EP2085149A1 - Vibrator for a vibratory pile driver - Google Patents

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EP2085149A1
EP2085149A1 EP08001601A EP08001601A EP2085149A1 EP 2085149 A1 EP2085149 A1 EP 2085149A1 EP 08001601 A EP08001601 A EP 08001601A EP 08001601 A EP08001601 A EP 08001601A EP 2085149 A1 EP2085149 A1 EP 2085149A1
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EP
European Patent Office
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vibration generator
sensor
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generator according
acceleration
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EP08001601A
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Christian Heichel
Albrecht Dr.-Ing. Kleibl
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ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH
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ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH
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Priority to EP08001601.7A priority patent/EP2085149B2/en
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    • 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
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/18—Placing by vibrating

Abstract

The generator (3) has rotatable imbalance masses positioned on shafts (33), and a hydraulic drive having a changeable suction volume. An adjusting unit adjusts a rotation position of imbalance masses relative to one another. A control module sets suction volume as a function of an operational pressure or speed of rotation. A control and regulation circuit includes a memory unit (10) for storing ground composition data sets or task-specific default data sets with defined operational characteristic variables.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger für ein Vibrationsrammgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Vibrationsrammgerät nach dem Patentanspruch 9.The invention relates to a vibration generator for a vibratory pile driver according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a vibratory pile driver according to claim 9.

Im Bauwesen werden Schwingungserzeuger verwendet, um Objekte, wie beispielsweise Profile, in den Boden einzubringen oder aus dem Boden zu ziehen oder auch um Bodenmaterial zu verdichten. Der Boden wird durch Vibration angeregt und erreicht so einen "pseudoflüssigen" Zustand. Durch statische Auflast kann das Rammgut dann in den Baugrund gedrückt werden. Die Vibration ist gekennzeichnet durch eine lineare Bewegung und wird durch paarweise gegenläufig rotierende Unwuchten innerhalb eines Vibratorgetriebes generiert. Schwingungserzeuger werden charakterisiert durch die rotierende Unwucht und die maximale Drehzahl.In construction, vibrators are used to bring objects such as profiles into the ground or to pull them out of the ground or to compact soil material. The soil is stimulated by vibration and thus reaches a "pseudo-liquid" state. By static load the pile can then be pressed into the ground. The vibration is characterized by a linear movement and is generated by pairwise counter-rotating imbalances within a Vibratorgetriebes. Vibration generators are characterized by the rotating unbalance and the maximum speed.

Die Schwingungserzeuger sind linear wirkende Schwingungserreger, deren Fliehkraft durch rotierende Unwuchten generiert wird. Diese Schwingungserreger bewegen sich mit veränderlicher Geschwindigkeit. Die Größe der Unwucht wird auch als "statisches Moment" bezeichnet. Der Verlauf der Geschwindigkeit des linearen Schwingungserregers entspricht einer periodisch wiederkehrenden Funktion, beispielsweise einer Sinusfunktion, sie kann aber auch andere Formen einnehmen.The vibration generators are linear vibration exciters whose centrifugal force is generated by rotating imbalances. These vibration exciters move at a variable speed. The size of the imbalance is also called "static moment". The course of the velocity of the linear vibration exciter corresponds to a periodically recurring function, for example a sine function, but it can also take other forms.

Schwingungserzeuger werden mit hydraulischen Antrieben betrieben, welche die Wellen, auf denen die Unwuchten angeordnet sind, in Rotation versetzen. Derartige hydraulische Antriebe weisen eine Leistungskurve auf, welche abhängig ist von der Betriebsdrehzahl bzw. vom Betriebsdruck. Bei gleicher Antriebsleistung ist durch eine niedrigere Drehzahl ein höheres statisches Moment erzielbar, wodurch gleichzeitig eine höhere Bodenschwingung bewirkt ist. Im Innenstadtbereich sind Bodenschwingungen zu vermeiden. Diese können durch einen Betrieb mit höherer Drehzahl reduziert werden, wodurch jedoch gleichzeitig das statische Moment verringert wird. Diese Maßnahmen erweisen sich als problematisch, da die erforderliche Antriebsleistung und das Drehmoment drehzahlabhängig sind. Wird der optimale Betriebsdrehzahlbereich des hydraulischen Antriebs bzw. Motors verlassen, so resultiert hieraus ein Leistungsabfall. Ebenso verringert sich das erforderliche Drehmoment am Motor bei wachsender Rammgutmasse. Dementsprechend verringert sich das Druckgefälle am Motor und die angebotene Antriebsleistung kann nur noch teilweise genutzt werden.Vibration generators are operated by hydraulic drives, which set the waves on which the imbalances are arranged in rotation. Such hydraulic drives have a power curve, which is dependent on the operating speed and the operating pressure. With the same drive power is achieved by a lower speed, a higher static torque, which at the same time a higher ground vibration is effected. In the inner city area floor vibrations are to be avoided. These can be reduced by operating at a higher speed, but at the same time reducing the static torque. These measures prove to be problematic because the required drive power and torque are speed dependent. If the optimum operating speed range of the hydraulic drive or motor is left, this results in a power loss. Likewise, the torque required on the engine decreases as the pile mass increases. Accordingly, the pressure gradient decreases on the engine and the offered drive power can only be partially used.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Schwingungserzeuger zu schaffen, der einen Betrieb in unterschiedlichen Drehzahlbereichen ohne Leistungsabfall ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.The invention aims to remedy this situation. The invention is based on the object to provide a vibration generator that allows operation in different speed ranges without power loss. According to the invention, this object is solved by the features of the characterizing part of patent claim 1.

