EP1568420B1 - Steuerung und Steuerungsverfahren für eine Vibrationsmaschine - Google Patents

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EP1568420B1
EP1568420B1 EP05001429.9A EP05001429A EP1568420B1 EP 1568420 B1 EP1568420 B1 EP 1568420B1 EP 05001429 A EP05001429 A EP 05001429A EP 1568420 B1 EP1568420 B1 EP 1568420B1
Authority
EP
European Patent Office
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pulse width
width modulation
modulation signal
relative position
adjusting cylinder
Prior art date
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Ceased
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EP05001429.9A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1568420A2 (de
EP1568420A3 (de
Inventor
Niels Laugwitz
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Bomag GmbH and Co OHG
Original Assignee
Bomag GmbH and Co OHG
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Publication date
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Application filed by Bomag GmbH and Co OHG filed Critical Bomag GmbH and Co OHG
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Publication of EP1568420A3 publication Critical patent/EP1568420A3/de
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Publication of EP1568420B1 publication Critical patent/EP1568420B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161—Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B06B1/166—Where the phase-angle of masses mounted on counter-rotating shafts can be varied, e.g. variation of the vibration phase
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil
    • E02D3/074—Vibrating apparatus operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18544—Rotary to gyratory
    • Y10T74/18552—Unbalanced weight

Definitions

  • the invention relates to a control for an unbalance adjusting device in a vibration machine, in particular in a device for controlling the direction of travel of a soil compaction machine.
  • the invention further relates to a method for controlling an unbalance adjusting device in a vibration machine.
  • Soil compaction machines usually have vibratory plates which move at a certain frequency to compact a soil material by vertical impacts.
  • the shocks are caused by vertically directed vibration of the vibrating plate, which are generated by a pair of imbalance counterweights.
  • the imbalances rotate synchronously, but with opposite direction of rotation and generate a resulting centrifugal force in a direction of vibration.
  • a desired directional vibration direction can be set, which can deviate from the vertical direction of vibration, so that in addition to the vertically directed vibration component and a horizontally directed vibration component is generated.
  • the horizontally directed vibration component causes a forward or backward movement of the soil compaction machine.
  • a controller for an unbalance adjustment device with a vibration exciter of a soil compaction machine is known.
  • an adjusting cylinder for adjusting phase positions of imbalances in the vibration exciter by means of a reference piston, which is coupled to a switching valve are controlled.
  • the switching valve serves to control an oil inflow from a pressure oil source or an oil drain to an oil return to and from the reference piston.
  • the user of the soil compacting machine can adjust the switching valve electrically or mechanically between two positions thereby enabling the movement of the adjusting cylinder in both directions to the forward or backward movement of the soil compaction machine select.
  • a disadvantage of such direction control is that transducers are required.
  • a direction of travel control for a soil compaction machine includes a movable travel lever whose positions are detected by a button that controls a switching valve.
  • the switching valve controls an adjusting cylinder in a vibration generating device so that it is moved between a starting position and an end position.
  • the soil compaction device moves the soil compaction device in the forward or reverse direction.
  • this soil compaction machine only a forward or backward movement can be set, which is determined in each case by the resulting centrifugal force in the end positions of the adjusting cylinder.
  • the JP 05-321904 A is directed to a drive control of a pneumatic cylinder.
  • the aim is to move a pneumatic cylinder smoothly and to improve the stop accuracy of a piston in a central position.
  • an actual position of an adjusting piston to be controlled is detected with a sensor and fed via a feedback branch into a control loop.
  • the pulse width modulation technology for operating control valves of the adjusting piston is used in the control loop to regulate the position of the adjusting piston in an adjusting cylinder.
  • a controller for an imbalance adjusting device is provided in a vibration machine. It has an adjusting cylinder which is hydraulically adjustable to adjust a relative position of counter-rotating imbalances in the vibrating machine.
  • a control valve is provided in order to adjust the adjustment cylinder in such a way that the vibration behavior of the vibration machine, in particular the vibration direction of the vibration machine, is adjusted.
  • It is a control unit for driving the control valve according to a Pulse width modulation signal provided to adjust the relative position of the imbalance depending on the duty cycle of the pulse width modulation signal.
  • a pulse width modulation signal is periodic and has two states within the period, namely a first state and a second state. The ratio of the time duration, while the first state is taken to the period represents the duty cycle.
  • the pulse width modulation signal causes when driving the control valve that the adjusting cylinder during the first state in the direction of the first end position and during the second state in the direction of the second End position moved.
  • the adjusting cylinder does not take the respective end position directly, but moves to this during a certain period of time. If the state of the control valve changes according to a change of state of the pulse width modulation signal, then the adjusting cylinder also changes the direction of the method if the previously desired end position has not yet been reached.
  • the vibration direction of the vibrating machine adjusts itself to the average value by the constant change of the position of the adjusting cylinder.
