EP3252232B2 - Bodenverdichter und verfahren zum betreiben eines bodenverdichters - Google Patents

Bodenverdichter und verfahren zum betreiben eines bodenverdichters Download PDF

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EP3252232B2
EP3252232B2 EP17172417.2A EP17172417A EP3252232B2 EP 3252232 B2 EP3252232 B2 EP 3252232B2 EP 17172417 A EP17172417 A EP 17172417A EP 3252232 B2 EP3252232 B2 EP 3252232B2
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EP
European Patent Office
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compactor
vibrating
vibration
rollers
arrangement
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EP3252232A1 (de
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Klaus Meindl
Hans-Peter PATZNER
Axel RÖMER
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Hamm AG
Original Assignee
Hamm AG
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Publication date
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Publication of EP3252232B1 publication Critical patent/EP3252232B1/de
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a soil compactor according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating a soil compactor having at least two vibratory compactor rollers according to the preamble of patent claim 9.
  • Such a soil compactor is from WO 2011/064367 A2 famous.
  • the soil compactor has two compactor rollers which are rotatable about respective roller axes of rotation.
  • the two compactor rollers are arranged one after the other in a longitudinal direction or also in a direction of movement of the soil compactor with roller axes of rotation that are essentially parallel to one another at least when driving straight ahead.
  • At least one of the compactor rollers is a divided compactor roller and has two roller areas that follow one another in the direction of the roller axis of rotation of this compactor roller and can basically rotate independently of one another.
  • a vibration excitation arrangement is assigned to each of these two adjacent roller drives, which can be driven independently of one another for rotation, for example by the roller drives assigned to them.
  • a common flywheel drive is assigned to the two flywheel arrangements of the two compressor roller areas. This drives one of the flywheel assemblies directly and the other of the flywheel assemblies via a planetary gear.
  • the use of the planetary gear ensures that even if the two compactor roller areas rotate at different speeds around the common compactor roller axis of rotation, for example when driving through curves, the two centrifugal mass arrangements of the compactor roller areas work in phase with one another, i.e. if a speed difference occurs, there is no phase shift in the Vibrational movement of the two flywheel mass arrangements and thus no phase shift in the vibrational movement of the compressor roller areas excited by these flywheel mass arrangements to carry out a vibrational movement occurs.
  • the CN 103603258B discloses a method with which it is intended to ensure that in a soil compactor, which has two compactor rollers that can be excited to carry out an oscillating movement, no beats occur that are caused by superimposition of the oscillating movements.
  • the vibration frequencies of the two compressor rollers that are excited to vibrate are recorded and adjusted in such a way that the occurrence of beats is largely avoided by a difference between these vibration frequencies.
  • the compactor rollers of the soil compactor operated in this way are thus stimulated to carry out oscillating movements with oscillating frequencies that differ from one another.
  • a soil compactor according to the preamble of claim 1 is from US 2003/0048082 A1 famous.
  • a sensor arrangement for detecting vibrations in the area of the soil compactor and for providing a feedback signal which reproduces vibration excitations caused by superimposition of the vibration movements of the vibration compactor rollers.
  • the control arrangement is designed to control the vibration excitation arrangements in such a way that the phase offset is acted upon in order to counteract the vibration excitations caused by superimposition of the vibration movements of the vibration compactor rollers.
  • the vibrating compactor rollers used in a soil compactor constructed according to the invention can be two compactor rollers that follow one another in a longitudinal direction of the soil compactor, for example provided in a front area and a rear area of the soil compactor, which can therefore rotate about roller axes of rotation that are different from one another but are essentially parallel at least when driving straight ahead but also two towards one compactor roller axis of rotation which follow one another and are therefore rotatable about the same compactor roller axis of rotation.
  • this phase offset can be actively influenced so that noise or Oscillations can be counteracted by appropriate setting, possibly also adjustment or shifting of the phase position.
  • the vibration variable preferably has an essentially periodic curve.
  • At least one vibration detection arrangement comprises at least one acceleration sensor for detecting an acceleration of the associated vibratory compactor roller, preferably for detecting an acceleration of the associated vibration compactor roller in a vertical direction and / or in a circumferential direction.
  • Each vibration excitation arrangement can include a flywheel mass arrangement and a flywheel mass drive that drives it to move.
  • each flywheel drive includes a drive motor, preferably a hydraulic motor, and that each flywheel assembly includes at least one flywheel mass that can be driven by the associated drive motor to rotate about a flywheel axis of rotation .
  • Each drive motor is preferably a hydraulic motor, and more preferably at least one hydraulic pump is provided in order to provide the pressurized fluid required to operate the hydraulic motors or to feed it to the hydraulic motors.
  • a hydraulic pump be provided for feeding all hydraulic motors with pressurized fluid, and that at least one hydraulic motor be a variable hydraulic motor.
  • a variable hydraulic motor is a hydraulic motor whose speed can be varied by appropriate control of the same, for example by adjusting the displacement of the same.
  • a hydraulic pump be provided in association with each hydraulic motor, and that the hydraulic pump and/or the hydraulic motor be variable in at least one, preferably each pair of hydraulic motor and hydraulic pump.
  • This embodiment variant is particularly suitable when the vibratory compactor rollers are provided in different areas, for example in a front area and a rear area of a soil compactor, so that each of the vibratory compactor rollers can be operated with a completely independent system.
  • either the hydraulic pump or the hydraulic motor or both is variable in at least one of the vibration compactor rollers or the pair of hydraulic motor and hydraulic pump provided in association with the same.
  • this hydraulic pump is designed to change the quantity and/or the pressure of the pressure fluid delivered by it, for example by appropriate adjustment of the delivery volume, in order in this way to also achieve a corresponding operational change in the evoke hydraulic motor.
  • the object specified above is also achieved by a method for operating a soil compactor having at least two vibratory compactor rollers and constructed according to the invention, the vibratory compactor rollers being rotatable about respective roller axes of rotation and being excitable by a respective vibration excitation arrangement to carry out an oscillating movement, with different vibratory compactor rollers associated vibration excitation arrangements are controlled in such a way that the vibratory movements of these vibration compactor rollers have a predetermined, fundamentally changeable phase offset.
  • a sensor arrangement for detecting vibrations in the area of the soil compactor provides a feedback signal that reproduces vibration excitations caused by superimposition of the vibration movements of the vibration compactor rollers.
  • the vibration excitation arrangements are controlled in such a way that the phase offset is acted upon in order to counteract the vibration excitations caused by superimposition of the vibration movements of the vibration compactor rollers.
  • each vibration excitation arrangement comprises a flywheel mass arrangement with at least one flywheel mass that can be driven to rotate about a flywheel mass axis of rotation and a flywheel mass drive, and that for changing of the phase offset of the oscillating movements of the oscillating compactor rollers with respect to one another in at least one oscillation excitation arrangement at least one centrifugal mass is driven by the associated centrifugal mass drive in a phase matching operating phase for rotation at a rotational speed that has changed with respect to a basic rotational state.
  • a soil compactor that can be used for compacting a subsoil 10 is generally denoted by 12 .
  • the soil compactor 12 has two vibratory compactor rollers 14, 16 which are arranged one after the other in a longitudinal direction L of the soil compactor and which are rotatable about roller axes of rotation A 1 , A 2 which are spaced apart from one another in the longitudinal direction L of the soil compactor.
  • a roller drive can be assigned to at least one of these two vibrating compactor rollers 14, 16, in order to thereby move the soil compactor 12 forward to carry out compacting processes, wherein in the course of this movement the two vibratory compactor rollers 14, 16 rotate about their roller axes of rotation A1 and Turn A 2 and roll on the surface 10.
  • the vibration compactor rollers 16 can be pivotable on a compactor frame 18, which is denoted by 18 and also has a driver's cab 20, about, for example, substantially horizontally oriented pivot axes.
  • the 2 shows in its representations a) and b) the two vibratory compactor rollers 14, 16 with a respective vibration excitation arrangement 22 or 24 provided in association therewith 26 with at least one centrifugal mass 28 rotatable about a centrifugal mass axis of rotation.
  • the vibration excitation arrangement 22, as well as the vibration excitation arrangement 24, is intended to excite the respectively assigned vibration compactor roller 14, 16 to carry out a vibration movement, i.e. one essentially in a height direction or orthogonal to the subsoil to be compacted oriented direction reciprocating vibrational motion.
