EP3491193B1

EP3491193B1 - Handgeführte bodenverdichtungsmaschine

Info

Publication number: EP3491193B1
Application number: EP17748396.3A
Authority: EP
Inventors: Niels Laugwitz; Robert Laux
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP6813658B2; DE102016009086A1; US10801167B2; JP2019523354A; WO2018019408A1; US20190234028A1; EP3491193A1

Description

Die Erfindung betrifft eine handgeführte Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere einen Vibrationsstampfer oder eine Vibrationsplatte.
Gattungsgemäße Vibrationsstampfer sind beispielsweise aus der EP 2 434 053 B1 und gattungsgemäße Vibrationsplatten aus der DE 10 2012 017 777 A1 bekannt. Sie werden typischerweise im Asphalt- und Erdbau eingesetzt, um die Festigkeit von Untergründen zu erhöhen. Dazu weisen sie einen Oberbau und eine am Oberbau angeordnete Antriebseinrichtung mit wenigstens einer Antriebswelle auf. Die Antriebseinrichtung ist üblicherweise ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Benzin-, Diesel- oder Flüssiggasverbrennungsmotor. Darüber hinaus weisen die gattungsgemäßen handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen einen Unterbau mit einer von der Antriebseinrichtung angetriebenen Verdichtungsplatte auf. Im Falle von Vibrationsstampfern kann die Verdichtungsplatte beispielsweise Teil eines Stampferfußes sein und im Fall einer Vibrationsplatte eine Rüttelplatte. Die Antriebseinrichtung treibt normalerweise einen Schwingungs- oder Vibrationserreger an, der beispielsweise den Stampffuß eines Vibrationsstampfers in Auf- und Abbewegungen bzw. Stampfbewegungen versetzt oder die Rüttelplatte einer Vibrationsplatte in Vibration versetzt. Durch die Stampfbewegungen bzw. die Vibration der jeweiligen Verdichtungsplatte wird der Boden unter der handgeführten Bodenverdichtungsmaschine zunehmend festgeklopft bzw. verdichtet. Währenddessen kann die handgeführte Bodenverdichtungsmaschine in einer Arbeitsrichtung über den Boden bewegt werden, sodass auf diese Weise ein gewünschter Bereich eines Bodens verdichtet werden kann.
Es ist im Stand der Technik bekannt, insbesondere bei handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen, die ein elektrisches Bordnetz und/oder eine Batterie aufweisen, eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Bodensteifigkeit eines zu verdichtenden Bodens vorzusehen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf einen möglichst effizienten Arbeitsbetrieb von Vorteil. Die Sensoreinrichtung umfasst dazu typischerweise einen Beschleunigungssensor. Die Bodensteifigkeit nimmt mit zunehmender Verdichtung zu, so dass ein Bediener aus dem Erreichen einer bestimmten Bodensteifigkeit schließen kann, dass der Boden ausreichend verdichtet wurde. Wie die Bodensteifigkeit im Betrieb einer Bodenverdichtungsmaschine berechnet werden kann, ist beispielsweise in der EP 2 627 826 B1 offenbart. Die Sensoreinrichtung und Anzeigeeinrichtung wird im Stand der Technik vom Bordnetz beziehungsweise einer Batterie der handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen betrieben. Es gibt allerdings auch handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen, insbesondere Vibrationsstampfer oder Vibrationsplatten, die kein Bordnetz aufweisen und an denen keinerlei elektrische Energiequelle vorhanden ist, die eine Sensoreinrichtung versorgen könnte. Bei derartigen bordnetzlosen handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen einfacher Bauart können daher keine solchen Sensoreinrichtungen zur Bestimmung der Bodensteifigkeit eingesetzt werden. Weiterhin wird bei den bekannten Systemen zur Verdichtungsmessung mittels Vibrationsplatten entweder ein Sensor an der schwingenden Verdichtungsplatte befestigt oder der Sensor ist am Oberbau der Maschine angebracht. Bei der Anbringung an der Verdichtungsplatte wird ein besonders gut geschütztes Kabel benötigt, um den rauen Betriebsbedingungen und starken Vibrationen zu widerstehen. Die Messgenauigkeit ist dafür allerdings auch am besten, da direkt am Arbeitswerkzeug gemessen wird. Wird der Sensor am schwingungsisolierten Oberbau angebracht, kann die Bodensteifigkeit nur mit reduzierter Genauigkeit ermittelt werden, dafür kann die Anzeige vorteilhaft integriert werden und somit der Verkabelungsaufwand reduziert werden. Trotzdem kann in diesem Falle nicht vollständig auf eine Verkabelung verzichtet werden, da eine Energieversorgung benötigt wird. In der DE20 2004 015 141 U1 ist ein Bodenverdichter beschrieben, für den der Betrieb eines Sensors mithilfe von Energie vorgeschlagen wird, die auch aus der Energie der von dem Schwingungserreger erzeugten Rüttelbewegung gewonnen werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit anzugeben, wie insbesondere auch bei einfachen handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen mit möglichst geringem Kostenaufwand eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Bodensteifigkeit eines zu verdichtenden Bodens betrieben werden kann.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer handgeführten Bodenverdichtungsmaschine gemäß dem unabhängigen Anspruch. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Konkret gelingt die Lösung der Aufgabe bei einer eingangs erwähnten handgeführten Bodenverdichtungsmaschine dadurch, dass die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung, insbesondere ausschließlich, durch einen von der wenigstens einen Antriebswelle, insbesondere direkt, angetriebenen Generator erfolgt. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Generator zudem ausschließlich die Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie versorgt. Der Generator kann beispielsweise einen Dynamo umfassen bzw. nach dem Prinzip eines Dynamos arbeiten. Der Generator ist typischerweise derart ausgebildet, dass er eine Rotationsbewegung zur Erzeugung elektrischer Energie nutzt. Die notwendige Rotationsbewegung wird, insbesondere direkt, von der Antriebseinrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Antriebswelle antreibt, mit der wiederum der Generator, insbesondere direkt, verbunden ist. Die Antriebswelle wird von der Antriebseinrichtung in Rotation versetzt und diese Rotation wiederum auf den Generator übertragen, der dadurch elektrische Energie erzeugt. Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn der Generator ausschließlich die Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie versorgt und insbesondere eine Einheit mit der Sensoreinheit bildet. Diese Einheit aus Generator und Sensor kann gemeinsam als komplette Baugruppe montiert werden, ohne dass zusätzliche Kabelverbindungen erforderlich sind. Eine derartige Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung hat sich als besonders zuverlässig herausgestellt und ist darüber hinaus besonders kompakt, im Wesentlichen wartungsfrei, da es nicht notwendig ist, beispielsweise Batterien auszutauschen, von denen die Sensoreinrichtung angetrieben wird, und zudem, wie nachstehend noch näher beschrieben, zur Nachrüstung geeignet. Dadurch, dass der Generator durch den Betrieb der Antriebseinrichtung angetrieben wird, ist zumindest und insbesondere ausschließlich im Arbeitsbetrieb der Bodenverdichtungsmaschine durchgehend die Versorgung der Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie gesichert. Die handgeführte Bodenverdichtungsmaschine muss also nicht mit einem kompletten Bordnetz, insbesondere umfassend eine Batterie, ausgerüstet werden bzw. die Sensoreinrichtung kann autark von einem Bordnetz betrieben werden. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung und der Generator einfach an eine der Antriebswellen der Bodenverdichtungsmaschine angeschlossen werden, lässt sich die Erfindung auch bei einfachen Bodenverdichtungsmaschinen kostengünstig realisieren. Unter "Bordnetz" wird insbesondere eine Einheit beziehungsweise ein System mit einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einem Akkumulator, insbesondere Bleiakkumulator, verstanden. Darüber hinaus kann das Bordnetz eine Lichtmaschine zum Laden des elektrischen Energiespeichers umfassen. Mit der Ladung im elektrischen Energiespeicher versorgt das Bordnetz verschiedene elektrische Komponenten, aber insbesondere eben nicht die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung.
Eine Möglichkeit, den Generator anzutreiben, besteht darin, die Antriebswelle selbst gleichzeitig auch als Welle für den Generator zu nutzen, indem beispielsweise auf der Antriebswelle direkt Magnete, insbesondere Permanentmagnete, angebracht werden, die in ein entsprechendes Statorelement der Sensoreinrichtung zur Ausbildung eine Dynamoeinheit hineinragen. Ferner kann ein Verbindungselement vorhanden sein, beispielsweise eine Kupplung. Bevorzugt ist das Verbindungselement allerdings ein Wellendurchtrieb, der die wenigstens eine Antriebswelle und den Generator miteinander verbindet, so dass die Drehbewegung der Antriebswelle über den Wellendurchtrieb auf den Generator übertragen wird. Der Wellendurchtrieb ist ein Bauteil, das axial an der Antriebswelle bzw. an einer Stirnseite der Antriebswelle befestigt ist und die Rotationsbewegung der Antriebswelle auf den Generator überträgt bzw. für den Generator nutzbar macht, beispielsweise ein, insbesondere polygonaler Verbindungsstift. Der Wellendurchtrieb stellt somit zumindest teilweise eine koaxiale Verlängerung der Antriebswelle dar.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich die Sensoreinrichtung bzw. der Generator unmittelbar in axialer Richtung der Antriebswelle an die Stirnseite der Antriebswelle an oder überlappt diese. Ist der Oberbau der Bodenverdichtungsmaschine allerdings zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben, beispielsweise die Antriebseinrichtung bzw. die Antriebswelle, so ist es bevorzugt, dass der Generator, und insbesondere auch die Sensoreinrichtung, außerhalb eines Gehäuses des Oberbaus angeordnet ist und der Wellendurchtrieb das Gehäuse durchdringt. Mit anderen Worten liegt die Antriebswelle innerhalb eines Gehäuses des Oberbaus. Der Generator, und insbesondere auch die Sensoreinrichtung, sind außerhalb des Gehäuses angeordnet, so dass diese leicht montiert und gewartet werden können. Um den Antrieb des Generators und damit die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung zu ermöglichen, wird bevorzugt der Wellendurchtrieb durch das Gehäuse hindurch bzw. durch die Gehäusewand hindurchgeführt und verbindet die Antriebswelle, insbesondere deren Stirnseite, mit dem Generator. Auf diese Weise lässt sich die Sensoreinrichtung ebenfalls von außen einsehen und kann beispielsweise ergänzend eine Anzeigeeinrichtung umfassen, auf der die Messwerte und/oder die Bodensteifigkeit und/oder eine mit der Bodensteifigkeit korrelierende Anzeige angezeigt werden.