  • the control valve By switching the control valve in accordance with the pulse width modulation signal, it is thus possible to move the adjusting cylinder back and forth between the two periods during the period.
  • the travel speed of the compacting machine results from the mean value of the travel speeds resulting from the respective positions of the adjusting cylinder.
  • the traveling speed against the traveling speed corresponding to the end positions of the adjusting cylinder can be reduced by reducing the effective inclination angle of the oscillation direction with respect to the vertical oscillation direction.
  • the control unit can thus be connected to the control valve in order to control the adjusting cylinder according to a first level of the pulse width modulation signal, so that the relative position of the imbalances are adjusted in the direction of a first fixed end position and to control the adjusting cylinder according to a second level of the pulse width modulation signal, so that the Relative position of the imbalances are adjusted in the direction of a second predetermined end position.
  • the pulse width modulation signal occupies the first level for a first time duration and the second level for a second time duration during a period duration.
  • the sum of the first and second time periods corresponds to the period of the pulse width modulation signal.
  • control valve is designed with respect to the adjusting cylinder so that the adjusting cylinder at a duty cycle of the pulse width modulation signal of 50% and a predetermined period is completely movable between the first and second end position.
  • control unit can be connected to an input unit in order to set the pulse width modulation signal as a function of a user default.
  • the input unit is preferably arranged on the vibration machine so that a user can control the speed of travel via the input unit during operation.
  • a soil compacting machine having a controller according to the invention comprising a vibrating plate coupled to imbalances so as to cause forward or backward movement depending on the relative position of the imbalances.
  • a method for controlling an imbalance adjustment device in a vibration machine is provided.
  • the relative position of counter-rotating imbalances in the vibration machine is chosen so that the vibration behavior of the vibration machine can be adjusted.
  • the relative position of the imbalances is controlled as a function of a pulse width modulation signal.
  • the relative position of the imbalances is controlled as a function of a pulse width modulation signal.
  • the relative position of the imbalances is set as a function of the duty cycle of the pulse width modulation signal.
  • the relative position of the imbalances is adjusted at a first level of the pulse width modulation signal in the direction of a first fixed end position and that the relative position of the imbalance is adjusted in the direction of a second predetermined end position at a second level of the pulse width modulation signal.
  • the relative position of the imbalances can change completely from the first to the second end position at a duty cycle of 50% and at a predetermined period duration.
  • the relative position may change at least partially in the direction of one of the fixed end positions at a duty cycle different from the 50% and the predetermined period duration without reaching it during the first time period for the first level or the second time duration for the second level.
  • the adjusting cylinder is not in the stop position during the entire period of time, so that on average reduces the inclination angle of the vibration direction in the direction of the vertical direction of vibration.
  • Fig. 1 schematically the generation of a forward and backward movement of a vibrating machine, in particular a soil compaction machine is shown with a vibrating plate.
  • the vibrating plate is vibrated by rotating imbalance masses 2, which have a mutually opposite direction of rotation.
  • a resulting centrifugal force F of the imbalance masses 2 is generated.
  • the resulting centrifugal force F acts in the vertical direction.
  • the resulting centrifugal force F is inclined to the vertical at an inclination angle, so that in addition to the vertical vibration component of the resulting centrifugal force F also acts a horizontal vibration component, which causes a driving movement of the vibratory machine.
  • Fig. 1 move two unbalanced shafts 1 in opposite directions with the imbalance masses 2 shown as a point.
  • the imbalance masses 2 are arranged to generate phase-shifted centrifugal forces angularly offset on the unbalanced shafts 1, so that depending on the relative position of the respective imbalances to each other, the resulting centrifugal force F is more or less inclined to the vertical.
  • Fig. 1 the resulting centrifugal forces at different relative positions of the imbalance masses 2 are shown. It can be seen that the resulting centrifugal force can be inclined to the vertical depending on the relative positions of the imbalance masses 2, wherein a movement in the direction of the horizontal portion of the resulting centrifugal force is effected.
  • the unbalanced shafts 1 are rotatably coupled to each other by a positive power transmission means, so that the directions of rotation and phase assignments are ensured.
  • a positive power transmission means With the help of an adjusting cylinder, the relative position of the unbalanced masses 2 can be adjusted to the unbalanced shafts 1 to each other, such as in the DE 199 12 813 C1 is described in detail.
  • the speed of travel of the vibration machine can not be set by the user in a targeted manner, since the piston position is not recognizable.
  • the traveling speed of ground compacting machines is determined by the degree of inclination of the resultant centrifugal force of the unbalanced shafts 1, the vertical amplitude of the vibration decreases with increasing traveling speed. On very soft ground, it may happen that at maximum inclination of the resulting centrifugal force, the remaining vertical amplitude for lifting the base plate is no longer sufficient. However, if the vibrating plate can not lift, no movement is possible. If, in this situation, one were able to reduce the angle of inclination of the resulting centrifugal force in the direction of the vertical amplitude, it would again be possible to achieve a travel movement since the proportion of the vertical amplitude would increase.