Mit der Erfindung ist ein Schwingungserreger geschaffen, der einen Betrieb in unterschiedlichen Drehzahlbereichen ohne Leistungsabfall ermöglicht. Durch den Einsatz eines hydraulischen Antriebs mit veränderbaren Schluckvolumen ist eine Anpassung der Leistungskurve auf den jeweils erforderlichen Drehzahlbereich ermöglicht. Einem Leistungsabfall des Antriebs ist hierdurch entgegengewirkt.With the invention, a vibration generator is provided which allows operation in different speed ranges without power loss. By the Use of a hydraulic drive with variable displacement makes it possible to adapt the power curve to the required speed range. A power loss of the drive is counteracted by this.

Unter Schluckvolumen wird bei Hydraulikmotoren bzw. -antrieben jene Menge an Hydraulikflüssigkeit verstanden, die der Hydraulikantrieb pro Umdrehung verbraucht. Die von einem Hydraulikantrieb abgegebene Leistung ist direkt proportional dem Schluckvolumen, der Drehzahl und dem Druckgefälle. Das Produkt aus Schluckvolumen und Drehzahl ergibt den Volumenstrom. Das Druckgefälle ist der Unterschied zwischen Druck der zulaufenden Hydraulikflüssigkeit (das ist in der Regel der Pumpendruck) und dem Druck der ablaufenden Hydraulikflüssigkeit (das ist in der Regel der Tankdruck).In the case of hydraulic motors or drives, the term "displacement volume" refers to the amount of hydraulic fluid consumed by the hydraulic drive per revolution. The power delivered by a hydraulic drive is directly proportional to the displacement, the speed and the pressure gradient. The product of the displacement and the speed results in the volume flow. The pressure gradient is the difference between the pressure of the incoming hydraulic fluid (which is usually the pump pressure) and the pressure of the hydraulic fluid (which is usually the tank pressure).

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Steuermodul vorgesehen, über welches das Schluckvolumen in Abhängigkeit von Betriebsdruck oder Drehzahl einstellbar ist. Hierdurch ist eine kontinuierliche Anpassung der Leistungskurve des hydraulischen Antriebs ermöglicht, wodurch der Schwingungserzeuger die angebotene Leistung optimal nutzt.In a further development of the invention, a control module is provided, via which the absorption volume can be set as a function of operating pressure or rotational speed. This allows a continuous adjustment of the power curve of the hydraulic drive, whereby the vibrator optimally uses the offered power.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Grenzbetriebsdruck oder eine Grenzdrehzahl einstellbar. Hierdurch ist ein definierter Betriebszustand einstellbar, bei dem eine Veränderung des Schluckvolumens initiiert werden soll.In an embodiment of the invention, a limit operating pressure or a limit speed is adjustable. This makes it possible to set a defined operating state in which a change in the absorption volume is to be initiated.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Steuer- und Regelkreis vorgesehen, der eine Speichereinheit zur Hinterlegung von Bodenbeschaffenheits- oder Aufgabenspezifischen Vorgabe- Datensätzen mit definierten Betriebskenngrößen, umfasst, aus der ein jeweils erforderlicher Datensatz auswählbar ist, Sensoren zur kontinuierlichen Erfassung der definierten Betriebskenngrößen, eine Auswerteeinheit zum Vergleich der ermittelten Betriebskenngrüßen mit den Betriebskenngrößen des ausgewählten Vorgabe-Datensatzes, eine mit der Auswerteeinheit gekoppelte Regelvorrichtung zur Regelung des Schwingungserzeugers, sowie eine mit der Regelvorrichtung gekoppelte Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Mittel zur Verstellung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen zueinander. Hierdurch ist die Bereitstellung und Auswahl von in der Praxis erworbenen Erfahrungswerten in Art eines Expertensystems ermöglicht. In Abhängigkeit von der Aufgabenstellung kann so eine einfache Einstellung des Schwingungserzeugers durch Auswahl eines je nach Aufgabe zu wählenden Betriebsdatensatzes erfolgen.In an embodiment of the invention, a control and regulating circuit is provided, which comprises a storage unit for depositing soil condition or task-specific default data sets with defined operating characteristics, from which a respective required record is selectable, sensors for continuously recording the defined operating characteristics, an evaluation unit for comparing the determined operating characteristics with the operating characteristics of the selected default data set, a control device coupled to the evaluation unit for controlling the vibration generator, and a control device coupled to the control device for controlling the means for Adjustment of the relative rotational position of the imbalance masses to each other. This makes it possible to provide and select empirical values acquired in practice in the manner of an expert system. Depending on the task, a simple adjustment of the vibration generator can be made by selecting an operating data set to be selected according to the task.

