WO2006136447A1 - Bodenverdichtungsvorrichtung mit automatischer oder bedienerintuitiver verstellung des vorschubvektors - Google Patents

Bodenverdichtungsvorrichtung mit automatischer oder bedienerintuitiver verstellung des vorschubvektors Download PDF

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WO2006136447A1
WO2006136447A1 PCT/EP2006/006088 EP2006006088W WO2006136447A1 WO 2006136447 A1 WO2006136447 A1 WO 2006136447A1 EP 2006006088 W EP2006006088 W EP 2006006088W WO 2006136447 A1 WO2006136447 A1 WO 2006136447A1
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WO
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force
operator
propulsion
angle
vibration
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/006088
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Fischer
Otto W. Stenzel
Oliver Kolmar
Martin Awrath
Walter Unverdorben
Hermann Schennach
Original Assignee
Wacker Construction Equipment Ag
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
    • E01C19/28—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows
    • E01C19/288—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows adapted for monitoring characteristics of the material being compacted, e.g. indicating resonant frequency, measuring degree of compaction, by measuring values, detectable on the roller; using detected values to control operation of the roller, e.g. automatic adjustment of vibration responsive to such measurements
    • 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 claim 1.
  • Vibration plates for soil compaction usually have a lower mass, which includes, inter alia, a soil-compacting soil contact plate and the soil contact plate acting Schwingungserre- ger adopted, as well as connected to the lower mass via a spring device upper mass to the z. B. the drive is expected.
  • Switchable vibration plates ie vibratory plates whose direction of travel is switchable at least in forward and backward direction, are usually carried out in the so-called "twin-shaft technology".
  • Such machines are either operated via a remote control or hand-held.
  • a guide bar is attached to the upper mass, at the head direction control elements are provided.
  • the vibration exciter can be controlled in such a way that it generates a vibration with a resultant force, whose horizontal direction of action points in the direction desired by the operator.
  • the direction of travel control elements are usually designed robust, so that the operator can also by manual force application, the direction of travel of the vibrating onsplatte affect or even direct the vibrating plate.
  • Fig. 1 shows schematically a side view of a known from the prior art vibrating plate.
  • a ground contact plate 1 On a ground contact plate 1 is formed of a front unbalanced shaft 2 and a rear unbalanced shaft 3
  • Vibration generator arranged. About a consisting of several springs Spring device 4 is an upper mass 5 connected to the ground contact plate 1. In the upper mass 5, an unillustrated drive for the vibration exciter is provided. Furthermore, a drawbar 6 with a control element 7 is attached to the upper mass 5.
  • One of the two imbalances 8, 9 can be rotated by up to 180 ° on the associated imbalance shaft 2, 3.
  • the phase angle between the two unbalanced shafts 2, 3 can be changed. This results in the possibility of forward and backward control, as well as the rivet at then 100% compaction effect, but without horizontal movement.
  • Fig. 2 shows in analogy to Fig. 1 in a schematic representation of the vibrating plate, wherein the phase position of the imbalance shaft 3 was changed with the imbalance 9 by 180 ° relative to the position shown in Fig. 1. This results in a resulting force vector 10, which is directed at an angle of 45 ° substantially against the ground contact plate 1 to the rear and thus causes a reverse drive of the vibrating plate.
  • the corresponding change in the phase position in the vibration exciter was in a known manner by operating the operating element 7, d. H. a Nachhin- pulling the operating element 7, causes.
  • a swirl sleeve is usually used, which is such that z.
  • B. the unbalance to be adjusted in the wave direction long is guided a spiral groove and thereby learns the corresponding angle of rotation.
  • flatter position of the force vector 10 may, for. B. by "transferring" the unbalanced shafts 2, 3 by one or more teeth on the l: l transmission between the unbalanced shafts 2, 3 done.
  • Another possibility is the use of a swirl sleeve with a steeper slope, which causes a greater angular rotation than 180 °.
  • a swirl sleeve with steep slope of the guide groove is advantageous, which also during reverse driving a faster propulsion - accordingly - A -
  • Fig. 5 is shown schematically.
  • Fig. 6 shows such an application in which a vibration plate with flat set force vector 10 (force acting angle ⁇ 45 °) goes up a slope.
  • the invention has for its object to provide a vibration plate in which the propulsion speed can be optimized or maximized depending on a change in the environmental conditions or in response to an operator request. Furthermore, a method for maximizing the propulsion speed of a vibrating plate is to be specified.
  • the vibration plate according to the invention is characterized in that a Vortriebseinstell Stein is provided for driving the vibration exciter device such that the force acting direction always in a position is set at which a maximum possible propulsion of the vibrating plate is achieved over ground when the control command of the operator requires a maximum propulsion speed.
  • the direction of force action is variable by the driving by means of the propulsion device in response to a change in the environment of the vibrating plate, in particular the inclination and / or the strength of a subsurface to be compacted by the ground contact plate.
  • the propulsion adjustment device With the aid of the propulsion adjustment device, it is thus possible to specify a suitable position for the vibration exciter device so that a direction of force action results which is best for the particular application specified by the environmental conditions (gradient, degree of compaction, strength of the soil) is suitable and in particular allows a maximum propulsion speed, if desired by the operator.
  • the environmental conditions grade, degree of compaction, strength of the soil
  • Fig. 7 shows the vibrating plate described above with improved climbing behavior, in which the operator by skillful control using the operating element 7 reaches a force vector 10 whose force acting angle is above 45 ° to - despite the relatively large pitch - to achieve a feed.
  • the vibration plate according to the invention provides a remedy by the fact that the Vortriebseinstellinnate is able to adjust the force direction of action in each case so that always a maximum possible propulsion of the vibrating plate can be achieved if the operator so desires. Accordingly, maximum possible propulsion is to be understood as meaning a propulsion or a propulsion speed which, under the given conditions (eg the gradient), can be achieved by the vibrating plate in the best case.
  • the vibration plate according to the invention takes autonomous measures in order to achieve this maximum possible propulsion. chen or keep constant, if the operator has given his control command via the control element and thus has expressed his willingness to maximum propulsion.
  • the operator free to give on the control element also control commands that do not require maximum propulsion of the vibrating plate.
  • the operator can also set force action angles which cause a reduced propulsion speed, a travel in the opposite direction or a steering movement of the vibration plate.
  • the operator still has all possibilities for controlling the vibrating plate, as is also known in the prior art.
  • the propulsion adjusting device automatically takes the appropriate measures and always achieves the maximum possible propelling speed independently of a change in the surroundings of the vibrating plate, for example an incline of the ground.
  • the will of the operator that the vibrating plate should reach the maximum possible propelling speed can be communicated, for example, by pressing the operating element (for example a lever) against a pressure point (for example a pressure switch) or overcoming the pressure point. If, on the other hand, the pressure point is not overcome by the operating element, the adjustment of the force action angle follows the usual (for example linear) relationship between the position of the operating element and the resulting direction of force action. The automatic adjustment of the direction of action of force such that always the maximum possible driving speed is achieved, is then turned off.
  • the propulsion adjustment device may have a tilt detection device for detecting an inclination angle the ground contact plate with respect to a horizontal, to determine in this way that the vibrating plate is moved in the plane or on a slope.
  • the propulsion adjusting device has an adjusting device for setting an angle of the force effect effect, referred to as force action angle, with respect to the ground contact plate as a function of the angle of inclination of the ground contact plate.
  • force action angle an angle of the force effect effect
  • a table with corresponding data can be stored in the Vortriebseinstell Rhein.
  • the optimum force action angle for the vibration exciter device is specified, which results in the maximum propulsive effect.
  • the direction of force action can be changed by driving by means of a propulsion setting device in response to a control command from the operator, whereby the control command can be entered by the operator via an operating element ,
  • the propulsion system Astellstell responded in addition to the control on a further operator request detection device.
  • the position of the operating element eg a handle, a lever, a push button, a joystick
  • a further evaluation is made in order to recognize the operator's desire even better.
  • the operator request recognition device has at least one force measuring device with which a force applied by the operator to the operating element and / or to a further operating element can be detected in at least one spatial direction. If the force detected by the force measuring device is greater than a force required for proper operation of the operating element, this is interpreted by the propulsion adjusting device as meaning that the operator is not yet satisfied with the effect that he alone has achieved by adjusting the operating element is. Rather, the propulsion adjuster then assumes that the operator desires a stronger effect.
  • the propulsion adjusting device changes the direction of force action in accordance with predefined rules.
  • the propulsion speed can be maximized by interpreting the operator's request, which is not explicitly stated by the operator by actuating the operating element. In this case, it is possible to detect the intuitive reactions occurring in particular in the case of obstacles (inclines) and to draw appropriate conclusions for the vibrating plate and to make adjustments to the vibration exciter.
  • the force measuring device may be designed to detect the force that the operator exerts on the operating element used to input the control commands.
  • vibrating plates are also known which have at least two operating elements, namely a first operating element (eg control lever) for inputting control commands by the operator and a second operating element (eg a handle) on which the Operator can take the vibration plate by grasping and introducing a force.
  • a first operating element eg control lever
  • a second operating element eg a handle
  • the force measuring device is then advantageously designed such that it also detects forces acting on the second operating element and interprets them as an operator request, so that the force action direction of the vibration exciter can then be changed by the propulsion adjusting device according to the predetermined rules.
  • the propulsion adjustment means for this purpose on an operator request detection device, which may include a force measuring device to detect a force applied by the operator to a control element force in at least one spatial direction.
  • a force measuring device to detect a force applied by the operator to a control element force in at least one spatial direction.
  • several forces applied by the operator can be detected separately in several spatial directions by the force measuring device.
  • drawbar in this context are not only “real" drawbars to understand, but also guide bracket or other guide devices that allow the operator to exert a guide force on the vibration plate.
  • the invention is not limited to drawbar-guided vibrating plates, but can also be used in remote-controlled vibrating plates.
  • the operator has the opportunity to influence the control of the vibration plate by intuitively pressing or pulling a control element. Similar phenomena can z. B. be observed in players of computer games that exert forces on a joystick that go well beyond the forces that would be required for the intended operation of the joystick.
  • force signals to be processed are separately generated by the force measuring device on the basis of the separately detected forces, the propulsion adjustment device having a control device with which the force signals can be evaluated such that the force direction is dependent on the magnitude and / or direction of the force causing a respective force signal of the vibration generator is changed.
  • the operator can by exercising an appropriate force on the control achieve certain control reactions of the Vorreteseinstell Surprise, which leads to a desired setting of the vibration exciter.
  • control element is representative of control handles or handles by means of which the operator can manually initiate forces for guiding the vibration plate.
  • Handles are usually fixed mounted handles, which are exclusively for gripping the operator, while control grips are on the one hand movable to specify control commands for the vibrator, and on the other hand, however robust enough to be pulled or pressed by the operator with full force become.
  • controls can be specified, but only serve to specify control commands for the vibration exciter, but not to absorb larger mechanical forces from the operator.
  • the operating element or the control element for setting a forward and / or a reverse drive of the vibrating plate, wherein the force acting direction is adjustable by the vibration exciter in response to a signal from the operating element or the control according to a horizontal force component in the forward or backward direction ,
  • the operating element or the control thus make it possible to control the vibrating plate in a known manner forwards and backwards.
  • a force acting angle is adjustable to a predetermined standard force action angle.
  • the angle of action between the direction of force action (direction of action of the resultant force generated by the vibration generator) and the ground contact plate considered as reference plane is to be understood below as the force action angle. Accordingly, the force acting angle can amount to a maximum of 90 °. A further pivoting of the force action direction beyond 90 ° would again lead to smaller force action angles.
