EP2714997B1 - Arbeitsgerät mit adaptivem stromerzeuger und verfahren für arbeitsgerät - Google Patents

Arbeitsgerät mit adaptivem stromerzeuger und verfahren für arbeitsgerät Download PDF

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EP2714997B1
EP2714997B1 EP12722293.3A EP12722293A EP2714997B1 EP 2714997 B1 EP2714997 B1 EP 2714997B1 EP 12722293 A EP12722293 A EP 12722293A EP 2714997 B1 EP2714997 B1 EP 2714997B1
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EP
European Patent Office
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load
working
internal combustion
combustion engine
movement
Prior art date
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Not-in-force
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EP12722293.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2714997A1 (de
Inventor
Michael Steffen
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Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Original Assignee
Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
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Publication date
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    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/30—Tamping or vibrating apparatus other than rollers ; Devices for ramming individual paving elements
    • E01C19/34—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/30—Tamping or vibrating apparatus other than rollers ; Devices for ramming individual paving elements
    • E01C19/34—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight
    • E01C19/38—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight with means specifically for generating vibrations, e.g. vibrating plate compactors, immersion vibrators

Definitions

  • the invention relates to a working device for generating a working movement.
  • Such implements may be, for example, drills and / or hammers, or soil compaction devices, such as rammers, vibratory plates or vibratory rollers. These implements often have an internal combustion engine, the rotational movement of which is converted into the actual working movement with the aid of a corresponding movement conversion device.
  • An implement according to the preamble of claim 1 is made DE 10 2008 050553 A1 known.
  • an internal combustion engine drive In rammers for soil compaction an internal combustion engine drive is usually provided, the rotational movement is transmitted by means of a crank mechanism and a spring means on the padfoot or a ground contact element provided there.
  • the rotational movement of the internal combustion engine with the aid of a belt drive or a hydraulic device can be transmitted to a provided on the ground contact element vibration exciter.
  • the rotational movement of the engine In hammers often Heilfedertschsysteme be used in which in a corresponding manner, the rotational movement of the engine is transmitted to a tool, such as a chisel.
  • Combustion engine driven rammers have a spring mass system, in which it for an effective compression work on as synchronous behavior of relatively movable masses (upper mass and lower mass) in cooperation with the interposed ramming system (crank mechanism, spring means, dynamic behavior of upper mass and lower mass ) arrives. It is well known that rammers are at their limits when the soils to be compacted remove very much or very little energy from the ramming system. In the first case, more drive energy would be required to maintain effective compaction work than the internal combustion engine can deliver, causing the engine and thus the rammer to reach its performance limit.
  • the engine delivers too much energy that, for example, can no longer be absorbed by an already compacted soil, causing the ramming system to over-roll and fall out of step. This means that one or more empty beats can follow after several taps. In this case it would be useful to remove energy from the ramming system or not to feed energy into the ramming system at all.
  • the invention has for its object to provide a working device with which the deliverable from the engine power can be better used without causing an overload of the engine.
  • the object is achieved by a working device with the features of claim 1.
  • a method for equalizing the load of an internal combustion engine is specified in such a working device.
  • an operating device for generating a working movement comprising a drive train with an internal combustion engine and with a motion conversion device for converting a rotational movement of the internal combustion engine into the working movement, coupled to the drive train load means for exerting a demand on the drive train in addition to a power of the drive train and to a load by generating the working movement, and to a control device for changing the load which can be effected by the load device.
  • the load device can be controlled by the control device in such a way that the load exerted by the load device on the drive train is set as a function of the power required to generate the work movement such that the speed of the internal combustion engine changes as the power required to generate the work movement changes predetermined speed setpoint is better approximated, as in a case in which the load device exerts no load on the drive train or is not controlled by the control device.
  • the speed increase of the internal combustion engine which can be very sudden, especially in the case of a spontaneous elimination or decrease in the load caused by the generation of the working movement, can thus on the one hand disturb the operation of the working device and on the other hand even lead to damage of the working device.
  • the load device counteracts this and selectively removes power from the drive train in order to prevent over-supply of energy. If, on the other hand, the drive power of the internal combustion engine is completely absorbed for generating the working movement, ie the speed drops or even falls below the predetermined speed setpoint, the load device can be switched off so that the entire drive power is available for the working movement. This is the case, for example, with a vibratory rammer when the soil is willing to compact and absorbs all the energy of the soil contact element (padfoot).
  • speed is to be understood broadly and also refers to minor or very short-term changes, e.g. during a piston movement in an internal combustion engine.
  • a speed change or deviation on the one hand over a longer period of time can be detected and averaged, but on the other hand also over extremely short periods of time.
  • These short periods of time e.g. also only relate to periods of time during or after the ignition of a combustion mixture in the internal combustion engine and the associated expansion piston movement and time periods in the subsequent compression movement of the piston.
  • the load device thus serves as a device that loads the internal combustion engine at high speeds so that its rotational speed does not exceed an allowable value.
  • the energy obtained in this case can also support the working power of the drive in states when the rotational speed falls below a predetermined value.
  • the load can also assume negative values in this case.
  • the control device is able to switch on the load device if necessary, and thus to load or shut down or down the drive train if the power of the drive train can be fully used for the working movement.
  • the control device can thus for example only switch the load device on or off or, in another embodiment, effect a sensitive control or regulation of the load to be applied by the load device.
  • the setpoint presetting device may also include a memory in which one or more suitable speed setpoint values are stored in advance, which have proven to be favorable for the implement.
  • the setpoint presetting means may be configured as an input means for inputting the speed setpoint by an operator.
  • the setpoint presetting device may be coupled to a throttle or may be formed by a throttle that allows the operator to adjust the speed.
  • control device With appropriate design of the control device and the load device, it is thus possible to adapt the load to be effected by the load device very sensitively and quickly to changed environmental conditions (for example change of the load due to the working movement, change of the rotational speed of the internal combustion engine).
  • the internal combustion engine has at least one piston reciprocable in a cylinder.
  • the load device can be controlled by the control device such that the approach of the rotational speed of the internal combustion engine to the rotational speed target value takes place within a period of the internal combustion engine, wherein the period of the internal combustion engine is an ignition period, ie the time between two ignitions.
  • ignition times can be understood as either the times of ignitions within one and the same cylinder, but also the times of ignitions in different cylinders. The latter applies in particular when the internal combustion engine is a multi-cylinder engine.
  • a load can be exercised during a combustion stroke of the piston, whereby the drive train energy can be withdrawn.
  • an energy storage device may be provided for storing the energy extracted by the load device during the combustion stroke.
  • the usual rotational speed fluctuation can thereby be partially or completely compensated. It can thus be significantly reduced or completely omitted the conventionally used flywheel masses.
  • the weight gain of the entire system by the additional electrical components such as motor / generator, converter and energy storage, can thus be almost compensated in terms of weight.
  • the idling speed can be lowered because no longer stored in the flywheel or a flywheel kinetic energy for the maintenance process of the mixture is required for their maintenance alone.
  • the drive motors are usually operated at the above-mentioned tools with higher or at least different speed than the operating frequency of the working units, ie the motion conversion device for generating the working movement corresponds.
  • the translation is often not a fixed, integer ratio.
  • a working cycle duty cycle
  • the padfoot alternately once three and once four ignitions of the working motor. It will therefore be the speed of the engine with a larger number of ignitions at the end higher than fewer ignitions per work cycle.
  • this variation can be indicated by the above Operation of the load device (alternately as an electric motor and as a generator) are compensated.
  • a suitable matching circuit which adapt the voltage, the current direction and the frequency to the requirements of the operating state and the setpoint specification.
  • the proposed technique thus differs considerably from the tasks and the solution of a hybrid technology for motor vehicles.
  • the period for the storage and withdrawal is in the proposed solution by orders of magnitude shorter than in the classic hybrid technology of machinery and certainly shorter than that of road vehicles.
  • the control dynamics for the electric motor generator must react much faster than is usual for hybrid technology. It is therefore in principle to use other controllers with different controller concepts.
  • the reaction time of the electric machine must be in order to compensate for the rotational speed fluctuations of the internal combustion engine with small implements at only a few milliseconds. To improve the reaction speed, the controller can predetermine as a disturbance variable for the reversal of the motor generator.
  • the load device In a high-performance operating state, in which high power is required to produce the working movement, the load device can thus be controlled by the control device in such a way that the load caused by the load device is minimized.
  • the control device In a high-performance operating state, in which high power is required to produce the working movement, the load device can thus be controlled by the control device in such a way that the load caused by the load device is minimized.
  • the more so that the power of the internal combustion engine can be used for the working movement the less the drive train is to be loaded by the load device. It is possible to set the load of the load device to a low value or completely off (zero load).
  • the load device In a low-power operating state in which a low power is required for generating the working movement, the load device can be controlled by the control device such that the load caused by the load device is increased.
  • the load device can be controlled by the control device such that the load exerted by the load device on the drive train load is set in dependence on the load required to generate the working movement such that the internal combustion engine emits substantially constant power.
  • the engine is set to a certain power output. This can be done for example by the operator before starting work on a throttle. Thereafter, a regulation of the motor is no longer necessary because the output from the engine power either completely goes into the working movement and thus can be used to perform the work, or - if the available energy can not be fully utilized - the excess energy through the load device is received.
  • the internal combustion engine "experiences" of these - with respect to the power flow - downstream measures nothing. Rather, the engine can always be operated in its optimum power and speed range. In this way, an overspeeding of the engine is avoided, so that a complicated and problematic especially in highly vibrating equipment speed control can be simplified.