  • the at least one flywheel mass can generally be rotated about an axis of rotation of the flywheel mass, which essentially also corresponds to the axis of rotation of the vibration compactor roller.
  • the vibration excitation arrangement 22 In order to set the at least one flywheel mass 28 of the flywheel mass arrangement 26 in motion, i.e. to drive it to rotate about the respective flywheel mass axis of rotation, here for example the roller axis of rotation A 1 , the vibration excitation arrangement 22 also has a flywheel mass drive 30 .
  • the flywheel drive 30 in turn comprises a drive motor 32, designed as a hydraulic motor in the example shown, and a hydraulic pump 34 that feeds this drive motor 32 or hydraulic motor with pressurized fluid.
  • the flywheel drive 30 is controlled by a control arrangement, generally designated 36, which controls the hydraulic pump 34, for example, in order to drive it to deliver pressurized fluid with a predetermined delivery quantity or a predetermined pressurized fluid, so that the drive motor 32 or hydraulic motor is also in operation accordingly is offset and drives at least one centrifugal mass 28 to rotate.
  • the hydraulic pump 34 is a variable hydraulic pump, ie a hydraulic pump whose flow rate or delivery pressure is adjustable.
  • An increase in the pressure fluid flow rate or the pressure of the pressure fluid delivered by hydraulic pump 34 leads to a corresponding increase in the speed of a motor shaft, not shown, of hydraulic motor or drive motor 32 and correspondingly also a higher speed of the at least one flywheel mass 28, with the result that the resulting vibratory movement offset compactor roller 14 is excited with a correspondingly changed frequency to oscillate or oscillates with a corresponding frequency.
  • a vibration detection arrangement In order to detect this vibrational movement of the vibration compactor roller 14, a vibration detection arrangement, generally designated 38, is provided.
  • This can, for example, comprise at least one acceleration sensor 40, which, for example, detects the acceleration of the compactor roller 14 in the area of the roller axis of rotation A 1 , for example in the area of a roller bearing, with the acceleration sensor 40 essentially being used for recording in the exemplary embodiment shown of an oscillating compactor roller 14 excited to vibrate an oscillating movement in the direction of movement in which the compactor roller 14 is excited to oscillate, that is to say essentially an up and down direction.
  • the acceleration sensor 40 delivers an acceleration signal, which represents the oscillating movement of the oscillating compactor roller 14 and represents an oscillation quantity, to the activation arrangement 36.
  • the activation arrangement 36 can, in the manner described below, activate the flywheel drive 30, in particular the hydraulic pump 34, based on this acceleration signal, which represents an oscillation quantity. to act on the operation of the flywheel assembly 26 in a corresponding
  • the vibration excitation arrangement 24 associated with it also comprises a flywheel mass arrangement 42 with at least one flywheel mass 44 that can be rotated about an axis of rotation of the flywheel mass, with the vibration excitation arrangement 24 in this example also being designed to generate a vibration movement of the vibratory compactor roller 16 and consequently the at least one flywheel mass 44 will generally rotate about a flywheel mass axis of rotation corresponding to the roll axis of rotation A 2 .
  • a flywheel drive 46 with a drive motor 48 embodied as a hydraulic motor and a variable hydraulic pump 50 is assigned to the flywheel arrangement 42 in order to generate this rotational movement. This is under the control of a control arrangement 52.
  • the control arrangement 52 can be configured separately from the control arrangement 36, but can be linked to it for information exchange in order to be able to operate the two vibration excitation arrangements 22, 24 in a coordinated manner.
  • the two control arrangements 36, 52 can also be combined in one and the same control arrangement and can be designed to control both unbalance drives 30, 46.
  • control arrangements to be used in the context of a soil compactor according to the invention can be provided in a control device or can be designed as such. They can, for example, comprise processors in the form of microprocessors or microcontrollers and can be permanently programmed or rewritable with programs suitable for carrying out the control measures. They can have input connections to which the associated sensors, in particular acceleration sensors, can be connected for feeding in their output signals, and can have output connections to which respective control lines leading to the system areas to be controlled, for example the hydraulic pumps or hydraulic motors, can be connected.
  • Vibration compactor roller 16 is also assigned a vibration detection arrangement 54 with at least one acceleration sensor 56, which outputs an acceleration signal corresponding to the oscillatory movement of compactor roller 16, which is caused by the at least one centrifugal mass 44 set in rotation, as an oscillation quantity to control arrangement 52.
  • the acceleration sensor 56 detects the acceleration of the compactor roller 16 in the region of a roller bearing of the same.
  • acceleration sensors provided, for example, inside the vibrating compactor rollers 14, 16, for example on a roller shell, can be used to detect the acceleration and thus the vibrating movement of the vibrating compactor rollers 14, 16.
  • a plurality of such acceleration sensors can also be provided in association with the vibratory compactor rollers 14, 16 in order to use their output signals to generate a vibration variable representing the vibratory movement of these vibratory compactor rollers 14, 16, for example in the control arrangements 36, 52, and to control the centrifugal mass drives 30, 46 to use.
  • the 3 shows a basic representation of the two vibration compactor rollers 14, 16 with the flywheel mass arrangements 26 and 42 assigned to them.
  • the two flywheel masses 28, 44 which can be set in rotation about the respective compactor roller axes of rotation A1 and A2, are shown in such a way that they have an angular offset ⁇ to each other, but basically rotate in the same direction.
  • acceleration signals B 1 , B 2 are generated by the acceleration sensors 40, 56 detecting the oscillating movements of the oscillating compactor rollers 14, 16, the course of which is shown in 4 is shown.
  • the two vibration excitation arrangements 22, 24 are essentially identical to one another and are basically operated in the same way, i.e.
  • the two acceleration signals B 1 and B 2 which indicate the time course of the acceleration of the vibration - Compactor rolls 14, 16 represent the same frequency and also substantially the same amplitude of acceleration. It is recognizable, however, that a phase offset P is present, caused by the offset ⁇ of the two flywheel masses 28, 44 (here, for example, reference can be made to the angular position of the centers of mass of the respective flywheel masses 28, 44).
  • the magnitude of this phase offset P can be set according to the principles of the present invention such that the superimposition of the oscillating movements of the two oscillating compactor rollers 14, 16 cannot cause beats or other oscillating excitations, in particular leading to excessive noise.
  • the phase offset P can, for example, be set as a function of the operation of the two vibration excitation arrangements, ie, for example, the speed of the centrifugal masses 28, 44.
  • a sensor arrangement could also be provided on the soil compactor 12, which is designed to detect vibrations, for example sound or body vibrations in the area of the soil compactor 12 itself, and thus supplies a feedback signal about when, during operation of the two vibration excitation arrangements 22, 24, there is a risk that by superimposing the oscillating movements of the two vibratory compactor rollers 14, 16, an excessive vibration excitation of other system areas arises.
  • the centrifugal mass arrangements 26, 42 can be acted upon in order to act on the phase offset P of the vibration movements caused by them in the two vibration compactor rollers 14, 16 and thus to counteract such an undesired superimposition.
  • the procedure can be such that, starting from a basic rotational state of the two flywheel mass arrangements 26, 42 or the flywheel masses 28, 44 of the same, in at least one of the vibration excitation arrangements 22, 24 by the control arrangement 36 or 52 of the Flywheel drive 30 or 46 is controlled in such a way that it works temporarily, ie in a phase matching operating phase, with a different speed of the respective drive motor 32 or 48.
  • the speed can be increased in order to correspondingly increase the speed of the centrifugal mass 28 or 44 that is set in rotation as a result.
  • An increased speed of one of the two centrifugal masses 28, 44 temporarily leads to an increased excitation frequency, but in particular leads to a change in the in 3 shown angle a.
  • Such an adjustment of the phase offset P of the vibratory movements of the two vibratory compactor rollers 14, 16 can be carried out repeatedly during operation of the soil compactor 12 or, if necessary, continuously, for example as part of a control loop, in order to ensure in this way that with a changing operating condition or operating behavior of the soil compactor 12, for example with increasingly more compacted ground and corresponding change in the vibration behavior of the Vibration compressor rollers 14, 16, the occurrence of unwanted vibration excitations is avoided by vibration superposition.
  • phase offset P other than zero is shown, depending on the operating state of the soil compactor 12, for example also depending on the respective vibration amplitude of the vibration compactor rollers 14,16, a phase offset P not different from zero can also be advantageous for avoiding an unfavorable superimposition of the vibration movements .