  • the standard force action angle is set with the appropriate horizontal component when the operator is using the operating or Control has given a corresponding signal for forward or reverse.
  • the Vorreteseinstell 180 is designed such that when a directed by the operator on the control element substantially downward force exceeds a predetermined limit and a forward drive is selected, the force acting angle steeper than the predetermined standard force action angle adjustable is.
  • This relates to the above-described case that the operator will have an intuitive effort, upon the occurrence of an obstacle or a slope, to raise the front end of the ground contact plate by depressing the rear end of the tiller to thereby facilitate the ascent of the vibration plate.
  • the VorretestellISSISSISSISSISSISSISSISSISSISSISSISSISSISSISSISS invention recognizes this effort of the operator and concludes that an incline is overcome. Accordingly, and considering the above, the force angle is set to a steeper angle.
  • the force acting angle is also set steeper. Again, by pulling up the drawbar while reversing, the operator intuitively tries to intuitively improve the climbing behavior of the vibrating plate.
  • the propulsion adjustment device supports this effort by making the force action angle steeper.
  • the swivel angle adjustments or swivel angle changes which are predefined by the propulsion adjustment device can be stepped or continuous, depending on the configuration of the vibration exciter.
  • the extent to which the VortriebseinstellUNE changes the force acting angle relative to the standard force acting angle can be fixed, with a mechanical or electronic preprogramming is possible. It is also conceivable to change the force action angle continuously over a longer period of time. Furthermore, the force effect angle can also be changed in several stages with smaller pivoting angles. In essence, these possibilities also depend on the abilities of the vibration exciter.
  • the propulsion adjusting means causes the force acting angle to be set shallower, such as, for example, in FIG. B. shown in Fig. 5.
  • Vortriebseinstell Steiner is designed such that, if an altered force acting angle has already been set, which is accordingly steeper or shallower than the predetermined standard force action angle, this changed force acting angle is kept constant even if that of the operator the force applied to the control element no longer exceeds the predetermined limit value. It is sufficient accordingly that the operator only at the beginning of a z. B. desired fast forward drive of the vibrating plate pushes the control element forward, so that adjusts the flatter force action angle. This force acting angle is maintained even when the operator is no longer exerting increased force. The same applies z. B. even when driving on a long slope, where also the steeper force action angle is no longer changed.
  • the exceeding of a predetermined limit value can be assumed by the force applied by the operator in the corresponding direction.
  • a moving average can be determined with the aid of a suitable time window, so that when an increase in the operator force on average or even a constant or a decrease in the average operator force, the measures described above are taken by the VortriebseinstellISSISS.
  • the propulsion adjustment device has a speed-detection device for detecting a current propulsion speed and / or for detecting a change in the propulsion speed. Furthermore, an evaluation device for comparing the current propulsion speed with the last detected propulsion speed and / or provided for evaluating the change of the propulsion speed, so that an increase or decrease of the propulsion speed of the vibrating plate is detectable.
  • the propulsion adjuster monitors the effects that result in a change in the force action angle. If, after changing the force acting angle, an increase in the propelling speed is detected, the propulsion adjusting means concludes that a further change of the force acting angle will similarly cause a further increase of the propelling speed. If, on the other hand, the propelling speed has decreased, the propulsion adjusting means pivots the force acting direction in an opposite manner, with the expectation of achieving an increase in the propelling speed.
  • the steps required for this are carried out.
  • the current propelling speed (or a change in the propelling speed) is detected.
  • the propulsion speed is compared with the most recently detected propulsion speed and an increase or decrease in the propulsion speed is determined.
  • the force action direction is changed in the same swinging direction as in a previous change when an increase in the propelling speed has been detected. If, on the other hand, a reduction in the propulsion speed is detected, the change in the direction of force of action takes place in the opposite direction to the previous pivot direction.
  • the last-described automatic control for optimizing the propulsion speed can also be carried out in combination with the operator-intuitive control described above or also with a standard control of a vibration plate.
  • a key is provided on which the operator automatically requests the maximum propulsion speed by means of automatic control when needed. The operator is then largely freed of his own measures.
  • Figure 1 is a schematic side view of a known from the prior art vibration plate in forward motion.
  • FIG. 2 shows the vibration plate of FIG. 1 in reverse
  • FIG. 4 shows the vibration plate of FIG. 3 when reversing
  • FIG. 5 shows the vibration plate of FIG. 3 in another embodiment with increased reverse drive
  • Fig. 6 shows the vibration plate of Fig. 3 on a slope
  • FIG. 7 is a schematic illustration of the vibration plate of FIG. 6 with optimized climbing behavior
  • FIG. 8 shows a control circuit used for a vibration plate according to the invention for operator-intuitive control during forward travel
  • FIG. 9 shows a control circuit used for the vibration plate according to the invention for operator-intuitive control during reverse travel;
  • the vibration plate according to the invention corresponds in many parts to the already described in connection with FIGS. 1 to 7, known from the prior art vibration plates. In this respect, reference is made to the above description.
  • the vibration plate has a known vibration exciter device according to the two-shaft technology or the three-shaft or multi-wave technology. It is also possible that one of the unbalanced shafts 2, 3 is axially divided, each axial part carries its own unbalance mass whose relative position can be controlled individually. In such a vibration exciter, a yaw moment can be generated about the vertical axis of the vibration plate, which allows steerability. In the case of a three-wave vibration exciter, one half of the unbalance mounted at the front of the two-wave exciter is displaced to the rear. Accordingly, the force action vector has the same behavior in two-wave and three-wave exciters. The invention can thus also be used with three-wave or multi-wave pathogens. In the following, however, for the sake of simplicity, reference will only be made to two-shaft vibration exciters, as already described above with reference to FIGS. 1 to 7.
  • the vibration exciter in the vibration plate according to the invention is designed such that the direction of the resulting force can be adjusted not only, as is common practice, in the two limit positions (for forward and reverse), but also in intermediate positions. It is ideal if the direction of force action is adjustable in numerous intermediate positions in order to be able to realize correspondingly many force action angles.
  • FIG. 8 shows, as a schematic diagram, a control circuit with which an operator-intuitive optimization of the climbing behavior of the vibrating plate according to the invention is achieved.
  • an operating element 17 is provided, via which the operator transmits in a manner known per se control commands for the forward and reverse drive to the vibration exciter.
  • the operating element 17 can be designed as a robust handle which is between the forward position shown in FIG and a dashed in Fig. 8 reverse position is pivotable.
  • the operator can bring about the operating element 17 mechanical forces for guiding and steering the vibrating plate.
  • the operating element 17 is a handle fixedly attached to the drawbar 16.
  • the control commands for the vibration exciter are then entered by the operator via an additional control, not shown.
  • the control element 17 is coupled to a force measuring device, not shown, which measures the force applied by the operator. Different spatial directions can be distinguished (up, down, forward, backward).
  • the force measuring device generates force signals 18, which are transmitted to a central computer 19.
  • a central computer 19 In the central computer 19, an average value is formed from the measured operating forces with the aid of a suitable time window (compare FIG. 8 there number N of the measured values to be averaged).
  • a user request is determined and set in the form of a manipulated variable for the vibration exciter.
  • a linear drive 20 may be provided which controls the unbalance or imbalance waves in the desired manner such that a predetermined force acting angle 21 results.
  • the linear actuator 20 should be infinitely adjustable and held in the selected position in order to achieve any intermediate angle position can.
  • the linear actuator 20 may, for. B. hydraulically or by electric motor.
  • the linear drive 20 can be added its own fast control loop, which has the task of keeping the externally preselected relative position of the imbalances constant.
  • the operating forces on the control element 17 can be detected by load cells on the tiller head. It is also possible to provide pressure-sensitive handles. In principle, all types of Druck L. Force transducers with which the hand force of the operator can be detected. However, a differentiation into different directions of action or spatial directions should be possible.
  • the force acting angle is set flatter. This increases the forward speed in the plane. This functionality supports the operator, especially when a larger surface area is to be achieved by a higher speed on a flat surface.
  • the maximum adjustable adjustment of the total force angle to the front must be limited, so that a residual residual force remains, which lifts the lower mass from the ground, to allow even more propulsion. Otherwise, the ground contact plate 1 would no longer lift off the ground and perform only a horizontal reciprocating motion.
  • the maximum adjustable meaningful adjustment of the force action angle can be determined empirically and programmed to the central computer 19 as limiting information.
  • a second force measuring element will measure an operating force FD, with which the operator wants to push the vibration plate on the drawbar 16 intuitively down to raise the front edge of the ground contact plate 1.
  • the central computer 19 also forms a suitable mean value for this force component. If the central computer 19 receives the information that the vertical operating force has increased downwards on average or is beyond a predetermined limit value, the force angle is set steeper. The provision of the total force vector must also be limited to a maximum possible extent in order to achieve a minimum necessary propulsion component.
  • the vibrating plate gets no horizontal or vertical operating force signals, it sets the vibration exciter to a standard force angle of z. B. 45 ° back.
  • a standard force angle of z. B. 45 ° back.
  • other standard force angles can also be specified.
  • Fig. 9 shows the control circuit of Fig. 8 when reversing the vibrating plate.
  • the operating element 17 has been pivoted back in a known manner by the operator in a known manner in order to control the vibration exciter in such a way that a resulting force vector with a horizontal component in the reverse direction is generated. Even now, force measuring devices are again provided to detect the operating forces of the operator.
  • the operator When the vibrating plate ascends a slope when reversing, the operator will intuitively want to pull the operating element 17 rearwardly up in extension of the drawbar 16 in order to raise the trailing edge of the ground contact plate 1.
  • the force FD used for this purpose is detected by the force measuring device and forwarded as a force signal 18 to the central computer 19.
  • the measured operating force exceeds the normal operating force, this makes the force action angle steeper, so that a stronger lifting of the lower mass with the ground contact plate 1 is made possible.
  • a suitable time constant can be installed in order to achieve a pleasant operating behavior for the operator.
  • the control loop can be made sufficiently slow by a large number of moving average measurements N for human needs.
  • the operator is then able to take on the role of a measuring element with regard to the climbing behavior of the vibrating plate, his intuitive operating behavior being actively supported by the vibrating plate.
  • the deliberate slow response of the vibrating plate prevents surprising for the operator behavior of the machine.
  • the operating forces for triggering the drive mechanism described must be greater than the normally operating forces anyway. Subjectively, in the normal operating range, the operator then has the feeling of a familiar control and perceives the additional control possibility by applying stronger operating forces as an additional control element.
  • the operator can achieve that the vibration plate achieves a maximum propulsion speed both in the plane and on the slope.
  • the additionally available possibility with the help of the control element 17 and intermediate positions of the vibration exciter, so targeted force effect angle to set, this is not affected.
  • the operator is provided by the vibration plate according to the invention a combination onsbedienelement available, with which he can intuitively always optimally control.
  • a speed or acceleration sensor is provided in addition to the operator or instead of the operator as a measuring and control element, with which the current forward speed or speed change can be determined. So the speed z. B. also be determined by analysis of an accelerometer series. An automatic control element is then able to vary the force acting angle within predetermined limits and determine by comparison with other speed measurements, whether the variation of the force acting angle, ie the pivoting of the force acting angle, in the right direction, so that the propelling speed was increased. If, on the other hand, a reduction in the propulsion speed is detected, the force-action angle can also be pivoted in the opposite pivoting direction.