  • the load device can be controlled by the control device such that at least two different load stages or at least one load stage and a zero load stage can be effected by the load device. It is also possible to set any loads within a range. In the simplest case, for example, the load device can only be switched on (load level) and off (zero load level) by the control device. Depending on the effort involved, the load device can very sensitively even compensate for small fluctuations in the drive power (eg principle speed fluctuations of the internal combustion engine within a crank revolution) or even serve only in case of overload (the engine provides too much power available, which is not withdrawn as work ) Counteract peak loads.
  • the drive power eg principle speed fluctuations of the internal combustion engine within a crank revolution
  • the load device can very sensitively even compensate for small fluctuations in the drive power (eg principle speed fluctuations of the internal combustion engine within a crank revolution) or even serve only in case of overload (the engine provides too much power available, which is not withdrawn as work ) Counteract peak loads.
  • a detection device may be provided for determining a parameter representing a criterion for the power currently required to generate the working movement.
  • the detection device serves to recognize that the requirement of work performance changes and, for example, only a part of the power provided by the internal combustion engine can actually be dissipated as work output.
  • the detection device can, for example, have a rotational speed detection of the internal combustion engine in order to detect an increase in the engine speed, which is due to the lower working power or, in principle, due to the internal combustion engine. In such a case, the load device can be switched on via the control device in order to return the internal combustion engine to its intended speed range.
  • At least one control algorithm may be provided in the control device in order to control the load device in a predefined manner as a function of the parameter determined by the detection device. It may therefore make sense that a corresponding control or regulating algorithm is realized, which enables a driving of the load device in dependence on the operating state of the working device.
  • the load device may be a power generating device, through which a corresponding electric current can be generated as a function of the load to be generated.
  • the load device can thus be designed as a current generator, so that the load taken up by the load device is converted into an electrical current.
  • a generator has the advantage that its power consumption can be regulated in a suitable manner by the control device. This is possible in particular by moderating the excitation of the stator windings of the generator.
  • An energy storage device may be provided for storing the electrical current generated by the power generation device. In this way it is possible to reuse the power at a later time in a suitable manner, for example for an electric starter.
  • the load device may be operable as a drive device in a drive operating state, so that drive power can be output from the load device to the drive train.
  • the power flow is reversed (negative load), so that, for example, energy from the energy storage device in the form of an electric current is returned to the load device, so that the load device is then operated as a drive device and outputs drive power to the drive train.
  • the load device can then support the drive effect of the internal combustion engine, so that the implement can be operated at least for a short time in a higher power range, as possible by the internal combustion engine alone.
  • the drive power for the drive train - depending on the stored energy at least briefly - is provided solely by the load device.
  • the load device serves as an electric motor, which is fed via the energy storage device.
  • the internal combustion engine can remain out of operation in this operating state.
  • a working device can serve a rammer for soil compaction, which has a motion converter with a crank mechanism for generating the working movement.
  • a ground contact element can be coupled, to which the working movement is transmitted.
  • vibratory plates vibrating plates
  • vibrating rollers or breaking hammers serving as working devices
  • the mechanical structure of these devices is known per se and therefore need not be furthered at this point. According to the invention, however, the coupled with the drive train load device is provided with these equipment, can be compensated with the fluctuations in the load bearing.
  • combustion engine driven rammers, hammers or, for example, soil compacting devices with an additionally installed power generator by suitably controlling the mechanical power demanded by the latter, can adapt the power output of the internal combustion engine to the remaining mechanical system in a suitable manner to the current requirements of the working device.
  • the power generator or the load device can be switched on in low-load operating phases and switched off in full-load phases in order to control the engine speed to constant values or to keep in a certain speed range.
  • electrical energy can be generated and stored in an energy store. Even a pure load operation, for example with a short circuit of the terminals of the power generator or a connection to a load resistor is possible.
  • the load device then operated as an electric motor, for example, can additionally provide this energy.
  • the internal combustion engine can also be temporarily switched off.
  • the degree of uniformity of the machine movement for example the degree of uniformity of machine components that move relative to one another
  • the upper mass having the drive and the lower mass having the padfoot should move in synchronism with each other. If the synchronization or the degree of uniformity of this relative movement is disturbed, this can be interpreted as an indication that the power generation of the drive motor or the power consumption of the ground contact element no longer match, so that the rammer "out of step".
  • the degree of uniformity can also be determined, for example, on the basis of the rotational frequency determined by the load device or on the basis of signals from a magnetic ignition system.
  • the load device in the form of a power generator may be part of an ignition system of the internal combustion engine.
  • the power output and the speed of the internal combustion engine can be adjusted to a current working process adapted height, the stabilization of the mechanical system improves the operability of, for example, a rammer, as this no longer falls out of step and / or with a hammer - the drive motor is no longer over-turned.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of the structure of a working device according to the invention.
  • the implement has a drive train 1 with an internal combustion engine 2 and a motion converter 3.
  • the movement conversion device 3 serves to convert the rotational movement of the internal combustion engine 2 into a suitable working movement, which can be transmitted to a working means 4.
  • the working means 4 in a rammer as ground contact element (padfoot), in a vibration plate as a ground contact plate, a vibratory roller as a roll bandage and a breaker hammer are performed as a chisel.
  • the working means 4 forms a kind of tool that perform the actual work movement and thereby achieve the desired working effect.
  • the movement changing device 3 can be formed in a rammer, for example, by a known crank mechanism and acted upon by the crank mechanism spring assembly.
  • the movement-changing device may have a belt drive or a hydraulic drive driven by the internal combustion engine 2 and a vibration generator that can be driven by the belt drive or the hydraulic drive.
  • the movement conversion device 3 comprises a suitable impact mechanism, for example an air spring impact mechanism, in which a crank or wobble drive is likewise provided.
  • a vibration exciter is provided as part of the motion conversion device 3 in a vibration plate.
  • a load device 5 is provided, which can act on the drive train 1 at a suitable location.
  • Fig. 1 is exemplified by connecting arrows that the load device 5, for example, each of the internal combustion engine 2, a connection component between the engine 2 and the motion conversion device 3, directly to the motion conversion device 3 or finally to a connection component between the movement changing device 3 and the working means 4 can act.
  • the load device 5 can thus be arranged depending on the configuration of the implement at a suitable position and designed accordingly.
  • a load device 5 is in particular a power generator, so for example a generator suitable, which is arranged in or on the drive train 1.
  • the power generated by the power generator can then be used in a suitable manner and stored, for example, in an energy storage device, for example a battery 6.
  • an energy storage device for example a battery 6.
  • the load device 5 serves to absorb or dissipate sudden power peaks in the drive train 1, which are not absorbed by the working means 4. This is the case, for example, with a vibratory tamper, when the soil to be compacted is unwilling to compaction and absorbs no or only a small amount of compaction energy. The then still provided by the engine 2 drive power ensures a peak power in the drive train 1, which can then be absorbed and reduced by the load device 5, for example, to prevent an inadmissible increase in the speed of the engine 2.
  • Another irregularity in the operation of such a working device may be caused by the internal combustion engine 2 itself:
  • the movement of - in Fig. 1 Not shown, but necessary for an internal combustion engine - piston undergoes significant changes in speed during a combustion cycle, which can be expressed in an irregular speed of the engine 2.
  • the piston moves in a combustion stroke due to the previous ignition and combustion of the mixture in the cylinder chamber considerably faster than subsequently during a compression stroke (compression stroke) for compressing the mixture.
  • This irregularity is particularly significant for smaller engines or engines with a low number of cylinders (single-cylinder and two-cylinder engines). It can also be reduced by the load device 5 and a suitable control of the load device 5.
  • a control device 7 may be provided, which may cause a suitable effect of the load device 5 depending on the design target.
  • control device 7 it is possible for the control device 7 to only switch on the load device 5 when required and to switch it off again when the demand disappears.
  • the load device 5 then applies a constant load to the drive train 1 for the period for which it is activated.
  • control device 7 it is also possible for the control device 7 to permanently adapt the load exerted by the load device 5 to the respective case of need and to vary, for example, between a minimum load (for example, zero load) and a maximum load, either in stages or continuously.
  • control device 7 can realize a kind of regulation of the load effect.
  • a detection device 8 is provided which monitors the state of the drive train 1 and supplies corresponding information to the control device 7.
  • the detection device 8 can determine a parameter that serves as a criterion for the power that is currently required for generating the working movement.
  • the detection device 8 can monitor the rotational speed in the drive train 1, in particular the rotational speed of the internal combustion engine 2. If the detection device 8 detects an increase in the engine speed without the operator having made a corresponding intervention by changing the throttle position on the carburetor of the internal combustion engine 2, the detection device 8 can conclude a change in the load requirement by the working means 4 and a corresponding information to the control device 7 deliver. This then takes over the load device 5 a corresponding incriminating or exonerating measure. In a simpler embodiment, the detection device 8 can also only exceed or fall below a predetermined speed limit monitor and then give information to the controller 7.
  • the detection device 8 may accordingly be designed as a tachometer.
  • the detection device 8 can also draw conclusions about its rotational speed by evaluating ignition information from the ignition device of the internal combustion engine 8. It is also possible for the detection device 8 to have motion or acceleration sensors which detect the dynamic behavior of one or more components of the implement.