Vorteilhaft ist das Steuermodul zur Einstellung des Schluckvolumens in dem Antrieb integriert. Alternativ kann das Steuermodul in dem Steuer- und Regelkreis integriert sein.Advantageously, the control module for adjusting the absorption volume is integrated in the drive. Alternatively, the control module can be integrated in the control and regulating circuit.

In Weiterbildung der Erfindung sind Sensoren zur Erfassung der Frequenz, der statischen Auflast sowie der relativen Position der Unwuchtmassen zueinander angeordnet. Bevorzugt umfassen die Sensoren wenigstens einen induktiven Sensor und/ oder einen Drehgeber. Derartige Sensoren haben sich als langlebig und robust erwiesen. Vorteilhaft ist ein Sensor zur Erfassung der Beschleunigung der rotierenden Wellen angeordnet. Ergänzend kann ein Sensor zur Erfassung der Amplitude der Schwingungen des Schwingungserzeugers angeordnet sein.In a further development of the invention sensors for detecting the frequency, the static load and the relative position of the imbalance masses are arranged to each other. Preferably, the sensors comprise at least one inductive sensor and / or a rotary encoder. Such sensors have proven to be durable and robust. Advantageously, a sensor for detecting the acceleration of the rotating shafts is arranged. In addition, a sensor for detecting the amplitude of the oscillations of the vibration generator can be arranged.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur automatischen Auswahl eines Vorgabe-Datensatzes auf Grundlage der ermittelten Beschleunigungswerte vorgesehen. Hierdurch ist eine Programmautomatik realisierbar, durch die in Abhängigkeit von der aufgabenspezifischen Betriebssituation die automatische Auswahl der effizientesten Vorgabegrößen erfolgt, ohne dass ein Eingriff des Bedieners erforderlich ist. Alternativ kann auch eine Halbautomatik realisiert werden, bei der dem Bediener ein Betriebskenngrößendatensatz vorgeschlagen wird, welcher durch den Bediener bestätigt oder verändert werden kann.In an embodiment of the invention, a device for the automatic selection of a default data set on the basis of the determined acceleration values is provided. In this way, a program automation can be implemented, by means of which, depending on the task-specific operating situation, the automatic selection of the most efficient predefined variables takes place, without intervention by the operator being necessary. Alternatively, a semi-automatic can be realized in which the operator an operating characteristic data record is proposed, which can be confirmed or changed by the operator.

Vorteilhaft weist die Auswerteeinheit eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) auf. Hierdurch ist eine flexible Steuerung des Schwingungserzeugers ermöglicht.The evaluation unit advantageously has a programmable logic controller (PLC). This allows flexible control of the vibration generator.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine akustische und/oder optische Warneinrichtung zur Alarmierung von Fehleingaben vorgesehen, die mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Hierdurch kann der Bediener auf eine erforderliche Anpassung bzw. Änderung der aktuellen Betriebskenngrößen hingewiesen werden.In a development of the invention, an acoustic and / or visual warning device is provided for alerting incorrect inputs, which is connected to the evaluation unit. In this way, the operator can be notified of a required adaptation or change of the current operating parameters.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, ein Vibrationsrammgerät zu schaffen, das einen Betrieb in unterschiedlichen Drehzahlbereichen ohne Leistungsabfall ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst.The invention is further based on the object to provide a Vibratoryrammgerät that allows operation in different speed ranges without power loss. According to the invention, this object is solved by the features of claim 9.

