EP3568524B1

EP3568524B1 - Walze zur bodenverdichtung sowie verfahren zum erzeugen eines schwingungsbildes einer walze zur bodenverdichtung

Info

Publication number: EP3568524B1
Application number: EP17844579.7A
Authority: EP
Inventors: Manfred Darscheid
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: US11066789B2; WO2018130262A1; US20200048845A1; CN110325685B; EP3568524A1; DE102017000193A1; CN110325685A

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze zur Bodenverdichtung sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Schwingungsbildes einer Walze zur Bodenverdichtung.
Gattungsgemäße Walzen zur Bodenverdichtung werden überall dort eingesetzt, wo eine Verdichtung des Bodenuntergrundes in verhältnismäßig großer Fläche gewünscht ist. Derartige Walzen zur Bodenverdichtung umfassen dazu einen Maschinenrahmen mit einem Fahrstand, von dem aus die Bedienung der Walze erfolgt, einen Antriebsmotor, üblicherweise ein Dieselmotor, über den die für den Betrieb der Walze erforderliche Antriebsenergie zur Verfügung gestellt wird, sowie wenigstens eine Walzbandage. Eine Walzbandage umfasst üblicherweise einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Bandagenmantel sowie ergänzende Stützelemente, wie beispielsweise Tellerscheiben etc. Die wenigstens eine Walzbandage ist in der Regel um eine horizontale und quer zur Vorwärtsrichtung verlaufende Drehachse drehbar zwischen zwei stirnseitig angeordneten Lageramen gelagert. Die Lagerarme sind im Fall knickgelenkter Walzen zumindest teilweise starr oder im Fall drehschemelgelenkter Walzen über ein Drehschemelgelenk mit dem Maschinenrahmen verbunden. Um den Verdichtungsvorgang effizienter gestalten zu können, ist es ferner bekannt, Schwingungserreger, nachfolgend auch als Erregereinheit bezeichnet, zur Erzeugung von Schwingungen innerhalb der wenigstens einen Walzbandage anzuordnen. Ein solcher Schwingungserreger vom Typ Richtschwinger ist beispielsweise in der EP 0 530 546 B1 offenbart. Die Erregereinheit umfasst ein Erregergehäuse sowie zwei innerhalb des Erregergehäuses gegenläufig rotierend gelagerte und miteinander gekoppelte Unwuchtgewichte. Die Kopplung kann beispielsweise über den Eingriff zweier stirnseitig an den Unwuchtgewichten ansitzender Zahnräder erfolgen. Die Unwuchtgewichte sind um zwei gegenüber dem Erregergehäuse ortsfeste Rotationsachsen rotierbar. Zum Antrieb der Rotationsbewegung der beiden Unwuchtgewichte ist ein außerhalb des Erregergehäuses angeordneter Antriebsmotor, üblicherweise ein Hydraulikmotor, in Antriebsverbindung mit wenigstens einem der beiden rotierend gelagerten Unwuchtgewichte. Der Antriebsmotor bzw. die Antriebsverbindung kann derart gestaltet sein, dass beide Unwuchtgewichte direkt durch die Antriebsverbindung mit dem Antriebsmotor angetrieben werden oder eine Antriebsschaltung in Reihe vorliegt, wobei das eine in Antriebsverbindung mit dem Antriebsmotor stehende Unwuchtgewicht das in Reihe nachgeschaltete Unwuchtgewicht zur Rotation antreibt, beispielsweise über die bereits genannten stirnseitigen Zahnräder. Die beiden Unwuchtgewichte sind somit zwangsgekoppelt. Um das Verdichtungsspektrum einer solchen Walze zur Bodenverdichtung möglichst vielseitig gestalten zu können, ist es bei solchen Walzen zur Bodenverdichtung üblich, das Erregergehäuse als Ganzes gegenüber dem Maschinenrahmen drehbar auszugestalten, um, je nach maximalem Verstellspektrum, zwischen einer durch die Erregereinheit erzeugten Schwingungsbewegung in horizontaler Richtung oder in vertikaler Richtung idealerweise stufenlos verstellen zu können. Obwohl sich diese Anordnung bereits bestens bewährt hat, stehen dieser Lösung vergleichsweise hohe Herstellungskosten gegenüber.
Die Aufgabe der Erfindung liegt nunmehr darin, eine Walze zur Bodenverdichtung anzugeben, die eine günstige Herstellung erlaubt bei gleichzeitig ausreichendem und insbesondere untergrundschonendem Schwingungsverhalten.