  • the detection device 8 may also comprise a non-contact, e.g. have optical, tachometer. Overall, the person skilled in the art has many options for designing the detection device 8 in a suitable manner.
  • Another criterion for current power consumption is the degree of uniformity of relatively moving components of the implement (e.g., upper mass and lower mass).
  • the load device can also be operated by a motor in a drive operating state and thus bring power into the drive train 1.
  • the load device 5 can remove power from the battery 6 and - when the load device 5 is configured as a power generator - return the power in the drive train 1 in the electromotive operation. In this way, the load device 5 can support the drive power of the internal combustion engine 2 or - at least temporarily - completely replace.
  • Fig. 2 shows as an example of a working device a partial section through an upper part of a rammer for soil compaction.
  • the rammer comprises an internal combustion engine 2 with a piston 2a and a connecting rod 2b, which drives a crank mechanism 9 in a known manner.
  • the crank mechanism 9 acts in turn on Fig. 2 spring assemblies, not shown, which transmit the drive power to a lower mass of the rammer, also not shown, to which a padfoot is provided with a serving as a working means ground contact element.
  • the structure of such a rammer is known in principle and therefore need not be further elaborated at this point.
  • a load device serving power generator 10 is provided in the drive train between the engine 2 and serving as a motion conversion device 3 crank mechanism 9 .
  • a drive shaft of the internal combustion engine 2 is divided into an internal combustion engine-side first shaft part 11a and a crank-shaft-side second shaft part 11b.
  • a clutch bell 12 is provided, which is part of a centrifugal force clutch 13 known per se with rammers.
  • the power generator 10 On the outside of the clutch bell 12, the power generator 10 is arranged in the form of a generator.
  • the power generator 10 has a fixed to the clutch bell 12 rotor 14 and a housing-side stator 15.
  • the power generator 10 can also be operated by a motor and in turn bring power into the drive train.
  • the power generator 10 is fed by the energy storage, not shown, and can either support the drive power of the engine 2 or even perform the drive of the crank mechanism 9 alone.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät zum Erzeugen einer Arbeitsbewegung.
  • Derartige Arbeitsgeräte können zum Beispiel Bohr- und/oder Aufbruchhämmer oder Vorrichtungen zur Bodenverdichtung, wie zum Beispiel Stampfer, Vibrationsplatten oder Vibrationswalzen sein. Diese Arbeitsgeräte weisen häufig einen Verbrennungsmotor auf, dessen Drehbewegung mit Hilfe einer entsprechenden Bewegungswandeleinrichtung in die eigentliche Arbeitsbewegung gewandelt wird.
  • Ein Arbeitsgerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus DE 10 2008 050553 A1 bekannt.
  • Bei Stampfern zur Bodenverdichtung ist in der Regel ein verbrennungsmotorischer Antrieb vorgesehen, dessen Drehbewegung mit Hilfe eines Kurbeltriebs und einer Federeinrichtung auf den Stampffuß bzw. ein dort vorgesehenes Bodenkontaktelement übertragen wird. Bei Rüttelplatten zur Bodenverdichtung kann die Drehbewegung des Verbrennungsmotors mit Hilfe eines Riementriebs oder einer Hydraulikeinrichtung auf einen an dem Bodenkontaktelement vorgesehenen Schwingungserreger übertragen werden. Bei Hämmern werden häufig Luftfederschlagsysteme eingesetzt, bei denen in entsprechender Weise die Drehbewegung des Verbrennungsmotors auf ein Werkzeug, zum Beispiel einen Meißel, übertragen wird.
  • Bei Stampfern und kleineren Rüttelplatten mit verbrennungsmotorischem Antrieb werden - außer zur Versorgung kleinerer Bordsysteme wie zum Beispiel der Zündung, der Ölpumpe oder Sensoren - keine Stromerzeuger eingesetzt. Derartige Arbeitsgeräte müssen vom Bediener meist von Hand (zum Beispiel mit einem Zugseilstarter) gestartet werden.
  • Größere Vibrationsplatten oder -walzen verfügen meist über einen Elektrostart, sodass dementsprechend ein mit dem Verbrennungsmotor kombinierter Stromerzeuger (Lichtmaschine) und eine Bordbatterie zur Deckung und Aufrechterhaltung des elektrischen Energiebedarfs der Maschine und ihrer Nebenaggregate vorgesehen ist.
  • Verbrennungsmotorisch angetriebene Stampfer verfügen über ein Feder-Massesystem, bei dem es für eine wirkungsvolle Verdichtungsarbeit auf ein möglichst synchrones Verhalten der relativ zueinander beweglichen Massen (Obermasse und Untermasse) im Zusammenwirken mit dem dazwischen angeordneten Stampfsystem (Kurbeltrieb, Federeinrichtung, dynamisches Verhalten von Obermasse und Untermasse) ankommt. Es ist bekannt, dass Stampfer an ihre Einsatzgrenzen stoßen, wenn die zu verdichtenden Böden sehr viel oder sehr wenig Energie aus dem Stampfsystem entnehmen. Im ersten Fall wäre zur Aufrechterhaltung einer wirkungsvollen Verdichtungsarbeit mehr Antriebsenergie erforderlich, als der Verbrennungsmotor liefern kann, sodass der Motor und damit der Stampfer an seine Leistungsgrenze stoßen. Im zweiten Fall liefert der Motor zu viel Energie, die zum Beispiel von einem bereits verdichteten Boden nicht mehr aufgenommen werden kann, sodass das Stampfsystem überdreht und außer Tritt fällt. Dies bedeutet, das auf mehrere Stampfschläge auch ein oder mehrere Leerschläge folgen können. In diesem Fall wäre es sinnvoll, dem Stampfsystem Energie zu entnehmen bzw. Energie erst gar nicht in das Stampfsystem einzuspeisen.
  • Ein ähnliches Problem stellt sich bei einem Aufbruchhammer. Dort kann jedoch der Lastabriss zum Beispiel beim Durchbrechen an einer Abbruchstelle noch plötzlicher und damit kritischer sein als ein verdichteter Boden beim Stampfer. Ein Hammer weist konstruktionsbedingt weniger Systemverluste auf als der Stampfer, sodass sich eine durch den Lastabriss ergebende Drehzahlerhöhung unmittelbar negativ auf den Antrieb auswirken kann. Die Regelung bzw. Begrenzung der Motordrehzahl ist problematisch, da wegen der hohen Beschleunigungsbelastung des Hammers keine mechanischen Drehzahlregler genutzt werden können. Der Verbrennungsmotor eines Hammers wird daher über das Motormanagement eingebremst, was jedoch technisch nur innerhalb bestimmter Grenzen möglich ist.
  • Bei einer grenzwertigen Belastung einer Vibrationsplatte kann es vorkommen, dass die Leistung des antreibenden Verbrennungsmotors zur Aufrechterhaltung der Bodenverdichtungswirkung nicht mehr ausreicht. Die Leistung des Verbrennungsmotors wird dabei zusätzlich noch durch den Stromerzeuger (Lichtmaschine) gemindert.
  • Generell kann somit von verschiedenen "Unregelmäßigkeiten" ausgegangen werden, die den Betrieb eines derartigen Arbeitsgeräts beeinträchtigen können: Zum einen besteht die Wahrscheinlichkeit einer unruhigen Lastabnahme, z.B. bei einem Stampfer oder einem Hammer, wie oben geschildert. Zum andern läuft auch der Antrieb selbst, nämlich der Verbrennungsmotor innerhalb einer Periode, also innerhalb einer Umdrehung der Kurbelwelle unruhig bzw. unregelmäßig. Im Moment der Zündung wird der Motorkolben stark beschleunigt, während eine nachfolgende Verdichtung des Gas-Luft-Gemisches im Zylinder den Motorkolben abbremst. Dieses Problem stellt sich insbesondere bei Einzylindermotoren und wird z.B. durch Schwungmassen gemindert, die wiederum aber das Gesamtgewicht der Maschine erhöhen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät anzugeben, mit dem die von dem Verbrennungsmotor abgebbare Leistung besser genutzt werden kann, ohne eine Überlastung des Verbrennungsmotors zu bewirken.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Im nebengeordneten Verfahrensanspruch wird ein Verfahren zum Vergleichmäßigen der Belastung eines Verbrennungsmotors in einem derartigen Arbeitsgerät angegeben.
  • Es wird ein Arbeitgerät zum Erzeugen einer Arbeitsbewegung angegeben, mit einem Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und mit einer Bewegungswandeleinrichtung zum Wandeln einer Drehbewegung des Verbrennungsmotors in die Arbeitsbewegung, einer mit dem Antriebsstrang gekoppelten Lasteinrichtung zum bedarfsweisen Ausüben einer Last auf den Antriebsstrang zusätzlich zu einer Leistung des Antriebsstrangs und zu einer Last durch das Erzeugen der Arbeitsbewegung, und mit einer Steuereinrichtung zum Verändern der von der Lasteinrichtung bewirkbaren Last. Die Lasteinrichtung ist durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar, dass die von der Lasteinrichtung auf den Antriebsstrang ausgeübte Last in Abhängigkeit von der zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlichen Leistung derart eingestellt ist, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei einer sich ändernden, zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlichen Leistung einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert besser angenähert ist, als in einem Fall, in dem die Lasteinrichtung keine Last auf den Antriebsstrang ausübt oder nicht durch die Steuereinrichtung angesteuert wird.