Die wenigstens eine Antriebswelle kann bevorzugt eine unmittelbar von der Antriebseinrichtung angetriebene Kurbelwelle sein. Mit anderen Worten wird der Generator zur Versorgung der Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie direkt bzw. über den Wellendurchtrieb von der Kurbelwelle der Antriebseinrichtung angetrieben. Es kann eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein, deren Kurbelwelle nur auf einer Seite der Antriebseinrichtung austritt. In diesem Fall wird diese Kurbelwelle zum Antrieb des Generators genutzt. Dagegen ist es ebenfalls möglich, dass die Antriebseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kurbelwelle an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Antriebseinrichtung aus dieser austritt. Diese Ausführung ist besonders dann bevorzugt, wenn auf der einen Seite der Antriebseinrichtung die Erregereinheit zur Schwingungs- bzw. Vibrationserregung angeordnet ist, die von der Kurbelwelle angetrieben wird, und hier deshalb kein Platz mehr für den Generator bzw. den Generator und die Sensoreinrichtung vorhanden ist. In diesem Fall wird der Generator dann vom anderen Ende der Kurbelwelle, das auf der gegenüberliegenden Seite der Antriebseinrichtung austritt, angetrieben. Der Generator wird also von einem Abschnitt der Kurbelwelle angetrieben, der gegenüber einem weiteren Abschnitt der Kurbelwelle, von dem die Erregereinheit der Bodenverdichtungsmaschine angetrieben wird, aus der Antriebseinrichtung austritt. Auf diese Weise lässt sich auch bei beengten Platzverhältnissen, wie sie insbesondere beispielsweise bei Vibrationsstampfern vorliegen, der Generator und damit die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung von der Kurbelwelle antreiben.
Alternativ zum Antrieb über die Kurbelwelle kann die wenigstens eine Antriebswelle eine über ein Exzentergetriebe oder ein Unwuchtgetriebe von der Antriebseinrichtung angetriebene Exzenterwelle oder Unwuchtwelle sein. Beispielsweise bei Vibrationsstampfern wird die Stampfbewegung des Stampffußes typischerweise durch Rotation eines Exzenterrades erreicht, an dem exzentrisch ein Pleuel befestigt ist, das die Drehbewegung in eine lineare Auf- und Abbewegung des Stampffußes umwandelt. Das Exzenterrad sitzt auf einer Exzenterwelle, die über ein Exzentergetriebe, beispielsweise ein Ritzel, das mit dem Exzenterrad kämmt, von der Antriebseinrichtung, insbesondere über die Kurbelwelle, angetrieben wird. Mit anderen Worten befindet sich mit der Exzenterwelle neben der Kurbelwelle eine weitere rotierende Welle im Oberbau des Vibrationsstampfers. Auch diese Exzenterwelle kann nun zum Antrieb des Generators und damit zur elektrischen Versorgung der Sensoreinrichtung herangezogen werden. Die Vibrationsplatten werden üblicherweise durch eine rotierende Unwucht in Vibrationen bzw. Schwingungen versetzt. Die Unwucht befindet sich auf einer Unwuchtwelle, die über ein Getriebe (beispielsweise Riementrieb oder hydraulische Leistungsübertragung) von der Antriebseinrichtung, beispielsweise von der Kurbelwelle der Antriebseinrichtung, angetrieben wird. Bei einer Vibrationsplatte kann also neben der Kurbelwelle der Antriebseinrichtung eine weitere rotierende Welle, in diesem Fall die Unwuchtwelle, zum Antrieb des Generators und damit zur Versorgung der Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie genutzt werden. Die Anbindung des Generators an die jeweilige Welle entspricht dabei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Grundsätzlich kommt für den Antrieb des Generators jede gehäusefeste Welle der handgeführten Bodenverdichtungsmaschine in Frage.
Die Rotationsbewegung der Kurbelwelle wird über das Exzentergetriebe oder das Unwuchtgetriebe auf die Exzenterwelle oder die Unwuchtwelle übertragen. Es kann daher die Exzenterwelle oder die Unwuchtwelle eine, insbesondere parallele, zu einer Antriebsachse der Kurbelwelle der Antriebseinrichtung versetzte Exzenterachse oder Unwuchtachse aufweisen. Der Versatz zwischen den jeweiligen Rotationsachsen wird vom Exzentergetriebe oder dem Unwuchtgetriebe überwunden. Je nach Ausbildung der entsprechenden Getriebe kann die Exzenterachse oder die Unwuchtachse also eine andere Lage innerhalb der Bodenverdichtungsmaschine innehaben. Es ist daher eine Vielzahl unterschiedlicher Möglichkeiten zum Anschluss des Generators an die jeweilige Welle gegeben, sodass die jeweilige Ausbildung an die konkreten Platzverhältnisse der Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere des Oberbaus, angepasst werden kann.