  • a phase offset of this type with the value zero which can be set by appropriate control of the vibration excitation arrangements 22, 24, but which can also be changed in principle, is a phase offset within the meaning of the present invention.
  • a predetermined phase offset can be defined in that a phase offset that is unfavorable with regard to the vibration excitation or vibration superposition is not set or a change away from such an unfavorable phase offset is brought about.
  • phase offset with the value zero i.e. in-phase vibration excitation of the two vibration compactor rollers
  • the setting of any phase offset other than zero can be interpreted as providing a predetermined phase offset within the meaning of the present invention.
  • a predetermined phase offset within the meaning of the present invention can thus also be defined by a value range of the phase offset. It is fundamentally important in the present invention that at least one of the vibration excitation arrangements can be acted upon in order to be able to actively bring about a change in the phase offset.
  • An alternative embodiment is in figure 5 shown.
  • the figure 5 shows two vibration compactor rollers 14a, 16a which follow one another in the direction of a compactor roller axis of rotation A and are therefore rotatable about the same compactor roller axis of rotation A.
  • Each vibration compactor roller 14a, 16a is assigned a vibration excitation arrangement 22a, 24a, each with a flywheel arrangement 26a, 42a and a flywheel drive 30a, 46a.
  • the vibration excitation arrangements 22a, 24a are designed to stimulate the vibratory compactor rollers 14a, 16a to carry out an oscillating movement, i.e.
  • each flywheel mass arrangement 26a, 42a has at least two flywheel masses 28a, 28a' or 44a, 44a', which can be driven to rotate about flywheel mass rotation axes that are eccentric to the roll axis of rotation A, but are parallel thereto. It should be pointed out here that the construction of such flywheel mass arrangements 26a, 42a is known in the prior art, for example from that discussed at the outset WO 2011/064367 A2 .
  • the flywheel mass drives 30a, 46a comprise a drive motor 32a, 48a, in turn designed as a hydraulic motor.
  • a common hydraulic pump 34a is assigned to both drive motors 32a, 48a.
  • a vibration detection arrangement 38a or 54a is provided, for example each comprising one or at least one acceleration sensor 40a or 56a.
  • these are designed to detect a circumferential acceleration of the associated vibrating compactor rollers 14a, 16a and can be provided, for example, on the inner circumference of a respective roller shell or another component or assembly rotating with the vibratory compactor roller about the roller axis of rotation A. Acceleration sensors 40a, 56a feed their acceleration signals into control arrangement 36a.
  • the drive arrangement 36a is basically designed to drive both vibration excitation arrangements 22a, 24a in order to put them into operation.
  • the control arrangement 36a can be in control connection with the hydraulic pump 34a.
  • the control arrangement 36a is in control connection with the drive motor 32a of the vibration excitation arrangement 22a.
  • the drive motor 32a which is designed as a variable hydraulic motor in this exemplary embodiment, can have a bypass valve 58a, which is controlled by the control arrangement 36a and is able, depending on the control, to adjust the amount of pressurized fluid used in the hydraulic motor 32a, i.e. its Adjust displacement, so that the speed of a motor shaft of the hydraulic motor 32a is also adjusted accordingly.
  • the operation of the flywheel drive 30a can be influenced in the manner described above, while the operation of the flywheel drive 46a of the vibration excitation arrangement 24a, for example, is left unchanged, and in particular the hydraulic pump also remains unchanged in its operation.
  • the hydraulic pump 34a could also be designed with a variable delivery volume in this embodiment, in order to be able to change the speed of the hydraulic motor 48a or to change the speeds of the two hydraulic motors or drive motors 32a, 48a together by appropriately changing the control of the hydraulic pump 34a .
  • the drive motor or hydraulic motor 48a can be designed as a variable motor.
  • the soil compactor 12 of 1 could also be designed in such a way that in one of the end regions thereof the in figure 5 vibrating compactor rollers 14a, 16a illustrated and lying next to one another are provided, while at the other end region a compactor roller which is fundamentally not to be excited to carry out a vibratory movement is provided.
  • a vibratory compactor roller could also be used at this other end area, or two vibratory compactor rollers could be used next to one another, so that more than two vibratory compactor rollers can also be used on one and the same soil compactor and, with regard to the phase position of their vibration excitations, one on the other can be matched.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bodenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines wenigstens zwei Schwingungs-Verdichterwalzen aufweisenden Bodenverdichters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
  • Ein derartiger Bodenverdichter ist aus der WO 2011/064367 A2 bekannt. Der Bodenverdichter weist zwei Verdichterwalzen auf, die um jeweilige Walzendrehachsen drehbar sind. Die beiden Verdichterwalzen sind in einer Längsrichtung bzw. auch einer Bewegungsrich tung des Bodenverdichters aufeinander folgend mit zueinander zumindest bei Geradeausfahrt im Wesentlichen parallelen Walzendrehachsen angeordnet. Zumindest eine der Verdichterwalzen ist eine geteilte Verdichterwalze und weist zwei in Richtung der Walzendrehachse dieser Verdichterwalze aufeinander folgende, grundsätzlich voneinander unabhängig drehbare Walzenbereiche auf. Diesen beiden nebeneinander liegenden und beispielsweise durch diesen jeweils zugeordnete Walzenantriebe voneinander unabhängig zur Drehung antreibbaren Walzenbereichen ist jeweils eine Schwingungsanregungsanordnung zugeordnet, die in jedem der Walzenbereiche eine Schwungmassenanordnung mit um eine jeweilige Schwungmassendrehachse zur Drehung antreibbaren Schwungmassen umfassen. Den beiden Schwungmassenanordnungen der beiden Verdichterwalzenbereiche ist ein gemeinsamer Schwungmassenantrieb zugeordnet. Dieser treibt eine der Schwungmassenanordnungen direkt und die andere der Schwungmassenanordnungen über ein Planetengetriebe an. Durch den Einsatz des Planetengetriebes ist gewährleistet, dass selbst dann, wenn die beiden Verdichterwalzenbereiche beispielsweise beim Durchfahren von Kurven mit zueinander unterschiedlicher Drehzahl um die gemeinsame Verdichterwalzendrehachse rotieren, die beiden Schwungmassenanordnungen der Verdichterwalzenbereiche zueinander phasengleich arbeiten, also dass bei Auftreten einer Drehzahldifferenz keine Phasenverschiebung in der Schwingungsbewegung der beiden Schwungmassenanordnungen und somit auch keine Phasenverschiebung in der Schwingungsbewegung der durch diese Schwungmassenanordnungen jeweils zur Durchführung einer Schwingungsbewegung angeregten Verdichterwalzenbereiche auftritt.
  • Die CN 103603258 B offenbart ein Verfahren, mit welchem gewährleistet werden soll, dass bei einem Bodenverdichter, der zwei zur Durchführung einer Schwingungsbewegung anregbare Verdichterwalzen aufweist, keine durch Überlagerung der Schwingungsbewegungen hervorgerufenen Schwebungen entstehen. Hierzu werden die Schwingungsfrequenzen der beiden zur Schwingung angeregten Verdichterwalzen erfasst und derart eingestellt, dass durch einen zwischen diesen Schwingungsfrequenzen bestehenden Unterschied das Auftreten von Schwebungen weitestgehend vermieden wird. Die Verdichterwalzen des so betriebenen Bodenverdichters werden also zur Durchführung von Schwingungsbewegungen mit zueinander unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen angeregt.
  • Ein Bodenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US 2003/0048082 A1 bekannt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bodenverdichter sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Bodenverdichters bereitzustellen, mit welchen ohne Beeinträchtigung des Verdichtungsbetriebs das Entstehen übermäßiger Betriebsgeräusche bei zur Durchführung einer Schwingungsbewegung angeregten Verdichterwalze vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen
    Bodenverdichter, umfassend:
    • wenigstens zwei um eine jeweilige Walzendrehachse drehbare Schwingungs-Verdichterwalzen,
    • in Zuordnung zu jeder Schwingungs-Verdichterwalze, eine Schwingungsanregungsanordnung zur Erzeugung einer Schwingungsbewegung der Schwingungs-Verdichterwalze,
    • in Zuordnung zu jeder Schwingungs-Verdichterwalze, eine Schwingungserfassungsanordnung zur Bereitstellung einer die Schwingungsbewegung einer jeweiligen Schwingungs-Verdichterwalze repräsentierenden Schwingungsgröße,
    • eine Ansteueranordnung zur Ansteuerung wenigsten einer Schwingungsanregungsanordnung auf Grundlage der in Zuordnung zu den Schwingungs-Verdichterwalzen bereitgestellten Schwingungsgrößen derart, dass die Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen einen vorbestimmten Phasenversatz zueinander aufweisen.