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Abstract

Eine Vibrationsplatte weist eine Schwingungserregereinrichtung (2) auf, die derart ansteuerbar ist, dass die Kraftwirkungsrichtung in mehreren Stellungen, insbesondere in mehr als zwei Stellungen, einstellbar ist. Weiterhin ist eine Vortriebseinstelleinrichtung vorgesehen, zum Ansteuern der Schwingungserregereinrichtung (2) derart, dass die Kraftwirkungsrichtung in eine Stellung eingestellt wird, bei der ein maximal möglicher Vortrieb der Vibrationsplatte erreicht wird. Die Kraftwirkungsrichtung ist in Abhängigkeit von einer Veränderung der Umgebung der Vibrationsplatte, insbesondere der Neigung und/oder der Festigkeit eines von einer Bodenkontaktplatte ( 1 ) zu verdichtenden Untergrunds veränderbar. Alternativ dazu ist die Krafwirkungsrichtung in Abhängigkeit von einem Wunsch des Bedieners veränderbar.

Description

Bodenverdichtungsvorrichtung mit automatischer oder bedienerintuitiver Verstellung des Vorschubvektors
Die Erfindung betrifft eine Vibrationsplatte gemäß dem Oberbegriff von An- spruch 1.
Vibrationsplatten zur Bodenverdichtung weisen üblicherweise eine Untermasse auf, die unter anderem eine den Boden verdichtende Bodenkontaktplatte und eine die Bodenkontaktplatte beaufschlagende Schwingungserre- gereinrichtung umfasst, sowie eine mit der Untermasse über eine Federeinrichtung verbundene Obermasse, zu der z. B. der Antrieb zu rechnen ist.
Umschaltbare Vibrationsplatten, also Vibrationsplatten, deren Fahrtrichtung wenigstens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung umschaltbar ist, werden üblicherweise in der so genannten "Zweiwellen-Technologie" ausgeführt. Derartige Maschinen sind entweder über eine Fernsteuerung bedienbar oder handgeführt. Bei handgeführten Vibrationsplatten ist an der Obermasse eine Führungsdeichsel angebracht, an deren Kopf Fahrtrichtungssteuerelemente vorgesehen sind. Mit Hilfe der Fahrtrichtungssteuerelemente kann unter an- derem der Schwingungserreger derart angesteuert werden, dass er eine Schwingung mit einer resultierenden Kraft erzeugt, deren horizontale Wirkungsrichtung in die vom Bediener gewünschte Richtung zeigt. Außerdem sind die Fahrtrichtungssteuerelemente meist robust ausgeführt, so dass der Bediener auch durch manuelle Krafteinleitung die Fahrtrichtung der Vibrati- onsplatte beeinflussen kann oder gar die Vibrationsplatte lenken kann.
Bei Vibrationsplatten in Zweiwellen-Technologie weist der auf der Untermasse angeordnete Schwingungserreger zwei gegenläufig drehbare Unwuchtwellen auf. Die Unwuchtwellen sind formschlüssig drehbar miteinander gekop- pelt, so dass die vordere Welle rückwärts und die hintere Welle vorwärts dreht. Die von den beiden Wellen getragenen Unwuchten sind in der Ausgangsstellung um 90° gegeneinander gedreht.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Vibrationsplatte. Auf einer Bodenkontaktplatte 1 ist ein aus einer vorderen Unwuchtwelle 2 und einer hinteren Unwuchtwelle 3 gebildeter
Schwingungserreger angeordnet. Über eine aus mehreren Federn bestehende Federeinrichtung 4 ist eine Obermasse 5 mit der Bodenkontaktplatte 1 verbunden. In der Obermasse 5 ist ein nicht dargestellter Antrieb für den Schwingungserreger vorgesehen. Weiterhin ist an der Obermasse 5 eine Deichsel 6 mit einem Bedienelement 7 angebracht.
In dem Schwingungserreger sind auf den Unwuchtwellen 2, 3 jeweils Un- wuchten 8 und 9 angebracht, die in der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung um 90° zueinander verdreht sind. Durch die gegenläufige Rotation der Unwuchtwellen 2, 3 ergibt sich ein resultierender Kraftvektor 10, der zu jedem Zeitpunkt um 45° gegen die Bodenoberfläche, also die durch die Bodenkontaktplatte 1 definierte Ebene geneigt ist. Das Aufschlagen der im Wesentlichen durch die Bodenkontaktplatte 1 und den Schwingungserreger gebildeten Untermasse führt zur Bodenverdichtung. Von der nominal vorhandenen Unwuchtgesamtkraft werden - aufgrund der Winkelstellung - jeweils rund 70 % für die Verdichtung (vertikale Kraftwirkung) und für den Vortrieb (horizontale Kraftwirkung) verwendet.
Eine der beiden Unwuchten 8, 9 kann um bis zu 180° auf der zugehörigen Unwuchtwelle 2, 3 verdreht werden. Alternativ dazu kann auch insgesamt die Phasenlage zwischen den beiden Unwuchtwellen 2, 3 verändert werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer Vor- und Rücksteuerung, sowie des Standrütteins bei dann 100 % Verdichtungswirkung, jedoch ohne Horizontalbewegung.
Fig. 2 zeigt in Analogie zu Fig. 1 in schematischer Darstellung die Vibrationsplatte, wobei die Phasenlage der Unwuchtwelle 3 mit der Unwucht 9 um 180° gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung verändert wurde. Dadurch ergibt sich ein resultierender Kraftvektor 10, der im Wesentlichen mit einem Winkel von 45° gegen die Bodenkontaktplatte 1 nach hinten gerichtet ist und somit eine Rückwärtsfahrt der Vibrationsplatte bewirkt. Die entsprechende Veränderung der Phasenlage im Schwingungserreger wurde in bekannter Weise durch ein Betätigen des Bedienelements 7, d. h. ein Nachhin- tenziehen des Bedienelements 7, bewirkt.
Zum Verändern der Phasenlage zwischen den Unwuchten 8, 9 bzw. den Unwuchtwellen 2, 3 wird üblicherweise eine Drallhülse verwendet, die so beschaffen ist, dass z. B. die zu verstellende Unwucht in Wellenrichtung ent- lang einer Spiralnut geführt wird und dadurch den entsprechenden Verdrehwinkel erfährt. Anstelle einer Drallhülse sind auch andere Verstellglieder bekannt, wie z. B. Differenzial- oder Planetengetriebe. Diese Technik ist seit langem bekannt, so dass sich eine eingehendere Beschreibung erübrigt.
Für bestimmte Anwendungsfälle (z. B. Lauf auf kaum verdichtungsfähigem Material, wie Sand, beim Asphaltbau oder beim Pflastereinrütteln) kommt es weniger auf die Verdichtungswirkung als vielmehr auf einen schnellen Vorlauf der Vibrationsplatte an. In der Praxis behilft man sich in solchen Fällen zuweilen dadurch, dass der Winkel zwischen den Unwuchten 8, 9 auf den Wellen 2, 3 derart verändert wird, dass der resultierende Kraftvektor 10 flacher verläuft. In Fig. 3 wird als Beispiel eine Relativstellung der Unwuchten 8, 9 gezeigt, bei der sich ein resultierender Kraftvektor 10 ergibt, dessen Kraftwirkungswinkel kleiner als 45° ist. Dementsprechend weist der Kraft- vektor 10 eine größere Horizontalkomponente auf, die eine stärkere Vortriebswirkung erreicht. Im Gegenzug wird die Vertikalkomponente des Kraftvektors 10 reduziert, so dass die Verdichtungswirkung entsprechend geringer ist.
Die in Fig. 3 gezeigte, flachere Stellung des Kraftvektors 10 kann z. B. durch "Umhängen" der Unwuchtwellen 2, 3 um einen oder mehr Zähne an dem l: l-Getriebe zwischen den Unwuchtwellen 2, 3 erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Drallhülse mit steilerer Steigung, die eine größere Winkelverdrehung als 180° bewirkt.
Beim Umhängen der Unwuchtwellen 2, 3 um einen oder mehrere Zähne kann eine Vergrößerung der Horizontalkomponente des Kraftvektors nur in einer Richtung - vorzugsweise der Vorwärtsrichtung - erreicht werden. In der anderen Richtung wird hingegen die Horizontalkomponente reduziert, wie in Fig. 4 erkennbar, bei der die Unwuchtwellen 2, 3 - ausgehend von der Stellung gemäß Fig. 3 - in Rückwärtsfahrt ver schwenkt wurden. Aufgrund des großen Vertikalanteils des Kraftvektors 10 bei der Rückwärtsfahrt läuft die Vibrationsplatte sehr unruhig, wodurch eine Anwendung im Asphalt oder Pflasterbau unmöglich gemacht wird.
Für diesen Fall ist eine Drallhülse mit steiler Steigung der Führungsnut vorteilhaft, die auch bei Rückwärtsfahrt einen schnelleren Vortrieb - entspre- - A -
chend dem Vortrieb in Vorwärtsrichtung - ermöglicht, wie in Fig. 5 schematisch gezeigt ist.
Nachteilig für beide Varianten ist es, dass gleichzeitig mit der vertikalen Ver- dichtungskraftkomponente auch die Kraftkomponente reduziert wird, die zwischen den einzelnen Verdichtungsstößen das Abheben der Bodenkontaktplatte 1 vom Boden bewirkt. Denn nur bei einer ausreichend großen Vertikalkraftkomponente kann die Bodenkontaktplatte vom zu verdichtenden Boden abspringen und in der gewünschten Weise vorwärts bewegt werden. Auf ebenem Boden ist dies in weiten Bereichen der Winkelverstellung des Kraftvektors 10 unkritisch. Sobald aber Steigungen zu überwinden sind, reicht die vertikale Kraftwirkung oft nicht mehr aus, um die Untermasse vom Boden soweit abzuheben, dass sie sich in Folge der vorwärts gerichteten Horizontalkraftwirkung die Steigung hinaufbewegen lässt.
Fig. 6 zeigt einen derartigen Anwendungsfall, bei dem eine Vibrationsplatte mit flach eingestelltem Kraftvektor 10 (Kraftwirkungswinkel <45°) eine Steigung hinauffährt. Bei dieser Anordnung ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Vibrationsplatte stehenbleibt, obwohl die Kraftkomponente in Be- wegungsrichtung (Horizontalkomponente bezüglich der Bodenkontaktplatte 1 ) erhöht wurde. Dieser Effekt ist für den Bediener der Vibrationsplatte oft nicht nachvollziehbar und im Übrigen hinderlich für ein effektives Arbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vibrationsplatte anzugeben, bei der die Vortriebsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Veränderung der Umgebungsbedingungen oder in Abhängigkeit von einem Bedienerwunsch optimiert bzw. maximiert werden kann. Weiterhin ist ein Verfahren für eine Maximierung der Vortriebsgeschwindigkeit einer Vibrationsplatte anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vibrationsplatte gemäß Anspruch 1 , 4 oder 16 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Vibrationsplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vortriebseinstelleinrichtung vorgesehen ist zum Ansteuern der Schwingungserregereinrichtung derart, dass die Kraftwirkungsrichtung stets in eine Stellung eingestellt wird, bei der ein maximal möglicher Vortrieb der Vibrationsplatte über Grund erreicht wird, wenn der Steuerbefehl des Bedieners eine maximale Vortriebsgeschwindigkeit verlangt. Dabei ist die Kraftwirkungsrichtung durch das Ansteuern mittels der Vortriebseinrichtung in Abhängigkeit von einer Veränderung der Umgebung der Vibrationsplatte, insbesondere der Neigung und/oder der Festigkeit eines von der Bodenkontaktplatte zu verdichtenden Untergrunds, veränderbar.
