WO2006136443A1 - Vibrationsplatte mit individuell einstellbaren schwingungserregern - Google Patents

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WO2006136443A1
WO2006136443A1 PCT/EP2006/006084 EP2006006084W WO2006136443A1 WO 2006136443 A1 WO2006136443 A1 WO 2006136443A1 EP 2006006084 W EP2006006084 W EP 2006006084W WO 2006136443 A1 WO2006136443 A1 WO 2006136443A1
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imbalance
vibration
exciters
plate according
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PCT/EP2006/006084
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Inventor
Otto W. Stenzel
Original Assignee
Wacker Construction Equipment Ag
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Publication date
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Priority to US11/917,995 priority patent/US20100166499A1/en
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/30—Tamping or vibrating apparatus other than rollers ; Devices for ramming individual paving elements
    • E01C19/34—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight
    • E01C19/38—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight with means specifically for generating vibrations, e.g. vibrating plate compactors, immersion vibrators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/18—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid
    • B06B1/186—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid operating with rotary unbalanced masses
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil
    • E02D3/074—Vibrating apparatus operating with systems involving rotary unbalanced masses

Definitions

  • the invention relates to a vibrating plate according to the preamble of patent claim 1.
  • Vibration plates are known and consist, in principle, of a lower mass having a ground contact plate and an upper mass resiliently coupled to the lower mass and having a drive (for example a combustion or electric motor).
  • the drive drives a belonging to the lower mass, the ground contact plate acting on vibration exciter device.
  • a so-called single-shaft exciter or drag oscillator is known in which the drive rotatably drives an imbalance shaft carrying an imbalance mass.
  • the imbalance shaft tears at its rotation, the ground contact plate upwards and forwards to achieve a forward movement. Thereafter, the ground contact plate is pressed by the action of the imbalance shaft down and strikes the soil to be compacted.
  • the vibration exciter device has two or three mechanically or positively coupled unbalanced shafts.
  • two imbalance shafts each carrying an imbalance mass
  • the phase position of the imbalance shafts relative to each other can be adjusted mechanically via a link mechanism or a differential gear.
  • Bowden cables or spindles are known as drives for the adjustment hydraulic cylinders.
  • the imbalance mass is split on one of the imbalance shafts into two or more partial imbalance masses that can be adjusted relative to one another. If the partial imbalance masses on the imbalance shaft are adjusted asymmetrically to each other, a yaw moment can be reversed generate the vertical axis of the vibrator, whereby the vibrating plate can be steered.
  • a symmetrical adjustment in particular, if fixed unbalance masses are fixedly mounted on the imbalance shaft in question and other partial imbalance masses are relatively movable, the resulting imbalance effect can be adjusted, which allows adjustment of the resulting imbalance forces.
  • the imbalance shafts in known vibration exciter - devices are arranged parallel to each other. With modern vibration plates, it is thus possible to achieve a forward and a reverse drive and to turn the vibrating plate on the spot or to go around a curve. In some applications, however, the user desires a transverse movement of the vibrating plate, e.g. B. to drive behind lateral projections. During soil compaction of laterally inclined surfaces, the vibrating plate often drifts down obliquely, requiring the operator to tilt the vibrating plate for compensation. However, the bottom is compacted at the top and bottom edge only by a corner of the ground contact plate, resulting in insufficient compaction results.
  • the vibrating plate could perform a transverse movement.
  • a corresponding force effect in the transverse direction would have to be achieved by the vibration exciter device, which is only possible by obliquely or angularly arranged imbalance shafts.
  • the angular arrangement of unbalanced shafts in known vibration exciter devices and their mechanical coupling to the common drive would require considerable gearbox expenditure and correspondingly high costs and weight.
  • the invention has for its object to provide a vibrating plate, in which the mechanical complexity for the drive of the unbalanced shafts in the vibration exciter device can be reduced.
  • a vibrating plate according to the invention has an upper mass comprising a drive, a lower mass having at least one ground contact plate and a vibration exciter device acting on the ground contact plate.
  • the vibration exciter device has at least two individual exciters, each comprising at least one imbalance shaft carrying an imbalance mass.
  • the individual exciters are according to the invention individually controllable with regard to the rotational speed and / or the phase position of the respectively assigned imbalance shaft.
  • small units in the form of individual exciters are provided, which in the simplest case have only a single imbalance shaft.
  • the rotational speed and the phase angle of this imbalance shaft can be controlled individually, ie independently of the rotational speed or the phase position of further unbalanced shafts.
  • the entire vibration exciter device has at least two of these individually controllable individual exciter.
  • the phase position of the imbalance shaft relates to their relative position in relation to the one or more, with it cooperating imbalance waves. If one of the imbalance shafts is defined as a reference system, the other imbalance shaft or the other imbalance shafts can either rotate with the same phase angle or be rotated by a certain phase angle.
  • the phase angle of each of the unbalanced shafts should be defined in terms of a unified frame of reference.
  • each of the individual exciters has a respective imbalance shaft rotationally driving
  • each of the imbalance shafts are individually driven by the associated hydraulic motor (electric motor), while on the other hand via the position sensor, the actual position of the imbalance shaft is regularly or constantly monitored.
  • the locator should position the imbalance shaft at least in one position, i. H. detect during a revolution of the imbalance shaft once, from which the speed of the imbalance shaft determined and intermediate positions can be interpolated.
  • the position sensor can also be designed such that it permanently detects the rotational position of the imbalance shaft and thus its rotational speed. The exact detection of the rotational position is important in order to derive the phase position of the unbalance shaft.
  • the hydraulic motor associated with an actuator in particular a hydraulic valve
  • the individual exciter comprises a controller, for evaluating a signal from the position sensor and for driving the actuator, such that the controller for the unbalance shaft predetermined target speed and / or Target phase position is achieved.
  • each individual exciter has its own control loop, in which the imbalance shaft forms the controlled system and the position sensor forms the measuring element.
  • the position of the imbalance shaft and thus its actual phase position and actual speed is determined with the help of the position sensor and fed as a measured value to the controller.
  • the evaluation of the signal from the position sensor also take place only in the controller itself to z. B. to determine the actual speed.
  • the controller controls the actuator, in particular the hydraulic valve, so that the assigned hydraulic motor drives the imbalance shaft in the desired manner.
  • a central control is provided for coordinating the controller of the individual exciter and for prescribing an individual desired speed and / or desired phase position for each controller of the individual exciter, such that a desired by an operator and / or predetermined by a work or driving program behavior of the ground contact plate is achieved.
  • the central controller e.g. a process computer, thus has the task of forming the link between the operator and the individual exciters of the vibration exciter device.
  • the operator gives the central control a driving intention for the vibration plate, z. B. Forward, reverse, rotation, lateral or cornering.
  • corresponding driving programs are assigned to this user request, from which are derived specifications for the individual target rotational speeds and in particular desired phase positions of the imbalance waves in the individual pathogens.
  • These setpoints are fed individually to the regulators of the individual exciters, whereby the regulators of the individual exciters ensure a corresponding behavior of the respective unbalanced shafts.
  • the central controller is used to evaluate the signals from the individual positioners of the individual exciters and to individually control the actuators of the individual exciter, such that the desired by the operator and / or predetermined by a driving program behavior of the ground contact plate is achieved.
  • the central controller provides centralized control. The central controller centrally detects the behavior of each imbalance shaft and takes the necessary measures to ensure that the imbalance shaft reaches the required rotational behavior. Again, the operator request or a predetermined driving program is relevant, after which z. B. a forward or reverse travel of the ground contact plate is required.
  • the unbalance shafts of the individual exciters are driven at the same speed.
  • a behavior of the interacting individual exciters can be achieved, which corresponds to the behavior of known, purely mechanical working, in particular based on a positive coupling of the imbalance waves involved vibration exciters.
  • the imbalance shaft is driven by at least one of the individual exciters at a different rotational speed than the imbalance shafts of the remaining individual exciters.
  • this other speed an odd multiple, z. B. a triple or a fivefold of the rotational speed of the imbalance waves of the remaining individual exciters amount.
  • a special vibration behavior of the vibration exciter device can be achieved, which would be practically impossible or only with considerable effort realized in purely mechanical vibration exciters with gear drives. A only temporary deviation of the speed would be almost impossible with purely mechanical vibration exciters, because it would require a manual transmission.