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Walze zur Bodenverdichtung sowie einem Verfahren zum Erzeugen eines Schwingungsbildes einer Walze zur Bodenverdichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Für eine gattungsgemäße Walze zur Bodenverdichtung ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Erregergehäuse drehfest gegenüber den Lagerarmen ist, und dass die beiden Unwuchtgewichte derart miteinander gekoppelt sind, dass sich ihre Amplituden in horizontaler Richtung addieren. Anders als im vorstehend dargelegten Stand der Technik kommt es somit erfindungsgemäß nunmehr darauf an, dass die übliche und in der Regel gewünschte Verstellbarkeit der Erregereinheit relativ zum Maschinenrahmen durch die drehfeste Anbindung des Erregergehäuses unterbunden wird. Damit ist die Relativlage der miteinander gekoppelten Unwuchtgewichte bezüglich des Maschinenrahmens bzw. zumindest gegenüber den Lagerarmen (bei drehschemelgelenkten Walzen) festgelegt, konkret in der Weise, dass sich ihre Amplituden in horizontaler Richtung addieren. Die Unwuchtgewichte drehen somit in einander entgegengesetzte Richtungen jeweils um eine Rotationsachse derart zueinander koordiniert, dass sich ihre Amplituden in vertikaler Richtung gegeneinander aufheben und in horizontaler Richtung, insbesondere in und entgegen der Vorwärtsrichtung der Walze, addieren. Dies bedeutet, dass die Phasenlagen der Unwuchtgewichte derart zwingend festgelegt sind, dass im Rotationsvorgang das ein Unwuchtgewicht nach unten dreht und dabei in entgegengesetzter Richtung das andere Unwuchtgewicht nach oben dreht und umgekehrt. Die Drehanteile in Vertikalrichtung verlaufen dabei in die gleiche Raumrichtung. In der Summe wird hierdurch somit ein ausschließlicher Horizontalrichtschwinger erhalten, der im Wesentlichen ausschließlich horizontal Schwingungen erzeugt. Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Schwingungscharakteristik lassen sich somit lediglich über die Umdrehungsgeschwindigkeit und/oder die Verteilung der Unwuchtmassen der beiden zwangsgekoppelten Unwuchtgewichte erhalten. Eine räumliche Verstellung der addierten Amplitude von der Horizontallage in eine Vertikallage ist dagegen im Gegensatz zum Stand der Technik nicht möglich. Auf diese Weise wird die verhältnismäßig komplizierte und kostenintensive Verstellmechanik, die bisher zur Verstellung des Erregergehäuses eines Richtschwingers erforderlich war, obsolet. Gleichzeitig wird eine insbesondere für die Bodenoberfläche schonende und für viele Anwendungen ausreichende Verdichtungsschwingung erhalten.
Die Erregereinheit ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die beiden Rotationsachsen der beiden Unwuchtgewichte horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung der Walze sowie in vertikaler Richtung übereinander verlaufen. Die beiden Unwuchtgewichte sind somit vertikal übereinander und zueinander parallel verlaufend positioniert, zumindest bezüglich ihrer Rotationsachsen. Es ist ferner von Vorteil, wenn die beiden Unwuchtgewichte gleiche Unwuchtmassen und auch bezüglich ihrer jeweiligen Rotationsachse zueinandergleiche Masseverteilungen aufweisen. Dadurch können die beiden Unwuchtgewichte im Wesentlichen baugleich ausgebildet werden, wodurch die Herstellungskosten abermals gesenkt werden können.
Die konkrete Ausbildung der drehfesten Anbindung des Erregergehäuses an die Lagerarme kann variieren. Bevorzugt wird hierzu auf eine Drehsicherung zurückgegriffen, die das Erregergehäuse mit wenigstens einem der beiden Lagerarme verbindet. Die Drehsicherung ist idealerweise derart ausgestaltet, dass sie insbesondere über Formschlusselemente eine Drehbewegung des Erregergehäuses gegenüber dem wenigstens einen der beiden Lagerarme ermöglicht. Die Drehsicherung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen Formschluss beidseits der Richtung der Umlaufbewegung der Bandage um ihre Drehachse, insbesondere innerhalb, auf Höhe oder zumindest in unmittelbarer axialer Nähe zu dem wenigstens einen Lagerarm bewirkt.
Bevorzugt ist die Drehsicherung in Form einer ein Bandagendrehlager durchlaufenden Steckwelle ausgebildet, die insbesondere auf einer Antriebsstirnseite der wenigstens einen Walzbandage gegenüberliegenden Stirnseite aus dem Bandageninnenraum herausgeführt ist. Als eine Antriebsstirnseite wird vorliegend eine solche Stirnseite der Walzbandage bezeichnet, über die der Antrieb der Erregereinheit erreicht wird. Dazu wird vorzugsweise ein geeigneter Hydraulikmotor stirnseitig der Walzbandage, insbesondere auf Höhe der Drehachse der Walzbandage bzw. koaxial zu dieser, an einem Lagerarm angeordnet. Es geht in diesem Zusammenhang somit nicht um den Fahrantrieb der Walzbandage, der häufig durch beidseits der Walzbandage angesetzte Fahrantriebe, insbesondere Hydraulikmotoren, erreicht wird. Damit ist die Steckwelle auf der dem Antriebsmotor der Erregereinheit gegenüberliegenden Seite der Bandage angeordnet. Dies erleichtert die Positionierung insbesondere des Antriebsmotors für die Erregereinheit.
