichert, und dann vorwärts und abwärts fällt, damit die gespeicherte potentielle Energie als ein Auftreffschlag durch eine Verdichtungsseite, die dem Knickpunkt folgt, zur Bodenfläche geführt wird. Wie im Vorhergehenden erwähnt weist diese Technik, obwohl sie sich als zur Erzeugung hochgradiger Bodenverdichtungen in beträchtlichen Tiefen unter der Bodenfläche wirksam gezeigt hat, zumindest bei manchen Anwendungen einige Nachteile auf.
Die Verdichtungswalze 10 wirkt nicht in der Weise einer Schlagverdichtungswalze. Während sie über die Bodenfläche walzt, steigt sie an jedem Knickpunkt 20 hoch und walzt dann auf die nachfolgende Verdichtungsseite 22 vorwärts und abwärts. Potentielle Energie, die gespeichert wird, während die Walze an einem Knickpunkt hochsteigt, wird auf die Bodenfläche ausgeübt, wenn die Walze auf die nachfolgende Seite 22 walzt, doch erfolgt dies in einer viel sanfteren Weise, als es bei einer Schlagverdichtungswalze der Fall ist. Dies ist unter anderem der konvexen Form der Seiten 22 zuzuschreiben, die einen sanften Übergang von jeder hochgestiegenen Stellung der Speicherung von potentieller Energie zu einer Folge verhältnismäßig abgesenkter Stellungen gestattet, wenn die konvexe Fläche der anschließenden Seite 22 über die Bodenfläche walzt. Der Augenblickspol der Drehung, d. h., der Punkt, an dem die Verdichtungsfläche 16 einen Linienkontakt mit der Bodenfläche herstellt und um den sich die Walze augenblicklich in bezug auf die Bodenfläche dreht, bewegt sich fortwährend um im wesentlichen das gesamte Ausmaß der Fläche 16.
Die Tätigkeit der Walze 10 kann im Gegensatz zur periodischen Schlagwirkung einer Schlagverdichtungswalze mit einer fortwährenden Knetwirkung verglichen werden.
Die Wirkung davon ist, daß die Bodenfläche über die gesamte Drehung der Walze 10 hinweg, d. h., an allen Winkelpositionen der Walze, einen Verdichtungsdruck erfährt. Wenn die Walze auf einen Knickpunkt 22 hochsteigt, wird der Verdichtungsdruck als ein Ergebnis der durch die Walze auf die Bodenfläche ausgeübten Reaktionskraft erfahren, und wenn die Walze anschließend auf eine Verdichtungsseite 22 vorwärts und abwärts walzt, wird die Verdichtungskraft als ein Ergebnis der zur Bodenfläche übertragenen gespeicherten potentiellen Energie erfahren.
Die Wirkung steht im Gegensatz zur Wirkung einer Schlagverdichtungswalze. Im Fall von Schlagverdichtungswalzen, die glatte Seiten aufweisen, befinden sich die einzigen Zentren der Drehung an den Knickpunkten oder Ecken der Walze.
Es gibt keine fortwährende Bewegung eines Augenblickspols der Drehung um die umfängliche Verdichtungsfläche der Walze. Im Fall von Schlagverdichtungswalzen, die eine einspringende Aussparung zwischen jedem Knickpunkt und der anschließenden Verdichtungsseite aufweisen, springt das Zentrum der Drehung vom Knickpunkt zu einem winkelig getrennten Punkt auf der Verdichtungsseite. Somit gibt es erneut keine fortwährende glatte Bewegung eines Augenblickspols der Drehung um das gesamte Ausmaß der umfänglichen Verdichtungsfläche.
Im Gegensatz zur sanften und fortwährenden Ausübung eines Verdichtungsdrucks auf die Bodenfläche mit der Walze 10 üben beide oben erwähnten Arten von Schlagwalzen abrupte, nichtfortwährende Druckspitzen auf die Bodenfläche aus, was zu einer Störung der Bodenmasse nächst der Bodenfläche, aber häufig zu einer wenig wirksamen Verdichtung dieser Masse führt.
Aufgrund ihrer Fähigkeit, einen sanften und fortwährenden Druck auf die Bodenfläche auszuüben, hat eine Walze 10 andererseits in anfänglichen Versuchen die Fähigkeit gezeigt, eine wirksame Verdichtung gerade an der Oberfläche einer Bodenmasse zu erzielen. Dies macht die Walze 10 für eine Verwendung bei verdichtenden Schichtarbeiten äußerst geeignet.
Zusätzlich dazu führt die sanfte Ausübung des Verdichtungsdrucks mit der Walze 10 zu einer verhältnismäßig glatten, verdichteten Bodenfläche. Dies steht erneut in einem Gegensatz zur Tätigkeit einer Schlagverdichtungswalze, bei der in der Bodenfläche örtlich begrenzte Vertiefungen erzeugt werden, die anschließend kennzeichnenderweise durch Schaufeln geglättet werden müssen.
Mit der veranschaulichten Walze 10 können angemessene Grade der Bodenverdichtung auch ohne die wesentlichen Stoßlasten, die beim Betrieb einer Schlagverdichtungswalze erfahren werden, erzielt werden. Dies kann wiederum zu einem verringerten Verschleiß des Verdichters selbst und der umgebenden Ausrüstung und Aufbauten führen.