  • Ferner ist eine Sensoranordnung vorgesehen zur Erfassung von Schwingungen im Bereich des Bodenverdichters und zur Bereitstellung eines durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen hervorgerufene Schwingungsanregungen wiedergebenden Rückkopplungssignals. Die Ansteueranordnung ist dazu ausgebildet, die Schwingungsanregungsanordnungen derart anzusteuern, dass auf den Phasenversatz eingewirkt wird, um den durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen hervorgerufenen Schwingungsanregungen entgegenzuwirken.
  • Die bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Bodenverdichter eingesetzten Schwingungs-Verdichterwalzen können zwei in einer Bodenverdichterlängsrichtung aufeinander folgende, beispielsweise in einem vorderen Bereich und einem hinteren Bereich des Bodenverdichters vorgesehene Verdichterwalzen sein, die mithin um zueinander verschiedene, zumindest bei Geradeausfahrt jedoch im Wesentlichen parallele Walzendrehachsen rotieren, können aber auch zwei in Richtung einer Verdichterwalzendrehachse aufeinanderfolgende und mithin um die gleiche Verdichterwalzendrehachse drehbare Verdichterwalzenbereiche sein.
  • Durch das Überwachen der Schwingungsbewegungen dieser Schwingungs-Verdichterwalzen und das Betreiben bzw. Ansteuern der Schwingungsanregungsanordnugnen derselben derart, dass der Phasenversatz der Schwingungsbewegungen zueinander eine vorbestimmte Größe einnimmt, kann also aktiv auf diesen Phasenversatz eingewirkt werden, so dass durch Überlagerung der Schwingungsbewegungen hervorgerufenen Geräuschen bzw. Schwingungen durch entsprechende Einstellung, ggf. auch Anpassung bzw. Verschiebung der Phasenlage entgegengewirkt werden kann. Dabei ist es grundsätzlich nicht erforderlich, die Schwingungsfrequenz bei zumindest einer der Schwingungs-Verdichterwalzen zu verändern, so dass jede Schwingungs-Verdichterwalze mit der für den vorzunehmenden Verdichtungsbetrieb optimalen Frequenz zur Schwingung angeregt werden kann, beispielsweise alle oder zumindest ein Teil der Schwingungs-Verdichterwalzen mit der gleichen Frequenz zur Schwingung angeregt werden bzw. eine Schwingungsbewegung mit der gleichen Frequenz, jedoch phasenverschoben angeregt werden.
  • Die Schwingungsgröße weist vorzugsweise einen im Wesentlichen periodischen Verlauf auf.
  • Bei einer zur Bereitstellung der Information über die Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen besonders vorteilhaften, da einfach und betriebssicher aufzubauenden Ausgestaltung, wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Schwingungserfassungsanordnung wenigstens einen Beschleunigungssensor zur Erfassung einer Beschleunigung der zugeordneten Schwingungs-Verdichterwalze umfasst, vorzugsweise zur Erfassung einer Beschleunigung der zugeordneten Schwingungs-Verdichterwalze in einer Höhenrichtung oder/und in einer Umfangsrichtung.
  • Jede Schwingungsanregungsanordnung kann eine Schwungmassenanordnung sowie einen diese zur Bewegung antreibenden Schwungmassenantrieb umfassen.
  • Da im Allgemeinen derartige Bodenverdichter hydraulisch angetrieben werden, grundsätzlich also ein Hydrauliksystem zur Verfügung steht, wird weiter vorgeschlagen, dass jeder Schwungmassenantrieb einen Antriebsmotor, vorzugsweise Hydraulikmotor, umfasst, und dass jede Schwungmassenanordnung wenigstens eine durch den zugeordneten Antriebsmotor zur Drehung um eine Schwungmassendrehachse antreibbare Schwungmasse umfasst.
  • Vorzugsweise ist jeder Antriebsmotor ein Hydraulikmotor, und es ist weiter vorzugsweise wenigstens eine Hydraulikpumpe vorgesehen, um das zum Betreiben der Hydraulikmotoren erforderliche Druckfluid bereitzustellen bzw. zu den Hydraulikmotoren zu speisen.
  • Bei einer baulich besonders einfach zu realisierenden Ausgestaltungsvariante wird vorgeschlagen, dass eine Hydraulikpumpe zum Speisen aller Hydraulikmotoren mit Druckfluid vorgesehen ist, und dass wenigstens ein Hydraulikmotor ein variabler Hydraulikmotor ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung ein variabler Hydraulikmotor ein Hydraulikmotor ist, der durch entsprechende Ansteuerung desselben in seiner Drehzahl variierbar ist, beispielsweise durch Anpassung des Schluckvolumens desselben.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Zuordnung zu jedem Hydraulikmotor eine Hydraulikpumpe vorgesehen ist, und dass bei wenigstens einem, vorzugsweise jedem Paar aus Hydraulikmotor und Hydraulikpumpe die Hydraulikpumpe oder/und der Hydraulikmotor variabel ist. Diese Ausgestaltungsvariante ist besonders dann geeignet, wenn die Schwingungs-Verdichterwalzen in verschiedenen Bereichen, also beispielsweise an einem vorderen Bereich und einem hinteren Bereich eines Bodenverdichters vorgesehen sind, so dass jede der Schwingungs-Verdichterwalzen mit einem vollständig eigenständigen System betrieben werden kann. Um dabei die Phasenanpassung vornehmen zu können, ist bei wenigstens einer der Schwingungs-Verdichterwalzen bzw. dem in Zuordnung zu derselben vorgesehenen Paar aus Hydraulikmotor und Hydraulikpumpe entweder die Hydraulikpumpe oder der Hydraulikmotor oder beide variabel. Auch in Zuordnung zu einer Hydraulikpumpe bedeutet die Variabilität, dass diese Hydraulikpumpe dazu ausgebildet ist, die Menge oder/und den Druck des durch diese abgegebenen Druckfluids zu verändern, beispielsweise durch entsprechende Anpassung des Fördervolumens, um auf diese Art und Weise auch eine entsprechende Betriebsveränderung im Hydraulikmotor hervorzurufen.
  • Die voranstehend angegebene Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines wenigstens zwei Schwingungs-Verdichterwalzen aufweisenden Bodenverdichters mit erfindungsgemäßem Aufbau, wobei die Schwingungs-Verdichterwalzen um jeweilige Walzendrehachsen drehbar und durch eine jeweilige Schwingungsanregungsanordnung zur Durchführung einer Schwingungsbewegung anregbar sind, wobei verschiedenen Schwingungs-Verdichterwalzen zugeordnete Schwingungsanregungsanordnungen derart angesteuert werden, dass die Schwingungsbewegungen dieser Schwingungs-Verdichterwalzen einen vorbestimmten, grundsätzlich veränderbaren Phasenversatz aufweisen. Bei diesem Verfahren wird durch eine Sensoranordnung zur Erfassung von Schwingungen im Bereich des Bodenverdichters ein durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingung-Verdichterwalzen hervorgerufene Schwingungsanregungen wiedergebendes Rückkopplungssignals bereitgestellt. Die Schwingungsanregungsanordnungen werden derart angesteuert, dass auf den Phasenversatz eingewirkt wird, um den durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingung-Verdichterwalzen hervorgerufenen Schwingungsanregungen entgegenzuwirken.
  • Um einerseits Kenntnis über den Schwingungszustand einer jeweiligen Schwingungs-Verdichterwalze erlangen zu können, andererseits beruhend darauf die Phasenlage der jeweiligen Schwingungsbewegung einstellen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass die Beschleunigung jeder Schwingungs-Verdichterwalze erfasst wird, und dass beruhend auf den Beschleunigungen der Schwingungs-Verdichterwalzen wenigstens eine Schwingungsanregungsanordnung derart angesteuert wird, dass die Beschleunigungen dieser Schwingungs-Verdichterwalzen den vorbestimmte Phasenversatz zueinander aufweisen.