Idealerweise ist die Steckwelle zwischen zwei Flanschplatten angeordnet, wobei die eine Flanschplatte am Erregergehäuses und die andere Flanschplatte am Lagerarm festgelegt ist, insbesondre unmittelbar an diese angeflanscht ist. Mithilfe der Flanschplatten wird eine ausreichend belastbare Anbindung der Steckwelle am Erregergehäuse und am Lagerarm erreicht.
Die Steckwelle umfasst ferner bevorzugt eine zumindest endseitig idealerweise beidseits, angebrachte Umfangsverzahnung, die in eine entsprechende komplementäre Hohlverzahnung, beispielsweise an einer oder beider der zwei Flanschplatten, angeordnet ist. Dies ermöglicht auf vergleichsweise einfachem Wege eine zuverlässige Steckdrehsicherung. Die Steckwelle ist ergänzend oder alternativ ferner bevorzugt spiegelsymmetrisch ausgebildet, um die Montage zu erleichtern.
Damit die von der Erregereinheit erzeugten Vibrationen nicht unmittelbar auf den übrigen Maschinenrahmen übertragen werden, sind die Lagerarme bevorzugt derart ausgebildet, dass sie wenigstens zwischen einem Außenteil und einem Innenteil eine Dämpfungsstufe umfassen, wobei das Erregergehäuse dann über eine Drehsicherung, insbesondere direkt, mit dem Innenteil drehfest verbunden ist. Eine solche Dämpfungsstufe können beispielsweise ein oder mehrere parallel angeordnete Gummipuffer oder ähnliches sein. Der Außenteil des Lagerarms umfasst denjenigen Teil, der zum Maschinenrahmen hin gerichtet ist und bei knickgelenkten Walzen idealerweise starr mit diesem verbunden ist und bei drehschemelgelenkten Walzen mit dem Drehschemelgelenk zumindest indirekt verbunden ist. Der Innenteil des jeweiligen Lagerarms bezeichnet dagegen denjenigen Teil, der vom Maschinenrahmen kommend hinter der Dämpfungsstufe angeordnet ist und an dem das Erregergehäuses zumindest indirekt gelagert ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die vorstehend genannte Flanschplatte unmittelbar am Innenteil des jeweiligen Lagerarms angeflanscht, insbesondere angeschraubt, ist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Erregereinheit problemlos und insbesondere ohne zusätzliche Anpassungsmaßnahmen den Betrieb auch mit einer sogenannten geteilten Walzbandage mit zwei Walzbandagenhälften ermöglicht. Geteilte Walzbandagen sind im Stand der Technik bekannt und üblich. Insbesondere in Verbindung mit Erregereinheiten muss hierzu jedoch häufig auf vergleichsweise aufwändige Synchronisationsmechanismen für die beiden Hälften der Walzbandage zurückgegriffen werden. Dies spielt bei der vorliegenden Anordnung keine Rolle, sodass auch ein robuster und zuverlässiger Betrieb mit einer geteilten Walzbandage möglich ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass hinsichtlich der Ausbildung und Lagerung der Erregereinheit auf ein und dieselbe Grundanordnung für ungeteilte und geteilte Walzbandagen zurückgegriffen werden kann. Dabei ist es bevorzugt, wenn sich die Erregereinheit in axialer Richtung der Drehachse der wenigstens einen Walzbandage in beide Walzbandagenhälften hinein erstreckt, besonders bevorzugt in axialer Richtung der Drehachse bezüglich der beiden Unwuchtgewichte zu gleichen Teilen. Auf diese Weise gelingt eine verhältnismäßig homogene Aufteilung der Schwingungswirkung der Erregereinheit auf beide Walzbandagenhälften. Ergänzend oder alternativ ist es ferner bevorzugt, wenn die beiden Walzbandagenhälften in axialer Richtung der Drehachse der wenigstens einen Walzbandage die gleiche Erstreckung aufweisen. Die hohlzylinderförmigen Bandagenmäntel der beiden Walzbandagenhälften weisen mit anderen Worten die gleiche Zylinderhöhe auf. Weiter ergänzend oder alternativ ist es ferner vorgesehen, dass die geteilte Walzbandage mit zwei Walzbandagenhälften zur Erzeugung von Schwingungen ausschließlich die eine Erregereinheit mit zwei Unwuchtgewichten umfasst. Auch dies vereinfacht den Aufbau der gesamten Walzbandage.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn die Walze eine weitere Walzbandage aufweist und insbesondere eine knickgelenkte oder drehschimmelgelenkte Tandemwalze ist. Solche Walzen sind von ihrem Grundaufbau her im Stand der Technik bekannt und eignen sich für die vorstehend beschriebene Anordnung besonders gut.