  • a control for a hydraulic adjusting cylinder 4 for adjusting the relative position of imbalance masses 2 in a soil compaction machine is shown schematically at successive times t0 to t5.
  • the machine moves in forward or reverse gear.
  • the adjusting cylinder 4 is located in an open oil circuit with a variable displacement pump 6, which provides an oil volume flow available, and is controlled by a control valve 5, which is designed here as a directional control valve.
  • the variable displacement pump 6 takes the flow 7 from a tank 8, in which the reflux 9 is returned.
  • the volume flow is as equal and constant as possible.
  • Fig. 8 shows the dependence of the piston travel as a function of a pulse width modulation signal (PwM signal) with a pulse-pause ratio of 50%.
  • PwM signal pulse width modulation signal
  • Fig. 9 is a second path / time charts shown at a pulse-pause ratio of 80%.
  • the control valve 5 is controlled by a control unit 10 with a control signal so that it is set according to a first level of the control signal in the first switching position and according to a second level of the control signal in the second switching position.
  • the control unit 10 is connected to an input device, by means of which an operator of the soil compaction machine can set the desired travel motion substantially continuously or in several stages according to a default value.
  • the control unit 10 generates from the default value a pulse width modulation signal which is made available to the control valve 5.
  • the pulse width modulation signal is periodic and is at the first signal level during a first time period and at the second signal level during a second time period. The sum of the first and second time periods corresponds to the period duration.
  • the duty cycle gives the ratio between the time duration of the first signal level to the period duration and the pulse-pause ratio indicates the ratio of the first time duration to the second time duration.
  • the pulse width modulation signal is used to control the control valve 5 and thereby to reciprocate the piston of the adjusting cylinder 4.
  • the period of the pulse width modulation signal is preferably selected so that at a duty cycle of 50% of the first signal level is sufficient to move the piston completely from the second end position to the first end position.
  • the period can be between 0.5 and 2 seconds, in particular 1 second. Other values for the period are possible.
  • the hydraulic system is designed to reciprocate the piston of the variable displacement cylinder 4 at the 50% duty cycle (pulse / pause ratio) between the first and second end positions. This corresponds to the state of vibration, since the horizontal parts of the resulting Centrifugal forces cancel each other on average and thus no movement is achieved.
  • a forward movement of the piston 3 is started from the rear starting position ( Fig. 2 ). At time t1 it is in the forward motion ( Figure 3 ). At time t2 he has reached his second end position ( Fig. 4 ). At time t3, the control valve 5 switched over ( Fig. 5 ) and the piston 3 moves back at time t4 ( Fig. 6 ) to the starting position at time t5 ( Fig. 7 ).
  • the piston of the adjusting cylinder remains most of the time (80% of the period) in the first end position. Only during 20% of the period, the piston moves from time t7 and t9 towards the second end position. The end position is not reached, but the movement reverses again at time t6 and t8 during the process from the first to the second end position, and the piston is then again in the first end position. In terms of time, the piston is thus just before the first end position. Since only the time average of the piston position is of interest for the operation of the soil compaction machine, this type of control is sufficient for the travel speed. A sensor and the like for controlling the piston position is not required because the movement of the piston is limited by the end positions, and thus the adjusting cylinder is moved back to a defined position during each cycle.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine, insbesondere in einer Einrichtung zur Fahrtrichtungssteuerung einer Bodenverdichtungsmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Steuern einer Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine.
  • Bodenverdichtungsmaschinen weisen üblicherweise Rüttelplatten auf, die sich mit einer bestimmten Frequenz bewegen, um ein Bodenmaterial durch vertikale Stöße zu verdichten. Die Stöße werden hervorgerufen durch vertikal gerichtete Schwingungen der Rüttelplatte, die durch ein gegenläufiges Unwuchtwellenpaar erzeugt werden. Die Unwuchten rotieren dabei synchron, aber mit gegenläufiger Drehrichtung und erzeugen eine resultierende Fliehkraft in einer Schwingungsrichtung. Durch Phasenverschiebung der Unwuchten kann eine gewünschte gerichtete Schwingungsrichtung eingestellt werden, die von der vertikalen Schwingungsrichtung abweichen kann, so dass neben dem vertikal gerichteten Schwingungsanteil auch ein waagerecht gerichteter Schwingungsanteil erzeugt wird. Der waagerecht gerichtete Schwingungsanteil bewirkt eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Bodenverdichtungsmaschine.