  • Mit Hilfe der Lasteinrichtung ist es somit möglich, gezielt eine zusätzliche Belastung des Antriebsstrangs - über die durch das Erzeugen der Arbeitsbewegung bewirkte Last hinaus - herbeizuführen. Dies ist insbesondere in Betriebszuständen relevant, in denen der Verbrennungsmotor seine Drehzahl zu stark erhöht und in der Folge davon zu viel Leistung abgibt und die Gefahr besteht, dass durch dieses übergroße Leistungsangebot der Betrieb des Arbeitsgeräts gestört wird. So besteht zum Beispiel bei Rüttelstampfern die Gefahr, dass bei einer zu großen Antriebsleistung bzw. bei Verdichten eines bereits verdichteten, verdichtungsunwilligen Bodens nur noch wenig Energie aufgenommen wird, sodass im Stampfsystem zu viel Energie vorhanden ist. Dieser Überschuss an Energie führt zu einem "außer Tritt fallen" des Stampfers, was nachfolgend ein Springen des Stampfers und damit verbunden hohe Bewegungsamplituden der Obermasse und eines Führungsbügels, an dem der Bediener den Stampfer führt, führen kann.
  • Die Drehzahlerhöhung des Verbrennungsmotors, die insbesondere bei einem spontanen Wegfall oder Absinken der durch die Erzeugung der Arbeitsbewegung bewirkten Last sehr plötzlich sein kann, kann somit einerseits den Betrieb des Arbeitsgeräts stören und andererseits sogar zu einer Beschädigung des Arbeitsgeräts führen.
  • Die Lasteinrichtung wirkt dem entgegen und entzieht dem Antriebsstrang gezielt Leistung, um die Überversorgung mit Energie zu verhindern. Wenn hingegen die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors vollständig für das Erzeugen der Arbeitsbewegung absorbiert wird, also die Drehzahl absinkt bzw. gar unter den vorgegebenen Drehzahl-Sollwert fällt, kann die Lasteinrichtung abgeschaltet werden, sodass die gesamte Antriebsleistung für die Arbeitsbewegung zur Verfügung steht. Dies ist zum Beispiel bei einem Rüttelstampfer dann der Fall, wenn der Boden verdichtungswillig ist und die gesamte Energie des Bodenkontaktelements (Stampffußes) aufnimmt.
  • Der Begriff der Drehzahl ist breit zu verstehen und betrifft auch geringfügige bzw. sehr kurzzeitige Änderungen, z.B. während einer Kolbenbewegung in einem Verbrennungsmotor. Somit kann eine Drehzahländerung bzw. -abweichung einerseits über einen größeren Zeitraum (mehrere Arbeitstakte) erfasst und gemittelt werden, anderseits aber auch über extrem kurze Zeitabschnitte. Diese kurzen Zeitabschnitte können - wie unten noch erläutert wird - z.B. auch nur jeweils Zeitabschnitte während oder nach der Zündung eines Verbrennungsgemischs in dem Verbrennungsmotor und der damit verbundenen Expansions-Kolbenbewegung sowie Zeitabschnitte bei der späteren Kompressionsbewegung des Kolbens betreffen.
  • Die Lasteinrichtung dient somit als eine Einrichtung, die den Verbrennungsmotor bei zu hohen Drehzahlen so belastet, dass seine Drehgeschwindigkeit nicht über einen zulässigen Wert hinaus geht. In einer besonderen, später noch erläuterten Ausführungsform, kann die hierbei gewonnene Energie auch in Zuständen, wenn die Drehgeschwindigkeit unter einen vorgegebenen Wert fällt, die Arbeitsleistung des Antriebs unterstützen. Die Last kann in diesem Fall auch negative Werte annehmen.
  • Die Steuereinrichtung ist in der Lage, die Lasteinrichtung im Bedarfsfall zuzuschalten und somit den Antriebsstrang zu belasten oder abzuschalten bzw. herunterzuregeln, wenn die Leistung des Antriebsstrangs vollständig für die Arbeitsbewegung genutzt werden kann. Je nach Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung somit beispielsweise die Lasteinrichtung nur zu- oder abschalten oder in einer anderen Ausführungsform eine feinfühlige Steuerung bzw. Regelung der von der Lasteinrichtung aufzubringenden Last bewirken.
  • Es kann eine Sollwert-Vorgabeeinrichtung vorgesehen sein, zum Vorgeben des Drehzahl-Sollwerts als Zielwert für die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Diese Sollwert-Vorgabeeinrichtung kann mit der Steuereinrichtung gekoppelt sein, um den Drehzahl-Sollwert an die Steuereinrichtung zu übermitteln. Die Sollwert-Vorgabeeinrichtung kann auch einen Speicher aufweisen, in dem eine oder mehrere geeignete Drehzahl-Sollwerte vorab gespeichert sind, die sich für das Arbeitsgerät als günstig erwiesen haben.
  • Die Sollwert-Vorgabeeinrichtung kann als Eingabeeinrichtung ausgebildet sein, zum Eingeben des Drehzahl-Sollwerts durch einen Bediener. Z.B. kann die Sollwert-Vorgabeeinrichtung mit einem Gashebel gekoppelt sein oder durch einen Gashebel gebildet werden, über den der Bediener die Drehzahl einstellt.
  • Die Lasteinrichtung kann durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar sein, dass die Annäherung der Drehzahl des Verbrennungsmotors an den Drehzahl-Sollwert erfolgt
    • innerhalb einer Periode der Arbeitsbewegung; und/oder
    • innerhalb einer Periode des Verbrennungsmotors; und/oder
    • über mehrere Perioden der Arbeitsbewegung und/oder des Verbrennungsmotors.
  • Bei entsprechender Ausgestaltung der Steuereinrichtung und der Lasteinrichtung ist es somit möglich, die durch die Lasteinrichtung zu bewirkende Last sehr feinfühlig und schnell an geänderte Umgebungsbedingungen (z.B. Änderung der Belastung durch die Arbeitsbewegung, Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors) anzupassen.
  • Möglich wird dabei z.B. auch die Veränderung der Belastung durch die Lasteinrichtung, wenn sich eine Schwebung der Arbeitsbewegung einstellt. Beim Verdichten von Böden mittels Stampfer oder Rüttelplatte ist es bekannt, das grundsätzlich Schwebungen über mehrere Perioden des Verdichtungshubs auftreten. Diese entstehen aus einer Interferenz zwischen der anregenden Frequenz des Verdichtungsgerätes und der Bodenresonanzfrequenz. Die Schwebung ist mit einer sich verändernden Leistungsaufnahme verknüpft. Auch dies Vorgänge bzw. Schwebungen können mit einer vorgeschlagenen Lasteinrichtung ausgeglichen werden, wodurch der Verdichtungsvorgang vergleichmäßigt wird. Entsprechendes ist z.B. auch bei einem als Arbeitsgerät dienenden Aufbruchhammer möglich.
  • Wenn die Anpassung innerhalb einer Periode bzw. eines Arbeitstakts des Verbrennungsmotors, also innerhalb einer Umdrehung der Kurbelwelle erfolgt, kann sogar die durch Kompression und Zündung prinzipbedingte Unregelmäßigkeit eines Verbrennungsmotors ausgeglichen werden. Dadurch kann z.B. eine zusätzliche Schwungmasse, die sonst zur Vergleichmäßigung des Verbrennungsmotors erforderlich ist, kleiner dimensioniert oder ganz überflüssig werden.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Verbrennungsmotor wenigstens einen in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben auf. Die Lasteinrichtung kann durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar sein, dass die Annäherung der Drehzahl des Verbrennungsmotors an den Drehzahl-Sollwert innerhalb einer Periode des Verbrennungsmotors erfolgt, wobei die Periode des Verbrennungsmotors eine Zündperiode, also der Zeitpunkt zwischen zwei Zündungen ist. Als Zündzeitpunkte können dabei entweder die Zeitpunkte von Zündungen innerhalb ein- und desselben Zylinders, aber auch die Zeitpunkte von Zündungen in verschiedenen Zylindern verstanden werden. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn der Verbrennungsmotor ein Mehrzylindermotor ist.
  • Durch die Lasteinrichtung kann während eines Verbrennungshubs des Kolbens eine Last ausübbar sein, wodurch dem Antriebsstrang Energie entzogen werden kann. Zudem kann eine Energiespeichereinrichtung vorgesehen sein, zum Speichern der von der Lasteinrichtung während des Verbrennungshubs entzogenen Energie. Durch die Lasteinrichtung kann während eines nachfolgenden Verdichtungshubs des Kolbens Energie aus der Energiespeichereinrichtung in den Antriebsstrang rückgeführt werden, zum Unterstützen der Verdichtungsbewegung des Kolbens.
  • Mit Hilfe der Lasteinrichtung ist es auf diese Weise möglich, zu einem Zeitpunkt überschüssiger Energie, nämlich kurz nach der Zündung, und damit während der Expansionsbewegung des Kolbens (Verbrennungshub) dem System Energie zu entziehen und kurzzeitig in der Energiespeichereinrichtung zu speichern bzw. zu puffern. Diese Energie kann wenig später, nämlich bei dem nachfolgenden Kompressions- bzw. Verdichtungshub des Kolbens genutzt werden, die Verdichtungsbewegung des Kolbens zu unterstützen.