  • the different rotational speed of at least one of the imbalance shafts may allow for certain applications particularly hard impacts are introduced into the soil.
  • At least one of the individual exciters can be controlled in such a way that the imbalance shaft assigned to it specifically reaches a non-uniform rotational speed.
  • the assigned controller becomes Although always try to keep the speed of the unbalance shaft at the specified value. Due to the high speed, however, it can be assumed that the controller will not be able to compensate for the speed fluctuations for the energy exchange. Rather, it will be sufficient for the normal case to set the mean phase angle and speed of the imbalance shaft to the desired setpoint.
  • the controller has the task of intentionally imparting a non-uniform rotational speed independently of the speed fluctuation which is virtually unavoidable in practice. It could be appropriate that the imbalance shaft specifically reaches different rotational speeds during a revolution to z. B. to allow a longer ground contact of the ground contact plate, so that the impact energy can be effectively introduced into the ground.
  • a second vibration exciter device acting on the ground contact plate is provided, with at least two unbalanced shafts which are positively coupled to one another and driven in opposite directions. At least one of the imbalance shafts of the second vibration exciter device is associated with a position sensor for determining the phase position of this imbalance shaft. A signal from this position sensor is fed to the central controller or to the central controller in order to coordinate the speed and / or the phase position of the imbalance shafts of the second vibration exciter device with the individual actuators.
  • the second vibration exciter device can be used to generate vibration forces that are used only for forward or reverse travel, while force effects for steering or for a transverse travel of the vibration plate are achieved by the vibration exciter device according to the invention with individual exciters. the.
  • the only mechanically operating second vibration exciter device is used exclusively to generate vertical compression forces, while the forces for locomotion and steering of the vibrating plate are achieved by the individual exciters of the vibration exciter device according to the invention.
  • the central controller or the central controller coordinate the behavior of the second vibration exciter device with the individual exciters of the vibration exciter device according to the invention in order to achieve the desired behavior of the ground contact plate.
  • the position transmitter preferably has a rotation angle detection device. This makes it possible to precisely detect the position and thus also the speed of an imbalance shaft at any time.
  • the individual exciters and / or the second vibration exciter device are arranged distributed on a plurality of floor contact plates.
  • the lower mass thus has a plurality of ground contact plates, to each of which a purely mechanical second vibration exciter device and / or one or more individual exciters are assigned.
  • a purely mechanical second vibration exciter device and / or one or more individual exciters are assigned.
  • the imbalance shafts of the individual exciters are arranged on the ground contact plate such that force vectors generated by them act on different levels.
  • the imbalance masses arranged thereon each generate a centrifugal force vector which rotates in a plane which is perpendicular to the axis of rotation of the imbalance shaft. If the axes of rotation of the imbalance shafts are arranged differently directed on the ground contact plate, accordingly, the force vectors of the imbalance masses act in different planes.
  • force effects can be different Directions are generated, which cause a corresponding movement behavior of the ground contact plate.
  • At least some of the imbalance waves of the individual exciters on the ground contact plate are arranged in a star shape, axially, parallel or at an angle to each other on the ground contact plate.
  • any hybrid forms of these types of arrangements are conceivable to achieve a desired driving and directional behavior of the one or more ground contact plates.
  • At least one of the unbalanced shafts carries a larger imbalance mass than other unbalanced shafts.
  • Such an embodiment carries z. B. recognizes that the vibration plate is used in the predominant case in forward and rinsefahr- operation, while rotations and cornering and skewing represent more the exception or require less force effects. Accordingly, the individual exciters, which serve for the forward and reverse drive should have unbalanced shafts with greater imbalance mass than the individual exciters, which are only intended to effect a curved or inclined drive.
  • FIG. 1 shows a schematic section through an individual exciter according to the invention
  • FIG. 3 shows a variant of a vibration exciter device according to the invention with two individual exciters
  • FIG. 4 shows a plan view of a ground contact plate with a vibration exciter device according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 5 is a plan view of a ground contact plate with a vibration exciter device according to the invention according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 6 is a plan view of a ground contact plate with a vibration exciter device according to the invention according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 7 examples of arrangements of individual agents.
  • the invention relates to a soil compacting device designed as a vibrating plate, the structure of which is known in principle.
  • An essential component of a vibration plate is a vibration exciter device, which initiates a directional vibration in a ground contact plate.
  • the vibrating ground contact plate acts on the ground to compact it.
  • the resultant total force generated by the vibration exciter device can achieve a longitudinal or transverse propulsion and a steering of the vibrating plate. Since this structure has been known in principle for a long time, a more detailed description is unnecessary.
  • the vibration plate according to the invention has a vibration exciter device, with at least two individual exciters 13, which act on a ground contact plate 12.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the schematic structure of an individual exciter 13 according to the invention.
  • an imbalance shaft 2 is rotatably mounted in a z. B. tubular housing 1.
  • the imbalance shaft 2 carries an imbalance mass.
  • the imbalance shaft 2 is driven in rotation by a hydraulic motor 4.
  • the hydraulic motor 4 hydraulic fluid is supplied via a hydraulic line 5 from a hydraulic supply, not shown.
  • the hydraulic supply can be arranged essentially on the upper mass in the case of the vibrating plate. Part of the hydraulic supply is z.
  • the hydraulic pump generates a hydraulic pressure in a hydraulic fluid that can be stored in a hydraulic accumulator.
  • a hydraulic reservoir for collecting and storing the hydraulic fluid must be provided. Due to the strong vibration effect in the lower mass, it is expedient for most of the components of the hydraulic supply to be arranged in the upper mass, which is decoupled vibrationally by the lower mass. As a result, it is only necessary to establish a connection from the hydraulic supply to the hydraulic motor 4 by means of the hydraulic line 5.
  • a hydraulic valve 6 serving as an actuator is arranged, which controls the hydraulic outflow to the hydraulic motor 4 and thus influences the rotational speed of the hydraulic motor 4.
  • the hydraulic valve 6 can also be arranged upstream of the hydraulic motor 4.
  • a position sensor 7 is arranged at a the hydraulic motor 4 opposite end of the imbalance shaft 2.
  • the position sensor 7 - z. B. a rotation angle detecting device - is able to detect the position of the unbalanced shaft 2 in at least one position. This can be z. B. optical, magnetic, inductive or capacitive. From the possibility of detecting their position at least once during one revolution of the imbalance shaft 2, the rotational speed and the phase position of the imbalance shaft 2 can be determined. Furthermore, it is readily possible to determine the position of the imbalance shaft 2 at any given time by interpolation over time with sufficient accuracy. The position of the imbalance shaft 2 is therefore important because the imbalance mass 3 carried by it generates a strong centrifugal force during rotation.
  • the centrifugal force of the unbalanced mass 3 interacts with the centrifugal forces of the other, belonging to the vibration exciter device single exciters 13 and thus produces a total resulting force effect, which determines the movement behavior of the acted upon by the individual exciters 13 ground contact plate 12. Only when both the speed of the unbalanced shafts 2 and their phase positions are precisely coordinated with each other, the ground contact plate 12 can move in the desired manner.
  • the vibration exciter device according to the invention has at least two of these individual exciters 13, which are arranged in a suitable manner on the ground contact plate 12. Regarding the possible arrangement forms will be commented later.
  • the individual exciter 13 shown in FIG. 1 furthermore has a controller 8, which evaluates a signal generated by the position sensor 7 and determines at least the rotational speed and / or the position of the imbalance mass 3 with respect to a specific time ⁇ phase position).
  • the controller 8 receives beyond - as will be explained later - a setpoint signal 9, with which the required setpoint speed or target phase position is specified.
  • the controller 8 accordingly controls the hydraulic valve 6 in order to achieve the desired rotational speed and phase position of the imbalance shaft 2 or imbalance mass 3 with the aid of the hydraulic motor 4.
  • FIG. 2 shows the schematic structure of the vibration exciter device according to the invention with two individual exciters 13 according to FIG. 1.
  • the individual exciters 13 are arranged parallel to one another in FIG.
  • a central controller 10 is provided, which specifies setpoint signals 9 for each of the controllers 8 of the individual exciters 13. Each controller 8 then ensures in the manner described above for its associated individual exciter 13, that the imbalance shaft 2 behaves in the desired manner.
  • the setpoint signals 9 predefined by the central controller 10 may differ for each of the individual exciters 13.