  • Zur Einstellung der Phasenlagen der Schwingungsbewegungen verschiedener Schwingungs-Verdichterwalzen und somit des Phasenversatzes bezüglich einander bzw. zur Veränderung des Phasenversatzes kann vorgesehen sein, dass jede Schwingungsanregungsanordnung eine Schwungmassenanordnung mit wenigstens einer zur Drehung um eine Schwungmassendrehachse antreibbaren Schwungmasse und einen Schwungmassenantrieb umfasst, und dass zur Veränderung des Phasenversatzes der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen bezüglich einander bei wenigstens einer Schwingungsanregungsanordnung wenigstens eine Schwungmasse durch den zugeordneten Schwungmassenantrieb in einer Phasenanpassungsbetriebsphase zur Drehung mit bezüglich eines Grund-Drehzustandes veränderter Drehzahl angetrieben wird. Bei dieser Vorgehensweise kann also dann, wenn zunächst festgestellt wird, dass die beispielsweise mit gleicher Frequenz schwingenden Schwingungs-Verdichterwalzen einen ungünstigen Phasenversatz der Schwingungsbewegungen aufweisen, ausgehend von einem Grund-Drehzustand einer jeweiligen Schwungmasse, also einem Zustand, in dem diese mit einer für den Grund-Drehzustand vorgesehenen Grund-Drehzahl dreht, die Drehzahl einer der Schwungmassen vorübergehend in einer Phasenanpassungsbetriebsphase verändert werden, beispielsweise diese Schwungmasse mit etwas größerer Drehzahl verdreht werden, was vorübergehend auch zu einer Änderung der Anregungsfrequenz führt, im Wesentlichen aber eine Änderung des Phasenversatzes der Schwingungen bewirkt. Ist der gewünschte bzw. vorbestimmte Phasenversatz erreicht, wird auch diese Schwungmasse wieder in den Grund-Drehzustand zurückgeführt, also zur Drehung mit der Grund-Drehzahl angetrieben, so dass beispielsweise beide bzw. alle Schwingungs-Verdichterwalzen mit gleicher Frequenz schwingen bzw. zur Schwingung angeregt werden, jedoch der Phasenversatz der Schwingungsbewegungen zueinander im gewünschten Bereich liegt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen Bodenverdichter mit zwei Schwingungs-Verdichterwalzen in Seitenansicht;
    Fig. 2
    in ihren Darstellungen a) und b) die beiden Schwingungs-Verdichterwalzen des Bodenverdichters der Fig. 1 mit diesen zugeordneten Schwingungsanregungsanordnungen;
    Fig. 3
    in schematischer Seitenansicht die beiden Schwingungs-Verdichterwalzen mit diesen zugeordneten Schwungmassen;
    Fig. 4
    den zeitlichen Verlauf der bei den Schwingungs-Verdichterwalzen des Bodenverdichters der Fig. 1 auftretenden Beschleunigungen der Schwingungs-Verdichterwalzen;
    Fig. 5
    in prinzipartiger Darstellung zwei nebeneinander liegende und um eine gemeinsame Walzendrehachse drehbare Schwingungs-Verdichterwalzen mit diesen zugeordneten Schwingungsanregungsanordnungen.
  • In Fig. 1 ist ein zum Verdichten eines Untergrundes 10 einsetzbarer Bodenverdichter allgemein mit 12 bezeichnet. Der Bodenverdichter 12 weist zwei in einer Bodenverdichterlängsrichtung L aufeinanderfolgend angeordnete Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 auf, die um in Bodenverdichterlängsrichtung L in Abstand zueinander liegende Walzendrehachsen A1, A2 drehbar sind. Zumindest einer dieser beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 kann ein Walzenantrieb zugeordnet sein, um dadurch den Bodenverdichter 12 zur Durchführung von Verdichtungsvorgängen voran zu bewegen, wobei im Verlaufe dieser Bewegung die beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 sich um ihre Walzendrehachsen A1 bzw. A2 drehen und dabei auf dem Untergrund 10 abrollen. Zum Lenken des Bodenverdichters 12 können die allgemein auch als Bandagen bezeichneten Schwingungs-Verdichterwalzen 16 an einem mit 18 bezeichneten und auch eine Führerkabine 20 aufweisenden Verdichterrahmen 18 um beispielsweise im Wesentlichen horizontal orientierte Schwenkachsen schwenkbar sein.
  • Die Fig. 2 zeigt in ihren Darstellungen a) und b) die beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 mit einer in Zuordnung dazu jeweils vorgesehenen Schwingungsanregungsanordnung 22 bzw. 24. Die Schwingungsanregungsanordnung 22 der Schwingungs-Verdichterwalze 14 umfasst eine beispielsweise im Inneren der Schwingungs-Verdichterwalze 14 angeordnete Schwungmassenanordnung 26 mit wenigstens einer um eine Schwungmassendrehachse drehbaren Schwungmasse 28.
  • Es sei beispielsweise angenommen, dass die Schwingungsanregungsanordnung 22, ebenso auch die Schwingungsanregungsanordnung 24, dazu vorgesehen ist, die jeweils zugeordnete Schwingungs-Verdichterwalze 14, 16 zur Durchführung einer Vibrationsbewegung anzuregen, also einer im Wesentlichen in einer Höhenrichtung bzw. orthogonal zum zu verdichtenden Untergrund orientierten Richtung hin und her laufenden Schwingungsbewegung. In diesem Falle ist im Allgemeinen die wenigstens eine Schwungmasse um eine Schwungmassendrehachse drehbar, die im Wesentlichen auch der Drehachse der Schwingungs-Verdichterwalze entspricht.
  • Um die wenigstens eine Schwungmasse 28 der Schwungmassenanordnung 26 in Bewegung zu versetzen, also zur Drehung um die jeweilige Schwungmassendrehachse, hier beispielsweise die Walzendrehachse A1, anzutreiben, weist die Schwingungsanregungsanordnung 22 ferner einen Schwungmassenantrieb 30 auf. Der Schwungmassenantrieb 30 wiederum umfasst einen im dargestellten Beispiel als Hydraulikmotor ausgebildeten Antriebsmotor 32 sowie eine diesen Antriebsmotor 32 bzw. Hydraulikmotor mit Druckfluid speisende Hydraulikpumpe 34.
  • Der Schwungmassenantrieb 30 steht unter der Ansteuerung einer allgemein mit 36 bezeichneten Ansteueranordnung, die beispielsweise die Hydraulikpumpe 34 ansteuert, um diese zur Abgabe von Druckfluid mit einer vorbestimmten Abgabemenge bzw. einem vorbestimmten Druckfluid anzutreiben, so dass entsprechend auch der Antriebsmotor 32 bzw. Hydraulikmotor in Betrieb versetzt wird und die wenigstens eine Schwungmasse 28 zur Drehung antreibt. Dabei ist in dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel die Hydraulikpumpe 34 eine variable Hydraulikpumpe, also eine Hydraulikpumpe, deren Fördermenge bzw. Förderdruck einstellbar ist. Eine Erhöhung der Druckfluidfördermenge bzw. des Drucks des von der Hydraulikpumpe 34 abgegebenen Druckfluids führt zu einer entsprechenden Erhöhung der Drehzahl einer nicht dargestellten Motorwelle des Hydraulikmotors bzw. Antriebsmotors 32 und entsprechend auch einer höheren Drehzahl der wenigstens einen Schwungmasse 28 mit der Folge, dass die dadurch in Schwingungsbewegung versetzte Verdichterwalze 14 mit einer entsprechend veränderten Frequenz zur Schwingung angeregt wird bzw. mit einer entsprechenden Frequenz schwingt.
  • Um diese Schwingungsbewegung der Schwingungs-Verdichterwalze 14 zu erfassen, ist eine allgemein mit 38 bezeichnete Schwingungserfassungsanordnung vorgesehen. Diese kann beispielsweise wenigstens einen Beschleunigungssensor 40 umfassen, der beispielsweise die Beschleunigung der Verdichterwalze 14 im Bereich der Walzendrehachse A1, beispielsweise im Bereich eines Walzenlagers, erfasst, wobei im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel einer zur Vibration angeregten Schwingungs-Verdichterwalze 14 der Beschleunigungssensor 40 im Wesentlichen zur Erfassung einer Schwingungsbewegung in derjenigen Bewegungsrichtung, welcher die Verdichterwalze 14 zur Schwingungsbewegung angeregt wird, ausgebildet ist, also im Wesentlichen einer Auf- und Abrichtung. Der Beschleunigungssensor 40 liefert ein die Schwingungsbewegung der Schwingungs-Verdichterwalze 14 repräsentierendes und eine Schwingungsgröße darstellendes Beschleunigungssignal zur Ansteueranordnung 36. Die Ansteueranordnung 36 kann in nachfolgend beschriebener Art und Weise den Schwungmassenantrieb 30, insbesondere die Hydraulikpumpe 34, beruhend auf diesem eine Schwingungsgröße repräsentierenden Beschleunigungssignal ansteuern, um in entsprechender Art und Weise auf den Betrieb der Schwungmassenanordnung 26 einzuwirken.