Mit der Erfindung ist ein Vibrationsrammgerät geschaffen, das einen Betrieb in unterschiedlichen Drehzahlbereichen ohne Leistungsabfall ermöglicht.With the invention, a vibration racking device is provided which allows operation in different speed ranges without power loss.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sensor zur Erfassung der auf das Rammgut einwirkenden Kräfte angeordnet. Durch die Ermittlung dieser Größe ist eine Charakterisierung der Bodenbeschaffenheit ermöglicht. Diese Charakterisierung kann durch die bevorzugte Anordnung wenigstens eines auf das Eindringmedium aufbringbaren Sensors zur Erfassung der Schwingungen des Eindringmediums, der mit der Auswerteeinheit verbunden ist, verbessert werden. Bevorzugt ist ein Sensor zur Erfassung der Eindringgeschwindigkeit des Rammguts vorgesehen.In an embodiment of the invention, a sensor for detecting the forces acting on the pile material forces is arranged. By determining this size, a characterization of the soil condition is possible. This characterization can be improved by the preferred arrangement of at least one sensor which can be applied to the penetration medium for detecting the vibrations of the penetration medium, which is connected to the evaluation unit. Preferably, a sensor for detecting the penetration rate of the pile is provided.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur automatischen Auswahl eines Vorgabe-Datensatzes auf Grundlage der ermittelten auf das Rammgut einwirkenden Kräfte und/oder der ermittelten Rammgutgeschwindigkeit und -beschleunigung und/oder der erfassten Schwingungen des Eindringmediums vorgesehen. Hierdurch ist eine Programmautomatik realisierbar, durch die in Abhängigkeit von der aufgabenspezifischen Betriebssituation die automatische Auswahl der effizientesten Vorgabegrößen erfolgt, ohne dass ein Eingriff des Bedieners erforderlich ist. Alternativ ist auch eine Halbautomatik realisierbar, bei der dem Bediener ein Betriebskenndatensatz vorgeschlagen wird, welcher durch den Bediener bestätigt oder verändert werden kann.In a preferred embodiment of the invention, a device for automatic selection of a default data set on the basis of the determined forces acting on the pile material and / or the determined Rammgutgeschwindigkeit and acceleration and / or the detected vibrations of the penetration medium is provided. In this way, a program automation can be implemented, by means of which, depending on the task-specific operating situation, the automatic selection of the most efficient predefined variables takes place, without intervention by the operator being necessary. Alternatively, a semi-automatic can be realized in which the operator an operating characteristics record is proposed, which can be confirmed or changed by the operator.

Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1:
Die schematische Darstellung eines Vibrationsrammgerätes mit Trägergerät und
Fig. 2:
die schematische Darstellung eines Vibratorgetriebes im Längsschnitt.
Other developments and refinements of the invention are specified in the remaining subclaims. An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be described in detail below. Show it:
Fig. 1:
The schematic representation of a vibratory pile driver with carrier and
Fig. 2:
the schematic representation of a Vibratorgetriebes in longitudinal section.

Das als Ausführungsbeispiel gewählte Vibrationsrammgerät besteht im Wesentlichen aus einem Trägergerät 1, an dem über einen Mäkler 2 ein Schwingungserzeuger (Vibrator) 3 vertikal verschiebbar angeordnet ist. Der Schwingungserzeuger 3 umfasst ein Gehäuse 31, welches von einer Haube 30 umgeben ist. An der Haube 30 ist eine Klemmzange 37 zur Aufnahme von Rammgut 4 angeordnet. Die Haube 30 dient der Führung des Schwingungserzeugers 3 und überträgt die statische Kraft des Mäklers 2 auf den Schwingungserzeuger 3. Der Schwingungserzeuger 3 generiert über rotierende Unwuchten 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 eine Vibration, welche über die Klemmzange 33 auf das Rammgut 4 übertragen wird.The vibration ramming device chosen as an exemplary embodiment consists essentially of a carrier device 1, on which a vibrator (vibrator) 3 is arranged so as to be vertically displaceable via a broker 2. The vibration generator 3 comprises a housing 31, which is surrounded by a hood 30. On the hood 30, a clamping tongs 37 for receiving pile material 4 is arranged. The hood 30 serves to guide the vibration generator 3 and transmits the static force of the leader 2 to the vibration generator 3. The vibration generator 3 generates a vibration via rotating unbalances 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531, which is transmitted via the clamping tongs 33 on the Rammgut 4 is transmitted.