Mit Hilfe der Vortriebseinstelleinrichtung ist es somit möglich, eine geeigne- te Stellung für die Schwingungserregereinrichtung vorzugeben, so dass sich eine Kraftwirkungsrichtung ergibt, die für den jeweiligen Anwendungsfall, der durch die Umgebungsbedingungen (Steigung, Verdichtungsgrad, Festigkeit des Bodens) vorgegeben ist, am besten geeignet ist und insbesondere eine maximale Vortriebsgeschwindigkeit ermöglicht, wenn dies vom Bediener gewünscht ist.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Vortriebsgeschwindigkeit einer Vibrationsplatte bei unterschiedlich stark geneigten Strecken in erheblichem Maße von dem jeweiligen Kraftwirkungswinkel ab- hängt.
Bei einer Fahrt auf ebenem Boden (Steigung 0°) führt ein Kraftwirkungswinkel zwischen 20° und 30° zu einer maximalen Vortriebsgeschwindigkeit. Bei einer Steigung des Untergrunds von nur 5° liegt hingegen der optimale Kraftwirkungswinkel bei rund 40°, während er bei einer Steigung des Untergrunds von 10° um 60° liegen muss, um eine maximale Vortriebsgeschwindigkeit zu erreichen.
Erwartungsgemäß nimmt mit zunehmender Steigung die maximal zu errei- chende Vortriebsgeschwindigkeit ab. Erstaunlich ist dabei aber, dass sich der optimale Kraftwirkungswinkel, bei dem dieser maximale Vorschub erreicht werden kann, mit größerer Steigung zu höheren Winkeln hin verschiebt. Demnach ist es in einem Gelände mit Steigungen nicht optimal, die Vibrationsplatte nur mit einem fest eingestellten Kraftwirkungswinkel (z. B. 45°) vorzusehen. Man erreicht dann nicht den bestmöglichen Vortrieb bzw. kann mit der Vibrationsplatte nicht die Steigungen überwinden, die eigentlich noch überwindbar wären. Bei einem Kraftwirkungwinkel von 45° und bereits einer Steigung von 10° kann die Vortriebsgeschwindigkeit gegen Null gehen.
Durch geeignete Betätigung der Winkelstellung der Unwuchtwellen kann je- doch für unterschiedliche Steigungswinkel jeweils ein optimaler Kraftwirkungswinkel gefunden werden, so dass bis zu einer gewissen Grenzsteigung des Geländes immer ein Vortrieb möglich ist. Besondere praktische Bedeutung hat dabei eine in der Vibrationsplatte hinterlegte feste Zuordnung von "Längsneigung der Maschine" bzw. "Neigungswinkel der Bodenkontaktplatte" und dem "Winkel des resultierenden Kraftvektors" mit dem Ziel, eine maximale Vortriebsgeschwindigkeit zu erreichen, sofern der Bediener dies wünscht und zum Beispiel über ein Bedienelement der Vibrationsplatte "mitgeteilt" hat.
Fig. 7 zeigt die oben beschriebene Vibrationsplatte mit verbessertem Steigverhalten, bei der der Bediener durch geschickte Ansteuerung mit Hilfe des Bedienelements 7 einen Kraftvektor 10 erreicht, dessen Kraftwirkungswinkel über 45° liegt, um - trotz der verhältnismäßig großen Steigung - einen Vorschub zu erreichen.
Für den Bediener ist es jedoch in der Praxis schwierig, den Kraftvektor durch Betätigen der ihm zur Verfügung stehenden Steuerelemente hinsichtlich seiner Stellung derart anzupassen bzw. zu variieren, dass für unterschiedliche Steigungen noch ein Vortrieb erzeugt wird bzw. der Vortrieb je- weils maximiert wird. Diese Aufgabe überfordert den im Regelfall nur schlecht ausgebildeten, mit fortschreitender Arbeitsdauer immer unkonzentrierter werdenden Bediener.
Die erfindungsgemäße Vibrationsplatte schafft hier Abhilfe dadurch, dass die Vortriebseinstelleinrichtung in der Lage ist, die Kraftwirkungsrichtung jeweils so einzustellen, dass stets ein maximal möglicher Vortrieb der Vibrationsplatte erreicht werden kann, wenn der Bediener dies wünscht. Unter maximal möglichem Vortrieb ist dementsprechend ein Vortrieb bzw. eine Vortriebsgeschwindigkeit zu verstehen, der bzw. die unter den gegebenen Bedingungen (z. B. der Steigung) von der Vibrationsplatte im günstigsten Fall erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße Vibrationsplatte ergreift selbstständig Maßnahmen, um diesen maximal möglichen Vortrieb zu errei- chen bzw. konstant zu halten, sofern der Bediener über das Bedienelement seinen entsprechenen Steuerbefehl gegeben und damit seinen Willen zum maximalen Vortrieb kundgetan hat.
Selbstverständlich steht es dem Bediener frei, über das Bedienelement auch Steuerbefehle zu geben, die keinen maximalen Vortrieb der Vibrationsplatte verlangen. Der Bediener kann je nach Ausgestaltung der Schwingungserregereinrichtung auch Kraftwirkungswinkel einstellen, die eine verminderte Vortriebsgeschwindigkeit, eine Fahrt in entgegengesetzter Richtung oder eine Lenkbewegung der Vibrationsplatte bewirken. Insofern hat der Bediener nach wie vor alle Möglichkeiten zur Steuerung der Vibrationsplatte, wie dies auch beim Stand der Technik bekannt ist. Dann jedoch, wenn der Bediener ausdrücklich einen maximalen Vortrieb der Vibrationsplatte wünscht, ergreift die Vortriebseinstelleinrichtung die entsprechenden Maßnahmen auto- matisch und erreicht unabhängig von einer Veränderung der Umgebung der Vibrationsplatte, also zum Beispiel einer Steigung des Untergrunds, stets die maximal mögliche Vortriebsgeschwindigkeit.
Der Wille des Bedieners, dass die Vibrationsplatte die maximal mögliche Vortriebsgeschwindigkeit erreichen soll, kann zum Beispiel dadurch mitgeteilt werden, dass er das Bedienelement (zum Beispiel einen Hebel) gegen einen Druckpunkt (zum Beispiel einen Druckschalter) drückt bzw. den Druckpunkt überwindet. Wird hingegen der Druckpunkt durch das Bedienelement nicht überwunden, folgt die Einstellung des Kraftwirkungswinkels dem übli- chen (zum Beispiel linearen) Zusammenhang zwischen der Stellung des Bedienelements und der resultierenden Kraftwirkungsrichtung. Die automatische Einstellung der Kraftwirkungsrichtung derart, dass stets die maximal mögliche Vortriebsgeschwindigkeit erreicht wird, ist dann ausgeschaltet.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Kraftwirkungsrichtung durch das Ansteuern mittels der Vortriebseinstelleinrichtung in Abhängigkeit von einer Veränderung der Umgebung der Vibrationsplatte, insbesondere der Neigung und /oder der Festigkeit eines von der Bodenkontaktplatte zu verdichtenden Untergrunds, veränderbar ist.
Demgemäß kann es vorteilhaft sein, dass die Vortriebseinstelleinrichtung eine Neigungserkennungseinrichtung zum Erkennen eines Neigungswinkels der Bodenkontaktplatte bezüglich einer Horizontalen aufweist, um auf diese Weise festzustellen, dass die Vibrationsplatte in der Ebene oder auf einer Steigung bewegt wird. Weiterhin weist die Vortriebseinstelleinrichtung eine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines als Kraftwirkungswinkel bezeichne- ten Winkels der Kraftwirkungswirkung bezüglich der Bodenkontaktplatte in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel der Bodenkontaktplatte auf. Zu diesem Zweck kann in der Vortriebseinstelleinrichtung eine Tabelle mit entsprechenden Daten hinterlegt werden. Je nach ermitteltem Neigungswinkel und damit festgestellter Steigung wird der optimale Kraftwirkungswinkel für die Schwingungserregereinrichtung vorgegeben, bei dem sich die maximale Vortriebswirkung ergibt.
Bei einer anderen, in Anspruch 4 definierten Variante der Erfindung ist - wie beim Stand der Technik - die Kraftwirkungsrichtung durch das Ansteu- ern mittels einer Vortriebseinstelleinrichtung in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl des Bedieners veränderbar, wobei der Steuerbefehl durch den Bediener über ein Bedienelement eingegeben werden kann. Erfindungsgemäß weist die Vortrieb Seinstelleinrichtung zusätzlich zu dem Bedienelement eine weitere Bedienerwunsch-Erkennungseinrichtung auf. Das bedeutet, dass außer der üblichen Auswertung der Stellung des Bedienelements (z. B. ein Handgriff, ein Hebel, ein Taster, ein Joystick) eine weitere Auswertung vorgenommen wird, um den Bedienerwunsch noch besser zu erkennen. Dazu weist die Bedienerwunsch-Erkennungseinrichtung wenigstens eine Kraftmesseinrichtung auf, mit der eine vom Bediener auf das Bedienelement und /oder auf ein weiteres Bedienelement aufgebrachte Kraft in wenigstens einer Raumrichtung erfasst werden kann. Wenn die von der Kraftmesseinrichtung erfasste Kraft größer ist als eine zum bestimmungsgemäßen Betätigen des Bedienelements erforderliche Kraft, wird dies von der Vortriebseinstelleinrichtung dahingehend interpretiert, dass der Bediener mit der Wir- kung, die er durch das Verstellen des Bedienelements allein erreicht hat, noch nicht zufrieden ist. Vielmehr nimmt die Vortriebseinstelleinrichtung dann an, dass der Bediener einen stärkeren Effekt wünscht.
Schiebt der Bediener z. B. einen als Bedienelement dienenden Bedienhebel nach vorne und drückt ihn mit erhöhter Kraft weiterhin in Vorwärtsrichtung, interpretiert die Vortriebseinstelleinrichtung dieses Verhalten dahingehend, dass der Bediener einen schnelleren Vortrieb der Vibrationsplatte wünscht. Dementsprechend kann die Vortriebseinstelleinrichtung Maßnahmen ergreifen, um die Vortriebsgeschwindigkeit zu erhöhen, soweit dies technisch noch möglich ist.
Wenn die von der Kraftmesseinrichtung erfasste Kraft größer als eine zum bestimmungsgemäßen Betätigen des Bedienelements erforderliche Kraft ist, verändert die Vortriebseinstelleinrichtung die Kraftwirkungsrichtung entsprechend vorgegebener Regeln. Dadurch kann durch Interpretieren des vom Bediener nicht explizit durch Betätigen des Bedienelements kundgetanen Bedienerwunsches die Vortriebsgeschwindigkeit maximiert werden. Dabei ist es möglich, die insbesondere bei Hindernissen (Steigungen) beim Bediener auftretenden intuitiven Reaktionen zu erfassen und daraus für die Vibrationsplatte entsprechende Schlüsse zu ziehen und Einstellungen am Schwingungserreger vorzunehmen.