  • Aus der Druckschrift DE 101 21 383 C2 ist beispielsweise eine Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung mit einem Vibrationserreger einer Bodenverdichtungsmaschine bekannt. Dort kann ein Verstellzylinder zum Einstellen von Phasenlagen von Unwuchten in dem Vibrationserreger mit Hilfe eines Referenzkolbens, der mit einem Schaltventil gekoppelt ist, angesteuert werden. Das Schaltventil dient zum Steuern eines Ölzuflusses von einer Druckölquelle oder eines Ölabflusses zu einem Ölrücklauf zu und aus dem Referenzkolben. Der Benutzer der Bodenverdichtungsmaschine kann das Schaltventil elektrisch oder mechanisch zwischen zwei Stellungen verstellen und ermöglicht dadurch die Bewegung des Verstellzylinders in beide Richtungen, um die Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Bodenverdichtungsmaschine auszuwählen. Ein Nachteil derartiger Fahrtrichtungssteuerungen besteht darin, dass Messwertaufnehmer erforderlich sind.
  • Auch aus der Druckschrift DE 199 12 813 C1 ist eine Fahrtrichtungssteuerung für eine Bodenverdichtungsmaschine bekannt. Sie umfasst einen beweglichen Fahrthebel, dessen Stellungen durch einen Taster erfasst werden, der ein Schaltventil ansteuert. Das Schaltventil steuert einen Verstellzylinder in einer Schwingungserzeugungseinrichtung so an, dass dieser zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung verschoben wird. Je nach Stellung des Verstellzylinders fährt die Bodenverdichtungsvorrichtung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung. Auch bei dieser Bodenverdichtungsmaschine kann lediglich eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung eingestellt werden, die jeweils durch die resultierende Fliehkraft in den Endstellungen des Verstellzylinders bestimmt ist. Es besteht jedoch nicht die Möglichkeit, die Fahrtgeschwindigkeit gezielt einzustellen.
  • Die JP 05-321904 A ist auf eine Antriebssteuerung eines pneumatischen Zylinders gerichtet. Ziel ist es, einen pneumatischen Zylinder ruckfrei zu bewegen und die Stoppgenauigkeit eines Kolbens in einer Mittelstellung zu verbessern.
  • Der Fachaufsatz "Optimal control of hydraulic position system employing high-speed on/off solenoid valve" von LIU Shao-jun (et al.) beschreibt den Betrieb von Hydraulikventilen unter Anwendung einer Pulsweitenmodulations-Technologie. Ein Zusammenhang mit Vibrationsmaschinen bzw. Bodenverdichtungsmaschinen oder der Problematik von Fahrtgeschwindigkeitseinstellungen wird nicht hergestellt.
  • In beiden obigen Dokumenten wird eine Ist-Position eines zu regelnden Verstellkolbens mit einem Sensor erfasst und über einen Rückkopplungszweig in einen Regelkreis eingespeist. Die Pulsweitenmodulations-Technologie zum Betrieb von Steuerventilen des Verstellkolbens wird in dem Regelkreis eingesetzt, um die Position des Verstellkolbens in einem Verstellzylinder zu regeln.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine zur Verfügung zu stellen, bei der die Fahrtgeschwindigkeit gezielt beeinflusst werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch eine Steuereinheit gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine vorgesehen. Sie weist einen Verstellzylinder auf, der hydraulisch verstellbar ist, um eine Relativstellung von gegenläufig rotierenden Unwuchten in der Vibrationsmaschine einzustellen. Es ist ein Steuerventil vorgesehen, um den Verstellzylinder so zu verstellen, dass das Vibrationsverhalten der Vibrationsmaschine, insbesondere die Schwingungsrichtung der Vibrationsmaschine, eingestellt wird. Es ist eine Steuereinheit zum Ansteuern des Steuerventils gemäß einem Pulsweitenmodulationssignal vorgesehen, um die Relativstellung der Unwuchten abhängig von dem Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals einzustellen.
  • Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, die Stellung des Verstellzylinders der Vibrationsmaschine mit Hilfe eines Steuerventils gezielt so einzustellen, dass ein bestimmtes gewünschtes Vibrationsverhalten der Vibrationsmaschine erreicht wird. Da das Steuerventil durch Zufluss und Abfluss von Hydraulikflüssigkeit mit einem bestimmten Flüssigkeitsstrom lediglich geeignet ist, die Verstellzylinder je nach Ventilstellung jeweils in eine Richtung bis zu einer jeweiligen Endposition zu bewegen, ist mit Hilfe des Steuerventils keine kontinuierliche Einstellung des Verstellzylinders möglich. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, das Steuerventil gemäß einem Pulsweitenmodulationssignal anzusteuern. Ein Pulsweitenmodulationssignal ist periodisch und weist innerhalb der Periode zwei Zustände auf, nämlich einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand. Das Verhältnis der Zeitdauer, während der erste Zustand eingenommen ist, zur Periodendauer stellt das Tastverhältnis dar. Das Pulsweitenmodulationssignal bewirkt beim Ansteuern des Steuerventils, dass sich der Verstellzylinder während des ersten Zustands in die Richtung der ersten Endposition und während des zweiten Zustands in Richtung der zweiten Endposition bewegt. Der Verstellzylinder nimmt die jeweilige Endposition nicht unmittelbar ein, sondern verfährt zu dieser während einer bestimmten Zeitdauer. Ändert sich der Zustand des Steuerventils gemäß einem Zustandswechsel des Pulsweitenmodulations-Signals so ändert der Verstellzylinder auch dann die Richtung des Verfahrens, wenn die zuvor angestrebte Endposition noch nicht erreicht wurde. Die Schwingungsrichtung der Vibrationsmaschine stellt sich durch den ständigen Wechsel der Position des Verstellzylinders auf einen Mittelwert ein.