Der Schwingungserzeuger 3 ist als Vibratorgetriebe ausgeführt (Figur 2). Es besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 31, in dem mit Zahnrädern 331, 332, 333, 351, 352, 353 versehene Wellen 33, 35 drehbar gelagert sind. Die Zahnräder 331, 332, 333, 351, 352, 353 sind jeweils mit Unwuchtmassen 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 versehen, wobei die Zahnräder beider Wellen 33, 35 über Zahnräder 3613, 3614 der Rotorwelle 361 eines Schwenkmotors 36 miteinander im Eingriff sind. Die mit Unwuchtmassen 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 versehenen Zahnräder 331, 332, 333, 351, 352, 353 sind über den Schwenkmotor 36 in ihrer rotatorischen Position relativ zueinander verstellbar, wodurch die resultierende Unwucht bzw. das resultierende statische Moment einstellbar ist. Derartige Vibratorgetriebe mit drehbar gelagerten Unwuchtmassen, die in der relativen Phasenlage verstellbar sind, sind dem Fachmann beispielsweise aus der DE 20 2007 005 283 U1 bekannt.The vibrator 3 is designed as a vibrator gearbox ( FIG. 2 ). It consists essentially of a housing 31, in which with gears 331, 332, 333, 351, 352, 353 provided shafts 33, 35 are rotatably mounted. The gears 331, 332, 333, 351, 352, 353 are each provided with unbalanced masses 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531, wherein the gears of both shafts 33, 35 via gears 3613, 3614 of the rotor shaft 361 of a pivot motor 36 with each other are engaged. The gears 331, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 provided with unbalanced masses 331, 332, 333, 351, 352, 353 are adjustable relative to each other via the pivot motor 36 in its rotational position, whereby the resulting imbalance or the resulting static moment is adjustable. Such Vibratorgetriebe with rotatably mounted imbalance masses, which in the Relative phasing are adjustable, the skilled person, for example, from DE 20 2007 005 283 U1 known.

Der Schwingungserzeuger 3 ist gegenüberliegend den Zahnrädern 331, 332, 333, 351, 352, 353 auf der Innenseite des Gehäuses 31 jeweils mit zwei parallel zum Umfang der Zahnräder beabstandet zueinander angeordneten induktiven Sensoren 310 versehen. Die induktiven Sensoren 310 ermöglichen die Erfassung der Winkelbeschleunigung der rotierenden Unwuchtmassen 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531. Über den Zeitversatz der Unwuchtmassen 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 lässt sich weiterhin deren relative Position zueinander ermitteln. Des Weiteren ist an dem Gehäuse 31 des Schwingungserzeugers 3 ein Beschleunigungssensor 311 angeordnet. Zur Verarbeitung der Signale der Sensoren 310, 311 und Ermittlung der vorgenannten Größen ist als Auswerteeinheit eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 7 angeordnet, welche weiterhin auf Basis von Frequenz und Zeitversatz der Unwuchtmassen zueinander das jeweils anliegende statische Moment berechnet. Alternativ kann auch eine Sensorik mit zwei induktiven Sensoren (also einem induktiven Sensor pro Unwuchtgang) sowie einem auf dem Gehäuse des Schwingungserzeugers angebrachter Beschleunigungssensor vorgesehen sein.The vibrator 3 is opposite to the gears 331, 332, 333, 351, 352, 353 provided on the inside of the housing 31 each with two parallel to the circumference of the gears spaced from each other arranged inductive sensors 310. The inductive sensors 310 enable the detection of the angular acceleration of the rotating imbalance masses 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531. The time offset of the imbalance masses 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 can furthermore be used to determine their relative position to one another. Furthermore, an acceleration sensor 311 is arranged on the housing 31 of the vibration generator 3. For processing the signals of the sensors 310, 311 and determining the aforementioned variables, a programmable logic controller (PLC) 7 is arranged as the evaluation unit, which further calculates the respectively applied static moment on the basis of frequency and time offset of the imbalance masses. Alternatively, it is also possible to provide a sensor system with two inductive sensors (that is, one inductive sensor per imbalance gear) as well as an acceleration sensor mounted on the housing of the vibration generator.