  • Es ist nach dem Stand der Technik nicht möglich, durch irgendwelche Steuerelemente an dem Vergaser oder dem Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors zu gewährleisten, dass die Drehgeschwindigkeiten während der Umdrehung eines Zweitaktmotors bzw. während zweier Umdrehungen bei einem Viertaktmotor ausgeglichen werden. Stattdessen werden häufig große Schwungmassen oder Mehrzylindermotoren genutzt, um eine einigermaßen gleichmäßige Drehgeschwindigkeit im Betrieb zu erreichen. Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Lösung, bei der die Lasteinrichtung insbesondere als Elektromotor und Generator mit angekoppeltem elektrischen Energiespeicher betrieben wird, ist es jedoch möglich, die Drehgeschwindigkeit zu vergleichmäßigen. Bei einem Ausgleich der Drehschwankungen des Motors wird während des Verbrennungshubs Energie von dem Elektromotor bzw. Elektrogenerator (Elektromotor, der in diesem Fall generatorisch betrieben wird) aufgenommen, in der Energiespeichereinrichtung zwischengespeichert und während des Verdichtungshubs wieder vom (dann motorisch betriebenen) Elektromotor aus dem Speicher entnommen und als mechanische Energie der Kurbelwelle bzw. dem Antriebsstrang zur Verfügung gestellt wird.
  • Die übliche Drehgeschwindigkeitsschwankung kann hierdurch teilweise oder auch vollständig ausgeglichen werden. Es können damit die üblicherweise verwendeten Schwungmassen erheblich reduziert oder vollständig weggelassen werden. Die Gewichtszunahme des gesamten Systems durch die zusätzlichen elektrischen Komponenten wie Motor/Generator, Stromrichter und Energiespeicher, können damit gewichtsmäßig nahezu kompensiert werden. Auch kann die Leerlaufdrehzahl abgesenkt werden, da für ihre Aufrechterhaltung nicht mehr die in der Schwungmasse bzw. einem Schwungrad gespeicherte kinetische Energie für den Verdichtungsvorgang des Gemischs allein benötigt wird.
  • Die Antriebsmotoren werden bei den oben genannten Arbeitsgeräten meist mit höherer oder zumindest anderer Drehzahl betrieben als es der Arbeitsfrequenz der Arbeitseinheiten, also der Bewegungswandeleinrichtung zum Erzeugen der Arbeitsbewegung, entspricht. Die Übersetzung ist dabei häufig kein festes, ganzzahliges Verhältnis. Bei einem Stampfer mit Zweitaktmotor fallen beispielsweise in ein Arbeitsspiel (Arbeitszyklus) des Stampffußes wechselweise einmal drei und einmal vier Zündungen des Arbeitsmotors. Es wird daher die Drehzahl des Motors bei größerer Anzahl von Zündungen am Ende höher sein als bei wenigeren Zündungen pro Arbeitspiel. Auch diese Schwankung kann durch den oben angegebenen Betrieb der Lasteinrichtung (wechselweise als Elektromotor und als Generator) ausgeglichen werden.
  • Als Energiespeicher für die hier notwendigen schnellen Einspeicher- und Ausspeichervorgänge sind im Allgemeinen chemische Batterien allein ungeeignet. Chemische Batterien eignen sich vielmehr zur dauerhaften Speicherung größerer Energiemengen. Besser erscheinen daher für das schnelle, kurzfristige Ein- und Ausspeichern elektrische Kondensatoren oder Schwungradspeicher, wobei auch Kombinationen aus diesen Komponenten sinnvoll sein können. Als Schwungradspeicher eignen sich z.B. elektromechanische Speicher, bei denen der Rotor eines Elektromotors selbst als Schwungrad dient (DYNASTORE - Schwungradspeicher).
  • Zwischen dem Motorgenerator und dem Speicher ist eine geeignete Anpassungsschaltung vorzusehen, die die Spannung, die Stromrichtung und die Frequenz den Erfordernissen des Betriebszustandes und der Sollwertvorgabe anpassen.
  • Die vorgeschlagene Technik unterscheidet sich damit ganz erheblich von den Aufgaben und dem Lösungsweg einer Hybridtechnik für Kraftfahrzeuge. Die Periodenzeit für das Einspeichern und Ausspeichern ist bei der vorgeschlagenen Lösung um Größenordnungen kürzer als bei der klassischen Hybridtechnik von Arbeitsmaschinen und erst recht kürzer als die von Straßenfahrzeugen. Die Regeldynamik für den elektrischen Motorgenerator muss dabei wesentlich schneller reagieren als dies für die Hybridtechnik üblich ist. Es sind daher prinzipiell andere Regler mit anderen Reglerkonzepten einzusetzen. Die Reaktionszeit der elektrischen Maschine muss zum Ausgleich der Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Verbrennungsmotors bei kleinen Arbeitsgeräten bei nur einigen Millisekunden liegen. Der Regler kann zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit einen Vorhalt als Störgröße für das Umsteuern des Motorgenerators vorgeben.
  • In einem Hochleistungs-Betriebszustand, in dem zum Erzeugen der Arbeitsbewegung eine hohe Leistung erforderlich ist, kann somit die Lasteinrichtung durch die Steuereinrichtung derart angesteuert werden, dass die von der Lasteinrichtung bewirkte Last minimiert ist. Je mehr also die Leistung des Verbrennungsmotors für die Arbeitsbewegung genutzt werden kann, desto weniger soll der Antriebsstrang durch die Lasteinrichtung belastet werden. Dabei ist es möglich, die Last der Lasteinrichtung auf einen geringen Wert einzustellen oder ganz abzustellen (Nulllast).
  • In einem Niedrigleistungs-Betriebszustand, in dem zum Erzeugen der Arbeitsbewegung eine niedrige Leistung erforderlich ist, kann die Lasteinrichtung durch die Steuereinrichtung derart angesteuert werden, dass die von der Lasteinrichtung bewirkte Last erhöht ist. Dies betrifft einen Betriebszustand, in dem aus unterschiedlichen Gründen nur eine geringe Arbeitsleistung erbracht werden muss, obwohl der Verbrennungsmotor nach wie vor eine höhere Leistung (z.B. seine Nennleistung) anbietet. Die überschüssige Leistung kann dann von der Lasteinrichtung aufgenommen, vernichtet oder in geeigneter Weise kompensiert werden.
  • Die Lasteinrichtung kann durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar sein, dass die von der Lasteinrichtung auf den Antriebsstrang ausgeübte Last in Abhängigkeit von der zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlichen Last derart eingestellt ist, dass der Verbrennungsmotor im Wesentlichen eine konstante Leistung abgibt. In diesem Fall wird der Motor auf eine bestimmte Leistungsabgabe eingestellt. Dies kann zum Beispiel durch den Bediener vor Arbeitsbeginn über einen Gashebel erfolgen. Danach ist eine Regelung des Motors nicht mehr erforderlich, weil die vom Motor abgegebene Leistung entweder vollständig in die Arbeitsbewegung übergeht und somit zum Verrichten der Arbeit genutzt werden kann, oder - wenn die zur Verfügung stehende Energie nicht vollständig genutzt werden kann - die überschüssige Energie durch die Lasteinrichtung aufgenommen wird. Der Verbrennungsmotor "erfährt" von diesen - bezogen auf den Leistungsfluss - stromab durchgeführten Maßnahmen nichts. Vielmehr kann der Verbrennungsmotor stets in seinem optimalen Leistungs- und Drehzahlbereich betrieben werden. Auf diese Weise wird auch ein Überdrehen des Motors vermieden, sodass eine aufwändige und insbesondere bei stark vibrierenden Arbeitsgeräten problematische Drehzahlregelung vereinfacht werden kann.
  • Die Lasteinrichtung kann durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar sein, dass durch die Lasteinrichtung wenigstens zwei verschiedene Laststufen bzw. wenigstens eine Laststufe und eine Nulllaststufe bewirkbar sind. Ebenso ist es möglich, dass beliebige Lasten innerhalb eines Bereichs eingestellt werden. Im einfachsten Fall kann zum Beispiel die Lasteinrichtung durch die Steuereinrichtung lediglich eingeschaltet (Laststufe) und ausgeschaltet (Nulllaststufe) werden. Je nach dem betriebenen Aufwand kann die Lasteinrichtung sehr feinfühlig bereits geringe Schwankungen der Antriebsleistung (z.B. prinzipbedingte Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors innerhalb einer Kurbelumdrehung) ausgleichen oder auch nur dazu dienen, im Überlastfall (der Verbrennungsmotor stellt zu viel Leistung zur Verfügung, die nicht als Arbeitsleistung entzogen wird) Lastspitzen entgegenzuwirken.
  • Es kann eine Detektionseinrichtung vorgesehen sein, zum Bestimmen eines Parameters, der ein Kriterium für die Leistung, die aktuell zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlich ist, repräsentiert. Die Detektionseinrichtung dient dazu, zu erkennen, dass sich die Anforderung von Arbeitsleistung ändert und zum Beispiel nur noch ein Teil der vom Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellten Leistung tatsächlich als Arbeitsleistung abgeführt werden kann. Die Detektionseinrichtung kann zum Beispiel eine Drehzahlerfassung des Verbrennungsmotors aufweisen, um einen - durch die geringere Arbeitsleistung bedingten oder bei einem Verbrennungsmotor prinzipbedingten - Anstieg der Motordrehzahl zu detektieren. Über die Steuereinrichtung kann in einem solchen Fall die Lasteinrichtung zugeschaltet werden, um den Verbrennungsmotor wieder in den vorgesehenen Drehzahlbereich zurückzuführen.