  • Durch das Umschalten des Steuerventils gemäß dem Pulsweitenmodulationssignal ist es also möglich, den Verstellzylinder während der Periodendauer zwischen zwei Positionen hin und her zu bewegen. Dadurch ergibt sich die Fahrtgeschwindigkeit der Verdichtungsmaschine aus dem Mittelwert der durch die jeweiligen Stellungen des Verstellzylinders ergebenden Fahrtgeschwindigkeiten. Es kann somit die Fahrtgeschwindigkeit gegenüber der den Endpositionen des Verstellzylinders entsprechenden Fahrtgeschwindigkeit reduziert werden, indem der effektive Neigungswinkel der Schwingungsrichtung bezüglich der vertikalen Schwingungsrichtung reduziert wird.
  • Die Steuereinheit kann so mit dem Steuerventil verbunden sein, um den Verstellzylinder gemäß einem ersten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals anzusteuern, so dass die Relativstellung der Unwuchten in Richtung einer ersten festgelegten Endposition verstellt werden und um den Verstellzylinder gemäß einem zweiten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals anzusteuern, so dass die Relativstellung der Unwuchten in Richtung einer zweiten festgelegten Endposition verstellt werden.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Pulsweitenmodulationssignal während einer Periodendauer für eine erste Zeitdauer den ersten Pegel und für eine zweite Zeitdauer den zweiten Pegel einnimmt. Dabei entspricht die Summe der ersten und der zweiten Zeitdauer der Periodendauer des Pulsweitenmodulationssignals.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Steuerventil mit Bezug auf den Verstellzylinder so ausgelegt, dass der Verstellzylinder bei einem Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals von 50 % und einer vorbestimmten Periodendauer vollständig zwischen der ersten und zweiten Endposition verfahrbar ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinheit mit einer Eingabeeinheit verbunden sein, um das Pulsweitenmodulationssignal abhängig von einer Benutzervorgabe einzustellen. Die Eingabeeinheit ist vorzugsweise an der Vibrationsmaschine so eingerichtet, dass ein Benutzer die Fahrtgeschwindigkeit über die Eingabeeinheit im laufenden Betrieb steuern kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bodenverdichtungsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Steuerung vorgesehen, die eine Rüttelplatte aufweist, die mit Unwuchten so gekoppelt ist, um abhängig von der Relativstellung der Unwuchten eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung zu bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine vorgesehen. Die Relativstellung von gegenläufig rotierenden Unwuchten in der Vibrationsmaschine wird so gewählt, dass das Vibrationsverhalten der Vibrationsmaschine eingestellt werden kann. Die Relativstellung der Unwuchten wird abhängig von einem Pulsweitenmodulationssignal gesteuert. Insbesondere wird die Relativstellung der Unwuchten abhängig von einem Pulsweitenmodulationssignal gesteuert. Insbesondere wird die Relativstellung der Unwuchten abhängig von dem Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals eingestellt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Relativstellung der Unwuchten bei einem ersten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals in Richtung einer ersten festgelegten Endposition verstellt wird und dass die Relativstellung der Unwuchten in Richtung einer zweiten festgelegten Endposition bei einem zweiten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals verstellt wird.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform kann die Relativstellung der Unwuchten bei einem Tastverhältnis von 50 % und bei einer vorbestimmten Periodendauer sich vollständig von der ersten in die zweite Endposition ändern.
  • Die Relativstellung kann sich bei einem vom 50 % verschiedenen Tastverhältnis und der vorbestimmten Periodendauer zumindest teilweise in Richtung einer der festgelegten Endpositionen ändern, ohne diese während der ersten Zeitdauer für den ersten Pegel bzw. der zweiten Zeitdauer für den zweiten Pegel zu erreichen. Dadurch ergibt sich, dass sich während der Periodendauer die Relativstellung der Unwucht von einer Anschlagsposition in Richtung jeweils einer anderen Anschlagsposition bewegt und nach Ablauf der jeweiligen ersten oder zweiten Zeitdauer sich von der dann erreichten Zwischenposition wieder in die Anschlagsposition zurück bewegt. Dadurch befindet sich der Verstellzylinder nicht während der gesamten Zeitdauer in der Anschlagsposition, so dass sich im Mittel der Neigungswinkel der Schwingungsrichtung in Richtung der vertikalen Schwingungsrichtung verringert.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Veranschaulichung der Fahrrichtungssteuerung einer Unwucht-Verstelleinrichtung;
    Fig. 2 bis 7
    jeweils eine schematische Darstellung einer Steuerung für eine Verdichtungsmaschine mit einer Rüttelplatte; und
    Fig. 8, 9
    Verläufe der Kolbenausschläge eines Verstellzylinders in Abhängigkeit von einem Pulsweitenmodulations-Signal.