Die Wellen 33, 35 des Schwingungserzeugers 3 sind mit hydraulischen Antrieben 38 verbunden, die ein veränderbares Schluckvolumen aufweisen. Derartige regelbare Hydraulikantriebe sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Die hydraulischen Antriebe 38 sind mit einem Regelmodul verbunden, über welches das Schluckvolumen in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebsdrehzahlbereich einstellbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Regelmodul in dem Antrieb 38 integriert.The shafts 33, 35 of the vibrator 3 are connected to hydraulic drives 38, which have a variable displacement. Such controllable hydraulic drives are known in different designs. The hydraulic drives 38 are connected to a control module, via which the displacement is adjustable in dependence on the respective operating speed range. In the exemplary embodiment, the control module is integrated in the drive 38.

Der SPS 7 vorgeschaltet ist eine Speichereinheit 10, welche über Leitungen 6 mit der SPS 7 verbunden ist. In der Speichereinheit 10 sind bodenbeschaffenheitsspezifische Vorgabedatensätze mit definierten Betriebskenngrößen hinterlegt. Bei diesen Vorgabegrößen handelt es sich um empirisch ermittelte Größen. Im Ausführungsbeispiel bildet die SPS 7 zusammen mit der Speichereinheit 10 eine Programmautomatik, welche je nach vorliegender Bodenbeschaffenheit einen entsprechenden effizienten Datensatz auswählt. Im Ausführungsbeispiel sind die Datensätze an zu ermittelnde Kraft- und Beschleunigungswerte gekoppelt, welche als Eingangsgrößen der SPS 7 übermittelt werden. Zusätzlich ist als Einflussgröße die Schwingungsemission des umgebenden Eindringmediums hinterlegt.The PLC 7 is preceded by a memory unit 10, which is connected via lines 6 to the PLC 7. In the memory unit 10 soil constitution specific default data sets are stored with defined operating characteristics. These default values are empirically determined quantities. In the embodiment forms the PLC 7 together with the memory unit 10 is a program automatic, which selects a corresponding efficient data set depending on the existing soil condition. In the exemplary embodiment, the data sets are coupled to force and acceleration values to be determined, which are transmitted as input variables of the PLC 7. In addition, the vibration emission of the surrounding penetrating medium is deposited as the influencing variable.

Die Ermittlung der Kraft- und Beschleunigungswerte erfolgt über einen Kraftsensor 52 sowie einen Beschleunigungssensor 311. Der Kraftsensor 52 ist derart eingerichtet, dass er die auf das Rammgut 4 einwirkenden Kräfte, die aus der durch den Mäkler 2 aufgebrachten Kräfte sowie der durch das Eindringmedium erzeugten Gegenkraft resultiert, ermittelt und über Leitungen 6 an die SPS 7 übermittelt. Der Beschleunigungssensor 311 ist derart eingerichtet, dass er die Eindringgeschwindigkeit und -beschleunigung des Rammgutes 4 in das Eindringmedium 9 ermittelt und ebenfalls über Leitungen 6 an die SPS 7 übermittelt. Wahlweise kann die Eindringgeschwindigkeit mit einem zusätzlichen Sensor (53) ermittelt werden, vorzugsweise einem Laser zur Abstandsmessung zwischen Vibrator und Boden. Alternativ kann die Ermittlung der anliegenden Kraft auch über einen Beschleunigungssensor 311 und die dynamische Masse erfolgen.The force and acceleration values are determined via a force sensor 52 and an acceleration sensor 311. The force sensor 52 is set up such that it exerts the forces acting on the pile 4, the forces applied by the leader 2 and the counterforce generated by the penetration medium results, determined and transmitted via lines 6 to the PLC 7. The acceleration sensor 311 is set up in such a way that it determines the penetration speed and acceleration of the pile material 4 into the penetration medium 9 and also transmits them via lines 6 to the SPS 7. Optionally, the penetration rate can be determined with an additional sensor (53), preferably a laser for distance measurement between the vibrator and the ground. Alternatively, the determination of the applied force can also take place via an acceleration sensor 311 and the dynamic mass.

Zur Ermittlung der Schwingungsemission des das Rammgut 4 umgebenden Bodens 9 ist beabstandet zum Eindringort des Rammgutes 4 ein Schwingungssensor 54 auf den Boden 9 aufgebracht. Dieser Schwingungssensor 54 ermittelt die vom Boden während des Rammvorgangs vom Boden 9 emittierten Schwingungen und übermittelt die erfassten Schwingungswerte über eine Leitung 6 an die SPS 7.In order to determine the vibration emission of the ground 9 surrounding the pile 4, a vibration sensor 54 is applied to the floor 9 at a distance from the location of penetration of the pile material 4. This vibration sensor 54 detects the vibrations emitted by the ground during the pile-driving operation from the ground 9 and transmits the detected vibration values to the PLC 7 via a line 6.