  • Essential differentiation parameters are setpoint speed, setpoint phase position and setpoint direction of rotation.
  • the change of the direction of rotation is optional and requires an additional construction cost in the realization of the hydraulic motor 4 and the hydraulic valve 6. Normally, a change in the direction of rotation will not be required.
  • FIG. 2 two individual exciters 13 are shown by way of example. Of course, it is readily possible to provide a vibration exciter device according to the invention with more than two individually controllable individual exciters 13.
  • Fig. 3 shows another embodiment of the invention, wherein also the vibration exciter device with two single exciters 13 is shown.
  • the individual exciters in FIG. 3 have no individually assigned controller 8. Rather, the signals of the position sensor 7 are fed to a central controller 1 1, which evaluates all signals from all exciters 13. The central controller 1 1 then controls individually corresponding to each of the hydraulic valves 6 to individually for each of the individual exciters 13 to achieve the desired behavior of the imbalance shaft 2.
  • the construction cost due to the fact that only a single regulator is required be less than in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
  • the central controller 10 or the central controller 1 1 contain suitable working or driving programs with which the operator by means of control elements (remote control, operating lever, buttons) given wishes for the driving and vibration behavior of the vibrating plate in control specifications for the individual exciters 13 are implemented can.
  • control elements remote control, operating lever, buttons
  • the central controller 10 and the central controller 1 1 causes an adjustment of the phase position in at least one of the individual exciters 13, whereby the resulting total force changes its direction of action.
  • the hydraulic valve 6 can also be arranged upstream in the inlet of the hydraulic motor 4. It should be a fast proportional valve. In a multi-way valve, it is possible to rigidly clamp the hydraulic motor 4 and in this way the unbalance shaft 2 for a certain time not to participate in the vibration generation.
  • a plurality of hydraulic motors 4 can be supplied via a Hydrauliksynchronisierblock with the same amount of oil.
  • each hydraulic motor 4 can be assigned an individual hydraulic pump. The correction of the rotational speed and phase position of the imbalance shaft takes place with the aid of smaller, individually assigned metering or bleeding valves, which slightly increase or reduce the volume flow of hydraulic fluid to the hydraulic motor or away from the hydraulic motor 4.
  • a proportional valve can be arranged in front of the hydraulic synchronization block in order to adapt the speed of the entire system to the necessities.
  • the Hydrauliksynchronisierblock can also be replaced by comparatively slow, individually designed metering valves.
  • hydraulic motor 4 and the hydraulic valve 6 can be replaced by an adjusting hydraulic motor, which can be controlled directly by the controller 8. Furthermore, for each unbalanced shaft 2, an individually associated adjusting hydraulic pump can be provided.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a plan view of a ground contact plate 12, on which four individual exciters 13 are arranged at an angle to each other.
  • FIGS. 5 and 6 show further embodiments of the invention in the form of differently arranged individual exciters 13 on the ground contact plate 12.
  • the individual exciters 13 are star-shaped (FIG. 5), axial (FIG. 5), parallel (FIGS. 5 and 6) ) or at an angle (FIGS. 4 to 6) to one another on the ground contact plate.
  • Fig. 7 shows further possibilities of the arrangement of the individual exciter 13 on the ground contact plate 12.
  • the individual exciters 13 are shown only as dashes.
  • Fig. 7a are accordingly the imbalance waves of the individual exciter 13 partially parallel, axially displaced, coaxial and / or partially arranged at an angle to each other.
  • reinforced individual exciters 14 are provided, which provide an imbalance shaft with a larger imbalance. have mass. Accordingly, the amplified individual exciters 14 are not symbolized as lines, but as elongated boxes.
  • the reinforced individual exciters 14 can be used primarily to achieve an increased compression effect or a more rapid forward and reverse travel. Accordingly, the "normal" individual exciter 13 and the individual exciters are provided with lower imbalance masses for the steering of the vibrating plate. However, provided with the amplified individual exciters 14 unbalanced shafts with increased imbalance masses can be replaced by "normal" individual exciter 13, if z. B. several individual exciters 13 are arranged one behind the other in parallel.
  • FIG. 7c symbolically illustrates an embodiment in which, instead of a ground contact plate 12, there are provided three sub-ground contact plates 12a, 12b, 12c which carry individual exciters 13 and which are connected to one another via connecting links 15.
  • a relatively large vibrating plate can be realized, which nevertheless can be moved easily in the terrain due to the flexibility that can be achieved in the terrain by the divided and relatively movable floor contact plates 12a to 12c.
  • the central controller 10 and the central controller 1 1 make it possible to understand predetermined programs and thereby perform defined driving conditions. This includes driving straight ahead and backward, standing shaking or cornering. With more than four independently controllable individual exciters 13, it is also possible to adjust the movement of the lower mass by changing the angular positions of the imbalance shafts relative to each other so that the impact of the soil contact plate 12 on the ground is parallel or targeted as an edge impact, in which an edge or even just a corner first touches the ground and then only the remaining bottom of the ground contact plate 12 impinges.
  • intelligent controllers with fuzzy logic and / or adaptive behavior are to be preferred in order to make it possible to adapt to the actual ground and terrain conditions.

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Abstract

Eine Vibrationsplatte weist eine Obermasse mit einem Antrieb, eine Untermasse mit einer Bodenkontaktplatte (12) und eine zu der Untermasse gehörende Schwingungserregereinrichtung zum Beaufschlagen der Bodenkontaktplatte (12) auf. Die Schwingungserregereinrichtung umfasst wenigstens zwei Einzelerreger (13), die jeweils eine Unwuchtwelle (2) aufweisen. Die Einzelerreger (13) sind hinsichtlich der Drehzahl und/ oder der Phasenlage der jeweils zugeordneten Unwuchtwelle (2) individuell ansteuerbar. Eine mechanische Kopplung der Unwuchtwellen (2) ist damit nicht erforderlich. Die Unwuchtwelle (2) eines Einzelerregers (3) kann durch einen Hydraulikmotor (4) drehend angetrieben werden. Dabei wird die Position der Unwuchtwelle (2) in wenigstens einer Stellung durch einen Positionsgeber (7) ermittelt.

Description

Vibrationsplatte mit individuell einstellbaren Schwingungserregern
Die Erfindung betrifft eine Vibrationsplatte nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Vibrationsplatten sind bekannt und bestehen im Prinzip aus einer eine Bodenkontaktplatte aufweisenden Untermasse und einer mit der Untermasse federnd beweglich gekoppelten, einen Antrieb (z.B. einen Verbrennungsoder Elektromotor) aufweisenden Obermasse. Der Antrieb treibt eine zu der Untermasse gehörende, die Bodenkontaktplatte beaufschlagende Schwingungserregereinrichtung an.
Als Schwingungserregereinrichtung ist ein so genannter Ein-Wellen-Erreger bzw. Schleppschwinger bekannt, bei dem der Antrieb eine eine Unwucht- masse tragende Unwuchtwelle drehend antreibt. Die Unwuchtwelle reißt bei ihrer Umdrehung die Bodenkontaktplatte nach oben und nach vorne, um eine Vorwärtsbewegung zu erreichen. Danach wird die Bodenkontaktplatte durch die Wirkung der Unwuchtwelle nach unten gedrückt und schlägt auf den zu verdichtenden Boden auf.
Bei größeren Vibrationsplatten weist die Schwingungserregereinrichtung zwei oder drei mechanisch bzw. formschlüssig gekoppelte Unwuchtwellen auf. Bei dem so genannten Zwei-Wellen-Erreger sind zwei jeweils eine Unwuchtmasse tragende Unwuchtwellen formschlüssig gekoppelt und gegen- läufig drehbar angeordnet. Die Phasenlage der Unwuchtwellen zueinander kann mechanisch über eine Kulisseneinrichtung oder ein Differenzialgetrie- be verstellt werden. Als Antriebe für die Verstellung sind Hydraulikzylinder, Bowdenzüge oder Spindeln bekannt. Durch die Verstellung der Phasenlage der Unwuchtwellen zueinander kann die Richtung eines resultierenden Kraftvektors verändert werden, was zu einer Änderung des Vortriebsverhaltens führt. Insbesondere kann auf diese Weise eine Vorwärts- und eine Rückwärtsfahrt der Vibrationsplatte erreicht werden.