Im praktischen Einsatz hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sensoreinrichtung eine Sendeeinrichtung umfasst, die zur kabellosen Übertragung der Messergebnisse der Sensoreinrichtung zu einer mobilen Empfangseinrichtung ausgebildet ist. Die mobile Empfangseinrichtung kann beispielsweise ein Tablet-Computer oder ein Smartphone sein, über das der Bediener der handgeführten Bodenverdichtungsmaschine üblicherweise schon von Haus aus verfügt. Wird eine kompatible Datenübertragung, beispielsweise WLAN, genutzt, so kann ein derartiges mobiles Endgerät als Empfangseinrichtung eingesetzt werden, wenn es ohnehin schon vom Bediener der Bodenverdichtungsmaschine mitgeführt wird. So kann ein Smartphone oder ein Tablet-Computer durch die Installation einer einfachen App dazu ausgebildet sein, die Daten der Sendeeinrichtung der Sensoreinrichtung zu empfangen und gegebenenfalls auszuwerten. Auf diese Weise ist keine eigene Anzeigevorrichtung oder Auswerteeinrichtung an der handgeführten Bodenverdichtungsmaschine notwendig. Insbesondere erübrigt sich eine Energieversorgung für die Anzeige, da die mobile Empfangseinrichtung in der Regel über einen eigenen Energiespeicher verfügt.
Die Erfindung eignet sich insbesondere auch zur Nachrüstung von bestehenden handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen, ob nun mit einer bestehenden Stromquelle oder ohne. Sowohl die Sensoreinrichtung als auch der Generator und dessen Antriebsanbindung sind optimal zum Einbau in bestehende Systeme geeignet, da beispielsweise keine Einbindung in eine Bordelektronik oder sonstiges erfolgen muss. Zudem sind die Komponenten sehr kompakt und lassen sich somit auch im Hinblick auf den erforderlichen freien Bauraum gut integrieren. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft daher eine handgeführte Bodenverdichtungsmaschine mit wenigstens einem weiteren Generator, der andere Komponenten der handgeführten Bodenverdichtungsmaschine mit elektrischer Energie versorgt, beispielsweise Zündkerzen, wobei die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung ausschließlich durch den ersten Generator erfolgt und dieser bevorzugt ausschließlich nur die Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie versorgt. Der Generator und die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung sind also elektrisch vollkommen getrennt von sämtlichen weiteren elektrischen Komponenten der handgeführten Bodenverdichtungsmaschine ausgebildet. Insbesondere bezieht die Sensoreinrichtung den von ihr benötigten Strom ausschließlich von dem wie vorstehend erläutert betriebenen Generator und ist völlig unabhängig von einer weiteren Stromquelle, beispielsweise einem weiteren Generator oder einer Batterie bzw. einem Akkumulator. Auf diese Weise eignet sich die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zusammen mit dem entsprechenden Generator auch als Nachrüstsatz für schon bestehende handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen, egal, ob diese bereits über eine Elektronik verfügen oder nicht. Unabhängig davon kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit dem Generator auf sämtlichen handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen zum Einsatz kommen.
Ganz besonders einfach gelingt dies, wenn die Sensoreinrichtung und der sie mit elektrischer Energie versorgende Generator zusammen als Modul bzw. als zusammenhängende, insbesondere kompakte, Baueinheit, und insbesondere als Nachrüstsatz, ausgebildet sind. Die Sensoreinrichtung und der Generator weisen dazu besonders bevorzugt ein gemeinsames Gehäuse und/oder eine gemeinsame Befestigungseinrichtung zur Befestigung an der übrigen Bodenverdichtungsmaschine auf. Sie sind somit bevorzugt zusammen als eigenständige Baugruppe an einer handgeführten Bodenverdichtungsmaschine montierbar ausgebildet, sodass sie lediglich, beispielsweise über den Wellendurchtrieb, mit der Antriebswelle verbunden und beispielsweise am Gehäuse am Oberbau befestigt werden müssen. Auch ältere schon bestehende handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen können so mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und insbesondere mit einer Bodensteifigkeitsbestimmung nach dem neuesten Stand der Technik ausgerüstet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sensoreinrichtung eine Speichereinheit. In der Speichereinheit werden die Messdaten der Sensoreinrichtung kontinuierlich hinterlegt und können aus dieser ausgelesen werden. Insbesondere ermöglicht die Speichereinheit das Erfassen und Beobachten von langfristigen Trends und Betriebsstunden. Die Speichereinheit kann auch getrennt von der Sensoreinrichtung vorgesehen sein und die Messergebnisse von dieser empfangen, beispielsweise als Teil der mobilen Empfangseinrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung mit einer bidirektionalen Funkschnittstelle ausgerüstet, die eine drahtlose Konfiguration der Sensoreinrichtung ermöglicht. Die Sensoreinrichtung ist also zusätzlich zum Senden von Messergebnissen auch zum Empfang und zur Umsetzung von Konfigurationsbefehlen ausgebildet, über die verschiedene Funktionen der Sensoreinrichtung ansteuerbar sind. Beispielsweise ist die mobile Empfangseinrichtung zum Versenden derartiger Konfigurationsbefehle auf eine Eingabe eines Bedieners hin ausgebildet.