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die weitere Walzbandage eine weitere Erregereinheit umfasst, um auch hier den Verdichtungsprozess mithilfe von über die Erregereinheit erzeugte Schwingungen zu verbessern. Dabei ist die weitere Erregereinheit besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass sie eine gegenüber der vorstehend beschriebenen Erregereinheit, bei der sich die Amplituden der beiden Unwuchtgewichte in horizontaler Richtung addieren und in vertikaler Richtung aufheben, andersartige Schwingungscharakteristik erzeugt, wobei hier insbesondere eine solche Erregereinheit bevorzugt ist, die im Arbeitsbetrieb wenigstens zeitweise eine Vertikalkomponente erzeugt. Damit gelingt eine Kombination des horizontalen Richtschwingers, wie vorstehend beschrieben, mit einer Erregereinheit, die zumindest teilweise zudem Schwingungen mit Vertikalkomponente in den Bodenuntergrund einleitet. Durch diese Kombination kann ein besonders vorteilhaftes Verdichtungsergebnis erhalten werden.
Ideal ist es dabei, wenn die weitere Erregereinheit ein sogenannter Kreiserreger ist. Ein Kreiserreger zeichnet sich dadurch aus, dass er ausschließlich eine einzige um eine Rotationsachse rotierende Unwuchtmasse, idealerweise mit horizontaler und quer zur Vorwärtsrichtung verlaufende Rotationsachse, aufweist. Solche Kreiserreger sind vom Grundsatz her ebenfalls im Stand der Technik bekannt und zeichnen sich insbesondere durch ihren einfachen Aufbau und ihre hohe Robustheit aus.
Um einen zuverlässigen Arbeitsbetrieb der erfindungsgemäßen Walze zu ermöglichen, ist bevorzugt eine Koordinationseinrichtung vorhanden, die den Betrieb der beiden Erregereinheiten zueinander, insbesondere hinsichtlich ihrer Frequenz und/oder Phasenlage, koordiniert. Die Korrelationseinrichtung kann dazu geeignete Sensoren, insbesondere Umdrehungssensoren, beispielsweise an den jeweiligen Antriebsmotoren, sowie eine Steuereinheit aufweisen, die den Betrieb wenigstens eines der beiden Antriebsmotoren der beiden Erregereinheiten steuert und auf diese Weise einen geeigneten koordinierten Betrieb ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt auch in einem Verfahren zum Erzeugen eines Schwingungsbildes mit einer erfindungsgemäßen Walze zur Bodenverdichtung, insbesondere eines zur untergrundschonenden Verdichtung geeigneten Schwingungsbildes. Mit Schwingungsbild wird vorliegend das Gesamtschwingverhalten der beiden Walzbandagen gegenüber dem Bodenuntergrund bezeichnet bzw. letztlich die Summe der beiden im erfindungsgemäßen Verfahren miteinander kombinierten Erregereinheiten aus horizontalem Richtschwinger und einer weiteren, insbesondere andersartigen, Erregereinheit. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Anwendung an einer Tandemwalze. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass bei einer Überfahrt über den zu verdichtenden Bodenuntergrund die Schritte A) Erzeugen einer ausschließlich horizontalen Schwingung bzw. einer Schwingung mit ausschließlich horizontaler Amplitude, in einer ersten Bandage, insbesondere mithilfe des vorstehend beschriebenen horizontalen Richtschwingers, und B) Erzeugen einer andersartigen Schwingung, insbesondere mit Vertikalkomponente, in einer zweiten Bandage, gleichzeitig erfolgen. Das Erzeugen einer andersartigen Schwingung mit Vertikalkomponente bezeichnet somit eine solche Schwingungscharakteristik, bei der zumindest übergangsweise auch eine zumindest teilweise vertikal wirkende Verdichtungskraft in den Bodenuntergrund eingeleitet wird. Insgesamt wird auf diese Weise von der Maschine damit eine Art oszillierendes Schwingungsverhalten zur Verfügung gestellt, bei dem in der Summe der beiden Bandagen zumindest zeitweise auch schräg wirkende Verdichtungskräfte in den Bodenuntergrund eingeleitet werden. Dies kann für bestimmte Verdichtungsaufgaben von Anwendern gewünscht sein.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erzeugen der ausschließlich horizontalen Schwingung für speziell eine geteilte Walzbandage mit zwei Walzbandagenhälften, wie beispielsweise vorstehend zu erfindungsgemäßen Walze beschrieben, ausschließlich über eine einzige Erregereinheit, konkret den vorstehend beschriebenen horizontalen Richtschwinger. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es auch für eine geteilte Bandage eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zur Erzeugung horizontaler Schwingungen für eine geteilte Walzbandage zur Verfügung stellt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen schematisch:

Figur 1:: eine drehschemelgelenkte Tandemwalze in Seitenansicht;
Figur 2:: eine knickgelenkte Tandemwalze in Seitenansicht;
Figur 3:: ein Walzenzug in Seitenansicht;
Figur 4:: einen perspektivischen Längsschnitt durch eine Walzbandage einer der Walzen aus den Figuren 1 bis 3;
Figur 5:: einen Längsschnitt durch eine Walzbandage in einer Prinzipskizze;
Figur 6:: eine schematische Seitenansicht einer Walze mit zwei hinsichtlich ihrer erzeugten Schwingungscharakteristik verschiedenen Erregereinheiten; und
Figur 7:: ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gleiche Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei nicht jedes sich in den Figuren wiederholende Bauteil zwangsläufig in jeder Figur gekennzeichnet ist.
Die Figuren 1, 2 und 3 veranschaulichen zunächst den prinzipiellen Grundaufbau verschiedener gattungsgemäßer Walzen 1. In Figur 1 ist eine Walze 1 vom Typ drehschemelgelenkte Tandemwalze gezeigt. Wesentliche Elemente dieser Walze 1 sind ein Maschinenrahmen 2, ein Fahrstand 3, ein Antriebsmotor 4, sowie ausschließlich eine vordere und eine hintere Walzbandage 5. Die Walzbandagen 5 sind über jeweils zwei seitliche Lagerarme 6 um eine horizontale und quer zur Vorwärtsrichtung A verlaufende Drehachse drehbar in den Lagerarmen 6 gelagert, wobei in den Figuren 1 bis 3 jeweils nur der dem Betrachter zugewandte linke Lagerarm 6 sichtbar ist. Die Walzbandagen 5 sind über ein Drehschemelgelenk 7 um eine im Wesentlichen vertikale Lenkachse gegenüber dem Maschinenrahmen 2 lenkbar. Zum Fahrantrieb der Walzbandagen 5 ist jeweils ein Hydraulikmotor vorgesehen (in den Figuren nicht gezeigt). Die Walzen der Figuren 2 und 3 zeigen im Vergleich dazu einen sehr ähnlichen Grundaufbau, wobei nachstehend die schwerpunktmäßig auf die bestehenden Unterschiede hingewiesen wird und ansonsten auf die Ausführungen zur Walze 1 gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird. Figur 2 zeigt im Unterschied zu Figur 1 eine knickgelenkte Tandemwalze. Bei dieser Variante umfasst der Maschinenrahmen 2 zwei Rahmenhälften (vordere und hintere Rahmenhälfte), die über ein Knickgelenk 8 miteinander verbunden sind. Die Lagerarme 6 sind zumindest mit ihrem dem Maschinenrahmen 2 zugewandten Teil starr mit diesem verbunden. Figur 3 schließlich zeigt eine Walze 1 vom Typ Walzenzug. Auch hier umfasst der Maschinenrahmen 2 zwei Rahmenhälften, den Vorderwagen und den Hinterwagen, die über ein Kniegelenk 8 miteinander verbunden sind. Im Unterschied zu den beiden vorhergehenden Walzen 1 umfasst der Walzenzug lediglich eine einzige Walzbandage 5 und ein Hinterradpaar 9. Sämtliche der Walzen 1 der Figuren 1 bis 3 sind selbstfahrend und umfassen in wenigstens einer ihrer vorhandenen Walzbandagen 5 eine Erregereinheit, wie in den nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Zur weiteren Erläuterung des Aufbaus wenigstens einer der Walzbandagen 5 der Walzen 1 aus den Figuren 1 bis 3 wird zunächst auf Figur 4 Bezug genommen. Diese betrifft einen vertikalen Längsschnitt entlang der Drehachse D in leicht perspektivische Schrägansicht. Wesentliche Elemente der Walzbandage 5 sind ein hohlzylinderförmiger Bandagenmantel 10 mit zwei Bandagenmantelhälften 10A und 10B. Figur 4 zeigt somit eine zweigeteilte Walzbandage 5, wobei die nachstehend weiter beschriebene Ausbildung und Lagerung der Erregereinheit gleichermaßen auch für ungeteilte Walzbandagen verwendbar ist. Im durch die beiden Tellerscheiben 11 in Längsrichtung der Drehachse D begrenzten Innenraum 12 der Walzbandage 5 ist ausschließlich eine einzige Erregereinheit 13 angeordnet, umfassend ein Erregergehäuses 14, in dessen Innenraum zwei um jeweils eine Rotationsachse R1 und R2 rotierbare Unwuchtgewichte 15A und 15B angeordnet sind. Stirnseitig sind die beiden Unwuchtgewichte 15A und 15B über ein Zahnradpaar 16 miteinander im Eingriff. Dadurch ist festgelegt, dass die Rotationsbewegung der beiden Unwuchtgewichte 15 Ar und 15 B zueinander gegensinnig ist und diese im Betrieb zueinander gegenläufig um die Rotationsachse R1 und R2 in zueinander zwangsgekoppelter Weise rotieren. Die Rotationsachse R1 und R2 verlaufen dabei parallel zueinander und auch parallel zur Drehachse D und in vertikaler Richtung übereinander. Zum Antrieb der Rotationsbewegung der beiden Unwuchtgewichte 15A und 15B ist ein Antriebsmotor 22 vorgesehen, im vorliegenden Fall ein Hydraulikmotor. Die Walzbandage 5 umfasst somit ausschließlich die eine Erregereinheit 13.