Bei einer Weiterentwicklung ist die Unwuchtmasse auf einer der Unwucht- wellen in zwei oder mehrere relativ zueinander verstellbare Teil-Unwuchtmassen aufgeteilt. Wenn die Teil-Unwuchtmassen auf der Unwuchtwelle asymmetrisch zueinander verstellt werden, lässt sich ein Giermoment um die Hochachse der Schwingungserregereinrichtung erzeugen, wodurch die Vibrationsplatte gelenkt werden kann. Bei einer symmetrischen Verstellung, insbesondere, wenn auf der betreffenden Unwuchtwelle Teil-Unwuchtmassen fest angebracht sind und andere Teil-Unwuchtmassen relativ dazu beweglich sind, lässt sich die resultierende Unwuchtwirkung verstellen, was eine Einstellung der resultierenden Unwuchtkräfte ermöglicht.
Aufgrund der starken Unwuchtwirkung sind die Kräfte auf die Verstellantriebe für die Einstellung der Phasenlage der Unwuchtwellen zueinander und der Phasenlage der verschiedenen Unwuchtmassen auf einer Unwuchtwelle hoch. Die Verstellmechanik ist hohen Wechselkräften ausgesetzt, was ihre Lebensdauer beeinträchtigt.
Üblicherweise sind die Unwuchtwellen bei bekannten Schwingungserreger - einrichtungen parallel zueinander angeordnet. Mit modernen Vibrationsplatten ist es somit möglich, eine Vorwärts- und eine Rückwärtsfahrt zu erreichen sowie die Vibrationsplatte auf der Stelle zu drehen bzw. um eine Kurve zu fahren. Bei einigen Anwendungen wünscht der Benutzer jedoch eine Querbewegung der Vibrationsplatte, um z. B. hinter seitliche Vorsprünge fahren zu können. Bei der Bodenverdichtung von seitlich geneigten Flächen drifted die Vibrationsplatte oft schräg nach unten ab, so dass der Bediener die Vibrationsplatte zur Kompensation schrägstellen muss. Dabei wird der Boden jedoch am oberen und unteren Rand nur durch eine Ecke der Bodenkontaktplatte verdichtet, was zu ungenügenden Verdichtungsergebnissen führt.
Bei diesen Anwendungsfällen wäre es hilfreich, wenn die Vibrationsplatte eine Querbewegung vollführen könnte. Um eine derartige Querbewegung zu erreichen, müsste jedoch von der Schwingungserregereinrichtung eine ent- sprechende Kraftwirkung in Querrichtung erzielt werden, was nur durch schräg bzw. winklig angeordnete Unwuchtwellen möglich ist. Die winklige Anordnung von Unwuchtwellen in bekannten Schwingungserregereinrichtungen und deren mechanische Ankopplung an den gemeinsamen Antrieb würde einen erheblichen Getriebeaufwand und dementsprechend hohe Ko- sten und Gewicht erfordern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vibrationsplatte anzugeben, bei der der mechanische Aufwand für den Antrieb der Unwuchtwellen in der Schwingungserregereinrichtung verringert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vibrationsplatte gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Vibrationsplatte weist eine einen Antrieb umfassen- de Obermasse, eine wenigstens eine Bodenkontaktplatte aufweisende Untermasse und eine die Bodenkontaktplatte beaufschlagenden Schwingungserregereinrichtung auf. Die Schwingungserregereinrichtung weist wenigstens zwei Einzelerreger auf, die jeweils wenigstens eine eine Unwuchtmasse tragende Unwuchtwelle umfassen. Die Einzelerreger sind erfindungsgemäß hin- sichtlich der Drehzahl und/oder der Phasenlage der jeweils zugeordneten Unwuchtwelle individuell ansteuerbar.
Somit werden erfindungsgemäß kleine Einheiten in Form von Einzelerregern vorgesehen, die im einfachsten Fall nur eine einzelne Unwuchtwelle aufwei- sen. Die Drehzahl und die Phasenlage dieser Unwuchtwelle können individuell, also unabhängig von der Drehzahl oder der Phasenlage weiterer Unwuchtwellen angesteuert werden. Die gesamte Schwingungserregereinrichtung hingegen weist wenigstens zwei dieser individuell ansteuerbaren Einzelerreger auf.
Die Phasenlage der Unwuchtwelle bezieht sich auf ihre Relativstellung im Verhältnis zu der oder den weiteren, mit ihr zusammenwirkenden Unwuchtwellen. Sofern man eine der Unwuchtwellen als Bezugssystem definiert, kann die andere Unwuchtwelle bzw. können die anderen Unwuchtwellen ent- weder mit der gleichen Phasenlage drehen oder um einen bestimmten Phasenwinkel dazu verdreht sein. Die Phasenlage von jeder der Unwuchtwellen sollte in Bezug auf ein einheitliches Bezugssystem definiert sein.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist je- der der Einzelerreger einen die jeweilige Unwuchtwelle drehend antreibenden
Hydraulikmotor oder Elektromotor und einen die Position der Unwuchtwelle in wenigstens einer Stellung erfassenden Positionsgeber auf. Damit kann ei- - A -
nerseits jede der Unwuchtwellen durch den ihr zugeordneten Hydraulikmotor (Elektromotor) individuell angetrieben werden, während andererseits über den Positionsgeber die tatsächliche Position der Unwuchtwelle regelmäßig oder ständig überwacht wird. Der Positionsgeber sollte die Position der Unwuchtwelle wenigstens in einer Stellung, d. h. während einer Umdrehung der Unwuchtwelle einmal erfassen, woraus die Drehzahl der Unwuchtwelle ermittelt und auch Zwischenstellungen interpoliert werden können. Selbstverständlich kann der Positionsgeber auch derart ausgestaltet sein, dass er die Drehstellung der Unwuchtwelle und damit deren Drehzahl permanent er- fasst. Die genaue Erkennung der Drehstellung ist wichtig, um daraus die Phasenlage der Unwuchtwelle ableiten zu können.
Vorteilhafterweise ist dem Hydraulikmotor ein Stellglied, insbesondere ein Hydraulikventil, zugeordnet, wobei der Einzelerreger einen Regler aufweist, zum Auswerten eines Signals von dem Positionsgeber und zum Ansteuern des Stellglieds, derart, dass eine dem Regler für die betreffende Unwuchtwelle vorgegebene Soll-Drehzahl und /oder Soll-Phasenlage erreicht wird.
Anstelle des Hydraulikmotors kann auch ein anderer geeigneter Individual- antrieb für die einzelnen Unwuchtwellen der Einzelerreger verwendet werden, z.B. ein ansteuerbarer Elektromotor. Zur Zeit sind jedoch Elektromotoren noch zu schwingungsanfällig und dürften daher angesichts der starken Schwingungen keine ausreichende Lebensdauer haben.
Somit weist jeder Einzelerreger einen eigenen Regelkreis auf, bei dem die Unwuchtwelle die Regelstrecke und der Positionsgeber das Messglied bildet. Die Position der Unwuchtwelle und damit ihre Ist-Phasenlage und Ist-Drehzahl wird mit Hilfe des Positionsgebers ermittelt und als Messwert an den Regler geführt. Selbstverständlich kann die Auswertung des Signals von dem Positionsgeber auch erst in dem Regler selbst erfolgen, um z. B. die Ist- Drehzahl zu ermitteln. Aufgrund der dem Regler vorgegebenen Werte für die Soll-Drehzahl bzw. die Soll-Phasenlage steuert der Regler das Stellglied, insbesondere das Hydraulikventil, an, damit der zugeordnete Hydraulikmotor die Unwuchtwelle in der gewünschten Weise antreibt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Zentralsteuerung vorgesehen, zum Koordinieren der Regler der Einzelerreger und zum Vorgeben einer individuellen Soll-Drehzahl und/oder Soll-Phasenlage für jeden Regler der Einzelerreger, derart, dass ein von einem Bediener gewünschtes und/ oder von einem Arbeits- oder Fahrprogramm vorgegebenes Verhalten der Bodenkontaktplatte erreicht wird.