Besonders günstige Herstellungskosten ergeben sich, wenn die Sensoreinrichtung für möglichst viele verschiedene Verdichtungsgeräte baugleich ausgeführt wird. Die gegebenenfalls notwendigen Anpassungen erfolgen durch Softwareparametrierung über eine bidirektionale Sende- /Empfangseinrichtung der Sensoreinrichtung. Somit ist kein manueller Eingriff an der Sensoreinrichtung erforderlich, die Eingabe der notwendigen Parameter erfolgt über das mobile Endgerät. Der Vorgang der Parametrierung kann durch maschinenlesbare Codes wie Barcode oder QR-Code vereinfacht werden, indem diese Codes von den entsprechenden Bauteilen wie Verdichtungsgerät und/oder Sensoreinrichtung eingelesen werden.
Zusätzliche Vorteile ergeben sich aus der Verknüpfung von Messdaten der Sensoreinrichtung mit Informationen des mobilen Empfangsgerätes. Hier können z.B. die Positionsdaten des Empfangsgerätes und die Einsatzdauer des Verdichtungsgerätes eine Dokumentation des Maschineneinsatzes ermöglichen. Wenn z.B. die erreichbare Mengenleistung in m³/h bekannt ist, kann aus der Aufzeichnung der tatsächlichen Arbeitszeit der Verdichtungsmaschine ermittelt werden, ob die eingebaute Materialmenge auch verdichtet worden ist.
Durch den Vergleich von tatsächlicher Arbeitszeit, die durch das Sensorsystem erfasst werden kann, und Motorlaufzeit können unnötige Leerlaufzeiten entdeckt und zukünftig vermieden werden. Übliche Betriebsstundenzähler erfassen lediglich die Motorlaufzeit und bieten daher nur ein Indiz für notwendige Motorwartungsintervalle. Unproduktive Leerlaufzeiten können auf herkömmliche Art nur schwer erfasst werden.
Die Bereitstellung der Verdichtungsanzeige und weiterer Zusatzfunktionen kann über eine internetbasierte Autorisierung auch zeitlich und örtlich begrenzt erfolgen. Somit wäre es möglich, die Sensoreinrichtung in das Verdichtungsgerät serienmäßig zu integrieren, die Anzeige der Verdichtung oder weiterer Daten abhängig von der Bezahlung von Nutzungsgebühren zu ermöglichen. Ebenso ist eine Standortüberwachung in der Weise denkbar, dass die Sensoreinrichtung über WLAN-basierte Ortung regelmäßig den Betriebsort der Maschine meldet, sobald eine entsprechende Infrastruktur vorhanden ist. Dadurch kann auf einfache Weise ein Diebstahlschutz realisiert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1: eine Seitenansicht eines Vibrationsstampfers;
Fig. 2: eine Seitenansicht einer Vibrationsplatte;
Fig. 3: eine Schnittansicht durch den Oberbau eines Vibrationsstampfers; und
Fig. 4: eine Schnittansicht durch eine Vibrationsplatte entlang der Linie IV aus Fig. 2.

Gleiche bzw. gleich wirkende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Sich wiederholende Bauteile sind nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet.