  • Mit Bezug auf die in Fig. 2b) dargestellte Schwingungs-Verdichterwalze 16 sei ausgeführt, dass auch die dieser zugeordnete Schwingungsanregungsanordnung 24 eine Schwungmassenanordnung 42 mit wenigstens einer um eine Schwungmassendrehachse drehbaren Schwungmasse 44 umfasst, wobei auch in diesem Beispiel die Schwingungsanregungsanordnung 24 zur Erzeugung einer Vibrations-Bewegung der Schwingungs-Verdichterwalze 16 ausgebildet ist und mithin die wenigsten eine Schwungmasse 44 im Allgemeinen um eine der Walzendrehachse A2 entsprechende Schwungmassendrehachse rotieren wird. Zur Erzeugung dieser Rotationsbewegung ist der Schwungmassenanordnung 42 ein Schwungmassenantrieb 46 mit einem als Hydraulikmotor ausgebildeten Antriebsmotor 48 und einer variablen Hydraulikpumpe 50 zugeordnet. Diese steht unter der Ansteuerung einer Ansteueranordnung 52. Die Ansteueranordnung 52 kann von der Ansteueranordnung 36 getrennt ausgebildet, mit dieser jedoch zum Informationsaustausch verknüpft sein, um die beiden Schwingungsanregungsanordnungen 22, 24 in aufeinander abgestimmter Art und Weise betreiben zu können. Die beiden Ansteueranordnung 36, 52 können grundsätzlich jedoch auch in ein- und derselben Ansteueranordnung zusammengefasst sein und zur Ansteuerung beider Unwuchtantriebe 30, 46 ausgebildet sein.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass derartige im Kontext eines erfindungsgemäßen Bodenverdichters einzusetzende Ansteueranordnungen in einem Steuergerät vorgesehen oder als solches ausgeführt sein können. Sie können beispielsweise als Mikroprozessoren oder Mikrocontroller ausgebildete Prozessoren umfassen und können mit zur Durchführung der Ansteuermaßnahmen geeigneten Programmen permanent oder überschreibbar programmiert sein. Sie können Eingangsanschlüsse aufweisen, an welchen die zugeordneten Sensoren, insbesondere Beschleunigungssensoren, zur Einspeisung der Ausgangssignale derselben angeschlossen werden können, und können Ausgangsanschlüsse aufweisen, an welche jeweilige zu den anzusteuernden Systembereichen, beispielsweise den Hydraulikpumpen bzw. Hydraulikmotoren führende Ansteuerleitungen angeschlossen werden können.
  • Auch der Schwingungs-Verdichterwalze 16 ist eine Schwingungserfassungsanordnung 54 mit wenigstens einem Beschleunigungssensor 56 zugeordnet, welcher ein die Schwingungsbewegung der Verdichterwalze 16, diese hervorgerufen durch die wenigstens eine in Drehung versetzte Schwungmasse 44, entsprechendes Beschleunigungssignal als Schwingungsgröße zur Ansteueranordnung 52 ausgibt. Auch hier kann beispielsweise der Beschleunigungssensor 56 die Beschleunigung der Verdichterwalze 16 im Bereich eines Walzenlagers derselben erfassen. Es sei hier jedoch darauf hingewiesen, dass beispielsweise im Inneren der Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16, beispielsweise an einem Walzenmantel vorgesehene Beschleunigungssensoren dazu eingesetzt werden können, die Beschleunigung und mithin die Schwingungsbewegung der Schwingungs-Verdichterwalze 14, 16 zu erfassen. Auch können in Zuordnung zu den Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 jeweils mehrere derartige Beschleunigungssensoren vorgesehen werden, um aus deren Ausgangssignalen jeweils eine die Schwingungsbewegung dieser Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 repräsentierende Schwingungsgröße beispielsweise in den Ansteueranordnungen 36, 52 zu generieren und zur Ansteuerung der Schwungmassenantriebe 30, 46 zu nutzen.
  • Die Fig. 3 zeigt in prinzipieller Darstellung die beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 mit den diesen zugeordneten Schwungmassenanordnungen 26 bzw. 42. Die beiden um die jeweiligen Verdichterwalzendrehachsen A1 bzw. A2 in Drehung versetzbaren Schwungmassen 28, 44 sind so dargestellt, dass sie einen Winkelversatz α zueinander aufweisen, grundsätzlich aber in gleicher Richtung rotieren. In Zuordnung zu den so bezüglich einander positionierten Schwungmassen 28, 44 werden von den die Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 erfassenden Beschleunigungssensoren 40, 56 Beschleunigungssignale B1, B2 generiert, deren Verlauf in Fig. 4 dargestellt ist. Insbesondere dann, wenn die beiden Schwingungsanregungsanordnungen 22, 24 zueinander im Wesentlichen baugleich sind und grundsätzlich gleich, also insbesondere mit gleicher Drehzahl ihrer Schwungmassen 28, 44 betrieben werden, weisen die beiden Beschleunigungssignale B1 und B2, welche den zeitlichen Verlauf der Beschleunigungen der Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 repräsentieren, die gleiche Frequenz und im Wesentlichen auch die gleiche Amplitude der Beschleunigung auf. Erkennbar ist jedoch, dass, hervorgerufen durch den Versatz α der beiden Schwungmassen 28, 44, hier kann beispielsweise Bezug genommen sein auf die Winkellage der Massenschwerpunkte der jeweiligen Schwungmassen 28, 44, ein Phasenversatz P vorliegt. Die Größe dieses Phasenversatzes P kann gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung so eingestellt werden, dass durch die Überlagerung der Schwingungsbewegungen der beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 keine Schwebungen oder sonstige insbesondere zu übermäßigen Geräuschen führende Schwingungsanregungen entstehen können. Der Phasenversatz P kann beispielsweise abhängig vom Betrieb der beiden Schwingungsanregungsanordnungen, also beispielsweise der Drehzahl der Schwungmassen 28, 44, eingestellt werden. Alternativ könnte am Bodenverdichter 12 auch eine Sensoranordnung vorgesehen sein, welche zur Erfassung von Schwingungen, beispielsweise Schall oder Körperschwingung im Bereich des Bodenverdichters 12 selbst, ausgebildet ist und somit ein Rückkopplungssignal darüber liefert, wann im Betrieb der beiden Schwingungsanregungsanordnungen 22, 24 die Gefahr gesteht, dass durch Überlagerung der Schwingungsbewegungen der beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 eine übermäßige Schwingungsanregung anderer Systembereiche entsteht. In diesem Falle kann auf die Schwungmassenanordnungen 26, 42 eingewirkt werden, um den Phasenversatz P der durch diese bei den beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 hervorgerufenen Schwingungsbewegungen einzuwirken und somit einer derartigen ungewünschten Überlagerung entgegenzuwirken.
  • Um den Phasenversatz P zu verändern, kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass ausgehend von einem Grund-Drehzustand der beiden Schwungmassenanordnungen 26, 42 bzw. der Schwungmassen 28, 44 derselben bei zumindest einer der Schwingungsanregungsanordnungen 22, 24 durch die Ansteueranordnung 36 bzw. 52 der Schwungmassenantrieb 30 bzw. 46 derart angesteuert wird, dass dieser vorübergehend, also in einer Phasenanpassungsbetriebsphase, mit veränderter Drehzahl des jeweiligen Antriebsmotors 32 bzw. 48 arbeitet. Beispielsweise kann die Drehzahl erhöht werden, um entsprechend auch die Drehzahl der dadurch in Drehung versetzten Schwungmasse 28 bzw. 44 zu erhöhen. Eine erhöhte Drehzahl einer der beiden Schwungmassen 28, 44 führt vorübergehend zwar zu einer erhöhten Anregungsfrequenz, führt insbesondere jedoch zu einer Veränderung des in Fig. 3 dargestellten Winkels a. Dieses Betreiben mit veränderter Drehzahl in der Phasenanpassungsbetriebsphase wird so lange fortgesetzt, bis der gewünschte Phasenversatz P erreicht ist. Ist dies der Fall, wird auch diejenige Schwingungsanregungsanordnung 22 oder/und 24, die zuvor mit bezüglich des Grund-Drehzustandes, also einer Grund-Drehzahl veränderter Drehzahl betrieben wurde, wieder so angesteuert, dass die zugeordnete Schwungmassenanordnung bzw. deren Schwungmasse wieder mit der Grund-Drehzahl, also im Grund-Drehzustand rotiert und mithin beide Schwungmassenanordnungen 26, 42 die zugeordneten Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 wieder mit der dem Grund-Drehzustand entsprechenden Frequenz zur Schwingung anregen, beispielsweise mit zueinander gleicher Frequenz zur Schwingung anregen.