Die Zentralsteuerung, z.B. ein Prozessrechner, hat somit die Aufgabe, das Bindeglied zwischen dem Bediener und den Einzelerregern der Schwingungserregereinrichtung zu bilden. Der Bediener gibt der Zentralsteuerung einen Fahrwunsch für die Vibrationsplatte, z. B. Vorwärts-, Rückwärts-, Drehungs-, Quer- oder Kurvenfahrt vor. In der Zentralsteuerung werden diesem Bedienerwunsch entsprechende Fahrprogramme zugeordnet, aus denen sich Vorgaben für die individuellen Soll-Drehzahlen und insbesondere Soll- Phasenlagen der Unwuchtwellen in den Einzelerregern ableiten. Diese Sollwerte werden den Reglern der Einzelerreger individuell zugeleitet, wobei die Regler der Einzelerreger ein entsprechendes Verhalten der jeweils zugeordneten Unwuchtwellen gewährleisten.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird statt der Regler der Einzelerreger und der übergeordneten Zentralsteuerung lediglich ein "ge- samtverantwortlicher" Zentralregler vorgesehen. Der Zentralregler dient zum Auswerten der Signale von den einzelnen Positionsgebern der Einzelerreger und zum individuellen Ansteuern der Stellglieder der Einzelerreger, derart, dass das vom Bediener gewünschte und/ oder von einem Fahrprogramm vorgegebene Verhalten der Bodenkontaktplatte erreicht wird. Im Gegensatz zu dem oben erläuterten, eher dezentralen Regelungsaufbau stellt der Zentralregler eine zentralisierte Steuerung bereit. Der Zentralregler erfasst zentral das Verhalten von jeder Unwuchtwelle und ergreift die erforderlichen Maßnahmen, damit die Unwuchtwelle das von ihr verlangte Drehverhalten erreicht. Auch hier ist der Bedienerwunsch bzw. ein vorgegebenes Fahrpro- gramm maßgeblich, wonach z. B. eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt der Bodenkontaktplatte verlangt wird.
Bei der Regelung von Drehzahl und Phasenlage der Unwuchtwellen kann eine Besonderheit ausgenutzt werden: Aufgrund energetischer Wechselwir- kungen haben Unwuchtwellen, die auf einem gemeinsamen steifen Träger angeordnet sind, das Bestreben, sich hinsichtlich ihrer Drehzahl selbst zu synchronisieren. Die Regler müssen dann lediglich - entsprechende Sollwer- te insbesondere für die Phasenlage vorausgesetzt - die Änderungen bzw. Differenz aus der Selbstsynchronisierlage heraus einstellen, um die gewünschte Relativstellung bzw. Phasenlage der betreffenden Unwuchtwelle zu erreichen.
Vorzugsweise werden die Unwuchtwellen der Einzelerreger mit gleicher Drehzahl angetrieben. Auf diese Weise kann ein Verhalten der zusammenwirkenden Einzelerreger erreicht werden, das dem Verhalten von bekannten, rein mechanisch arbeitenden, insbesondere auf einer formschlüssigen Kopp- lung der beteiligten Unwuchtwellen basierenden Schwingungserreger entspricht.
Durch die individuelle Ansteuerbarkeit der Einzelerreger ist es jedoch in vorteilhafter Weise auch möglich, dass die Unwuchtwelle von wenigstens einem der Einzelerreger mit einer anderen Drehzahl angetrieben wird, als die Unwuchtwellen der restlichen Einzelerreger. Insbesondere kann diese andere Drehzahl ein ungerades Vielfaches, z. B. ein Dreifaches oder ein Fünffaches der Drehzahl der Unwuchtwellen der restlichen Einzelerreger betragen. Auf diese Weise kann in bestimmten Anwendungsfällen ein besonderes Schwin- gungsverhalten der Schwingungserreger einrichtung erreicht werden, was bei rein mechanisch arbeitenden Schwingungserregern mit Verzahnungsgetrieben praktisch nicht oder nur mit erheblichem Aufwand realisierbar wäre. Eine nur zeitweilige Abweichung der Drehzahl wäre bei rein mechanisch arbeitenden Schwingungserregern nahezu ausgeschlossen, weil dafür ein Schaltgetriebe erforderlich wäre.
Die unterschiedliche Drehzahl von wenigstens einer der Unwuchtwellen kann es ermöglichen, dass für bestimmte Anwendungsfälle besonders harte Schläge in den Boden eingeleitet werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist wenigstens einer der Einzelerreger derart ansteuerbar, das die ihm zugeordnete Unwuchtwelle gezielt eine ungleichförmige Drehgeschwindigkeit erreicht. Grundsätzlich muss davon ausgegangen werden, dass die Drehgeschwindig- keit einer Unwuchtwelle auf Grund des permanenten Energieaustauschs zwischen der kinetischen Energie der Unwuchtwelle selbst und der von ihr beaufschlagten Bodenkontaktplatte schwankt. Der zugeordnete Regler wird zwar stets versuchen, die Drehzahl der Unwuchtwelle auf dem vorgegebenen Sollwert zu halten. Auf Grund der hohen Geschwindigkeit ist jedoch davon auszugehen, dass der Regler nicht in der Lage sein wird, die Drehzahlschwankungen für den Energieaustausch auszugleichen. Vielmehr wird es für den Normalfall genügen, die mittlere Phasenlage und Drehzahl der Unwuchtwelle auf den gewünschten Sollwert einzustellen.
Bei der hier genannten Ausführungsform hat der Regler jedoch die Aufgabe, unabhängig von der in der Praxis nahezu unvermeidbaren Drehzahlschwan- kung gezielt eine ungleichförmige Drehgeschwindigkeit aufzuprägen. Dabei könnte es zweckmäßig sein, dass die Unwuchtwelle während einer Umdrehung gezielt unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten erreicht, um z. B. einen längeren Bodenkontakt der Bodenkontaktplatte zu ermöglichen, damit die Stoßenergie wirkungsvoll in den Boden eingeleitet werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine die Bodenkontaktplatte beaufschlagende zweite Schwingungserregereinrichtung vorgesehen, mit wenigstens zwei miteinander formschlüssig gekoppelten, gegenläufig drehend angetriebenen Unwuchtwellen. Wenigstens einer der Unwuchtwellen der zweiten Schwingungserregereinrichtung ist ein Positionsgeber zum Bestimmen der Phasenlage dieser Unwuchtwelle zugeordnet. Ein Signal dieses Positionsgebers wird zu der Zentralsteuerung oder zu dem Zentralregler geführt, um die Drehzahl und /oder die Phasenlage der Unwuchtwellen der zweiten Schwingungserregereinrichtung mit den Einzelerre- gern zu koordinieren.
Bei dieser Ausführungsform wird somit eine "konventionelle", rein mechanisch durch formschlüssige Kopplung (Zahnräder) arbeitende Schwingungserregereinrichtung mit den oben beschriebenen Einzelerregern der erfin- dungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung kombiniert. Dadurch ist es möglich, die rein mechanisch arbeitende zweite Schwingungserregereinrichtung, deren Wirkprinzip sich über viele Jahre hervorragend bewährt hat, weiterhin zu nutzen. Zum Beispiel kann die zweite Schwingungserregereinrichtung dazu dienen, Vibrationskräfte zu erzeugen, die lediglich für die Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt genutzt werden, während Kraftwirkungen zum Lenken oder für eine Querfahrt der Vibrationsplatte durch die erfindungsgemäße Schwingungserregereinrichtung mit Einzelerregern erzielt wer- den. Bei einer anderen Variante dient die lediglich mechanisch arbeitende zweite Schwingungserregereinrichtung ausschließlich dazu, vertikale Verdichtungskräfte zu erzeugen, während die Kräfte zur Fortbewegung und Lenkung der Vibrationsplatte durch die Einzelerreger der erfindungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung erreicht werden.
Die Zentralsteuerung oder der Zentralregler koordinieren das Verhalten der zweiten Schwingungserregereinrichtung mit den Einzelerregern der erfindungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung, um das gewünschte Verhal- ten der Bodenkontaktplatte zu erreichen.