  • Als Kriterium für die Leistung und das Drehzahlverhalten des Verbrennungsmotors sind verschiedene Lösungen denkbar, die im Wesentlichen dem Fachmann geläufig sind.
  • In der Steuereinrichtung kann wenigstens ein Steueralgorithmus vorgesehen sein, um in Abhängigkeit von dem durch die Detektionseinrichtung bestimmten Parameter die Lasteinrichtung in einer vorgegebenen Weise anzusteuern. Es kann daher Sinn machen, dass ein entsprechender Steuer- oder Regelalgorithmus realisiert wird, der ein Ansteuern der Lasteinrichtung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Arbeitsgeräts ermöglicht.
  • Die Lasteinrichtung kann eine Stromerzeugungseinrichtung sein, durch die in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Last ein entsprechender elektrischer Strom erzeugbar ist. Insbesondere kann die Lasteinrichtung somit als Stromgenerator ausgebildet sein, sodass die von der Lasteinrichtung aufgenommene Last in einen elektrischen Strom gewandelt wird. Ein Generator hat den Vorteil, dass seine Leistungsaufnahme in geeigneter Weise durch die Steuereinrichtung geregelt werden kann. Dies ist insbesondere durch das Moderieren der Erregung der Statorwicklungen des Generators möglich.
  • Es kann eine Energiespeichereinrichtung vorgesehen sein, zum Speichern des von der Stromerzeugungseinrichtung erzeugten elektrischen Stroms. Auf diese Weise ist es möglich, den Strom zu einem späteren Zeitpunkt in geeigneter Weise wieder zu nutzen, zum Beispiel für einen Elektrostarter.
  • Alternativ ist es auch möglich, den von der Stromerzeugungseinrichtung generierten Strom in einem Heizelement zu verbrauchen und in Form von Wärme von dem Arbeitsgerät abzuführen. Dies wird dann sinnvoll sein, wenn kurzfristige Lastspitzen an der Lasteinrichtung abgeführt werden müssen. Für einen Dauerbetrieb dürfte sich diese Lösung aus ökonomischen Gründen nicht anbieten.
  • Die Lasteinrichtung kann in einem Antriebs-Betriebszustand als Antriebseinrichtung betreibbar sein, sodass Antriebsleistung von der Lasteinrichtung an den Antriebsstrang abgebbar ist. In diesem Fall wird der Leistungsfluss umgekehrt (negative Last), sodass zum Beispiel Energie aus der Energiespeichereinrichtung in Form eines elektrischen Stroms an die Lasteinrichtung rückgeführt wird, sodass die Lasteinrichtung dann als Antriebseinrichtung betrieben wird und Antriebsleistung an den Antriebsstrang abgibt. Die Lasteinrichtung kann dann die Antriebswirkung des Verbrennungsmotors unterstützen, sodass das Arbeitsgerät wenigstens kurzzeitig auch in einem höheren Leistungsbereich betrieben werden kann, als durch den Verbrennungsmotor allein möglich.
  • Bei einer Variante ist es möglich, dass die Antriebsleistung für den Antriebsstrang - in Abhängigkeit von der gespeicherten Energie wenigstens kurzzeitig - allein durch die Lasteinrichtung bereitgestellt wird. In diesem Fall dient die Lasteinrichtung als Elektromotor, der über die Energiespeichereinrichtung gespeist wird. Der Verbrennungsmotor kann in diesem Betriebszustand außer Betrieb bleiben.
  • Als Arbeitsgerät kann ein Stampfer zur Bodenverdichtung dienen, der eine Bewegungswandeleinrichtung mit einem Kurbeltrieb zum Erzeugen der Arbeitsbewegung aufweist. Mit der Bewegungswandeleinrichtung kann ein Bodenkontaktelement gekoppelt sein, auf das die Arbeitsbewegung übertragen wird.
  • In ähnlicher Weise können als Arbeitsgeräte dienende Rüttelplatten (Vibrationsplatten), Vibrationswalzen oder Aufbruchhämmer ausgebildet sein. Der mechanische Aufbau dieser Geräte ist an sich bekannt und muss daher an dieser Stelle nicht weiter vertieft werden. Erfindungsgemäß wird bei diesen Arbeitsgeräten jedoch die mit dem Antriebsstrang gekoppelte Lasteinrichtung vorgesehen, mit der Schwankungen bei der Lastaufnahme ausgeglichen werden können.
  • Ein Verfahren zum Vergleichmäßigen der Belastung eines Verbrennungsmotors in einem zum Erzeugen einer Arbeitsbewegung dienenden Arbeitsgerät weist die Schritte auf:
    • Bereitstellen eines Arbeitsgeräts mit einem den Verbrennungsmotor aufweisenden Antriebsstrang und einer auf den Antriebsstrang einwirkenden Lasteinrichtung;
    • Einstellen der von der Lasteinrichtung erzeugten Last derart, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors im Wesentlichen auf einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert bleibt.
  • Damit ist es möglich, bereits sehr kurzfristige Drehzahlschwankungen, die z.B. aufgrund der Kolbenbewegung (Verbrennungshub, Verdichtungshub) innerhalb einer Zündperiode des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden, auszugleichen, um eine Vergleichmäßigung der Drehzahl zu erreichen.
  • Bei einer Variante ist es möglich, die von der Lasteinrichtung erzeugte Last derart einzustellen, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors auch dann im Wesentlichen auf einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert bleibt, wenn sich die zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderliche Leistung ändert.
  • Ebenso ist es möglich, mit dem genannten Verfahren Schwebungen auszugleichen, die sich ohne die Wirkung des Verfahren über mehrere Motorzyklen bzw. Arbeitstakte der Arbeitsbewegung durch Interferenzen einstellen könnten.
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung können verbrennungsmotorisch angetriebene Stampfer, Hämmer oder zum Beispiel Bodenverdichtungsvorrichtungen mit einem zusätzlich eingebauten Stromerzeuger durch geeignetes Steuern der von diesem angeforderten mechanischen Leistung die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors an das verbleibende mechanische System in geeigneter Weise an die aktuellen Erfordernisse des Arbeitsgeräts anpassen. So kann der Stromerzeuger bzw. die Lasteinrichtung in lastarmen Arbeitsphasen zugeschaltet und in Volllastphasen abgeschaltet werden, um die Motordrehzahl auf konstante Werte zu regeln bzw. in einem bestimmten Drehzahlbereich zu halten. Dabei kann elektrische Energie erzeugt und in einem Energiespeicher gespeichert werden. Auch ein reiner Lastbetrieb, zum Beispiel mit einem Kurzschluss der Klemmen des Stromerzeugers oder einem Anschluss an einen Lastwiderstand ist möglich.
  • Wenn das mechanische System, insbesondere der Antriebsstrang bzw. das Arbeitsmittel, das die Arbeitsbewegung erzeugen soll, mehr Energie benötigt, als der Verbrennungsmotor auslegungsgemäß liefern kann, kann die dann zum Beispiel als Elektromotor betriebene Lasteinrichtung diese Energie zusätzlich bereitstellen.
  • Bei großer Energie-Speichermenge und geringem Leistungsbedarf kann der Verbrennungsmotor auch zeitweilig ausgeschaltet werden.
  • Ebenso ist es möglich, die Lasteinrichtung ausschließlich als Last zu betreiben, und damit das Arbeitsgerät im Teillastbereich zu stabilisieren und im Grenzlastbereich zu entlasten.
  • Als Kriterium für die Leistung, die aktuell zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlich ist, ist zum Beispiel der Gleichförmigkeitsgrad der Maschinenbewegung, zum Beispiel auch der Gleichförmigkeitsgrad von Maschinenkomponenten, die sich relativ zueinander bewegen, denkbar. Zum Beispiel sollten sich bei einem Rüttelstampfer die den Antrieb aufweisende Obermasse und die den Stampffuß aufweisende Untermasse synchron zueinander bewegen. Wenn die Synchronisation bzw. der Gleichförmigkeitsgrad dieser Relativbewegung gestört ist, kann dies als Zeichen dafür gewertet werden, dass die Leistungserzeugung des Antriebsmotors oder die Leistungsaufnahme des Bodenkontaktelements nicht mehr zusammenpassen, sodass der Stampfer "außer Tritt fällt".
  • Der Gleichförmigkeitsgrad kann zum Beispiel auch aufgrund der von der Lasteinrichtung festgestellten Drehfrequenz oder anhand von Signalen aus einer Magnetzündanlage bestimmt werden.
  • Zum Beispiel kann die Lasteinrichtung in Form eines Stromerzeugers Teil einer Zündanlage des Verbrennungsmotors sein.
  • Durch geeignete Moderation der Aktivität der Lasteinrichtung kann die Leistungsabgabe sowie die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine dem aktuellen Arbeitsprozess angepasste Höhe eingeregelt werden, wobei die Stabilisierung des mechanischen Systems die Bedienbarkeit zum Beispiel eines Stampfers verbessert, da dieser nicht mehr außer Tritt fällt und/oder - bei einem Hammer - der Antriebsmotor nicht mehr überdreht.
  • Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Arbeitsgeräts; und
    Fig. 2
    einen Teilschnitt durch einen Vibrationsstampfer zur Bodenverdichtung.
  • Fig. 1 zeigt als schematisches Blockschaltbild den Aufbau eines erfindungsgemäßen Arbeitsgeräts.