Auf Basis der so ermittelten Kraft- und Beschleunigungswerte sowie der gemessenen Schwingungswerte wird aus einer Speichereinheit 10 der diesen Werten (bzw. einem Wertebereich, in den die ermittelten Werte fallen) zugeordnete Vorgabe-Datensatz ausgewählt, dessen Vorgabewerte zum Abgleich mit den durch die Sensoren 310, 311 ermittelten Betriebskenngrößen herangezogen werden. In einer alternativen Ausgestaltung ist auch die Auswahl eines Datensatzes durch den Bediener des Vibrationsrammgerätes über ein entsprechendes Bedienfeld möglich.On the basis of the thus determined force and acceleration values as well as the measured vibration values, a default data set assigned to these values (or a range of values into which the determined values fall) is selected from a memory unit 10 whose default values are to be compared with those by the sensors 310 , 311 determined operating parameters are used. In an alternative embodiment, the selection of a data set by the operator of the vibratory pile driver via a corresponding control panel possible.

In dem Trägergerät 1 ist eine Steuerung 8 angeordnet, welche über Leitungen 6 mit der der Speichereinheit 10 sowie mit der SPS 7 verbunden ist. Die Steuerung 8 ist derart eingerichtet, dass sie aus dem von der SPS 7 ermittelten statischen Moment sowie den von den Sensoren 311 ermittelten Beschleunigungsdaten vor dem Hintergrund der Vorgabekennwerte des aus der Speichereinheit 10 ausgewählten Vorgabe-Datensatzes die optimalen Betriebskenngrößen des Schwingungserzeugers errechnet.In the carrier device 1, a controller 8 is arranged, which is connected via lines 6 to the memory unit 10 and to the PLC 7. The controller 8 is set up in such a way that it calculates the optimum operating parameters of the vibration generator from the static torque determined by the SPS 7 and the acceleration data determined by the sensors 311 against the background of the default characteristic values of the default data set selected from the memory unit 10.

Die Steuerung 8 ist mit dem in dem Schwingungserzeuger 3 angeordneten Schwenkmotor 36 zur Veränderung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen zueinander verbunden. Über die Ansteuerung des Schwenkmotors 36 erfolgt eine Angleichung der aktuellen durch die Sensoren 310, 311 erfassten Betriebskenndaten an die entsprechenden Vorgabewerte des ausgewählten Vorgabedatensatzes. Im Falle der Überschreitung der zulässigen Beschleunigungswerte erfolgt über den Schwenkmotor 36 über das Zahnrad 3621 eine Nachstellung der resultierenden Unwucht bzw. des resultierenden statischen Moments.The controller 8 is connected to the arranged in the vibrator 3 pivot motor 36 for changing the relative rotational position of the imbalance masses to each other. By means of the actuation of the swivel motor 36, the current operating characteristics recorded by the sensors 310, 311 are adapted to the corresponding preset values of the selected default data set. In the case of exceeding the permissible acceleration values via the pivot motor 36 via the gear 3621 an adjustment of the resulting imbalance or the resulting static torque.

Zusätzlich ist die Installation eines optischen und / oder akustischen Signals im Bedienerstand des Trägergerätes möglich, um den Bediener von der wesentlichen Überschreitung zulässiger Beschleunigungswerte zu informieren. Im Regelfall weist dies auf die Auswahl eines ungeeigneten Betriebskenngrößensatzes aus der Speichereinheit 10 hin. Durch die Aktivierung des Signals wird der Bediener angewiesen, die Auswahl des Vorgabedatensatzes zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren.In addition, the installation of an optical and / or acoustic signal in the operator's stand of the carrier device is possible to inform the operator of the significant exceeding of allowable acceleration values. As a rule, this indicates the selection of an unsuitable operating characteristic quantity set from the memory unit 10. Enabling the signal instructs the operator to review and, if necessary, correct the selection of the default data set.