  • In Fig. 1 ist schematisch die Erzeugung einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung einer Vibrationsmaschine, insbesondere einer Bodenverdichtungsmaschine mit einer Rüttelplatte dargestellt. Die Rüttelplatte wird durch rotierende Unwuchtmassen 2 in Schwingung versetzt, die eine zueinander gegenläufige Drehrichtung aufweisen. Je nach Phasenlage der Unwuchtmassen 2 zueinander wird eine resultierende Fliehkraft F der Unwuchtmassen 2 erzeugt. Bei Standvibration wirkt die resultierende Fliehkraft F in senkrechter Richtung. Bei der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Vibrationsmaschine ist die resultierende Fliehkraft F gegen die Senkrechte in einem Neigungswinkel geneigt, so dass neben der senkrechten Schwingungskomponente der resultierenden Fliehkraft F auch eine waagerechte Schwingungskomponente wirkt, die eine Fahrtbewegung der Vibrationsmaschine hervorruft.
  • Gemäß Fig. 1 bewegen sich zwei Unwuchtwellen 1 mit den als Punkt dargestellten Unwuchtmassen 2 gegenläufig. Die Unwuchtmassen 2 sind zur Erzeugung phasenverschobener Fliehkräfte winkelversetzt auf den Unwuchtwellen 1 angeordnet, so dass je nach Relativstellung der jeweiligen Unwuchten zueinander die resultierende Fliehkraft F mehr oder weniger gegenüber der Senkrechten geneigt ist.
  • In Fig. 1 sind die resultierenden Fliehkräfte bei verschiedenen Relativlagen der Unwuchtmassen 2 dargestellt. Man erkennt, dass die resultierende Fliehkraft abhängig von den Relativlagen der Unwuchtmassen 2 zu der Vertikalen geneigt sein kann, wobei eine Bewegung in Richtung des waagerechten Anteils der resultierenden Fliehkraft bewirkt wird.
  • Die Unwuchtwellen 1 sind durch ein formschlüssiges Kraftübertragungsmittel drehfest miteinander gekoppelt, so dass die Drehrichtungen und Phasenzuordnungen sichergestellt sind. Mit Hilfe eines Verstellzylinders kann die Relativstellung der Unwuchtmassen 2 auf den Unwuchtwellen 1 zueinander eingestellt werden, wie beispielsweise in der DE 199 12 813 C1 ausführlich beschrieben ist.
  • Üblicherweise kann die Fahrtgeschwindigkeit der Vibrationsmaschine vom Benutzer nicht gezielt eingestellt werden, da die Kolbenposition nicht erkennbar ist. Da die Fahrtgeschwindigkeit von Bodenverdichtungsmaschinen durch den Grad der Neigung der resultierenden Fliehkraft der Unwuchtwellen 1 bestimmt wird, verringert sich jedoch die vertikale Amplitude der Schwingung mit zunehmender Fahrtgeschwindigkeit. Auf sehr weichem Untergrund kann es dazu kommen, dass bei maximaler Neigung der resultierenden Fliehkraft die verbleibende vertikale Amplitude für ein Abheben der Grundplatte nicht mehr ausreicht. Wenn die Rüttelplatte jedoch nicht abheben kann, ist keine Fahrtbewegung möglich. Könnte man in dieser Situation den Neigungswinkel der resultierenden Fliehkraft in Richtung der vertikalen Amplitude reduzieren, könnte wieder eine Fahrtbewegung erreicht werden, da der Anteil der vertikalen Amplitude sich vergrößern würde.
  • In den Fig. 2 bis 7 ist jeweils schematisch eine Steuerung für einen hydraulischen Verstellzylinder 4 zum Einstellen der Relativstellung von Unwuchtmassen 2 in einer Bodenverdichtungsmaschine zu aufeinanderfolgenden Zeiten t0 bis t5 dargestellt. Je nach Verstellung des Kolbens 3 fährt die Maschine im Vorwärts- oder Rückwärtsgang. Der Einfachheit halber ist die Mechanik, mit welcher der Verstellzylinder 4 mit den Unwuchtwellen 1 und den Unwuchtmassen 2 gekoppelt ist, nicht dargestellt. Der Verstellzylinder 4 liegt in einem offenen Ölkreislauf mit einer Verstellpumpe 6, die einen Ölvolumenstrom zur Verfügung stellt, und ist über ein Steuerventil 5 ansteuerbar, das hier als Wegeventil ausgebildet ist. Die Verstellpumpe 6 entnimmt den Förderstrom 7 aus einem Tank 8, in welchen der Rückfluss 9 zurück geführt wird. Der Volumenstrom ist möglichst gleich und konstant.