Die Figuren 1 und 2 zeigen gattungsgemäße handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen 1, konkret einen Vibrationsstampfer (Fig. 1) und eine Vibrationsplatte (Fig. 2). Die handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 weisen jeweils einen Führungsbügel 2 auf, mit dem ein Bediener die Bodenverdichtungsmaschine 1 im Arbeitsbetrieb über den Boden dirigieren kann. Der Führungsbügel 2 der in Fig. 2 gezeigten Vibrationsplatte kann, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, in eine Transportposition geklappt werden. Die handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 weisen einen Oberbau 3 auf, in dem sich eine Antriebseinrichtung 4 befindet, üblicherweise ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Diesel- oder Benzin- oder Flüssiggasverbrennungsmotor. Darüber hinaus weisen die Bodenverdichtungsmaschinen 1 einen Unterbau 5 mit einer Verdichtungsplatte 7, 8 auf. Die Verdichtungsplatte 7 ist im Falle des Vibrationsstampfers als Stampferplatte ausgebildet, die das untere bzw. zum Boden gerichtete Ende des Stampferfußes 6 darstellt. Die Verdichtungsplatte 8 ist eine Bodenkontaktplatte in Form einer Rüttelplatte. Die Verdichtungsplatten 7, 8 werden im Arbeitsbetrieb der handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 von der Antriebseinrichtung 4 in Schwingungen bzw. Vibration versetzt. Ein Bediener führt die Bodenverdichtungsmaschinen 1 beispielsweise in Arbeitsrichtung a über den Boden und führt dadurch zu einer Verdichtung des Untergrundes. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Oberbau 3 der handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 jeweils ein Gehäuse 9 auf, das verschiedene Komponenten der Bodenverdichtungsmaschinen 1 beinhaltet.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht durch den Oberbau 3 des Vibrationsstampfers aus Fig. 1. Insbesondere zeigt Fig. 3 die Komponenten des Vibrationsstampfers innerhalb des Gehäuses 9. Das Antriebsaggregat 4 versetzt die Kurbelwelle 10 in Rotation um die Antriebsachse 12. Insbesondere treibt die Antriebseinrichtung 4 über die Kurbelwelle 10 ein Ritzel 11 an, das sich ebenfalls um die Antriebsachse 12 dreht und mit einem Exzenterrad 13 kämmt, welches dadurch durch das Ritzel 11 ebenfalls in Rotation versetzt wird. Konkret dreht sich das Exzenterrad 13 um die Exzenterachse 14. Um diese Drehbewegung zu realisieren, weist das Exzenterrad 13 eine Exzenterwelle 15 auf, die über Exzenterlager 16 am Gehäuse 9 rotierbar gelagert ist. Exzentrisch auf dem Exzenterrad 13 angeordnet befindet sich eine Exzentergelenk 17, über das ein Pleuel 18 am Exzenterrad 13 befestigt ist. Im Arbeitsbetrieb des Vibrationsstampfers dreht sich das Exzenterrad 13, wodurch der Pleuel 18 in eine regelmäßige Auf- und Abbewegung versetzt wird. Diese Auf- und Abbewegung überträgt der Pleuel 18 auf den Stampferfuß 6 und führt damit zum Antrieb der Verdichtungsplatte 7. Das Ritzel 11 und das Exzenterrad 13 bilden zusammen das Exzentergetriebe 27, das die Exzenterwelle 15 antreibt. Das Exzentergetriebe 27 überträgt mit anderen Worten die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 10 der Antriebseinrichtung 4 auf die Exzenterwelle 15. Die Exzenterwelle 15 rotiert dann um die Exzenterachse 14, die zur der Antriebsachse 12, um die die Kurbelwelle 10 rotiert, parallel versetzt ist.
In der gezeigten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 ist auf der dem Exzenterrad 13 gegenüberliegenden Stirnseite der Exzenterwelle 15 ein Wellendurchtrieb 24 angeordnet, der das Gehäuse 9 durchdringt und mit einem Generator 26 einer Sensoreinrichtung 25, die zur Bestimmung der Bodensteifigkeit des zu verdichtenden Bodens ausgebildet ist, verbunden. Der Wellendurchtrieb 24 setzt die Exzenterwelle 15 an ihrer Stirnseite axial funktional fort und überträgt die Rotationsbewegung von der Exzenterwelle 15 auf den Generator 26, wodurch der Generator 26 Strom produziert, der zur Versorgung der Sensoreinrichtung 25 und insbesondere deren Beschleunigungssensor und Sendeeinrichtung herangezogen wird. Der Generator 26 und die Sensoreinrichtung 25 sind außerhalb des Gehäuses 9 angeordnet. Zum einen ist hier ausreichend Platz am Vibrationsstampfer, um die Komponenten unterzubringen, auf der anderen Seite ist die Sensoreinrichtung 25 und der Generator 26 dadurch von außen für einen Bediener, beispielsweise zu Wartungszwecken, zugänglich. Auch die Montage der Sensoreinrichtung 25 und des Generators 26 lässt sich auf diese Weise einfach von außen durchführen. Der Generator 26 und die Sensoreinrichtung 25 sind ferner als zusammenhängendes Modul mit einem gemeinsamen, diese beiden Elemente umgebenden Gehäuse ausgebildet.
Fig. 3 zeigt ebenfalls eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der der Wellendurchtrieb 24, der Generator 26 und die Sensoreinrichtung 25 von der Kurbelwelle 10 des Antriebsmotors angetrieben werden. Gemäß der Alternative ist der Wellendurchtrieb 24 auf der dem Ritzel 11 gegenüberliegenden Stirnseite der Kurbelwelle 10 angeordnet, wobei die Kurbelwelle 10 an zwei gegenüberliegenden Seiten aus der Antriebseinrichtung 4 austritt. Hier ist der Wellendurchtrieb 24 von der Seite der Kurbelwelle 10 angetrieben, die nicht mit dem Ritzel 11 verbunden ist. Der Wellendurchtrieb 24 ist derart direkt mit der Kurbelwelle 10 verbunden, dass die Kurbelwelle 10 den Wellendurchtrieb 24 in Rotation versetzt und dieser dadurch den Generator 26 antreibt. Auch in diesem Bereich der zweiten aus der Antriebseinrichtung 4 austretenden Seite der Kurbelwelle 10 ist ausreichend Platz am Vibrationsstampfer vorhanden, um die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 25 mit dem Generator 26 anzuordnen. Vibrationsstampfer weisen bauartbedingt auch am Oberbau noch sehr hohe Beschleunigungen auf, die stark von der Steifigkeit des zu verdichtenden Untergrunds abhängen. Somit ist die Anbringung der Sensoreinheit in der beschriebenen Weise in verschiedener Weise vorteilhaft. Die Messung der Bodensteifigkeit wird durch die Messung der Schwingungen des Stampfer-Oberbaus hinreichend genau, gleichzeitig ist die Energieversorgung der Sensoreinheit besonders einfach zu realisieren.