Das Erregergehäuse 14 umfasst zu beiden Seiten entlang der Drehachse D jeweils eine Stirnplatte 17, 18 und einen die Unwuchtgewichte in Richtung ihrer Rotationsachse R1 und R2 zwischen den Stirnplatten 17 und 18 überspannenden Gehäusezylinder 19, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht vollflächig geschlossen ausgebildet ist. Die Lagerung der Erregereinheit 13 ist in Bezug auf die Lagerarme 6, die in Figur 4 nur teilweise dargestellt sind, drehfest. Dies bedeutet, dass der Bandagenmantel 10 gegenüber der Erregereinheit 13 drehbar ist, beispielsweise über Drehlager 20, gegenüber den Lagerarmen 6 allerdings im Wesentlichen ortsfest und drehfest gelagert ist. Die Lagerarme 6 umfassen jeweils einen Außenteil 6A und einen Innenteil 6B, die über Dämpfungselemente 21 miteinander verbunden sind, um eine Übertragung von durch die Erregereinheit 13 im Betrieb erzeugten Schwingungen auf den Maschinenrahmen 2, mit dem der Außenteil 6A der Lagerarme in der zu den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Weise verbunden ist, zu minimieren. Dazu ist auf der der Stirnseite 23 der Walzbandage 5, auf der der der Antriebsmotor 22 zum Antrieb der Erregereinheit 13 angeordnet ist, gegenüberliegenden Stirnseite 24 der Walzbandage 5 bzw. auf deren Seite eine Drehsicherung 25 mit einer Steckwelle 26 vorgesehen. Die Steckwelle 26 steckt mit ihrem einen Ende drehfest in einer Flanschplatte 27, die an die Stirnplatte 17 des Erregergehäuses 14 angeflanscht ist. Von dort ausgehend durchläuft die Steckwelle 26 koaxial zur Drehachse D ein Drehlager der Walzbandage 5 am Lagerarm 6 und mündet drehfest in einer Flanschplatte 28, die am Innenteil 6B des Lagerarm 6 von außen kommend angeflanscht ist. Dadurch wird jegliche Drehbewegung des Erregergehäuses 14 gegenüber dem Lagerarm 6 unterbunden. Die Steckwelle weist dazu in zumindest demjenigen Achsschaftbereich, mit dem sie in jeweils einer der beiden Flanschplatten 27, 28 mündet, Formschlusselemente zur Drehsicherung auf, insbesondere solche mit in Umlaufrichtung der Drehachse D wirkenden Anschlagflächen, wie beispielsweise eine umlaufende Außenverzahnung. Diese Formschlusselemente stehen mit komplementären Formschlusselementen in den jeweiligen Flanschplatten 27, 28 in Eingriff, wobei hierzu beispielsweise auf eine zur Außenverzahnung der Steckwelle komplementäre Innenverzahnung zurückgegriffen werden kann. Alternativ ist es auch möglich, die Drehsicherung reibschlüssig zu erreichen, beispielsweise über eine geeignete Rändelung, insbesondere auf der Steckwelle, etc.
Auf der der Drehsicherung 25 gegenüberliegenden Stirnseite 23 steht die Erregereinheit 13 über eine Welle in Antriebsverbindung mit dem Antriebsmotor 22. Die Welle ist an eines der Unwuchtgewichte 15A, 15B über eine Zahnradverbindung angebunden. Das andere Unwuchtgewicht wird über das an den Unwuchtgewichten 15A und 15B angesetzte und miteinander kämmende Zahnradpaar 16 angetrieben.
Die Unwuchtgewichte 15A und 15B sind dabei derartig in der Erregereinheit 15 angeordnet, dass sich ihre Amplituden im Rotationsbetrieb um die Rotationsachsen R1 und R2 in horizontaler Richtung addieren und in vertikaler Richtung aufheben. Wird die Erregereinheit 13 bei der Walzbandage 5 gemäß Figur 4 somit in Betrieb genommen, wird die Walzbandage 5 und insbesondere deren beiden Walzbandagenhälften 10A und 10B mit horizontal ausgerichteten Schwingungen beaufschlagt. Konkret wird dies dadurch erreicht, dass die Unwuchtgewichte mit ihrer bezüglich der Rotationsachse R1 und R2 in radialer Richtung außenliegenden Unwucht gegensinnig von oben und von unten kommend aufeinander zu drehen und in Horizontalrichtung jeweils in die gleiche Raumrichtung drehen. Insgesamt wird mit dieser Anordnung somit ein horizontaler Richtschwinger mit ausschließlich horizontaler Gesamtamplitude erhalten.
Figur 4 verdeutlicht ferner, dass jeweils zu den Außenseiten beider Walzbandagenhälften 10A und 10B ferner jeweils ein Fahrantriebsmotor 30, konkret jeweils ein Hydraulikmotor, vorhanden ist.