Vorzugsweise weist der Positionsgeber eine Drehwinkelerfassungseinrich- tung auf. Damit ist es möglich, die Stellung und damit auch die Drehzahl einer Unwuchtwelle jederzeit präzise zu erfassen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Einzelerreger und/oder die zweite Schwingungserregereinrichtung auf mehreren Bodenkontaktplatten verteilt angeordnet. Die Untermasse weist somit mehrere Bodenkontaktplatten auf, denen jeweils eine rein mechanische zweite Schwin- gungserregereinrichtung und /oder ein oder mehrere Einzelerreger zugeordnet sind. Hierbei sind nahezu beliebige Kombinationen möglich. Selbstverständlich ist es auch denkbar, ausschließlich Einzelerreger der erfindungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung auf den Bodenkontaktplatten zu verteilen, ohne dass eine zweite Schwingungserregereinrichtung vorhanden sein muss.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens einige der Unwuchtwellen der Einzelerreger derart auf der Bodenkontaktplatte angeordnet, dass von ihnen erzeugte Kraftvektoren in unter - schiedlichen Ebenen wirken. Durch die Rotation der Unwuchtwellen erzeugen die darauf angeordneten Unwuchtmassen jeweils einen Fliehkraftvektor, der in einer Ebene rotiert, die zur Drehachse der Unwuchtwelle senkrecht steht. Wenn die Drehachsen der Unwuchtwellen auf der Bodenkontaktplatte unterschiedlich gerichtet angeordnet sind, wirken dementsprechend auch die Kraftvektoren der Unwuchtmassen in unterschiedlichen Ebenen. Je nach Ansteuerung der Unwuchtwellen können Kraftwirkungen in unterschiedliche Richtungen erzeugt werden, die ein entsprechendes Bewegungsverhalten der Bodenkontaktplatte bewirken.
Vorzugsweise sind wenigstens einige der Unwuchtwellen der Einzelerreger auf der Bodenkontaktplatte sternförmig, axial, parallel oder winklig zueinander auf der Bodenkontaktplatte angeordnet. Selbstverständlich sind jegliche Mischformen dieser Arten von Anordnungen denkbar, um ein gewünschtes Fahr- und Richtungsverhalten der einen Bodenkontaktplatte oder der mehreren Bodenkontaktplatten zu erreichen.
Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung trägt wenigstens eine der Unwuchtwellen eine größere Unwuchtmasse als andere Unwuchtwellen. Eine derartige Ausführungsform trägt z. B. der Erkenntnis Rechnung, dass die Vibrationsplatte im überwiegenden Fall im Vorwärts- und Rückwärtsfahrbe- trieb eingesetzt wird, während Drehungen sowie Kurven- und Schrägfahrten mehr die Ausnahme darstellen bzw. geringere Kraftwirkungen erfordern. Dementsprechend sollten die Einzelerreger, die für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt dienen, Unwuchtwellen mit größerer Unwuchtmasse aufweisen als die Einzelerreger, die lediglich eine Kurven- oder Schrägfahrt bewirken sollen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Einzelerreger;
Fig. 2 eine erfindungs gemäße Schwingungserregereinrichtung mit zwei Einzelerregern;
Fig. 3 eine Variante einer erfindungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung mit zwei Einzelerregern;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Bodenkontaktplatte mit einer erfin- dungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Bodenkontaktplatte mit einer erfindungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Bodenkontaktplatte mit einer erfindungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 Beispiele für Anordnungen von Einzelerregern.
Wie oben beschrieben, betrifft die Erfindung eine als Vibrationsplatte ausgeführte Bodenverdichtungsvorrichtung, deren Aufbau im Prinzip bekannt ist. Wesentlicher Bestandteil einer Vibrationsplatte ist eine Schwingungserregereinrichtung, die eine gerichtete Schwingung in eine Bodenkontaktplatte ein- leitet. Die schwingende Bodenkontaktplatte wirkt in den Boden ein, um ihn zu verdichten. Weiterhin kann die von der Schwingungserregereinrichtung erzeugte resultierende Gesamtkraft einen Vortrieb in Längs- oder Querrichtung und eine Lenkung der Vibrationsplatte erreichen. Da dieser Aufbau im Prinzip seit langem bekannt ist, erübrigt sich eine eingehendere Beschrei- bung.
Die erfindungsgemäße Vibrationsplatte weist eine Schwingungserregereinrichtung auf, mit wenigstens zwei Einzelerregern 13, die auf eine Bodenkontaktplatte 12 einwirken.
Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Einzelerregers 13.
In einem z. B. röhrenförmigen Gehäuse 1 ist eine Unwuchtwelle 2 drehend gelagert. Die Unwuchtwelle 2 trägt eine Unwuchtmasse 3.
Die Unwuchtwelle 2 wird von einem Hydraulikmotor 4 drehend angetrieben. Dem Hydraulikmotor 4 wird Hydraulikflüssigkeit über eine Hydraulikleitung 5 von einer nicht dargestellten Hydraulikversorgung zugeführt. Die Hydrau- likversorgung kann bei der Vibrationsplatte im Wesentlichen an der Obermasse angeordnet sein. Bestandteil der Hydraulikversorgung ist z. B. ein Diesel-, Benzin- oder Elektroaggregat, das eine Hydraulikpumpe antreibt. Die Hydraulikpumpe erzeugt einen Hydraulikdruck in einer Hydraulikflüssigkeit, die in einem Hydraulikspeicher gespeichert werden kann. Weiterhin muss ein Hydraulikvorratsbehälter zum Sammeln und Aufbewahren der Hydraulikflüssigkeit vorgesehen sein. Aufgrund der starken Schwingungswir- kung in der Untermasse ist es zweckmäßig, wenn die meisten Komponenten der Hydraulikversorgung in der von der Untermasse schwingungsmäßig entkoppelten Obermasse angeordnet sind. Dadurch ist es nur noch erforderlich, eine Verbindung von der Hydraulikversorgung zu dem Hydraulikmotor 4 mit Hilfe der Hydraulikleitung 5 herzustellen.
Stromab von dem Hydraulikmotor 4 ist ein als Stellglied dienendes Hydraulikventil 6 angeordnet, das den Hydraulikabfluss nach dem Hydraulikmotor 4 steuert und damit die Drehzahl des Hydraulikmotors 4 beeinflusst. Selbstverständlich kann das Hydraulikventil 6 auch stromauf von dem Hydraulik- motor 4 angeordnet werden.
An einem dem Hydraulikmotor 4 gegenüberliegenden Ende der Unwuchtwelle 2 ist ein Positionsgeber 7 angeordnet. Der Positionsgeber 7 - z. B. eine Drehwinkelerfassungseinrichtung - ist in der Lage, die Position der Un- wuchtwelle 2 in wenigstens einer Stellung zu erfassen. Dies kann z. B. optisch, magnetisch, induktiv oder kapazitiv erfolgen. Aus der Möglichkeit, wenigstens einmal während einer Umdrehung der Unwuchtwelle 2 deren Stellung zu erfassen, lassen sich die Drehzahl und die Phasenlage der Unwuchtwelle 2 ermitteln. Weiterhin ist es ohne weiteres möglich, durch Interpolati- on über die Zeit mit ausreichender Genauigkeit die Stellung der Unwuchtwelle 2 zu jedem beliebigen Zeitpunkt festzustellen. Die Position der Unwuchtwelle 2 ist deshalb von Bedeutung, weil die von ihr getragene Unwuchtmasse 3 bei Rotation eine starke Fliehkraftwirkung erzeugt. Die Fliehkraft der Unwuchtmasse 3 wirkt mit den Fliehkräften der weiteren, zu der Schwingungserregereinrichtung gehörenden Einzelerregern 13 zusammen und erzeugt so eine gesamtresultierende Kraftwirkung, die das Bewegungsverhalten der von den Einzelerregern 13 beaufschlagten Bodenkontaktplatte 12 bestimmt. Nur dann, wenn sowohl die Drehzahl der Unwuchtwellen 2 als auch ihre Phasenlagen zueinander präzise abgestimmt sind, kann sich die Bodenkontaktplatte 12 in der gewünschten Weise bewegen. Die erfindungsgemäße Schwingungserregereinrichtung weist wenigstens zwei dieser Einzelerreger 13 auf, die in geeigneter Weise auf der Bodenkontaktplatte 12 angeordnet sind. Hinsichtlich der möglichen Anordnungsformen wird später noch Stellung genommen.
Der in Fig. 1 gezeigte Einzelerreger 13 weist darüber hinaus einen Regler 8 auf, der ein von dem Positionsgeber 7 erzeugtes Signal auswertet und wenigstens die Drehzahl und /oder die Lage der Unwuchtmasse 3 in Bezug auf einen bestimmten Zeitpunkt {Phasenlage) ermittelt.