Die Kraftmesseinrichtung kann zum Erfassen der Kraft ausgebildet sein, die der Bediener auf das zum Eingeben der Steuerbefehle dienenden Bedienelements ausübt. Alternativ dazu sind jedoch auch Vibrationsplatten bekannt, die wenigstens zwei Bedienelemente aufweisen, nämlich ein erstes Be- dienelement (z. B. Bedienhebel) zum Eingeben von Steuerbefehlen durch den Bediener und ein zweites Bedienelement (z. B. ein Handgriff), an dem der Bediener durch Ergreifen und Einleiten einer Kraft die Vibrationsplatte führen kann. So ist es also möglich, dass der Bediener einerseits seine Steuerbefehle über das erste Bedienelement (z. B. einen Joystick) an die Vortriebs- einStelleinrichtung übermittelt und zusätzlich über das zweite Bedienelement (den Handgriff) korrigierend auf die Fortbewegung der Vibrationsplatte Einfluss nimmt. Die Kraftmesseinrichtung ist dann in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass sie auch auf das zweite Bedienelement wirkende Kräfte erfasst und als Bedienerwunsch interpretiert, so dass daraufhin durch die Vortriebseinstelleinrichtung entsprechend der vorgegebenen Regeln die Kraftwirkungsrichtung des Schwingungserregers verändert werden kann.
Vorteilhafterweise weist die Vortriebseinstelleinrichtung für diesen Zweck eine Bedienerwunsch-Erkennungseinrichtung auf, die eine Kraftmesseinrichtung umfassen kann, um eine vom Bediener auf ein Bedienelement aufgebrachte Kraft in wenigstens eine Raumrichtung zu erfassen. Vorzugsweise sind durch die Kraftmesseinrichtung mehrere vom Bediener aufgebrachte Kräfte in mehreren Raumrichtungen getrennt erfassbar.
Es hat sich herausgestellt, dass der Bediener intuitiv durch Drücken oder Ziehen an einem Bedienelement, das am Ende einer Deichsel oder einem Führungsbügel angebracht sein kann, versucht, der Vibrationsplatte zu einem schnelleren Vorschub zu "verhelfen". So versucht der Bediener durch Schieben oder Ziehen an dem Bedienelement Einfluss auf die Vorschubgeschwindigkeit zu nehmen. Wenn sich der Vibrationsplatte ein Hindernis, insbesondere in Form einer Steigung, entgegenstellt, versucht der Bediener durch Nachunten-Drücken des Bedienelements und damit des Deichselendes die Vibrationsplatte - ähnlich einem Kinderwagen - vorne anzuheben, um den Anstieg zu erleichtern. Bei Rückwärtsfahrt hingegen hebt der Bediener das Deichselende an, damit die Vibrationsplatte das Hindernis leichter meistern kann.
Als Deichsel sind in diesem Zusammenhang nicht nur "echte" Deichseln zu verstehen, sondern auch Führungsbügel oder andere Führungseinrichtungen, die es dem Bediener ermöglichen, eine Führungskraft auf die Vibrati- onsplatte auszuüben.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf deichselgeführte Vibrationsplatten beschränkt, sondern kann ebenso auch bei ferngesteuerten Vibrationsplatten eingesetzt werden. Auch hier hat der Bediener die Möglichkeit, durch intuiti- ves Drücken oder Ziehen eines Bedienelements Einfluss auf die Steuerung der Vibrationsplatte zu nehmen. Ähnliche Phänomene können z. B. bei Spielern von Computerspielen beobachtet werden, die auf einen Joystick Kräfte ausüben, die weit über die Kräfte hinausgehen, die zum bestimmungsgemäßen Bedienen des Joysticks erforderlich wären.
Vorzugsweise sind durch die Kraftmesseinrichtung aufgrund der getrennt er- fassten Kräfte getrennt zu verarbeitende Kraftsignale erzeugbar, wobei die Vortriebseinstelleinrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, mit der die Kraftsignale derart auswertbar sind, dass in Abhängigkeit von Betrag und/ oder Richtung der ein jeweiliges Kraftsignal bewirkenden Kraft die Kraftrichtung des Schwingungserregers verändert wird. Auf diese Weise kann der Bediener durch Ausüben einer entsprechenden Kraft auf das Bedienelement bestimmte Steuerreaktionen der Vortriebseinstelleinrichtung erreichen, die zu einer gewünschten Einstellung des Schwingungserregers führt.
Der Begriff "Bedienelement" steht stellvertretend für Steuergriffe oder Hand- griffe, über die der Bediener Kräfte zum Führen der Vibrationsplatte händisch einleiten kann. Handgriffe stellen dabei üblicherweise fest montierte Griffe dar, die ausschließlich zum Greifen für den Bediener dienen, während Steuer griffe einerseits beweglich sind, um Steuerbefehle für den Schwingungserreger vorzugeben, und andererseits aber robust genug ausgeführt sind, um vom Bediener mit vollem Krafteinsatz gezogen oder gedrückt zu werden. Weiterhin können Steuerelemente vorgegeben werden, die jedoch lediglich zum Vorgeben von Steuerbefehlen für den Schwingungserreger dienen, nicht jedoch zur Aufnahme größerer mechanischer Kräfte von dem Bediener.
Vorteilhafterweise dient das Bedienelement oder das Steuerelement zum Vorgeben einer Vorwärts- und/ oder einer Rückwärtsfahrt der Vibrationsplatte, wobei die Kraftwirkungsrichtung durch die Schwingungserregereinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal von dem Bedienelement oder dem Steuerelement entsprechend mit einer horizontalen Kraftkomponente in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung einstellbar ist. Das Bedienelement oder das Steuerelement ermöglichen somit, die Vibrationsplatte in bekannter Weise vorwärts und rückwärts zu steuern.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dann, wenn eine durch den Bediener an dem Bedienelement aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt, ein Kraftwirkungswinkel auf einen vorgegebenen Standard-Kraftwirkungswinkel einstellbar. Generell ist im Folgenden als Kraftwirkungswinkel der Winkel zwischen der Kraftwir- kungsrichtung (Wirkungsrichtung der vom Schwingungserreger erzeugten resultierenden Kraft) und der als Bezugsebene angesehenen Bodenkontaktplatte zu verstehen. Dementsprechend kann der Kraftwirkungswinkel maximal 90° betragen. Ein weiteres Verschwenken der Kraftwirkungsrichtung über 90° hinaus würde wieder zu kleineren Kraftwirkungswinkeln führen.
Der Standard-Kraftwirkungswinkel wird - mit entsprechend gerichteter Horizontalkomponente - eingestellt, wenn der Bediener über das Bedien- oder Steuerelement ein entsprechendes Signal für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt vorgegeben hat.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vortriebseinstelleinrichtung derart ausgebildet, dass, wenn eine durch den Bediener an dem Bedienelement im Wesentlichen nach unten gerichtet aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt und eine Vorwärtsfahrt gewählt ist, der Kraftwirkungswinkel steiler als der vorgegebene Standard -Kraftwirkungswinkel einstellbar ist. Dies betrifft den oben geschilder- ten Fall, dass der Bediener bei Auftreten eines Hindernisses oder einer Steigung das intuitive Bestreben haben wird, durch Herunterdrücken des hinteren Deichselendes ein Anheben des Vorderendes der Bodenkontakplatte zu erreichen, um dadurch der Vibrationsplatte den Steigvorgang zu erleichtern. Die erfindungsgemäße Vortriebseinstelleinrichtung erkennt dieses Bemühen des Bedieners und schließt daraus, dass eine Steigung zu überwinden ist. Dementsprechend und unter Berücksichtigung des oben Beschriebenen wird der Kraftwinkel auf einen steileren Winkel eingestellt.
Für einen anderen Anwendungsfall, bei dem der Bediener bei Rückwärts- fahrt an dem Bedienelement im Wesentlichen nach oben zieht und dabei die von ihm aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, wird der Kraftwirkungswinkel ebenfalls steiler eingestellt. Auch hier versucht der Bediener durch Hochziehen der Deichsel während der Rückwärtsfahrt das Steigverhalten der Vibrationsplatte intuitiv zu verbessern. Die Vortriebsein- Stelleinrichtung unterstützt dieses Bemühen dadurch, dass der Kraftwirkungswinkel steiler eingestellt wird.
Die Schwenkwinkeleinstellungen bzw. Schwenkwinkeländerungen, die durch die Vortriebseinstelleinrichtung vorgegeben werden, können je nach Ausge- staltung des Schwingungserregers gestuft oder kontinuierlich erfolgen. Das Maß, um das die Vortriebseinstelleinrichtung den Kraftwirkungswinkel relativ zu dem Standard-Kraftwirkungswinkel verändert, kann fest vorgegeben sein, wobei eine mechanische oder elektronische Vorprogrammierung möglich ist. Ebenfalls ist es denkbar, den Kraftwirkungswinkel kontinuierlich über einen längeren Zeitraum zu verändern. Weiterhin kann der Kraftwirkungswinkel auch in mehreren Stufen mit jeweils kleineren Schwenkwinkeln verändert werden. Im Wesentlichen hängen diese Möglichkeiten auch von den Fähigkeiten des Schwingungserregers ab.
Wenn hingegen der Bediener bei Vorwärtsfahrt der Vibrationsplatte das Bedienelement nach vorne, in Vorwärtsrichtung drückt, wird dies von der Vor- triebseinstelleinrichtung als Wunsch des Bedieners interpretiert, schneller zu fahren. Dementsprechend wird der Kraftwirkungswinkel flacher eingestellt, insbesondere flacher als der Standard-Kraftwirkungswinkel. Dadurch lässt sich eine Kraftwirkung erreichen, die oben in Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde.
Entsprechendes gilt für die Rückwärsfahrt: Wenn der Bediener das Bedienelement nach hinten, in Rückwärtsrichtung zieht, wünscht er eine Erhöhung des Vortriebs in Rückwärtsrichtung. Dementsprechend veranlasst die Vortriebseinstelleinrichtung, dass der Kraftwirkungswinkel flacher einge- stellt wird, wie z. B. in Fig. 5 gezeigt.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Vortriebseinstelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass, wenn ein veränderter Kraftwirkungswinkel bereits eingestellt wurde, der dementsprechend steiler oder flacher als der vorgegebene Standard-Kraftwirkungswinkel ist, dieser veränderte Kraftwirkungswinkel auch dann konstant gehalten wird, wenn die von dem Bediener an dem Bedienelement aufgebrachte Kraft den vorgegebenen Grenzwert nicht mehr übersteigt. Es genügt dementsprechend, dass der Bediener nur zu Beginn von einer z. B. gewünschten schnellen Vorwärtsfahrt der Vibrationsplatte das Bedienelement nach vorne drückt, so dass sich der flachere Kraftwirkungswinkel einstellt. Dieser Kraftwirkungswinkel wird auch dann beibehalten, wenn der Bediener keine erhöhte Kraft mehr ausübt. Gleiches gilt z. B. auch beim längeren Befahren einer Steigung, wo ebenfalls der steilere Kraftwirkungswinkel nicht mehr verändert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, dass, wenn eine durch den Bediener an dem Bedienelement aufgebrachte, der ursprünglichen, den vorgegebenen Grenzwert übersteigenden Kraft entgegengesetzt wirkende Kraft einen weiteren vorgegebenen Grenzwert übersteigt, der Kraftwirkungswinkel in Richtung der entge- gengesetzt wirkenden Kraft um einen vorgegebenen Schwenkwinkel in mehreren Schritten oder kontinuierlich verschwenkt wird. Dies betrifft den Fall, dass der Bediener z. B. zunächst eine schnelle Vorwärtsfahrt wünschte und dementsprechend ein flacher Kraftwirkungswinkel eingestellt wurde. Wenn die jetzt automatisch eingestellte höhere Vortriebsgeschwindigkeit für den Bediener zu schnell ist, wird er automatisch an dem Bedienelement in Rückwärtsrichtung, also der Vorwärtsrichtung entgegengesetzt ziehen, selbst wenn er noch nicht über das Steuerelement den Schwingungserreger explizit ansteuert. Das Ziehen an dem Bedienelement wird von der Vortriebseinstelleinrichtung erkannt, so dass daraufhin wieder ein steilerer Kraftwirkungswinkel eingestellt wird und die Vibrationsplatte ihre Vorwärtsfahrt verlangsamt. Je nach Ausgestaltung ist es dabei möglich, bei länger anhal- tender Zugkraft des Bedieners in Rückwärtsrichtung die Vibrationsplatte schließlich in Horizontalrichtung in Stillstand zu bringen (Kraftwirkungswinkel 90°).