  • In einer ersten Schaltstellung des Steuerventils 5 gemäß Fig. 2 bis 4 ist der Kolben 3 auf der der Kolbenstange 11 abgewandten Seite mit dem Förderstrom 7 beaufschlagt. Die Seite mit der Kolbenstange 11 ist mit dem Rückfluss 9 verbunden. Der Kolben 3 wird damit aus seinem ersten Endanschlag (Ausgangsposition) gemäß Fig. 2 bis zu seinem zweiten Endanschlag gemäß Fig. 4 verschoben. In einer zweiten Schaltstellung gemäß Fig. 5 bis 7 sind die Verbindungen gekreuzt, so dass sich der Kolben 3 von der zweiten Endposition in seine Ausgangsposition zurück bewegt.
  • Zu den in den Figuren 2 bis 7 wiedergegebenen Kolbenpositionen ist ein erstes Weg/Zeitdiagramme in Fig. 8 dargestellt. Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit des Kolbenwegs in Abhängigkeit von einem Pulsweitenmodulations-Signal (PwM-Signal) mit einem Puls-Pausenverhältnis von 50%. In Fig. 9 ist ein zweites Weg/Zeitdiagramme bei einem Puls-Pausenverhältnis von 80% dargestellt.
  • Das Steuerventil 5 wird von einer Steuereinheit 10 mit einem Steuersignal so angesteuert, dass es gemäß einem ersten Pegel des Steuersignals in die erste Schaltstellung und gemäß einem zweiten Pegel des Steuersignals in die zweite Schaltstellung eingestellt wird.
  • Die Steuereinheit 10 ist mit einer Eingabeeinrichtung verbunden, durch die ein Bediener der Bodenverdichtungsmaschine die gewünschte Fahrtbewegung im Wesentlichen stufenlos oder in mehreren Stufen gemäß einem Vorgabewert einstellen kann.
  • Die Steuereinheit 10 generiert aus dem Vorgabewert ein Pulsweitenmodulationssignal, das dem Steuerventil 5 zur Verfügung gestellt wird. Das Pulsweitenmodulationssignal ist periodisch und liegt während einer ersten Zeitdauer auf dem ersten Signalpegel und während einer zweiten Zeitdauer auf dem zweiten Signalpegel. Die Summe der ersten und zweiten Zeitdauer entspricht der Periodendauer. Das Tastverhältnis gibt das Verhältnis zwischen der Zeitdauer des ersten Signalpegels zur Periodendauer und das Puls-Pausen-Verhältnis gibt das Verhältnis der ersten Zeitdauer zur zweiten Zeitdauer an.
  • Das Pulsweitenmodulationssignal dient dazu, das Steuerventils 5 anzusteuern und dadurch den Kolben des Verstellzylinders 4 hin- und her zu bewegen.
  • Die Periodendauer des Pulsweitenmodulations-Signal ist vorzugsweise so gewählt, dass bei einem Tastverhältnis von 50% der erste Signalpegel ausreicht, um den Kolben vollständig von der zweiten Endposition in die erste Endposition zu bewegen. Z.B. kann die Periodedauer zwischen 0,5 und 2 Sekunden, insbesondere 1 Sekunde betragen. Auch andere Wert für die Periodendauer sind möglich.
  • Wie in Fig. 8 gezeigt, ist das Hydrauliksystem so ausgelegt, dass der Kolben des Verstellzylinders 4 bei dem Tastverhältnis (Puls/ Pausenverhältnis) von 50% zwischen der ersten und zweiten Endposition hin und her bewegt wird. Dies entspricht der Standvibration, da sich die waagerechten Anteile der resultierenden Fliehkräfte im Mittel gegeneinander aufheben und somit keine Fahrtbewegung erreicht wird.
  • Zur Zeit t0 wird eine Vorwärtsbewegung des Kolbens 3 aus der rückwärtigen Ausgangsposition gestartet (Fig. 2). Zur Zeit t1 befindet er sich in der Vorwärtsbewegung (Fig.3). Zur Zeit t2 hat er seine zweite Endposition erreicht (Fig. 4). Zur Zeit t3 schaltete das Steuerventil 5 um (Fig. 5) und der Kolben 3 bewegt sich zur Zeit t4 zurück (Fig. 6) bis zur Ausgangsposition zur Zeit t5 (Fig. 7).