  • Eine derartige Anpassung des Phasenversatzes P der Schwingungsbewegungen der beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16 kann während des Betriebs des Bodenverdichters 12 wiederholt bzw. im erforderlichen Falle kontinuierlich vorgenommen werden, beispielsweise im Rahmen einer Regelschleife, um auf diese Art und Weise zu gewährleisten, dass auch bei einem sich ändernden Betriebszustand bzw. Betriebsverhalten des Bodenverdichters 12, beispielsweise bei zunehmend stärker verdichtetem Untergrund und entsprechender Veränderung des Schwingungsverhaltens der Schwingungs-Verdichterwalzen 14, 16, das Auftreten ungewünschter Schwingungsanregungen durch Schwingungsüberlagerung vermieden wird.
  • Obgleich in Figur 4 ein von Null verschiedener Phasenversatz P gezeigt ist, kann, abhängig vom Betriebszustand des Bodenverdichters 12, beispielsweise auch abhängig von der jeweiligen Schwingungsamplitude der Schwingungs-Verdichterwalzen 14,16, auch ein von Null nicht verschiedener Phasenversatz P zum Vermeiden einer ungünstigen Überlagerung der Schwingungsbewegungen vorteilhaft sein. Auch ein derartiger Phasenversatz mit dem Wert Null, der durch entsprechende Ansteuerung der Schwingungsanregungsanordnungen 22, 24 einstellbar, grundsätzlich aber auch veränderbar ist, ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Phasenversatz. Ferner kann gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ein vorbestimmter Phasenversatz dadurch definiert sein, dass ein hinsichtlich der Schwingungsanregung bzw. Schwingungsüberlagerung ungünstiger Phasenversatz nicht eingestellt wird bzw. eine Veränderung von einem derartigen ungünstigen Phasenversatz weg herbeigeführt wird. Ist beispielsweise ein Phasenversatz mit dem Wert Null, also eine phasengleiche Schwingungsanregung der beiden Schwingungs-Verdichterwalzen, ungünstig, so kann das Einstellen eines beliebigen von Null verschiedenen Phasenversatzes als das Bereitstellen eines vorbestimmten Phasenversatzes im Sinne der vorliegenden Erfindung interpretiert werden. Somit kann ein vorbestimmter Phasenversatz im Sinne der vorliegenden Erfindung auch durch einen Wertebereich des Phasenversatzes definiert sein. Von Bedeutung ist bei der vorliegenden Erfindung grundsätzlich, dass auf zumindest eine der Schwingungsanregungsanordnungen eingewirkt werden kann, um aktiv eine Veränderung des Phasenversatzes bewirken zu können.
    Eine alternative Ausgestaltungsart ist in Fig. 5 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt zwei in Richtung einer Verdichterwalzendrehachse A aufeinander folgend und mithin um die gleiche Verdichterwalzendrehachse A drehbare Schwingungs-Verdichterwalzen 14a, 16a. Jeder Schwingungs-Verdichterwalze 14a, 16a ist eine Schwingungsanregungsanordnung 22a, 24a jeweils mit einer Schwungmassenanordnung 26a, 42a und einem Schwungmassenantrieb 30a, 46a zugeordnet. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel sind die Schwingungsanregungsanordnungen 22a, 24a dazu ausgebildet, die Schwingungs-Verdichterwalzen 14a, 16a zur Durchführung einer Oszillations-Bewegung anzuregen, also einer Hin- und Herdrehbewegung um die Walzendrehachse A, welche der bei Voranbewegung eines Bodenverdichters auftretenden kontinuierlichen Drehbewegung um diese Walzendrehachse A überlagert ist. Zu diesem Zwecke weist z.B. jede Schwungmassenanordnung 26a, 42a wenigstens zwei Schwungmassen 28a, 28a' bzw. 44a, 44a' auf, die um jeweilige zur Walzendrehachse A exzentrische, dazu jedoch parallele Schwungmassendrehachsen zur Drehung antreibbar sind. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Aufbau derartiger Schwungmassenanordnungen 26a, 42a im Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise aus der eingangs diskutierten WO 2011/064367 A2 .
    Die Schwungmassenantriebe 30a, 46a umfassen in Zuordnung zu jeder der Schwungmassenanordnungen 26a, 42a einen wiederum als Hydraulikmotor ausgebildeten Antriebsmotor 32a, 48a. Beiden Antriebsmotoren 32a, 48a ist eine gemeinsame Hydraulikpumpe 34a zugeordnet.
    Um in Zuordnung zu den beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14a, 16a jeweils deren Schwingungsbewegung repräsentierende Schwingungsgrößen bereitstellen zu können, ist jeweils eine Schwingungserfassungsanordnung 38a bzw. 54a vorgesehen, beispielsweise jeweils umfassend einen bzw. wenigstens einen Beschleunigungssensor 40a bzw. 56a. Diese sind im dargestellten Falle zur Erfassung einer Umfangsbeschleunigung der zugeordneten Schwingungs-Verdichterwalzen 14a, 16a ausgebildet und können beispielsweise am Innenumfang eines jeweiligen Walzenmantels oder einer sonstigen mit der Schwingungs-Verdichterwalze um die Walzendrehachse A rotierenden Komponente oder Baugruppe vorgesehen. Die Beschleunigungssensoren 40a, 56a speisen ihre Beschleunigungssignale in die Ansteueranordnung 36a ein. Die Ansteueranordnung 36a ist grundsätzlich dazu ausgebildet, beide Schwingungsanregungsanordnungen 22a, 24a anzusteuern, um diese in Betrieb zu setzen. Hierzu kann beispielsweise die Ansteueranordnung 36a in Ansteuerverbindung mit der Hydraulikpumpe 34a stehen. Ferner steht im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel die Ansteueranordnung 36a in Ansteuerverbindung mit dem Antriebsmotor 32a der Schwingungsanregungsanordnung 22a. Hierzu kann beispielsweise der in diesem Ausgestaltungsbeispiel als variabler Hydraulikmotor ausgebildete Antriebsmotor 32a ein Bypassventil 58a aufweisen, das unter der Ansteuerung der Ansteueranordnung 36a steht und dazu in der Lage ist, je nach Ansteuerung, die Menge des im Hydraulikmotor 32a genutzten Druckfluids einzustellen, somit also dessen Schluckvolumen anzupassen, so dass entsprechend auch eine Anpassung der Drehzahl einer Motorwelle des Hydraulikmotors 32a erfolgt.
    Zur Einstellung bzw. Anpassung des Phasenversatzes P kann in der vorangehend beschriebenen Art und Weise auf den Betrieb des Schwungmassenantriebs 30a eingewirkt werden, während beispielsweise der Schwungmassenantrieb 46a der Schwingungsanregungsanordnung 24a in seinem Betrieb unverändert belassen wird, insbesondere auch die Hydraulikpumpe in ihrem Betrieb unverändert bleibt. Grundsätzlich könnte aber auch bei dieser Ausgestaltungsform die Hydraulikpumpe 34a mit variablem Fördervolumen ausgebildet sein, um somit auch die Drehzahl des Hydraulikmotors 48a verändern zu können bzw. durch entsprechend veränderte Ansteuerung der Hydraulikpumpe 34a die Drehzahlen der beiden Hydraulikmotoren bzw. Antriebsmotoren 32a, 48a zusammen zu ändern. Auch könnte der Antriebsmotor bzw. Hydraulikmotor 48a als variabler Motor ausgebildet sein.