Fig. 4 zeigt eine Teilschnittansicht durch die Vibrationsplatte gemäß der Linie IV aus Fig. 2. Im Gehäuse 9 des Oberbaus 3 der Vibrationsplatte befindet sich ebenfalls eine Antriebseinrichtung 4, die eine Kurbelwelle 10 um eine Antriebsachse 12 antreibt. Die Kurbelwelle 10 wiederum ist über ein Unwuchtgetriebe 19 mit einer Unwuchtwelle 20 verbunden und versetzt die Unwuchtwelle 20 in Rotation um die Unwuchtachse 21. Das Unwuchtgetriebe 19 ist im gezeigten Beispiel als Riemengetriebe ausgebildet, könnte aber beispielsweise auch ein Zahnradgetriebe oder dergleichen sein. Die Unwuchtwelle 20 ist über Unwuchtlager 22 an einem Unwuchtgehäuse 28 gelagert und trägt eine Unwucht 23, die sich innerhalb des Unwuchtgehäuses 28 befindet. Durch die Rotation der Unwuchtwelle 20 wird ebenfalls die Unwucht 23 in Rotation um die Unwuchtachse 21 versetzt, wodurch die Verdichtungsplatte 8 in Schwingungen bzw. Vibrationen versetzt wird. Wie schon beim Vibrationsstampfer erläutert, kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 25 und der Generator 26 über den Wellendurchtrieb 24 prinzipiell an jeder gehäusefesten Welle angeordnet sein. So ist es in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Wellendurchtrieb 24 an einer Stirnseite der Exzenterwelle 20 angeordnet ist. Der Wellendurchtrieb 24 durchdringt das Unwuchtgehäuse 28 bzw. die Gehäusewand des Unwuchtgehäuses 28 und überträgt die Rotation der Unwuchtwelle 20 um die Unwuchtachse 21 auf den Generator 26, der dadurch angetrieben wird und elektrische Energie für die Sensoreinrichtung 25 produziert. Vibrationsplatten weisen bauartbedingt am Oberbau deutlich gedämpfte Schwingungen auf, die sich für die Messung der Bodensteifigkeit nur eingeschränkt eignen. Dies liegt beispielsweise an einer Schwingungsentkopplung des Unwuchtgehäuses 28 gegenüber dem Gehäuse 9, beispielsweise über Gummielemente. Somit ist die Anbringung der Sensoreinrichtung 25 direkt an der Unwuchtwelle 20 in verschiedener Weise vorteilhaft. Die Messung der Bodensteifigkeit wird durch die Messung der Schwingungen am Unwuchtgehäuse 28 der Vibrationsplatte besonders genau, gleichzeitig ist die Energieversorgung der Sensoreinrichtung 25 besonders einfach zu realisieren, da empfindliche Kabelverbindungen entfallen. Die direkte Anbringung der Sensoreinrichtung 25 an der Unwuchtwelle 20 ermöglicht außerdem die kostengünstige Integration weiterer Funktionen. Zum Beispiel bietet es sich an, eine Zustandsüberwachung für die Vibrationslager 22 in die Sensoreinrichtung 25 zu integrieren. Die Zustandsüberwachung könnte beispielsweise durch die direkte oder indirekte Messung der Lagertemperatur erfolgen. Außerdem können wälzlagertypische Frequenzen aus dem Beschleunigungssignal extrahiert werden, und somit mögliche Schäden durch Bewertung dieser Signalanteile automatisch detektiert werden. Eine weitere Zusatzfunktion kann die Bestimmung der tatsächlichen Arbeitszeit mit der Maschine sein. Da die Versorgung der Sensoreinrichtung 25 mit eigenem Generator 26 erfolgt, werden nur die tatsächlichen Betriebsstunden der Maschine erfasst, ohne eventuelle Leerlaufzeiten. Somit können beispielsweise die Wartungsintervalle für die Erregereinheit verlängert werden, da die tatsächliche Einsatzdauer der Maschine von den Leerlaufzeiten getrennt erfasst werden kann.