  • Das Arbeitsgerät weist einen Antriebsstrang 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 und einer Bewegungswandeleinrichtung 3 auf. Die Bewegungswandeleinrichtung 3 dient dazu, die Drehbewegung des Verbrennungsmotors 2 in eine geeignete Arbeitsbewegung zu wandeln, die auf ein Arbeitsmittel 4 übertragen werden kann.
  • Je nach Ausgestaltung des Arbeitsgeräts kann das Arbeitsmittel 4 bei einem Stampfer als Bodenkontaktelement (Stampffuß), bei einer Vibrationsplatte als Bodenkontaktplatte, bei einer Vibrationswalze als Walzenbandage und bei einem Aufbruchhammer als Meißel ausgeführt werden. Insoweit bildet das Arbeitsmittel 4 eine Art Werkzeug, das die eigentliche Arbeitsbewegung ausführen und dadurch die gewünschte Arbeitswirkung erzielen soll.
  • In dem Antriebsstrang 1 können noch weitere Komponenten vorgesehen sein, zum Beispiel Wellen und Kupplungen.
  • Die Bewegungswandeleinrichtung 3 kann bei einem Stampfer zum Beispiel durch einen an sich bekannten Kurbeltrieb sowie ein von dem Kurbeltrieb beaufschlagtes Federpaket gebildet werden. Bei einer Vibrationsplatte kann die Bewegungswandeleinrichtung einen Riementrieb oder einen von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Hydraulikantrieb sowie einen von dem Riementrieb oder dem Hydraulikantrieb antreibbaren Schwingungserreger aufweisen. Bei einem Hammer umfasst die Bewegungswandeleinrichtung 3 ein geeignetes Schlagwerk, zum Beispiel ein Luftfederschlagwerk, in dem ebenfalls ein Kurbel- oder Taumeltrieb vorgesehen ist. In analoger Weise ist bei einer Vibrationsplatte ein Schwingungserreger als Teil der Bewegungswandeleinrichtung 3 vorgesehen.
  • Weiterhin ist eine Lasteinrichtung 5 vorgesehen, die an geeigneter Stelle auf den Antriebsstrang 1 einwirken kann. In Fig. 1 ist beispielhaft durch verbindende Pfeile dargestellt, dass die Lasteinrichtung 5 zum Beispiel jeweils auf den Verbrennungsmotor 2, auf eine Verbindungskomponente zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und der Bewegungswandeleinrichtung 3, direkt auf die Bewegungswandeleinrichtung 3 oder schließlich auf eine Verbindungskomponente zwischen der Bewegungswandeleinrichtung 3 und dem Arbeitsmittel 4 einwirken kann.
  • Die Lasteinrichtung 5 kann somit je nach Ausgestaltung des Arbeitsgeräts an geeigneter Stellung angeordnet und entsprechend ausgestaltet werden.
  • Als Lasteinrichtung 5 wird insbesondere ein Stromerzeuger, also zum Beispiel ein Generator geeignet sein, der in oder an dem Antriebsstrang 1 angeordnet ist. Der von dem Stromerzeuger generierte Strom kann dann in geeigneter Weise genutzt und zum Beispiel in einer Energiespeichereinrichtung, zum Beispiel einer Batterie 6 gespeichert werden. Ebenso ist es aber auch möglich, den von der Lasteinrichtung 5 generierten Strom zu vernichten und in Form von Wärme an die Umgebung abzugeben.
  • Die Lasteinrichtung 5 dient dazu, plötzliche Leistungsspitzen im Antriebsstrang 1 aufzunehmen bzw. abzubauen, die nicht von dem Arbeitsmittel 4 aufgenommen werden. Dies ist zum Beispiel einem Vibrationsstampfer der Fall, wenn der zu verdichtende Boden verdichtungsunwillig ist und keine bzw. nur eine geringe Verdichtungsenergie aufnimmt. Die dann immer noch vom Verbrennungsmotor 2 bereitgestellte Antriebsleistung sorgt für eine Leistungsspitze im Antriebsstrang 1, die dann von der Lasteinrichtung 5 aufgenommen und abgebaut werden kann, um zum Beispiel ein unzulässiges Erhöhen der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 zu verhindern.
  • Eine ähnliche Situation kann sich zum Beispiel bei einem Aufbruchhammer einstellen, wenn der Meißel des Hammers - gerade noch unter Volllast arbeitend - plötzlich durch das aufzubrechende Gestein durchbricht. Bei Durchbrechen des Gesteins wird schlagartig nur noch eine geringe Leistung von dem Meißel (Arbeitsmittel 4) abverlangt, sodass der antreibende Verbrennungsmotor 2 schlagartig entlastet wird und hochdreht. Diese frei werdende Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 kann von der Lasteinrichtung 5 aufgenommen werden.
  • Eine weitere Unregelmäßigkeit im Betrieb eines derartigen Arbeitsgeräts kann durch den Verbrennungsmotor 2 selbst entstehen: Die Bewegung des - in Fig. 1 nicht dargestellten, aber für einen Verbrennungsmotor notwendigen - Kolbens erfährt während eines Verbrennungszyklus erhebliche Änderungen der Geschwindigkeit, die sich in einer unregelmäßigen Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 äußern können. So bewegt sich der Kolben bei einem Verbrennungshub aufgrund der vorher erfolgten Zündung und Verbrennung des Gemischs in der Zylinderkammer erheblich schneller, als nachfolgend bei einem Verdichtungshub (Kompressionshub) zum Verdichten des Gemischs. Diese Unregelmäßigkeit fällt vor allem bei kleineren Motoren bzw. Motoren mit geringer Zylinderzahl ins Gewicht (Einzylinder- und Zweizylindermotoren). Sie kann ebenfalls durch die Lasteinrichtung 5 und eine geeignete Ansteuerung der Lasteinrichtung 5 verringert werden.
  • Zur Steuerung der Lasteinrichtung 5 kann eine Steuereinrichtung 7 vorgesehen sein, die je nach Auslegungsziel eine geeignete Wirkung der Lasteinrichtung 5 hervorrufen kann.
  • So ist es zum Beispiel bei einer einfachen Ausführungsform möglich, dass die Steuereinrichtung 7 die Lasteinrichtung 5 bei Bedarf nur zuschaltet und bei Wegfall des Bedarfs wieder abschaltet. Die Lasteinrichtung 5 legt dann eine konstante Last an den Antriebsstrang 1 für den Zeitraum an, für den sie aktiviert ist.
  • Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Steuereinrichtung 7 die von der Lasteinrichtung 5 ausgeübte Last permanent an den jeweiligen Bedarfsfall anpasst und zum Beispiel zwischen einer Mindestlast (zum Beispiel Nulllast) und einer Maximallast entweder in Stufen oder stufenlos jeweils aktuell variiert.
  • In diesem letzteren Fall kann die Steuereinrichtung 7 eine Art Regelung der Lasteinwirkung realisieren. Zu diesem Zweck ist es hilfreich, wenn eine Detektionseinrichtung 8 vorgesehen ist, die den Zustand des Antriebsstrangs 1 beobachtet und entsprechende Information an die Steuereinrichtung 7 liefert.
  • Insbesondere kann die Detektionseinrichtung 8 einen Parameter bestimmen, der als Kriterium für die Leistung, die aktuell zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlich ist, dient. Zum Beispiel kann die Detektionseinrichtung 8 die Drehzahl im Antriebsstrang 1, insbesondere die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 überwachen. Wenn die Detektionseinrichtung 8 einen Anstieg der Motordrehzahl feststellt, ohne dass der Bediener durch Ändern der Drosselklappenstellung am Vergaser des Verbrennungsmotors 2 einen entsprechenden Eingriff vorgenommen hat, kann die Detektionseinrichtung 8 auf eine Änderung der Lastanforderung durch das Arbeitsmittel 4 schließen und eine entsprechende Information an die Steuereinrichtung 7 liefern. Diese ergreift dann über die Lasteinrichtung 5 eine entsprechende belastende oder entlastende Maßnahme.
    Bei einer einfacheren Ausführungsform kann die Detektionseinrichtung 8 auch lediglich ein Überschreiten oder Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahlgrenze überwachen und daraufhin eine Information an die Steuereinrichtung 7 abgeben.
  • Die Detektionseinrichtung 8 kann demgemäß als Drehzahlmesser ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Detektionseinrichtung 8 auch durch Auswerten von Zündinformationen aus der Zündvorrichtung des Verbrennungsmotors 8 Rückschlüsse auf dessen Drehzahl ziehen. Ebenso ist es möglich, dass die Detektionseinrichtung 8 Bewegungs- oder Beschleunigungssensoren aufweist, die das dynamische Verhalten von einer oder mehreren Komponenten des Arbeitsgeräts erfassen. Ebenso kann die Detektionseinrichtung 8 auch einen berührungslosen, z.B. optischen, Drehzahlmesser aufweisen. Insgesamt stehen dem Fachmann hier viele Möglichkeiten offen, die Detektionseinrichtung 8 in geeigneter Weise auszugestalten.
  • Ein anderes Kriterium für eine aktuelle Leistungsaufnahme ist der Gleichförmigkeitsgrad bzw. das Synchronverhalten von relativ zueinander beweglichen Komponenten des Arbeitsgeräts (z.B. Obermasse und Untermasse).