Figur 5 gibt den in Figur 4 beschriebenen Grundaufbau in einer Prinzipskizze in leicht abgewandelter Form wieder, wobei zur Beschreibung der Figur 5 insbesondere auch auf die bereits zu Figur 4 vorgebrachten Ausführungen Bezug genommen wird. Wesentlich ist, dass insbesondere in Figur 5 deutlich dargestellt ist, dass in Richtung der Drehachse D beidseits der Erregereinheit 13 jeweils eine Steckwelle 26 zur Drehsicherung mit den entsprechenden Flanschplatten 27 und 28 vorhanden ist. Ferner verdeutlicht Figur 5 die Anbindung der Lagerarme 6 über jeweils ihren Außenteil 6A zum Maschinenrahmen 2, wobei hier alternativ auch, wie vorstehend bereits erwähnt, ein Drehschemelgelenk zwischengeschaltet sein kann. Die Walzbandagenhälften 10A und 10B sind gegenüber den Lagerarmen 6B über ein nicht näher dargestelltes Drehgelenk um die Drehachse D drehbar.
Figur 6 greift auf den grundsätzlichen Aufbau der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Walzen 1 zurück und verdeutlicht eine Weiterbildung dahingehend, dass in den ausschließlich zwei von der Walze umfassten Walzbandagen 5 zwei verschiedene Erregereinheiten vorgesehen sind. In der in Figur 6 linken Walzbandage 5 ist die Erregereinheit 13, wie in den Figuren 4 oder 5 näher erläutert, in Form des horizontalen Richtschwingers angeordnet, wobei zur Vereinfachung lediglich die beiden Unwuchtgewichte 15A und 15B und deren Rotationsbewegung in einer Vertikalebene quer zur Drehachse D der beiden Walzbandagen 5 gezeigt sind. Die in Figur 6 rechte Walzbandage 5 umfasst dagegen eine gegenüber dem ausschließlich horizontalen Richtschwinger andersartig wirkende Erregereinheit 31, bei der es sich im konkreten Ausführungsbeispiel um einen Kreiserreger mit ausschließlich einem Unwuchtgewicht 15 handelt. Die Schwingungscharakteristik dieses Kreiserregers liegt darin, dass er phasenabhängig ein Schwingungsspektrum mit vertikal nach oben und nach unten sowie horizontal nach vorn und nach hinten wirkenden Schwingungskomponenten erzeugt, wie durch den in Fig. 6 angegebenen Kreuzpfeil verdeutlicht. Diese Erregereinheit 31 ist in der in Vorwärtsrichtung A vorderen Walzbandage 5 der Walze 1 angeordnet. In der Summe der beiden Erregereinheit 13 und 31 wird somit eine Schwingungscharakteristik mit der Walze 1 aus Figur 6 erhalten, bei der zumindest übergangsweise schräg wirkende Kräfte in den Bodenuntergrund eingebracht werden können. Der Richtschwinger 31 kann auch durch anders wirkende Erregereinheiten substituiert werden, wie beispielsweise einem Oszillationserreger, einem verstellbarem Richtschwinger etc.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist ferner eine Koordinationseinrichtung 32 vorhanden, die die Drehlage/Phasenlage und/oder die Umdrehungsfrequenz jeweils wenigstens eines Unwuchtgewichtes 15A/15B und 15 (Richtschwinger), beispielsweisem über geeignete Sensoren, erfasst und den Antrieb bzw. den Antriebsmotor wenigstens einer Erregereinheit 13/31 steuert, um einen zueinander abgestimmten Schwingungsbetrieb der beiden Erregereinheiten 13 und 31 zu ermöglichen.
Figur 7 schließlich zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Wesentlich ist dabei das beim Betreiben 33 einer Walze gleichzeitig ein Erzeugen einer ausschließlich horizontalen Schwingung in einer ersten Bandage gemäß Schritt 34 und gleichzeitig ein Erzeugen einer andersartigen Schwingung, insbesondere mit Vertikalkomponente, in einer zweiten Bandage gemäß Schritt 35 erfolgt. Das in Figur 7 dargestellte Verfahren bezieht sich somit konkret auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6. Dabei eignet sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere auch für eine Walze 1 mit einer geteilten Bandage, wie beispielsweise in den Figuren 4 und 5 gezeigt, wobei es dann vorgesehen ist, dass das Erzeugen der ausschließlich horizontalen Schwingung mit dem horizontalen Richtschwinger für die geteilte Bandage ausschließlich über eine einzige Erregereinheit, insbesondere die Erregereinheit 13, erfolgt.
Optional kann es im Schritt 36 ferner vorgesehen sein, dass beim Betrieb der Walze ein Koordinieren der Schritte 34 und 35 mithilfe einer Koordinationseinrichtung, insbesondere wie zu Figur 6 beschrieben, erfolgt.
Grundsätzlich eignen sich sämtliche der vorstehend beschriebenen Walzen besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Claims