Schließlich ist es bei einer Weiterentwicklung der Erfindung auch möglich, eine vollständige Fahrtrichtungsänderung herbeizuführen, wenn vom Bediener entsprechend lang andauernde Kräfte auf das Bedienelement ausgeübt werden.
Wie ausgeführt, kann als Kriterium für das Steiler- oder Flacherstellen des Kraftwirkungswinkels das Übersteigen eines vorgegebenen Grenzwerts durch die von dem Bediener in der entsprechenden Richtung aufgebrachten Kraft angenommen werden. Alternativ oder ergänzend dazu ist es auch möglich, die vom Bediener aufgebrachte Kraft über einen bestimmten Zeitraum zu mittein, um bei einem Anstieg bzw. einem Konstanthalten oder einem Ver- ringern der Kraft die entsprechenden Wirkungen zu erzeugen. Insbesondere kann in dieser Weise ein gleitender Mittelwert unter Zuhilfenahme eines geeigneten Zeitfensters bestimmt werden, so dass bei einem Erhöhen der Bedienerkraft im Mittel bzw. auch einem Gleichbleiben oder einem Absinken der gemittelten Bedienerkraft die oben beschriebenen Maßnahmen von der Vortriebseinstelleinrichtung ergriffen werden.
Bei einer anderen, in Anspruch 16 angegebenen Variante der Erfindung weist die Vortriebseinstelleinrichtung eine Geschwindigkeits-Detektionsein- richtung zum Erfassen einer aktuellen Vortriebsgeschwindigkeit und /oder zum Erfassen einer Änderung der Vortriebsgeschwindigkeit auf. Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung zum Vergleichen der aktuellen Vortriebsgeschwindigkeit mit der zuletzt erfassten Vortriebsgeschwindigkeit und /oder zum Auswerten der Änderung der Vortriebsgeschwindigkeit vorgesehen, so dass ein Vergrößern oder ein Verringern der Vortriebsgeschwindigkeit der Vibrationsplatte feststellbar ist. Schließlich ist eine Variationseinrichtung vorhanden, zum Ändern der Kraftwirkungsrichtung in einer Schwenkrich- tung mit kleinen Winkelschritten oder kontinuierlich derart, dass bei Feststellen einer Vergrößerung der Vortriebsgeschwindigkeit eine weitere Änderung der Kraftwirkungsrichtung in der gleichen Schwenkrichtung bewirkt wird, während bei Feststellen einer Verringerung der Vortriebsgeschwindigkeit eine Änderung der Kraftwirkungsrichtung in einer entgegengesetzten Schwenkrichtung bewirkt wird.
Auf diese Weise ist eine automatische Maximierung der Vortriebsgeschwindigkeit möglich. Die Vortriebseinstelleinrichtung überwacht die Auswirkungen, die eine Änderung des Kraftwirkungswinkels zur Folge hat. Wenn nach Änderung des Kraftwirkungswinkels eine Vergrößerung der Vortriebsgeschwindigkeit festgestellt wird, schließt die Vortriebseinstelleinrichtung daraus, dass eine weitere Änderung des Kraftwirkungswinkels in gleicher Weise eine weitere Vergrößerung der Vortriebsgeschwindigkeit bewirken wird. Wenn sich hingegen die Vortriebsgeschwindigkeit verringert hat, ver- schwenkt die Vortriebseinstelleinrichtung die Kraftwirkungsrichtung in entgegengesetzter Weise, mit der Erwartung, damit eine Erhöhung der Vortriebsgeschwindigkeit zu erreichen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Maximieren der Vortriebsge- schwindigkeit werden die dafür erforderlichen Schritte durchgeführt. Während des Fahrens der Vibrationsplatte in Abhängigkeit von einem von dem Bediener vorgegebenen Richtungswunsch wird die aktuelle Vortriebsgeschwindigkeit (bzw. eine Änderung der Vortriebsgeschwindigkeit) erfasst. Die Vortriebsgeschwindigkeit wird mit der zuletzt erfassten Vortriebsgeschwin- digkeit verglichen und ein Vergrößern oder ein Verringern der Vortriebsgeschwindigkeit festgestellt. Die Kraftwirkungsrichtung wird in der gleichen Schwenkrichtung verändert, wie bei einer vorherigen Änderung, wenn eine Vergrößerung der Vortriebsgeschwindigkeit festgestellt wurde. Wird hingegen eine Verringerung der Vortriebsgeschwindigkeit festgestellt, erfolgt das Ändern der Kraftwirkungsrichtung in der zu der vorherigen Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrichtung. Diese Schritte werden ständig wiederholt, um ein Optimieren der Vortriebsgeschwindigkeit zu ermöglichen. Die zuletzt beschriebene automatische Regelung zum Optimieren der Vortriebsgeschwindigkeit kann auch in Kombination mit der oben beschriebenen bedienerintuitiven Steuerung oder auch mit einer standardmäßigen Ansteuerung einer Vibrationsplatte erfolgen. Zum Beispiel ist es denkbar, dass eine Taste vorgesehen ist, an der der Bediener bei Bedarf automatisch die maximale Vortriebsgeschwindigkeit mittels automatischer Regelung verlangt. Der Bediener wird dann von eigenen Maßnahmen weitgehend befreit.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand ei- nes Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Seitenansicht eine aus dem Stand der Technik bekannte Vibrationsplatte in Vorwärtsfahrt;
Fig. 2 die Vibrationsplatte von Fig. 1 in Rückwärtsfahrt;
Fig. 3 die Vibrationsplatte mit erhöhter Vorwärtsfahrt;
Fig. 4 die Vibrationsplatte von Fig. 3 bei Rückwärtsfahrt;
Fig. 5 die Vibrationsplatte von Fig. 3 in einer anderen Ausführungsform bei erhöhter Rückwärtsfahrt;
Fig. 6 die Vibrationsplatte von Fig. 3 an einer Steigung;
Fig. 7 in schematischer Darstellung die Vibrationsplatte von Fig. 6 mit optimiertem Steigverhalten;
Fig. 8 einen bei einer erfindungsgemäßen Vibrationsplatte eingesetzten Regelkreis zur bedienerintuitiven Steuerung bei Vorwärtsfahrt;
Fig. 9 einen bei der erfindungsgemäßen Vibrationsplatte eingesetz- ten Regelkreis zur bedienerintuitiven Steuerung bei Rückwärtsfahrt; Die erfindungsgemäße Vibrationsplatte entspricht in vielen Teilen den oben bereits in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 7 beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Vibrationsplatten. Insofern wird auf die obigen Beschreibung Bezug genommen.
Die Vibrationsplatte weist eine an sich bekannte Schwingungserregereinrichtung nach der Zweiwellen-Technologie oder auch der Dreiwellen- oder Mehrwellen-Technologie auf. Ebenso ist es möglich, dass eine der Unwuchtwellen 2, 3 axial geteilt ist, wobei jeder axiale Teil eine eigene Unwuchtmas- se trägt, deren Relativstellung individuell ansteuerbar ist. Bei einem derartigen Schwingungserreger kann ein Giermoment um die Hochachse der Vibrationsplatte erzeugt werden, was eine Lenkbarkeit erlaubt. Bei einem Dreiwellen-Schwingungserreger ist die eine Hälfte der beim Zweiwellen-Erreger vorne angebrachten Unwucht nach hinten verlagert. Dementsprechend hat der Kraftwirkungsvektor bei Zweiwellen- und Dreiwellen-Erregern dasselbe Verhalten. Die Erfindung kann mithin bei Dreiwellen- oder Mehrwellen-Erregern ebenfalls eingesetzt weden. Im Folgenden wird der Einfachheit halber jedoch nur auf Zweiwellen-Schwingungserreger Bezug genommen, wie oben bereits anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben.
Der Schwingungserreger bei der erfindungsgemäßen Vibrationsplatte ist derart ausgestaltet, dass die Richtung der resultierenden Kraft nicht nur, wie allgemein üblich, in den beiden Grenzstellungen (für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt) eingestellt werden kann, sondern auch in Zwischenstellungen. Ideal ist es, wenn die Kraftwirkungsrichtung in zahlreichen Zwischenstellungen einstellbar ist, um entsprechend viele Kraftwirkungswinkel realisieren zu können.
Fig. 8 zeigt als Prinzipschaubild einen Regelkreis, mit dem eine bedienerin- tuitive Optimierung des Steigverhaltens der erfindungsgemäßen Vibrationsplatte erreicht wird.
An einer an der Obermasse der Vibrationsplatte befestigten Deichsel 16 ist ein Bedienelement 17 vorgesehen, über das der Bediener in an sich bekann- ter Weise Steuerbefehle für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt an den Schwingungserreger übermittelt. Das Bedienelement 17 kann als robuster Griff ausgeführt sein, der zwischen der in Fig. 8 gezeigten Vorwärtsstellung und einer in Fig. 8 gestrichelten Rückwärtsstellung verschwenkbar ist. Außerdem kann der Bediener über das Bedienelement 17 mechanische Kräfte zum Führen und Lenken der Vibrationsplatte einbringen.
Bei einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform handelt es sich bei dem Bedienelement 17 um einen fest an der Deichsel 16 angebrachten Handgriff. Die Steuerbefehle für den Schwingungserreger werden dann vom Bediener über ein nicht dargestelltes, zusätzliches Steuerelement eingegeben.
Das Bedienelement 17 ist mit einer nicht dargestellten Kraftmesseinrichtung gekoppelt, die die vom Bediener aufgebrachte Kraft misst. Dabei können verschiedene Raumrichtungen unterschieden werden (rauf, runter, nach vorne, nach hinten).
Die Kraftmesseinrichtung erzeugt Kraftsignale 18, die an einen Zentralrechner 19 übermittelt werden. In dem Zentralrechner 19 wird aus den gemessenen Bedienkräften ein Mittelwert unter Zuhilfenahme eines geeigneten Zeitfensters gebildet (vergleiche Fig. 8. dort Anzahl N der gleitend zu mittelnden Messwerte).
Aufgrund der somit erfassten und hinsichtlich ihrer Wirkungsrichtung differenzierten Kräfte wird ein Bedienerwunsch ermittelt und in Form einer Stellgröße für den Schwingungserreger festgelegt. In dem Schwingungserreger kann z. B. ein Linearantrieb 20 vorgesehen sein, der die Unwuchten bzw. Unwuchtwellen in der gewünschten Weise derart ansteuert, dass sich ein vorgegebener Kraftwirkungswinkel 21 ergibt.
Der Linearantrieb 20 sollte stufenlos verstellbar und in der angewählten Po- sition gehalten werden können, um jede Zwischenwinkelstellung erreichen zu können. Der Linearantrieb 20 kann z. B. hydraulisch oder elektromotorisch angetrieben werden. Dem Linearantrieb 20 kann ein eigener schneller Regelkreis beigeschaltet sein, der die Aufgabe hat, die von außen vorgewählte Relativstellung der Unwuchten konstant zu halten.