Claims (13)

Schwingungserzeuger für ein Vibrationsrammgerät, umfassend rotierbare Unwuchtmassen, die auf Wellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein hydraulischer Antrieb mit veränderbarem Schluckvolumen angeordnet ist.Vibration generator for a Vibratory Ram, comprising rotatable imbalance masses, which are arranged on shafts, characterized in that at least one hydraulic drive is arranged with variable displacement. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verstellung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen zueinander angeordnet sind.Vibration generator according to claim 1, characterized in that means for adjusting the relative rotational position of the imbalance masses are arranged to each other. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuermodul vorgesehen ist, über das das Schluckvolumen in Abhängigkeit von Betriebsdruck oder Drehzahl einstellbar ist.Vibration generator according to claim 1 or 2, characterized in that a control module is provided, via which the displacement is adjustable in dependence on operating pressure or speed. Schwingungserzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzbetriebsdruck oder eine Grenzdrehzahl einstellbar ist.Vibration generator according to claim 3, characterized in that a limit operating pressure or a limit speed is adjustable. Schwingungserzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuer- und Regelkreis vorgesehen ist, der folgende Komponenten aufweist: - eine Speichereinheit zur Hinterlegung von Bodenbeschaffenheits- oder Aufgabenspezifischen Vorgabe- Datensätzen mit definierten Betriebskenngrößen, aus der ein jeweils erforderlicher Datensatz auswählbar ist, - Sensoren (5) zur kontinuierlichen Erfassung der definierten Betriebskenngrößen, - eine Auswerteeinheit (7) zum Vergleich der ermittelten Betriebskenngrüßen mit den Betriebskenngrößen des ausgewählten Vorgabe-Datensatzes, - eine mit der Auswerteeinheit (7) gekoppelte Regelvorrichtung zur Regelung des Schwingungserzeugers, - eine mit der Regelvorrichtung gekoppelte Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Mittel zur Verstellung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen zueinander. Vibration generator according to one of the preceding claims, characterized in that a control and regulating circuit is provided which has the following components: a storage unit for storing soil condition or task-specific default data sets with defined operating characteristics, from which a respective required data record can be selected, Sensors (5) for the continuous acquisition of the defined operating parameters, an evaluation unit (7) for comparing the determined operating characteristics with the operating characteristics of the selected default data set, a control device coupled to the evaluation unit (7) for controlling the vibration generator, - A control device coupled to the control device for controlling the means for adjusting the relative rotational position of the imbalance masses to each other. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (5) zur Erfassung der Frequenz sowie der relativen Position der Unwuchtmassen zueinander angeordnet sind.Vibration generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that sensors (5) for detecting the frequency and the relative position of the imbalance masses are arranged to each other. Schwingungserzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (5) zur Erfassung der Beschleunigung der rotierenden Wellen innerhalb des Schwingungserzeuger (3) angeordnet ist.Vibration generator according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor (5) for detecting the acceleration of the rotating shafts within the vibration generator (3) is arranged. Schwingungserzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (51) zur Erfassung der Beschleunigung des Schwingungserzeugers angeordnet ist.Vibration generator according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor (51) is arranged for detecting the acceleration of the vibration generator. Schwingungserzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (51) zur Erfassung der Beschleunigung des Schwingungserzeugers angeordnet ist und dass eine Vorrichtung zur automatischen Auswahl eines Vorgabe-Datensatzes auf Grundlage der ermittelten Beschleunigungswerte vorgesehen ist.Vibration generator according to claim 8, characterized in that at least one sensor (51) is arranged for detecting the acceleration of the vibration generator and that a device for automatic selection of a default data set is provided on the basis of the determined acceleration values. Vibrationsrammgerät, umfassend einen Schwingungserzeuger (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einen Mäkler (2), über den der Schwingungserzeuger (3) verfahrbar angeordnet ist und/oder eine Aufnahme für ein Rammgut (4).Vibratory pile driver, comprising a vibration generator (3) according to one of claims 1 to 8, a leader (2), via which the vibration generator (3) is arranged movable and / or a receptacle for a pile (4). Vibrationsrammgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (52) zur Erfassung der auf das Rammgut (4) einwirkenden Kraft angeordnet ist.Vibratory pile driver according to claim 10, characterized in that a sensor (52) for detecting the force to be applied to the pile material (4) is arranged. Vibrationsrammgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (53) zur Erfassung der Eindringgeschwindigkeit ist.Vibratory pile driver according to claim 10 or 11, characterized in that a sensor (53) for detecting the penetration rate. Vibrationsrammgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein externer, auf das Eindringmedium aufbringbarer Sensor (54) zur Erfassung der Schwingungen des Eindringmediums vorgesehen ist, der mit der Auswerteeinheit (7) verbunden ist.Vibratory pile driver according to one of claims 10 to 12, characterized in that at least one external, on the penetration medium attachable sensor (54) is provided for detecting the vibrations of the penetration medium, which is connected to the evaluation unit (7).
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