  • Die Lasteinrichtung kann auch in einem Antriebs-Betriebszustand motorisch betrieben werden und somit Leistung in den Antriebsstrang 1 einbringen. Zum Beispiel kann die Lasteinrichtung 5 Strom aus der Batterie 6 entnehmen und - wenn die Lasteinrichtung 5 als Stromerzeuger ausgestaltet ist - im elektromotorischen Betrieb die Leistung in den Antriebsstrang 1 zurückführen. Auf diese Weise kann die Lasteinrichtung 5 die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 unterstützen oder - zumindest kurzzeitig - vollständig ersetzen.
  • Fig. 2 zeigt als Beispiel für ein Arbeitsgerät einen Teilschnitt durch einen oberen Teil eines Stampfers zur Bodenverdichtung.
  • Der Stampfer weist einen Verbrennungsmotor 2 mit einem Kolben 2a und einem Pleuel 2b auf, der einen Kurbeltrieb 9 in bekannter Weise antreibt. Der Kurbeltrieb 9 wirkt seinerseits auf in Fig. 2 nicht dargestellte Federpakete, die die Antriebsleistung auf eine ebenfalls nicht dargestellte Untermasse des Stampfers übertragen, an der ein Stampffuß mit einem als Arbeitsmittel dienenden Bodenkontaktelement vorgesehen ist. Der Aufbau eines derartigen Stampfers ist prinzipiell bekannt und muss an dieser Stelle daher nicht weiter vertieft werden.
  • In dem Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem als Bewegungswandeleinrichtung 3 dienenden Kurbeltrieb 9 ist ein als Lasteinrichtung dienender Stromerzeuger 10 vorgesehen. Eine Antriebswelle des Verbrennungsmotors 2 ist in einen verbrennungsmotorseitigen ersten Wellenteil 11a und in einen kurbeltriebseitigen zweiten Wellenteil 11b aufgeteilt. An dem zweiten Wellenteil 11b ist eine Kupplungsglocke 12 vorgesehen, die Bestandteil einer an sich bei Stampfern bekannten Fliehkraftkupplung 13 ist.
  • An der Außenseite der Kupplungsglocke 12 ist der Stromerzeuger 10 in Form eines Generators angeordnet. Der Stromerzeuger 10 weist einen an der Kupplungsglocke 12 befestigten Rotor 14 und einen gehäuseseitigen Stator 15 auf.
  • Im Betrieb des Stampfers kann über den Stromerzeuger 10 Energie von dem Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Kurbeltrieb 9 abgegriffen werden, die zum Beispiel vom Verbrennungsmotor 2 erzeugt wird, aber von dem Kurbeltrieb 9 nicht verbraucht wird, weil das Bodenkontaktelement nur einen geringen Teil für das Erzielen der Arbeitsbewegung benötigt. Dieser dann von dem Stromerzeuger 10 generierte Strom kann in geeigneter Weise z.B. in einer nicht gezeigten Batterie bzw. einem geeigneten Energiespeicher gespeichert oder über einen Widerstand in Form von Wärme abgegeben werden.
  • In einem umgekehrten Betriebszustand kann der Stromerzeuger 10 auch motorisch betrieben werden und seinerseits Leistung in den Antriebsstrang einbringen. In diesem Fall wird der Stromerzeuger 10 von dem nicht dargestellten Energiespeicher gespeist und kann entweder die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 unterstützen oder gar den Antrieb des Kurbeltriebs 9 alleine durchführen.
  • Einzelheiten dieses zuletzt beschriebenen Aufbaus ergeben sich zum Beispiel aus der DE 10 2009 004 443 A1 .

Claims (15)

  1. Arbeitsgerät zum Erzeugen einer Arbeitsbewegung, mit
    - einem Antriebsstrang (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) und mit einer Bewegungswandeleinrichtung (3) zum Wandeln einer Drehbewegung des Verbrennungsmotors (2) in die Arbeitsbewegung;
    - einer mit dem Antriebsstrang (1) gekoppelten Lasteinrichtung (5) zum bedarfsweisen Ausüben einer Last auf den Antriebsstrang (1) zusätzlich zu einer Leistung des Antriebsstrangs; und mit
    - einer Steuereinrichtung (7) zum Verändern der von der Lasteinrichtung (5) bewirkbaren Last dadurch gekennzeichnet, daß
    - die Lasteinrichtung (5) durch die Steuereinrichtung (7) derart ansteuerbar ist, dass die von der Lasteinrichtung (5) auf den Antriebsstrang ausgeübte Last in Abhängigkeit von der zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlichen Leistung derart eingestellt ist, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) bei einer sich ändernden zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlichen Leistung einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert besser angenähert ist, als in einem Fall, in dem die Lasteinrichtung (5) keine Last auf den Antriebsstrang (1) ausübt oder nicht durch die Steuereinrichtung (7) angesteuert wird.
  2. Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollwert-Vorgabeeinrichtung vorgesehen ist, zum Vorgeben des Drehzahl-Sollwerts als Zielwert für die Drehzahl des Verbrennungsmotors.
  3. Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinrichtung durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass die Annäherung der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) an den Drehzahl-Sollwert erfolgt
    - innerhalb einer Periode der Arbeitsbewegung; und/oder
    - innerhalb einer Periode des Verbrennungsmotors (2); und/oder
    - über mehrere Perioden der Arbeitsbewegung und/oder des Verbrennungsmotors (2).
  4. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Verbrennungsmotor (2) wenigstens einen in einem Zylinder linear hinund herbewegbaren Kolben (2a) aufweist;
    - die Lasteinrichtung (5) durch die Steuereinrichtung (7) derart ansteuerbar ist, dass die Annäherung der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) an den Drehzahl-Sollwert innerhalb einer Periode des Verbrennungsmotors (2) erfolgt;
    - die Periode des Verbrennungsmotors (2) eine Zündperiode ist;
    - durch die Lasteinrichtung (5) während eines Verbrennungshubs des Kolbens eine Last ausübbar und dadurch dem Antriebsstrang (1) Energie entziehbar ist;
    - eine Energiespeichereinrichtung (6) vorgesehen ist, zum Speichern der von der Lasteinrichtung (5) während des Verbrennungshubs entzogenen Energie;
    - durch die Lasteinrichtung (5) während eines Verdichtungshubs des Kolbens Energie aus der Energiespeichereinrichtung (6) in den Antriebsstrang (1) rückführbar ist, zum Unterstützen der Verdichtungsbewegung des Kolbens.
  5. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hochleistungs-Betriebszustand, in dem zum Erzeugen der Arbeitsbewegung eine hohe Leistung erforderlich ist, die Lasteinrichtung (5) durch die Steuereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass die von der Lasteinrichtung (5) bewirkte Last minimiert ist.
  6. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Niedrigleistungs-Betriebszustand, in dem zum Erzeugen der Arbeitsbewegung eine niedrige Leistung erforderlich ist, die Lasteinrichtung (5) durch die Steuereinrichtung (7) derart angesteuert wird, dass die von der Lasteinrichtung (5) bewirkte Last erhöht ist.
  7. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinrichtung (5) durch die Steuereinrichtung (7) derart ansteuerbar ist, dass
    - durch die Lasteinrichtung (5) wenigstens zwei verschiedene Laststufen bewirkbar sind; und/oder
    - durch die Lasteinrichtung (5) wenigstens eine Laststufe und eine Nulllaststufe bewirkbar sind ; und/oder dass
    - innerhalb eines Bereichs beliebige Lasten bewirkbar sind.
  8. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionseinrichtung (8) vorgesehen ist, zum Bestimmen eines Parameters, der ein Kriterium für die Leistung, die aktuell zum Erzeugen der Arbeitsbewegung erforderlich ist, repräsentiert.
  9. Arbeitsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (7) wenigstens ein Steueralgorithmus vorgesehen ist, um in Abhängigkeit von dem durch die Detektionseinrichtung (8) bestimmten Parameter die Lasteinrichtung (5) in einer vorgegebenen Weise anzusteuern.
  10. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinrichtung (5) eine Stromerzeugungseinrichtung ist, durch die in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Last ein entsprechender elektrischer Strom erzeugbar ist.
  11. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) die Stromerzeugungseinrichtung ansteuert, um die gewünschte Last durch die Stromerzeugungseinrichtung zu bewirken.
  12. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiespeichereinrichtung (6) vorgesehen ist, zum Speichern des von der Stromerzeugungseinrichtung erzeugten elektrischen Stroms.
  13. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinrichtung (5) in einem Antriebs-Betriebszustand als Antriebseinrichtung betreibbar ist, so dass Antriebsleistung von der Lasteinrichtung (5) an den Antriebsstrang abgebbar ist.
  14. Arbeitsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Arbeitsgerät ein Stampfer zur Bodenverdichtung ist;
    - die Bewegungswandeleinrichtung (3) einen Kurbeltrieb zum Erzeugen der Arbeitsbewegung aufweist; und dass
    - ein mit der Bewegungswandeleinrichtung (3) gekoppeltes Bodenkontaktelement (4) vorgesehen ist, auf das die Arbeitsbewegung übertragen wird.
  15. Verfahren zum Vergleichmäßigen der Belastung eines Verbrennungsmotors (2) in einem zum Erzeugen einer Arbeitsbewegung dienenden Arbeitsgerät, mit den Schritten
    - Bereitstellen eines Arbeitsgeräts mit einem den Verbrennungsmotor (2) aufweisenden Antriebsstrang und einer auf den Antriebsstrang einwirkenden Lasteinrichtung (5);
    - Einstellen der von der Lasteinrichtung (5) erzeugten Last derart, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) im Wesentlichen auf einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert bleibt.
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