Wie ebenfalls in den Figuren 3 und 4 gezeigt, ist die Sensoreinrichtung 25 mit einer Sendeeinrichtung ausgestattet, die die Messergebnisse der Sensoreinrichtung 25 und/oder die berechneten Werte der Bodensteifigkeit an eine Empfangseinrichtung 29, insbesondere eine mobile Empfangseinrichtung 29, übermittelt. Die mobile Empfangseinrichtung 29 ist beispielsweise ein Tablet-Computer oder ein Smartphone eines Bedieners der handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1, auf der ein Programm, beispielsweise eine App, ausgeführt wird, die zur Anzeige bzw. zur Auswertung der Messsignale und/oder der berechneten Bodensteifigkeitswerte ausgebildet ist. Es ist daher keine separate Anzeigeeinrichtung an den handgeführten Bodenverdichtungsmaschinen 1 notwendig, wodurch keine weiteren Modifikationen der Bodenverdichtungsmaschinen 1 notwendig sind und Konstruktionskosten für die Realisierung der Erfindung niedrig gehalten werden.
Weiterhin geht aus den Figuren 3 und 4 hervor, dass die Sensoreinrichtung 25 und der Generator 26 als Modul ausgebildet sind. Die Sensoreinrichtung 25 und der Generator 26 bilden ein einheitliches Bauelement beziehungsweise eine eigenständige Baugruppe, das zusammen an der entsprechende Montageposition an der handgeführten Bodenverdichtungsmaschine 1 bzw. am Gehäuse 9 montierbar ist. Die Montage erfolgt für alle Komponenten zusammen in nur einem Schritt. Um die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 25 und den Generator 26 an einer handgeführten Bodenverdichtungsmaschine 1 zu installieren, muss lediglich der Wellendurchtrieb 24 mit einer Antriebswelle 10, 15, 20 verbunden werden und die Einheit aus Sensoreinrichtung 25 und Generator 26 an der Bodenverdichtungsmaschine 1 bzw. dem Gehäuse 9 befestigt werden. Die Erfindung ist daher insbesondere auch als Nachrüstsatz für schone bestehende handgeführte Bodenverdichtungsmaschinen 1 jeglicher Bauart geeignet, egal, ob diese eine Versorgung mit elektrischer Energie, ein Bordnetz oder überhaupt eine Elektronik jeglicher Art aufweisen.

Claims

Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1), insbesondere Vibrationsstampfer oder Vibrationsplatte, mit
- einem Oberbau (3),

- einer am Oberbau (3) angeordneten Antriebseinrichtung (4) mit wenigstens einer Antriebswelle (10, 15, 20),

- einem Unterbau (5) mit einer von der Antriebseinrichtung (4) angetriebenen Verdichtungsplatte (7, 8), und

- einer mindestens einen Beschleunigungssensor umfassenden Sensoreinrichtung (25) zur Bestimmung der Bodensteifigkeit eines zu verdichtenden Bodens,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung (25), insbesondere ausschließlich, durch einen von der wenigstens einen Antriebswelle (10, 15, 20) angetriebenen Generator (26) erfolgt.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Wellendurchtrieb (24) die wenigstens eine Antriebswelle (10, 15, 20) und den Generator (26) verbindet und der Generator (26) über den Wellendurchtrieb (24) von der wenigstens einen Antriebswelle (10, 15, 20) angetrieben wird.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Generator (26), und insbesondere auch die Sensoreinrichtung (25), außerhalb eines Gehäuses (9) des Oberbaus (3) oder eines Unwuchtgehäuses (28) angeordnet ist und der Wellendurchtrieb (24) das Gehäuse (9) oder das Unwuchtgehäuse (28) durchdringt.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Antriebswelle (10, 15, 20) eine unmittelbar von der Antriebseinrichtung (4) angetriebene Kurbelwelle (10) ist.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Antriebswelle (10, 15, 20) eine über ein Exzentergetriebe (27) oder ein Unwuchtgetriebe (19) von der Antriebseinrichtung (4) angetriebene Exzenterwelle (15) oder Unwuchtwelle (20) ist.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Exzenterwelle (15) oder die Unwuchtwelle (20) eine, insbesondere parallel, zu einer Antriebsachse (12) der Kurbelwelle (10) der Antriebseinrichtung (4) versetzte Exzenterachse (14) oder Unwuchtachse (21) aufweist.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinrichtung (25) eine Sendeeinrichtung umfasst, die zur kabellosen Übertragung der Messergebnisse der Sensoreinrichtung (25) zu einer mobilen Empfangseinrichtung (29) ausgebildet ist.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie einen weiteren Generator aufweist, der andere Komponenten der handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) mit Strom versorgt, wobei die Versorgung mit elektrischer Energie der Sensoreinrichtung (25) ausschließlich durch den ersten Generator (26) erfolgt.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinrichtung (25) und der sie mit Strom versorgende Generator (26) zusammen als Modul, und insbesondere als Nachrüstsatz, ausgebildet sind.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinrichtung (25) eine Speichereinheit aufweist, mit der langfristige Trends und Betriebsstunden erfasst werden können.
Handgeführte Bodenverdichtungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinrichtung (25) mit einer bidirektionalen Funkschnittstelle ausgerüstet ist, die eine drahtlose Konfiguration der Sensoreinrichtung (25) ermöglicht.