Walze (1) zur Bodenverdichtung, umfassend
- einen Maschinenrahmen (2) mit einem Fahrstand (3),

- einen Antriebsmotor (4),

- wenigstens eine Walzbandage (5), wobei die wenigstens eine Walzbandage (5) drehbar zwischen zwei stirnseitig angeordneten Lagerarmen (6), die mit dem Maschinenrahmen (2) verbunden sind, gelagert ist,

- eine innerhalb der wenigstens einen Walzbandage (5) angeordnete Erregereinheit (13) zur Erzeugung von Schwingungen mit

- einem Erregergehäuse (14),

- zwei innerhalb des Erregergehäuses (14) gegenläufig rotierend gelagerten und miteinander gekoppelten Unwuchtgewichten (15A, 15B), wobei die Unwuchtgewichte (15A, 15B) um zwei gegenüber dem Erregergehäuse (14) ortsfeste Rotationsachsen (R1, R2) rotieren und

- einem außerhalb des Erregergehäuses (14) angeordneten Antriebsmotor (22), der in Antriebsverbindung mit wenigstens einem der beiden rotierend gelagerten Unwuchtgewichten (15A, 15B) steht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erregergehäuse (14) drehfest gegenüber den Lagerarmen (6) ist, derart, dass eine Verstellbarkeit der Erregereinheit (13) relativ zum Maschinenrahmen unterbunden wird, und dass die beiden Unwuchtgewichte (15A, 15B) derart miteinander gekoppelt sind, dass sich ihre Amplituden ausschließlich in Horizontalrichtung addieren.
Walze (1) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Rotationsachsen (R1, R2) horizontal und in Vertikalrichtung übereinander verlaufen.
Walze (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erregergehäuse (14) über eine Drehsicherung (25) mit wenigstens einem der beiden Lagerarme (6) verbunden ist.
Walze (1) gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehsicherung (25) eine ein Bandagendrehlager (20) durchlaufende Steckwelle (26) umfasst, die insbesondere auf einer Antriebsstirnseite (23) der wenigstens einen Walzbandage (5) gegenüberliegenden Stirnseite (24) aus einem Bandageninnenraum (12) herausgeführt ist.
Walze (1) gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steckwelle (26) zwischen zwei Flanschplatten (27, 28) angeordnet ist, wobei die eine Flanschplatte (27) am Erregergehäuse (14) und die andere Flanschplatte (28) am Lagerarm (6) festgelegt ist.
Walze (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerarme (6) jeweils wenigstens zwischen einem Außenteil (6A) und einem Innenteil (6B) eine Dämpfungsstufe (21) umfassen, wobei das Erregergehäuse (14) über die Drehsicherung (25), insbesondere direkt, mit dem Innenteil (6B) drehfest verbunden ist.
Walze (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Walzbandage (5) eine geteilte Walzbandage (5) mit zwei Walzbandagenhälften (10A, 10B) ist, wobei ferner eines der folgenden Merkmale erfüllt ist:
- die Erregereinheit (13) erstreckt sich in Axialrichtung der Drehachse (D) der wenigstens einen Walzenbandage in beide Walzbandagenhälften (10A, 10B);

- die Walzbandagenhälften (10A, 10B) weisen in Axialrichtung der Drehachse (D) der wenigstens einen Walzbandage (5) die gleiche Erstreckung auf;

- zur Erzeugung von Schwingungen umfasst die Walzbandage (5) ausschließlich die Erregereinheit (13).
Walze (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Walze (1) eine weitere Walzbandage (5) aufweist und insbesondere eine knickgelenkte oder drehschemelgelenkte Tandemwalze ist.
Walze (1) gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die weitere Walzbandage (5) eine weitere Erregereinheit (31) umfasst.
Walze (1) gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die weitere Erregereinheit (31) derart ausgebildet ist, dass sie eine gegenüber der Erregereinheit (13), deren Amplituden sich in Horizontalrichtung addieren, andersartige Schwingungscharakteristik erzeugt, insbesondere mit wenigstens einer Vertikalkomponente.
Walze (1) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die weitere Erregereinheit (31) ein Kreiserreger ist.
Walze (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Koordinationseinrichtung (32) vorhanden ist, die den Betrieb der beiden Erregereinheiten (31, 31) zueinander koordiniert.
Verfahren zum Erzeugen eines Schwingungsbildes mit einer Walze (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Bodenverdichtung, insbesondere einer Tandemwalze, umfassend bei einer Überfahrt (33) über den zu verdichtenden Bodenuntergrund die Schritte:
a) Erzeugen (34) einer ausschließlich horizontalen Schwingung in einer ersten Bandage (5);

b) Erzeugen (35) einer andersartigen Schwingung, insbesondere mit Vertikalkomponente, in einer zweiten Bandage (5).
Verfahren gemäß Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erzeugen (34) der ausschließlich horizontalen Schwingung für eine geteilte Walzbandage (5) mit zwei Walzbandagenhälften (10A, 10B) ausschließlich über eine einzige Erregereinheit (13) erfolgt.