Der Regler 8 erhält darüber hinaus - wie später noch erläutert wird - ein Sollwertsignal 9, mit dem die erforderliche Soll-Drehzahl oder Soll-Phasenlage vorgegeben wird. Der Regler 8 steuert dementsprechend das Hydraulikventil 6 an, um mit Hilfe des Hydraulikmotors 4 die gewünschte Drehzahl und Phasenlage der Unwuchtwelle 2 bzw. Unwuchtmasse 3 zu erreichen.
Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Schwingungserregereinrichtung mit zwei Einzelerregern 13 gemäß Fig. 1. Die Einzelerreger 13 sind in Fig. 2 parallel zueinander angeordnet.
Es ist eine Zentralsteuerung 10 vorgesehen, die für jeden der Regler 8 der Einzelerreger 13 Sollwertsignale 9 vorgibt. Jeder Regler 8 gewährleistet dann in der oben beschriebenen Weise für den ihm zugeordneten Einzelerreger 13, dass sich die Unwuchtwelle 2 in der gewünschten Weise verhält.
Die von der Zentralsteuerung 10 vorgegebenen Sollwertsignale 9 können sich für jeden der Einzelerreger 13 unterscheiden. Wesentliche Unterscheidungsparameter sind dabei Soll-Drehzahl, Soll-Phasenlage und Soll-Drehrichtung. Die Änderung der Drehrichtung ist optional und erfordert einen zusätzlichen Bauaufwand bei der Realisierung des Hydraulikmotors 4 bzw. des Hydraulikventils 6. Im Normalfall wird eine Änderung der Drehrichtung nicht erforderlich sein.
In Fig. 2 sind beispielhaft zwei Einzelerreger 13 gezeigt. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, eine erfindungsgemäße Schwingungserregereinrichtung mit mehr als zwei individuell ansteuerbaren Einzelerregern 13 vorzusehen. Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei ebenfalls die Schwingungserregereinrichtung mit zwei Einzelerregern 13 dargestellt ist.
Im Unterschied zu den in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebe- nen Einzelerregern weisen die Einzelerreger bei Fig. 3 keinen individuell zugeordneten Regler 8 auf. Vielmehr werden die Signale der Positionsgeber 7 an einen Zentralregler 1 1 geführt, der sämtliche Signale von allen Einzelerregern 13 auswertet. Der Zentralregler 1 1 steuert dann entsprechend individuell jedes der Hydraulikventile 6 an, um für jeden der Einzelerreger 13 in- dividuell das gewünschte Verhalten der Unwuchtwelle 2 zu erreichen.
Bei dieser Ausführungsform wird der Bauaufwand aufgrund der Tatsache, dass lediglich ein einziger Regler erforderlich ist, geringer sein als bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform. Diese wiederum bietet den Vorteil, dass der individuell zugeordnete Regler 8 einen sehr schnellen kleinen Regelkreis ermöglicht.
Die Zentralsteuerung 10 bzw. der Zentralregler 1 1 enthalten geeignete Arbeits- oder Fahrprogramme, mit denen die vom Bediener über Bedienele- mente (Fernsteuerung, Bedienhebel, Tasten) vorgegebenen Wünsche für das Fahr- und Schwingungsverhalten der Vibrationsplatte in Steuervorgaben für die Einzelerreger 13 umgesetzt werden können. Wünscht der Bediener z. B. einen Übergang aus der Standverdichtung der Vibrationsplatte in eine Vorwärtsfahrt, bewirkt die Zentralsteuerung 10 bzw. der Zentralregler 1 1 eine Verstellung der Phasenlage bei wenigstens einem der Einzelerreger 13, wodurch die resultierende Gesamtkraft ihre Wirkungsrichtung ändert.
Für einen zuverlässigen Normalbetrieb ist es anzustreben, dass sich die Unwuchtwellen 2 soweit möglich exakt mit der gleichen Drehzahl drehen. Da jedoch zusätzlich auch ständig die Lage der Unwuchtwelle 2 überwacht wird, können Drehzahlabweichungen jederzeit korrigiert werden, damit die gewünschte Phasenlage zwischen den Unwuchtwellen eingehalten wird. Ein fortschreitendes Abweichen der Drehzahl ist damit ausgeschlossen.
Das als Stellglied für die Steuerung der Drehzahl und der Phasenlage der Unwuchtwelle 2 dienende Hydraulikventil 6 sollte in der Lage sein, schnell geschaltet zu werden. In der Praxis bieten sich verschiedene Lösungen in Ergänzung oder auch alternativ zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform an:
Das Hydraulikventil 6 kann auch stromauf im Zulauf des Hydraulikmotors 4 angeordnet werden. Es sollte ein schnelles Proportionalventil sein. Bei einem Mehrwegeventil besteht die Möglichkeit, den Hydraulikmotor 4 steif einzuspannen und auf diese Weise die Unwuchtwelle 2 für eine gewisse Zeit nicht an der Schwingungserzeugung zu beteiligen.
Weiterhin können mehrere Hydraulikmotoren 4 über einen Hydrauliksynchronisierblock mit gleicher Ölmenge versorgt werden. Alternativ kann jedem Hydraulikmotor 4 eine individuelle Hydraulikpumpe zugeordnet werden. Die Korrektur der Drehzahl und Phasenlage der Unwuchtwelle erfolgt mit Hilfe kleinerer, individuell zugeordneter Zudosierungs- oder Ablassventi- Ie, die den Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit zu dem Hydraulikmotor oder von dem Hydraulikmotor 4 weg leicht erhöhen bzw. absenken.
Vor dem Hydrauliksynchronisierblock kann darüber hinaus ein Proportionalventil angeordnet werden, um die Drehzahl des Gesamtsystems den Not- wendigkeiten anzupassen. Der Hydrauliksynchronisierblock kann auch durch vergleichsweise langsame, individuell vorgesehene Dosierventile ersetzt werden.
Weiterhin ist es möglich, schnell geschaltete Auf- /Zuventile - auch in Kom- bination mit einer der vorbeschriebenen Varianten - vorzusehen. Wenn mehrere schnelle Auf- /Zuventile parallel geschaltet werden, lässt sich gestuft eine Proportionalität nachbilden.
Ebenso können der Hydraulikmotor 4 und das Hydraulikventil 6 durch ei- nen Versteil-Hydraulikmotor ersetzt werden, der direkt von dem Regler 8 ansteuerbar ist. Weiterhin kann für jede Unwuchtwelle 2 eine individuell zugeordnete Verstell-Hydraulikpumpe vorgesehen sein.
Wegen der hohen Schwingungsamplituden an der Untermasse ist es nicht zweckmäßig, dort elektromagnetische Ventile anzuordnen. Diese müssten in jedem Fall an der Obermasse vorgesehen sein. Jedoch befinden sich bereits heute vibrationsfestere Ventile in der Entwicklung, wie z. B. Piezoventile oder Magnetfluid-Ventile, die - sofern sie sich in der Praxis bewähren - sehr nahe am Hydraulikmotor 4 angeordnet werden könnten. Auf diese Weise würden Ungenauigkeiten durch die Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit und der Elastizität der Leitungen ausgeschlossen.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Bodenkontaktplatte 12, auf der vier Einzelerreger 13 winklig zueinander angeordnet sind. Durch entsprechende Ansteuerung der Einzelerreger 13 lässt sich ein nahezu beliebiges Fahrverhalten der Bodenkontaktplatte 12 in Vor- wärts-, Rückwärts- und Querrichtung sowie eine Drehung im Stand und eine Kurvenfahrt erreichen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung in Form von unterschiedlich angeordneten Einzelerregern 13 auf der Bodenkontakt- platte 12. Die Einzelerreger 13 sind sternförmig (Fig. 5), axial (Fig. 5), parallel (Fig. 5 und 6) oder winklig (Fig. 4 bis 6) zueinander auf der Bodenkontaktplatte angeordnet.
Bei der Wahl der Anordnung stehen dem Fachmann nahezu beliebige Mög- lichkeiten zur Verfügung, da er nicht mehr, wie bisher, die mechanische Kopplung der Unwuchtwellen des Schwingungserregers beachten muss. Vielmehr kann er die jeweils eine komplette Einheit darstellenden Einzelerreger 13 beliebig auf der Bodenkontaktplatte 12 anordnen. Für ihn besteht dann lediglich das Problem, die Steuerung in Form der Zentralsteuerung 10 oder des Zentralreglers 1 1 in geeigneter Weise zu programmieren, um der Anordnung der Einzelerreger 13 Rechnung zu tragen.