Ein weiterer Vorteil der veranschaulichten Walze 10 im Vergleich mit, zum Beispiel, wie in der Beschreibung des Dokuments ZA 96/6036 ersichtlichen Schlagverdichtungswalzen ergibt sich aus den symmetrischen Formen der Seiten 22, die gestatten, daß die Walze bidirektional ist, d. h., in beiden Richtungen, und bei vergleichbaren Ergebnissen kennzeichnenderweise mit höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten als eine Schlagwalze, über die Bodenfläche gewalzt werden kann. Dies ist in Fällen, in denen Walzen 10 in einer umkehrbaren selbstfahrenden Maschine verwendet werden, besonders wichtig.
Bei der bevorzugten Walze 10 sind die Verdichtungsseiten sanft und konvex gekrümmt, doch liegt es im Umfang der Erfindung, daß diese Seiten aus einer großen Zahl von schmalen flachen Facetten bestehen, die in Kombination eine im allgemeinen konvexe Fläche definieren.
Das Dokument PCT(GB98/01400 (WO98/51866) beschreibt eine Schlagverdichtungsmaschine, die eine Hilfsantriebsanordnung beinhaltet, um auf die Schlagverdichtermassen oder -walzen der Maschine einen zusätzlichen Drehantrieb auszuüben. Dies kann notwendig sein, wenn die Knickpunkte der Walzen beispielsweise eine Neigung aufweisen, sich in die Bodenfläche einzugraben oder darauf zu gleiten. Die Hilfsantriebsanordnung ist tätig, um die Winkelgeschwindigkeit der Walzen für die Fortsetzung des normalen Betriebs wiederherzustellen. Es liegt auch im Umfang der vorliegenden Erfindung, daß in der Verdichtungsmaschine eine Hilfsantriebsanordnung enthalten ist, die der im Dokument WO98/51866 beschriebenen ähnlich ist.

Claims

Bodenverdichtungswalze (10), umfassend eine mehrseitige, unrunde, umfängliche Verdichtungsfläche (16), die in der Lage ist, über eine Bodenfläche zu walzen, welche verdichtet werden soll, wobei die Verdichtungsfläche durch mehrere winklig getrennte Knickpunkte (20) und entsprechende mehrere Verdichtungsseiten (22) definiert ist, wobei die Verdichtungsseiten (22) bezüglich einander und bezüglich einer zentralen Nabe (12) befestigt sind und jede Verdichtungsseite nach außen konvex geformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Verdichtungsseite (22) durchgehend von einem Knickpunkt (20) zu einem benachbarten Knickpunkt (20) erstreckt und sich der Augenblickspol jeder Verdichtungsseite, d. h. der Punkt, an dem die Verdichtungsseite (16) die Bodenfläche berührt und um den sich die Walze augenblicklich bezüglich der Bodenfläche dreht, fortwährend um das gesamte Ausmaß der Verdichtungsseite dreht, wobei die Walze (10) eine fortwährende Knetwirkung auf die Bodenfläche ausübt, wenn sie über die Fläche walzt.
Bodenverdichtungswalze nach Anspruch 1, wobei die Verdichtungsseiten (22) auf jeder Seite von jedem Knickpunkt symmetrisch bezüglich einander um eine Ebene sind, die eine Mittelachse (14) der Walze (10) und den Knickpunkt enthält.
Bodenverdichtungswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Verdichtungsseite (22) symmetrisch um eine radiale Halbierende der zwei Knickpunkte (20) ist, zwischen denen sich die Verdichtungsseite erstreckt.
Bodenverdichtungswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Knickpunkte (20) gleichwinklig getrennt um die Mittelachse (14) der Walze und abstandsgetreu von dieser Achse angeordnet sind.
Bodenverdichtungswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Verdichtungsseite (22) gleichmäßig konvex gekrümmt ist.
Bodenverdichtungswalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede Verdichtungsseite (22) mehrere flache Facetten umfaßt, die in Kombination eine nach außen konvexe Form ausbilden.
Bodenverdichtungswalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine erste Reihe von Verschleißplatten (28), die die Knickpunkte (20) definieren, und eine zweite Reihe von Verschleißplatten (26), die die Verdichtungsseiten (22) definieren.
Bodenverdichtungswalze nach Anspruch 7, umfassend eine zentrale Nabe (12) und mehrere Speichen (18), die die Verschleißplatten (26) der zweiten Reihe mit der Nabe verbinden.
Bodenverdichtungswalze nach Anspruch 8, umfassend Versteifungsrippen (30), die im Inneren der Verschleißplatten (26, 28) an den Seitenkanten der Verschleißplatten angeordnet sind, wobei die Versteifungsrippen mit den Verschleißplatten und den Speichen (18) verbunden sind.
Bodenverdichtungsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bodenverdichtungswalze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen umfaßt.
Bodenverdichtungsmaschine nach Anspruch 10, umfassend ein Paar der Bodenverdichtungswalzen (10), welche Seite an Seite zueinander angebracht sind.
Bodenverdichtungsmaschine nach Anspruch 11, wobei die Bodenverdichtungswalzen (10) an einer gemeinsamen Achse angebracht sind.
Bodenverdichtungsmaschine nach Anspruch 12, wobei die Bodenverdichtungswalzen (10) unabhängig an separaten Achsen aufgehängt sind.