  • Die in Fig. 5 dargestellte Ausgestaltung der Schwingungsanregungsanordnungen 22a, 24a mit einer gemeinsamen für beide Antriebsmotoren 32a, 48a wirkenden Hydraulikpumpe 34a ist besonders dann vorteilhaft, wenn die beiden Schwingungs-Verdichterwalzen 14a, 16a nebeneinander liegend angeordnet sind und somit in einfacher Art und Weise mit diesem Hydrauliksystem zu verkoppeln sind. Sind die beiden in ihrer Phasenlage aufeinander abzustimmenden Schwingungs-Verdichterwalzen so wie in Fig. 1 dargestellt an verschiedenen Bereichen eines Bodenverdichters vorgesehen, werden vorteilhafterweise voneinander entkoppelte Hydrauliksysteme eingesetzt.
  • Der Bodenverdichter 12 der Fig. 1 könnte auch derart ausgebildet sein, dass in einem der Endbereiche davon die in Fig. 5 dargestellten und nebeneinander liegenden Schwingungs-Verdichterwalzen 14a, 16a vorgesehen sind, während am anderen Endbereich eine grundsätzlich nicht zur Durchführung einer Schwingungsbewegung anzuregende Verdichterwalze vorgesehen ist. Grundsätzlich könnte jedoch auch an diesem anderen Endbereich eine Schwingungs-Verdichterwalze oder könnten zwei nebeneinander liegende Schwingungs-Verdichterwalzen eingesetzt werden, so dass auch mehr als zwei Schwingungs-Verdichterwalzen an ein- und demselben Bodenverdichter zum Einsatz gebracht werden können und hinsichtlich der Phasenlage ihrer Schwingungsanregungen aufeinander abgestimmt werden können.

Claims (11)

  1. Bodenverdichter, umfassend:
    - wenigstens zwei um eine jeweilige Walzendrehachse (A1, A2; A) drehbare Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a),
    - in Zuordnung zu jeder Schwingungs-Verdichterwalze (14, 16; 14a, 16a), eine Schwingungsanregungsanordnung (22, 24; 22a, 24a) zur Erzeugung einer Schwingungsbewegung der Schwingungs-Verdichterwalze (14, 16; 14a, 16a),
    - in Zuordnung zu jeder Schwingungs-Verdichterwalze (14, 16; 14a, 16a), eine Schwingungserfassungsanordnung (38, 54; 38a, 54a) zur Bereitstellung einer die Schwingungsbewegung einer jeweiligen Schwingungs-Verdichterwalze (14, 16; 14a, 16a) repräsentierenden Schwingungsgröße (B1, B2),
    - eine Ansteueranordnung (36, 52; 36a) zur Ansteuerung der Schwingungsanregungsanordnung (22, 24; 22a, 24a) auf Grundlage der in Zuordnung zu den Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) bereitgestellten Schwingungsgrößen derart, dass die Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) einen vorbestimmten Phasenversatz (P) zueinander aufweisen,
    - eine Sensoranordnung zur Erfassung von Schwingungen im Bereich des Bodenverdichters (12) und zur Bereitstellung eines durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) hervorgerufene Schwingungsanregungen wiedergebenden Rückkopplungssignals,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ansteueranordnung (36, 52; 36a) dazu ausgebildet ist, die Schwingungsanregungsanordnungen (22, 24; 22a, 24a) derart anzusteuern, dass auf den Phasenversatz (P) eingewirkt wird, um den durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) hervorgerufenen Schwingungsanregungen entgegenzuwirken.
  2. Bodenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsgröße (B1, B2) einen im Wesentlichen periodischen Verlauf aufweist.
  3. Bodenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schwingungserfassungsanordnung (38, 54, 38a, 54a) wenigstens einen Beschleunigungssensor (40, 56; 40a, 56a) zur Erfassung einer Beschleunigung der zugeordneten Schwingungs-Verdichterwalze (14, 16; 14a, 16a) umfasst, vorzugsweise zur Erfassung einer Beschleunigung der zugeordneten Schwingungs-Verdichterwalze (14, 16; 14a, 16a) in einer Höhenrichtung oder/und in einer Umfangsrichtung.
  4. Bodenverdichter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schwingungsanregungsanordnung (22, 24; 22a, 24a) eine Schwungmassenanordnung (26, 42; 26a, 42a) und einen Schwungmassenantrieb (30, 46; 30a, 46a) umfasst.
  5. Bodenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwungmassenantrieb (30, 46; 30a, 46a) einen Antriebsmotor (32, 48; 32a, 48a), vorzugsweise Hydraulikmotor (32, 48; 32a, 48a), umfasst, und dass jede Schwungmassenanordnung (26, 42; 26a, 42a) wenigstens eine durch den zugeordneten Antriebsmotor (32, 48; 32a, 48a) zur Drehung um eine Schwungmassendrehachse antreibbare Schwungmasse (28, 44; 28a, 28a', 44a, 44a') umfasst.
  6. Bodenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebsmotor (32, 48; 32a, 48a) ein Hydraulikmotor (32, 48; 32a, 48a) ist, und dass wenigstens eine Hydraulikpumpe (34, 50; 34a) zur Bereitstellung von Druckfluid für wenigstens einen Hydraulikmotor (32, 48; 32a, 48a) vorgesehen ist.
  7. Bodenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikpumpe (34a) zum Speisen aller Hydraulikmotoren (32a, 48a) mit Druckfluid vorgesehen ist, und dass wenigstens ein Hydraulikmotor (32a) ein variabler Hydraulikmotor (32a) ist.
  8. Bodenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Zuordnung zu jedem Hydraulikmotor (32, 48) eine Hydraulikpumpe (34, 50) vorgesehen ist, und dass bei wenigstens einem, vorzugsweise jedem Paar aus Hydraulikmotor (32) und Hydraulikpumpe (34, 50) die Hydraulikpumpe (34, 50) oder/und der Hydraulikmotor (32, 48) variabel ist.
  9. Verfahren zum Betreiben eines wenigstens zwei Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) aufweisenden Bodenverdichters (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) um jeweilige Walzendrehachsen (A1, A2, A) drehbar und durch eine jeweilige Schwingungsanregungsanordnung (22, 24; 22a, 24a) zur Durchführung einer Schwingungsbewegung anregbar sind, wobei verschiedenen Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) zugeordnete Schwingungsanregungsanordnungen (22, 24; 22a, 24a) derart angesteuert werden, dass die Schwingungsbewegungen dieser Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) einen vorbestimmten Phasenversatz (P) zueinander aufweisen, bei welchem Verfahren durch eine Sensoranordnung zur Erfassung von Schwingungen im Bereich des Bodenverdichters (12) ein durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) hervorgerufene Schwingungsanregungen wiedergebendes Rückkopplungssignal bereitgestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schwingungsanregungsanordnungen (22, 24; 22a, 24a) derart angesteuert werden, dass auf den Phasenversatz (P) eingewirkt wird, um den durch Überlagerungen der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) hervorgerufenen Schwingungsanregungen entgegenzuwirken.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung (B1, B2) jeder Schwingungs-Verdichterwalze (14, 16; 14a, 16a) erfasst wird, und dass beruhend auf den Beschleunigungen (B1, B2) der Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) wenigstens eine Schwingungsanregungsanordnung (22, 24; 22a, 24a) derart angesteuert wird, dass die Beschleunigungen (B1, B2) dieser Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) den vorbestimmten Phasenversatz (P) zueinander aufweisen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schwingungsanregungsanordnung (22, 24; 22a, 24a) eine Schwungmassenanordnung (26, 42; 26a, 42a) mit wenigstens einer zur Drehung um eine Schwungmassendrehachse antreibbaren Schwungmasse (28, 44; 28a, 28a', 44a, 44a') und einen Schwungmassenantrieb (30, 46; 30a, 46a) umfasst, und dass zur Veränderung des Phasenversatzes (P) der Schwingungsbewegungen der Schwingungs-Verdichterwalzen (14, 16; 14a, 16a) bezüglich einander bei wenigstens einer Schwingungsanregungsanordnung (22, 24; 22a, 24a) wenigstens eine Schwungmasse (28, 44; 28a, 28a', 44a, 44a') durch den zugeordneten Schwungmassenantrieb (30, 46; 30a, 46a) in einer Phasenanpassungsbetriebsphase zur Drehung mit bezüglich eines Grund-Drehzustandes veränderter Drehzahl angetrieben wird.
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