Fig. 7 zeigt weitere Möglichkeiten der Anordnung der Einzelerreger 13 auf der Bodenkontaktplatte 12. Zur Vereinfachung sind die Einzelerreger 13 nur noch als Striche dargestellt.
In Fig. 7a) sind dementsprechend die Unwuchtwellen der Einzelerreger 13 teilweise parallel, axial verschoben, koaxial und/ oder teilweise winklig zueinander angeordnet.
In Fig. 7b) sind zusätzlich zu den "normalen" Einzelerregern 13 verstärkte Einzelerreger 14 vorgesehen, die eine Unwuchtwelle mit größerer Unwucht- masse aufweisen. Dementsprechend sind die verstärkten Einzelerreger 14 nicht als Striche, sondern als gestreckte Kästchen symbolhaft dargestellt.
Die verstärkten Einzelerreger 14 können vorwiegend dazu eingesetzt werden, eine verstärkte Verdichtungswirkung oder eine zügigere Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zu erreichen. Dementsprechend sind die "normalen" Einzelerreger 13 bzw. die Einzelerreger mit geringeren Unwuchtmassen für die Lenkung der Vibrationsplatte vorgesehen. Die bei den verstärkten Einzelerregern 14 vorgesehenen Unwuchtwellen mit vergrößerten Unwuchtmassen können jedoch durch "normale" Einzelerreger 13 ersetzt werden, wenn z. B. mehrere Einzelerreger 13 hintereinander parallel zueinander angeordnet werden.
In Fig. 7c) ist eine Ausführungsform symbolhaft dargestellt, bei der statt ei- ner Bodenkontaktplatte 12 drei Teil-Bodenkontaktplatten 12a, 12b, 12c vorgesehen sind, die jeweils Einzelerreger 13 tragen und die über Verbindungsglieder 15 miteinander verbunden sind. Dadurch lässt sich eine verhältnismäßig große Vibrationsplatte realisieren, die trotzdem aufgrund einer durch die geteilten und relativ zueinander beweglichen Bodenkontaktplatten 12a bis 12c erreichbaren Flexibilität im Gelände einfach verfahrbar ist.
Die Zentralsteuerung 10 bzw. der Zentralregler 1 1 ermöglichen es, vorgegebene Programme nachzuvollziehen und dadurch definierte Fahrzustände durchzuführen. Hierzu gehört die Geradeausfahrt vorwärts und rückwärts, die Standrüttelung oder die Kurvenfahrt. Bei mehr als vier unabhängig voneinander ansteuerbaren Einzelerregern 13 besteht auch die Möglichkeit, die Bewegung der Untermasse durch Veränderung der Winkelstellungen der Unwuchtwellen zueinander derart einzustellen, dass der Aufschlag der Bodenkontaktplatte 12 auf den Boden parallel oder gezielt als Kantenschlag er- folgt, bei dem eine Kante oder sogar nur eine Ecke zuerst den Boden berührt und dann erst die übrige Unterseite der Bodenkontaktplatte 12 auftrifft. Für die Zentralsteuerung 10 oder den Zentralregler 1 1 sind intelligente Steuerungen mit Fuzzy-Logik und/oder adaptivem Verhalten zu bevorzugen, um eine Anpassung an die tatsächlichen Boden- und Geländeverhältnisse zu er- möglichen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung, mit einer einen Antrieb aufweisenden Obermasse; - einer wenigstens eine Bodenkontaktplatte ( 12) aufweisenden Untermasse; einer die Bodenkontaktplatte ( 12) beaufschlagenden Schwingungserregereinrichtung mit wenigstens zwei Einzelerregern ( 13), die jeweils wenigstens eine eine Unwuchtmasse (3) tragende Unwuchtwelle (2) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelerreger ( 13) hinsichtlich der Drehzahl und /oder der Phasenlage der jeweils zugeordneten Unwuchtwelle (2) individuell ansteuerbar sind.
2. Vibrationsplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Einzelerreger ( 13) einen die Unwuchtwelle (2) drehend antreibenden Hydraulikmotor (4) oder Elektromotor und einen die Position der Unwuchtwelle (2) in wenigstens einer Stellung erfassenden Positionsgeber (7) aufweist.
3. Vibrationsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hydraulikmotor (4) ein Stellglied (6), insbesondere ein Hydraulikventil zugeordnet ist; der Einzelerreger ( 13) einen Regler (8) aufweist, zum Auswerten eines Signals von dem Positionsgeber (7) und zum Ansteuern des Stellglieds (6), derart, dass eine dem Regler (8) für die Unwuchtwelle (2) vorgegebene Soll- Drehzahl und/oder Soll-Phasenlage erreicht wird.
4. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Zentralsteuerung ( 10) vorgesehen ist, zum Koordinieren der Regler (8) der Einzelerreger ( 13) und zum Vorgeben einer individuellen Soll-Drehzahl und/oder Soll-Phasenlage für jeden Regler (8) der Einzelerreger ( 13), derart, dass ein von einem Bediener gewünschtes und/ oder von einem Arbeits- oder Fahrprogramm vorgegebenes Verhalten der Bodenkontaktplatte (12) erreicht wird.
5. Vibrationsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hydraulikmotor (4) ein Stellglied (6), insbesondere ein Hydraulikventil zugeordnet ist; ein Zentralregler ( 1 1 ) vorgesehen ist, zum Auswerten der Signale von den Positionsgebern (7) der Einzelerreger ( 13) und zum individuellen Ansteuern der Stellglieder (6) der Einzelerreger (13), derart, dass ein von einem Bediener gewünschtes und /oder von einem Arbeits- oder Fahrprogramm vorgegebenes Verhalten der Bodenkontaktplatte ( 12) erreicht wird.
6. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwellen (2) der Einzelerreger ( 13) mit gleicher Drehzahl angetrieben werden.
7. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Unwuchtwelle (2) von wenigstens einem der Einzelerreger
( 13) mit einer anderen Drehzahl als die Unwuchtwellen (2) der restlichen Einzelerreger ( 13) angetrieben wird.
8. Vibrationsplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Drehzahl ein ungerades Vielfaches, insbesondere das Dreifache oder das Fünffache der Drehzahl der Unwuchtwellen (2) der restlichen Einzelerreger ( 13) beträgt.
9. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass wenigstens einer der Einzelerreger ( 13) derart ansteuerbar ist, das die ihm zugeordnete Unwuchtwelle (2) gezielt eine ungleichförmige Drehgeschwindigkeit erreicht.
10. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine die Bodenkontaktplatte ( 12) beaufschlagende zweite Schwingungserregereinrichtung vorgesehen ist, mit wenigstens zwei miteinander formschlüssig gekoppelten, gegenläufig drehend angetriebenen Unwuchtwellen; - wenigstens einer der Unwuchtwellen der zweiten Schwingungserregereinrichtung ein Positionsgeber zum Bestimmen der Phasenlage dieser Unwuchtwelle zugeordnet ist; - ein Signal dieses Positionsgebers zu der Zentralsteuerung ( 10) oder zu dem Zentralregler ( 1 1 ) geführt wird, zur Koordination der Drehzahl und/ oder der Phasenlage der Unwuchtwellen der zweiten Schwingungserregereinrichtung mit den Einzelerregern ( 13).
1 1. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (7) eine Drehwinkelerfassungsein- richtung aufweist.
12. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelerreger ( 13) und /oder die zweite Schwingungserregereinrichtung auf mehreren Bodenkontaktplatten ( 12a, 12b, 12c) verteilt angeordnet sind.
13. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Unwuchtwellen (2) der Einzelerreger ( 13) derart auf der Bodenkontaktplatte ( 12) angeordnet sind, dass von ihnen erzeugte Kraftvektoren in unterschiedlichen Ebenen wirken.
14. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Unwuchtwellen (2) der Einzelerreger ( 13) sternförmig, axial, parallel oder winklig zueinander auf der Bodenkontaktplatte ( 12) angeordnet sind.
15. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dass wenigstens eine der Unwuchtwellen (2) eine größere Unwuchtmasse (3) trägt als andere Unwuchtwellen.
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