  • Ändert man das Tastverhältnis gemäß Fig. 9 auf ca. 80 %, dann verbleibt der Kolben des Verstellzylinders die meiste Zeit (80% der Periodendauer) in der ersten Endposition. Nur während 20% der Periodendauer bewegt sich der Kolben ab Zeitpunkt t7 und t9 in Richtung der zweiten Endposition. Die Endposition wird jedoch nicht erreicht, sondern die Bewegung kehrt sich zum Zeitpunkt t6 und t8 während des Verfahrens von der ersten zur zweiten Endposition wieder um, und der Kolben befindet sich danach wieder in der ersten Endposition. Im zeitlichen Mittel befindet sich der Kolben also kurz vor der ersten Endposition. Da für den Betrieb der Bodenverdichtungsmaschine nur das zeitliche Mittel der Kolbenposition von Interesse ist, reicht diese Art der Steuerung für die Fahrtgeschwindigkeit aus. Ein Sensor und dergleichen zur Kontrolle der Kolbenposition ist nicht erforderlich, da der Bewegungsverlauf des Kolbens durch die Endpositionen begrenzt wird, und der Verstellzylinder somit bei jedem Zyklus wieder auf eine definierte Position verfahren wird.

Claims (13)

  1. Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine, insbesondere in einer Bodenverdichtungsmaschine,
    - mit einem Verstellzylinder, der hydraulisch verstellbar ist, um eine Relativstellung von gegenläufig rotierenden Unwuchten in der Vibrationsmaschine einzustellen, und
    - mit einem Steuerventil, um den Verstellzylinder so zu verstellen, dass das Vibrationsverhalten der Vibrationsmaschine eingestellt wird,
    gekennzeichnet durch
    eine Steuereinheit zum Ansteuern des Steuerventils mittels eines Pulsweitenmodulations-Signal, um die Relativstellung der Unwuchten abhängig von dem Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals einzustellen, indem der Verstellzylinder während einer Periodendauer des Pulsweitenmodulationssignals abhängig vom Zustand des Pulsweitenmodulationssignals hin und her bewegt wird.
  2. Steuerung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinheit mit dem Steuerventil verbunden ist, um den Verstellzylinder gemäß einem ersten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals so anzusteuern, dass die Relativstellung der Unwuchten in Richtung einer ersten festgelegten Position verstellt werden, und um den Verstellzylinder gemäß einem zweiten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals so anzusteuern, dass die Relativstellung der Unwuchten in Richtung einer zweiten festgelegten Position verstellt werden.
  3. Steuerung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Pulsweitenmodulationssignal während einer Periodendauer für eine erste Zeitdauer den ersten Pegel und für eine zweite Zeitdauer den zweiten Pegel einnimmt.
  4. Steuerung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hydrauliksystem mit Bezug auf den Verstellzylinder so ausgelegt ist, dass der Verstellzylinder bei einem Tastverhältnis von 50% und einer vorbestimmten Periodendauer vollständig zwischen der ersten und der zweiten Position verfahrbar ist.
  5. Steuerung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hydrauliksystem mit Bezug auf den Verstellzylinder so ausgelegt ist, dass der Verstellzylinder bei einem von 50% verschiedenen Tastverhältnis und einer vorbestimmten Periodendauer zumindest teilweise in Richtung einer der festgelegten Positionen verfahrbar ist.
  6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinheit so gestaltet ist, dass das Pulsweitenmodulations-Signal abhängig von einer Benutzervorgabe eingestellt werden kann.
  7. Bodenverdichtungsmaschine mit einer Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Rüttelplatte vorgesehen ist, die mit Unwuchten so gekoppelt ist, um abhängig von der Relativstellung der Unwuchten eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung zu bewirken.
  8. Verfahren zum Steuern einer Unwucht-Verstelleinrichtung in einer Vibrationsmaschine, insbesondere in einer Bodenverdichtungsmaschine,
    wobei die Relativstellung von gegenläufig rotierenden Unwuchten in der Vibrationsmaschine gewählt wird, um das Vibrationsverhalten der Vibrationsmaschine einzustellen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Relativstellung der Unwuchten abhängig von dem Tastverhältnis eines Pulsweitenmodulations-Signals eingestellt wird, indem der Verstellzylinder während einer Periodendauer des Pulsweitenmodulationssignals abhängig vom Zustand des Pulsweitenmodulationssignals hin und her bewegt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Relativstellung der Unwuchten abhängig von dem Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals eingestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Relativstellung der Unwuchten in Richtung einer ersten festgelegten Position bei einem ersten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals verstellt wird, und dass die Relativ-stellung der Unwuchten in Richtung einer zweiten festgelegten Position bei einem zweiten Pegel des Pulsweitenmodulationssignals verstellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Pulsweitenmodulationssignal während einer Periodendauer für eine erste Zeitdauer den ersten Pegel und für eine zweite Zeitdauer den zweiten Pegel einnimmt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Relativstellung der Unwuchten bei einem Tastverhältnis von 50% und bei einer vorbestimmten Periodendauer sich vollständig von der ersten in die zweite Position ändert.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Relativstellung bei einem von 50% verschiedenen Tastverhältnis und einer vorbestimmten Periodendauer zumindest teilweise in Richtung einer der festgelegten Positionen ändert.
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