Aufgrund des Kraftwirkungswinkels 21 und der vom Schwingungserreger erzeugten Schwingung ergibt sich ein bestimmtes Steigverhalten der Vibrati- onsplatte, die insbesondere vom Bediener zur Kenntnis genommen wird. Der Bediener dient insofern als Regelglied. Je nach seinem Wunsch wird er an dem Bedienelement 17 drücken oder ziehen und dadurch über den Regelkreis eine Veränderung oder ein Konstanthalten des Kraftwirkungswin- kels 21 und damit des Steigverhaltens der Vibrationsplatte bewirken.
Wenn ein Bediener die Vibrationsplatte schneller laufen lassen möchte, wird er intuitiv kräftiger nach vorn gegen das Bedienelement 17 drücken (siehe Fig. 8, dort Kraft Fs), obwohl gerade bei größeren Platten aufgrund der gro- ßen trägen Masse damit kaum eine Wirkung erreicht werden kann. Das kräftigere Drücken (Ansteigen der gemittelten Bedienerkraft), insbesondere, wenn mit einer Kraft oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts gedrückt wird, kann nun als Befehlssignal für den Zentralrechner 19 genutzt werden, um die Unwuchtmassen im Schwingungserreger um einen gewissen Winkel- betrag inkremental gegeneinander zu verstellen. Auf diese Weise kann der Kraftwirkungswinkel flacher gestellt werden, so dass eine höhere Vortriebsgeschwindigkeit erreicht wird.
Die Bedienkräfte am Bedienelement 17 können durch Kraftmessdosen am Deichselkopf erfasst werden. Ebenfalls ist es möglich, druckempfindliche Handgriffe vorzusehen. Grundsätzlich eignen sich alle Arten von Druckbzw. Kraftaufnehmern, mit denen die Handkraft des Bedieners erfasst werden kann. Jedoch sollte eine Differenzierung in verschiedene Wirk- bzw. Raumrichtungen möglich sein.
Erhält der Zentralrechner 19 - z. B. durch Auswertung des gleitenden Mittelwerts - die Information, dass die horizontale Bediener kraft Fs durch intuitives Nachdrücken der Bedienelemente 17 sich im Mittel erhöht hat, so wird der Kraftwirkungswinkel flacher eingestellt. Dadurch erhöht sich in der Ebe- ne die Vorwärtsgeschwindigkeit. Diese Funktionalität unterstützt den Bediener vor allem dann, wenn auf ebener Fläche eine größere Flächenleistung durch höhere Geschwindigkeit erzielt werden soll. Die maximal einstellbare Verstellung des Gesamtkraftwinkels nach vorne muss begrenzt sein, damit noch eine vertikale Restkraft verbleibt, die die Untermasse vom Boden ab- hebt, um noch einen Vortrieb zu ermöglichen. Anderenfalls würde die Bodenkontaktplatte 1 nicht mehr vom Boden abheben und lediglich eine horizontale Hin- und Herbewegung vollziehen. Die maximal einstellbare sinnvolle Verstellung des Kraftwirkungswinkels kann empirisch ermittelt werden und dem Zentralrechner 19 als begrenzende Information einprogrammiert werden.
Soll nun die Vibrationsplatte eine Unebenheit oder eine Steigung überfahren, wird ein zweites Kraftmesselement eine Bedienkraft FD messen, mit der der Bediener die Vibrationsplatte an der Deichsel 16 intuitiv nach unten drücken will, um die Vorderkante der Bodenkontaktplatte 1 anzuheben. Auch für diese Kraftkomponente bildet der Zentralrechner 19 einen geeigne- ten Mittelwert. Erhält der Zentralrechner 19 die Information, dass sich die vertikale Bedienkraft nach unten im Mittel erhöht hat bzw. jenseits von einem vorgegebenen Grenzwert liegt, so wird der Kraftwinkel steiler eingestellt. Auch die Rückstellung des Gesamtkraftvektors muss auf ein maximal mögliches Maß begrenzt bleiben, um eine minimal notwendige Vortriebskom- ponente zu erzielen.
Wenn die Maschine an einem Hang steckenbleibt, weil der Bediener den Kraftvektor zu steil eingestellt hat, wird der Bediener intuitiv die Maschine an dem Bedienelement 17 nach vorne drücken, wodurch der Kraftwirkungs- winkel wieder flacher eingestellt wird. Wenn die vertikale, nach unten gerichtete Bedienerkraft abnimmt, wird der Kraftwinkel ebenfalls wieder flacher eingestellt. Durch beide Maßnahmen kann die Maschine letztlich wieder Fahrt aufnehmen.
Solange die Vibrationsplatte keine horizontalen oder vertikalen Bedienkraftsignale bekommt, stellt sie den Schwingungserreger auf einen Standard-Kraftwinkel von z. B. 45° zurück. Für Sonderanwendungen (z. B. PfIa- stereinrütteln) können auch andere Standard- Kraftwinkel vorgegeben werden.
Fig. 9 zeigt den Regelkreis von Fig. 8 bei Rückwärtsfahrt der Vibrationsplatte.
Das Bedienelement 17 wurde von dem Bediener entsprechend in bekannter Weise nach hinten verschwenkt, um den Schwingungserreger derart anzusteuern, dass ein resultierender Kraftvektor mit Horizontalkomponente in Rückwärtsrichtung erzeugt wird. Auch jetzt sind wieder Kraftmesseinrichtungen vorgesehen, um die Bedienkräfte des Bedieners zu erfassen.
Wenn die Vibrationsplatte in Rückwärtsfahrt eine Steigung hinauffährt, wird der Bediener intuitiv in Verlängerung der Deichsel 16 das Bedienelement 17 nach hinten oben ziehen wollen, um die Hinterkante der Bodenkontaktplatte 1 anzuheben. Die hierfür aufgewendete Kraft FD wird durch die Kraftmesseinrichtung erfasst und als Kraftsignal 18 an den Zentralrechner 19 weitergeleitet. Dieser stellt, wenn die gemessene Bedienkraft über die nor- male Bedienkraft hinausgeht, den Kraftwirkungswinkel steiler, so dass ein stärkeres Abheben der Untermasse mit der Bodenkontakplatte 1 ermöglicht wird.
Wird der Kraftwirkungswinkel hingegen zu steil eingestellt und somit die Vortriebsgeschwindigkeit der Vibrationsplatte zu gering, wird der Bediener die Maschine intuitiv zu sich heranziehen wollen (Kraft Fs). Dieses Kraftsignal wird ebenfalls vom Zentralrechner 19 ausgewertet, woraufhin der Kraftwirkungswinkel wieder flacher eingestellt wird.
Soweit eine gewisse Grenzsteigung nicht überschritten wird, ist es somit möglich, auch in Rückwärtsfahrtrichtung eine bestmögliche Fahrtgeschwindigkeit für die Vibrationsplatte zu erreichen. In Rückwärtsfahrt findet grundsätzlich der gleiche Regelalgorithmus Anwendung wie bei Vorwärtsfahrt, nur dass die Bedienkräfte betragsmäßig ein umgekehrtes Vorzeichen tragen.
In dem beschriebenen Regelkreis der Vibrationsplatte kann eine geeignete Zeitkonstante eingebaut werden, um für den Bediener ein angenehmes Bedienverhalten zu erreichen. Der Regelkreis kann durch eine große Anzahl heranzuziehender Messwerte N zur gleitenden Mittelwertbildung für die Bedürfnisse des Menschen ausreichend langsam gemacht werden. Der Bediener ist dann in der Lage, die Rolle eines Messgliedes hinsichtlich des Steigverhaltens der Vibrationsplatte zu übernehmen, wobei sein intuitives Bedienverhalten aktiv von der Vibrationsplatte unterstützt wird. Die gewollt langsame Reaktion der Vibrationsplatte verhindert ein für den Bediener überraschendes Verhalten der Maschine. Die Bedienkräfte zum Auslösen des beschriebenen Ansteuermechanismus müssen größer sein als die normalerweise ohnehin wirkenden Bedienkräfte. Der Bediener hat dann subjektiv im normalen Betriebsbereich das Gefühl einer vertrauten Steuerung und nimmt die zusätzliche Steuermöglichkeit durch Aufbringen stärkerer Bedienkräfte als zusätzliches Steuerelement wahr.
Durch intuitives - oder auch beabsichtigtes - Drücken und Ziehen der Bedienelemente kann es der Bediener erreichen, dass die Vibrationsplatte so- wohl in der Ebene als auch am Hang eine maximale Vortriebsgeschwindigkeit erreicht. Die zusätzlich vorhandene Möglichkeit, mit Hilfe des Bedienelements 17 auch Zwischenstellungen des Schwingungserregers, also gezielte Kraftwirkungswinkel, einzustellen, ist hiervon nicht berührt. Dem Bediener wird durch die erfindungsgemäße Vibrationsplatte ein Kombinati- onsbedienelement zur Verfügung gestellt, mit dem er intuitiv stets optimal steuern kann.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich zum Bediener oder anstelle des Bedieners als Mess- und Stellglied ein Geschwindig- keits- bzw. Beschleunigungssensor vorgesehen, mit dem die aktuelle Vorwärtsgeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsänderung bestimmt werden kann. So kann die Geschwindigkeit z. B. auch durch Analyse einer Beschleunigungsmessreihe ermittelt werden. Ein automatisches Regelglied ist daraufhin in der Lage, den Kraftwirkungswinkel innerhalb vorgegebener Grenzen zu variieren und durch Vergleich mit weiteren Geschwindigkeitsmessungen festzustellen, ob die Variation des Kraftwirkungswinkels, also das Verschwenken des Kraftwirkungswinkels, in die richtige Richtung erfolgte, so dass die Vortriebsgeschwindigkeit erhöht wurde. Wird hingegen eine Verringerung der Vortriebsgeschwindigkeit festgestellt, kann der Kraftwir- kungswinkel auch in die entgegengesetzte Schwenkrichtung verschwenkt werden.
Durch den fortwährenden Vergleich wird der Kraftwirkungswinkel derart eingestellt, dass jeweils eine optimale Vortriebsgeschwindigkeit erreicht wer- den kann.
Die oben beschriebene intuitive Bedienersteuerung oder die zuletzt beschrie- bene vollautomatische Kraftvektoroptimierung können unabhängig voneinander oder auch in Kombination miteinander bei der erfindungsgemäßen Vibrationsplatte um Einsatz kommen. Ebenso ist es möglich, die beiden genannten Prinzipien bei einer Vortriebseinstelleinrichtung einzusetzen, bei der eine Bergauf- oder Bergab-Fahrt der Vibrationsplatte, z. B. durch eine Neigungserkennungseinrichtung, erkannt wird und eine entsprechende Verstellung des Kraftvektors bewirkt wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vibrationsplatte, mit einer einen Antrieb aufweisenden Obermasse (5); und mit - einer mit der Obermasse (5) über eine Federeinrichtung (4) verbundenen, eine Schwingungserregereinrichtung (2) und eine Bodenkontaktplatte ( 1) aufweisenden Untermasse; wobei durch die Schwingungserregereinrichtung (2) eine Schwingung mit ei- ner resultierenden Kraftwirkungsrichtung erzeugbar ist; die Schwingungserregereinrichtung (2) derart ansteuerbar ist, dass die Kraftwirkungsrichtung in mehrere Stellungen, insbesondere in mehr als zwei Stellungen einstellbar ist; ein Bedienelement ( 17) zum Eingeben eines Steuerbefehls durch den Bediener vorgesehen ist; das Bedienelement ( 17) mit einer Vortriebseinstelleinrichtung gekoppelt ist, so dass der Steuerbefehl auf die Vortriebseinstelleinrichtung übertragbar ist; und wobei die Kraftwirkungsrichtung durch das Ansteuern mittels der Vortriebs- einStelleinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuerbefehl des Bedieners veränderbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebseinstelleinrichtung zum Ansteuern der Schwingungserregereinrichtung (2) derart ausgebildet ist, dass die Kraftwirkungsrichtung stets in eine Stellung eingestellt wird, bei der eine maximal mögliche Vortriebsgeschwindigkeit der Vibrationsplatte über Grund erreicht wird, wenn der Steuerbefehl des Bedieners eine maximale Vortriebsgeschwindigkeit verlangt; und dass die Kraftwirkungsrichtung durch das Ansteuern mittels der Vortriebs- einStelleinrichtung in Abhängigkeit von einer Veränderung der Umgebung der Vibrationsplatte, insbesondere der Neigung und/oder der Festigkeit eines von der Bodenkontaktplatte ( 1) zu verdichtenden Untergrunds veränderbar ist.
2. Vibrationsplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebseinstelleinrichtung aufweist: eine Neigungserkennungseinrichtung zum Erkennen eines Neigungs- winkeis der Bodenkontaktplatte ( 1) bezüglich einer Horizontalen; und eine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Winkels der Kraftwirkungsrichtung bezüglich der Bodenkontaktplatte ( 1 ) in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel der Bodenkontaktplatte ( 1).
3. Vibrationsplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einzustellende Winkel der Kraftwirkungsrichtung ein Winkel ist, der bei dem erkannten Neigungswinkel eine größtmögliche Vortriebsgeschwindigkeit gewährt.
4. Vibrationsplatte, mit einer einen Antrieb aufweisenden Obermasse (5); und mit einer mit der Obermasse (5) über eine Federeinrichtung (4) verbundenen, eine Schwingungserregereinrichtung (2) und eine Bodenkontaktplatte (1) aufweisenden Untermasse; wobei durch die Schwingungserregereinrichtung (2) eine Schwingung mit einer resultierenden Kraftwirkungsrichtung erzeugbar ist; die Schwingungserregereinrichtung (2) derart ansteuerbar ist, dass die Kraftwirkungsrichtung in mehrere Stellungen, insbesondere in mehr als zwei Stellungen einstellbar ist; die Kraftwirkungsrichtung durch das Ansteuern mittels einer Vortriebseinstelleinrichtung in Abhängigkeit von einem Steuerbefehl des Bedieners veränderbar ist; und wobei - ein Bedienelement ( 17) zum Eingeben des Steuerbefehls durch den
Bediener vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebseinstelleinrichtung zusätzlich zu dem Bedienelement ( 17) eine Bedienerwunsch-Erkennungseinrichtung aufweist; - die Bedienerwunsch-Erkennungseinrichtung wenigstens eine Kraftmesseinrichtung aufweist, zum Erfassen einer vom Bediener auf das Bedienelement ( 17) und/ oder ein weiteres Bedienelement aufgebrachten Kraft in wenigstens eine Raumrichtung; und dass wenn die von der Kraftmesseinrichtung erfasste Kraft größer als eine zum bestimmungsgemäßen Betätigen des Bedienelements erforderliche Kraft ist, die Vortriebseinstelleinrichtung die Kraftwirkungsrichtung entsprechend vorgegebener Regeln verändert.
5. Vibrationsplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kraftmesseinrichtung mehrere Kräfte in mehreren Raumrichtungen getrennt erfassbar sind.
6. Vibrationsplatte nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kraftmesseinrichtung aufgrund der getrennt erfassten Kräfte getrennt zu verarbeitende Kraftsignale ( 18) erzeugbar sind; und dass die Vortriebseinstelleinrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, mit der die Kraftsignale ( 18) derart auswertbar sind, dass in Abhängigkeit von Betrag und /oder Richtung der ein jeweiliges Kraftsignal ( 18) bewirkenden Kraft die Kraftrichtung der Schwingungserregereinrichtung verändert wird.
7. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Vibrationsplatte eine Deichsel ( 16) aufweist, an der wenigstens ein Bedienelement ( 17) zum Führen durch den Bediener vorgesehen ist.
8. Vibrationsplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement ( 17) oder ein Steuerelement zum Vorgeben einer Vorwärts- und /oder einer Rückwärtsfahrt der Vibrationsplatte dient, wobei die Kraftwirkungsrichtung durch die Schwingungserregereinrichtung (2) in Abhängigkeit von einem Signal von dem Bedienelement ( 17) oder dem Steuerelement entsprechend mit einer horizontalen Kraftkomponente in Vor- wärts- oder in Rückwärtsrichtung einstellbar ist.
9. Vibrationsplatte nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine durch den Bediener an dem Bedienelement ( 17) aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt, ein Kraftwir- kungswinkel der Kraftwirkungsrichtung bezüglich der als Bezugsebene angesehenen Bodenkontaktplatte ( 1 ) auf einen vorgegebenen Standard-Kraftwirkungswinkel einstellbar ist.
10. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Vortriebseinstelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass, wenn eine Vorwärtsfahrt gewählt ist und eine durch den Bediener an dem Bedienelement ( 17) im Wesentlichen nach unten gerichtet aufgebrach- te Kraft einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt oder über einen bestimmten Zeitraum im Mittel ansteigt, ein Kraftwirkungswinkel der Kraftwirkungsrichtung bezüglich der als Bezugsebene angesehenen Bodenkontaktplatte ( 1 ) steiler einstellbar ist, insbesondere steiler als ein vorgegebener Standard- Kraftwirkungswinkel.
1 1. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Rückwärtsfahrt eingestellt ist und eine durch den Bediener an dem Bedienelement ( 17) im Wesentlichen nach oben gerichtet aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt oder über einen bestimmten Zeitraum im Mittel ansteigt, ein Kraftwirkungswinkel der Kraftwirkungsrichtung bezüglich der als Bezugsebene angesehenen Bodenkontaktplatte ( 1) steiler einstellbar ist, insbesondere steiler als ein vorgegebener Standard-Kraftwirkungswinkel.
12. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Vorwärtsfahrt eingestellt ist und eine durch den Bediener an dem Bedienelement ( 17) im Wesentlichen nach vorne, in eine Vorwärtsrichtung gerichtet aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt oder über einen bestimmten Zeitraum im Mittel ansteigt, ein Kraftwirkungswinkel der Kraftwirkungsrichtung bezüglich der als Bezugsebene angesehenen Bodenkontaktplatte ( 1 ) flacher einstellbar ist, insbesondere flacher als ein vorgegebener Standard-Kraftwirkungswinkel.
13. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Rückwärtsfahrt eingestellt ist und eine durch den Bediener an dem Bedienelement ( 17) im Wesentlichen nach hinten, in eine Rückwärtsrichtung gerichtet aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt oder über einen bestimmten Zeitraum im Mittel ansteigt, ein Kraftwirkungswinkel der Kraftwirkungsrichtung bezüglich der als Bezugsebene angesehen Bodenkontaktplatte ( 1) flacher einstellbar ist, insbesondere flacher als ein vorgegebener Standard-Kraftwirkungswinkel.
14. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Vortriebseinstelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass, wenn ein Kraftwirkungswinkel eingestellt ist, der steiler oder flacher als der Standard-Kraftwirkungswinkel ist, dieser Kraftwirkungswinkel auch dann konstant haltbar ist, wenn die von dem Bediener an dem Bedienelement ( 17) aufgebrachte Kraft den vorgegebenen Grenzwert nicht mehr übersteigt oder nicht mehr über einen bestimmten Zeitraum im Mittel ansteigt.
15. Vibrationsplatte nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebseinstelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass, wenn eine durch den Bediener an dem Bedienelement ( 17) aufgebrachte, der ursprünglichen, den vorgegebenen Grenzwert übersteigenden Kraft entgegengesetzt wirkende Kraft einen weiteren vorgegebenen Grenz- wert übersteigt oder über einen bestimmten Zeitraum im Mittel ansteigt, der Kraftwirkungswinkel in Richtung der entgegengesetzt wirkenden Kraft um einen vorgegebenen Schwenkwinkel in mehreren Schritten oder kontinuierlich verschwenkt wird.
16. Vibrationsplatte, mit einer einen Antrieb aufweisenden Obermasse (5); und mit einer mit der Obermasse (5) über eine Federeinrichtung (4) verbundenen, eine Schwingungserregereinrichtung (2) und eine Bodenkontaktplatte ( 1 ) aufweisenden Untermasse; wobei durch die Schwingungserregereinrichtung (2) eine Schwingung mit einer resultierenden Kraftwirkungsrichtung erzeugbar ist; und wobei die Schwingungserregereinrichtung (2) durch eine Vortriebseinstelleinrichtung derart ansteuerbar ist, dass die Kraftwirkungsrichtung in mehrere Stellungen, insbesondere in mehr als zwei Stellungen einstellbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebseinstelleinrichtung aufweist: eine Geschwindigkeits-Detektionseinrichtung zum Erfassen einer aktuellen Vortriebsgeschwindigkeit und /oder einer Änderung der Vortriebsge- schwindigkeit, eine Auswerteeinrichtung zum Vergleichen der aktuellen Vortriebsgeschwindigkeit mit einer zuletzt erfassten Vortriebsgeschwindigkeit und/ oder zum Auswerten der Änderung der Vortriebsgeschwindigkeit derart, dass ein Vergrößern oder ein Verringern der Vortriebsgeschwindigkeit der Vibrationsplatte feststellbar ist, und durch eine Variationseinrichtung zum Ändern der Kraftwirkungsrichtung in einer Schwenkrichtung derart, dass bei Feststellen einer Vergrößerung der Vortriebsgeschwindigkeit eine weitere Änderung der Kraftwirkungsrichtung in der gleichen Schwenkrichtung bewirkt wird, und dass bei Feststellen einer Verringerung der Vortriebsgeschwindigkeit eine Änderung der Kraftwirkungsrichtung in einer entgegengesetzten Schwenkrichtung bewirkt wird.
17. Verfahren zum Maximieren der Vortriebsgeschwindigkeit einer Vibrationsplatte mit einer Schwingungserregereinrichtung (2), bei der eine Kraftwirkungsrichtung einer erzeugten Schwingung veränderbar ist, mit den Schritten: a) Fahren der Vibrationsplatte in Abhängigkeit von einem von einem Bediener vorgegebenen Richtungswunsch mit einer Kraftwirkungsrichtung, die einen horizontalen Kraftanteil entsprechend dem Richtungswunsch hat; b) Erfassen einer aktuellen Vortriebsgeschwindigkeit und/ oder einer Änderung der Vortriebsgeschwindigkeit; c) Vergleichen der aktuellen Vortriebsgeschwindigkeit mit einer zuletzt erfassten Vortriebsgeschwindigkeit und /oder Auswerten der Änderung der Vortriebsgeschwindigkeit derart, dass ein Vergrößern oder ein Verringern der Vortriebsgeschwindigkeit der Vibrationsplatte festgestellt wird; d) Ändern der Kraftwirkungsrichtung mit einem kleinen Winkelschritt oder kontinuierlich in der gleichen Schwenkrichtung wie bei der vorherigen
Änderung, wenn eine Vergrößerung der Vortriebsgeschwindigkeit festgestellt wird; e) Ändern der Kraftwirkungsrichtung mit einem kleinen Winkelschritt in einer zu der vorherigen Schwenkrichtung entgegengesetzten Schwenkrich- tung, wenn eine Verringerung der Vortriebsgeschwindigkeit festgestellt wird; f) Wiederholen der Schritte b) bis f).
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