WO2008128619A1 - Schwingungserreger für bodenverdichtungsvorrichtung - Google Patents

Schwingungserreger für bodenverdichtungsvorrichtung Download PDF

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WO2008128619A1
WO2008128619A1 PCT/EP2008/002501 EP2008002501W WO2008128619A1 WO 2008128619 A1 WO2008128619 A1 WO 2008128619A1 EP 2008002501 W EP2008002501 W EP 2008002501W WO 2008128619 A1 WO2008128619 A1 WO 2008128619A1
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imbalance
phase
phase position
mass
generator according
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PCT/EP2008/002501
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Wagner
Otto W. Stenzel
Martin Awrath
Original Assignee
Wacker Neuson Se
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161—Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B06B1/166—Where the phase-angle of masses mounted on counter-rotating shafts can be varied, e.g. variation of the vibration phase
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
    • Y10T74/18344—Unbalanced weights

Definitions

  • the invention relates to a vibration exciter for soil compacting devices, such. B. for vibratory rollers or vibratory plates.
  • vibration exciters For vibratory rollers or plates vibration exciters are known in which at least two mutually parallel shafts form fit, z. B. coupled by gears with each other, are rotatable in opposite directions. Each of these shafts carries at least one imbalance mass, wherein, in particular for steerable vibrating plates, it is also possible for a plurality of imbalance masses to be provided on a shaft, which are pivotable with respect to their phase position relative to the shaft carrying them.
  • a phase adjusting device is provided in each case, which adjusts the relative position of the imbalance masses to each other.
  • a swirl or spiral sleeve in which a piston can be axially displaced. Due to the axial displacement of the piston and a guide pin connected to the piston in a spiral groove of the swirl sleeve, the rotational position of the swirl sleeve changes relative to the shaft carrying it.
  • phase adjustment systems are also suitable, e.g. modified differential or planetary gearboxes.
  • the vibrating plate moves in the forward or backward direction or work. tet in the mode of restraint.
  • the phase adjustment device can have a swirl sleeve and an actuating piston which predetermines the rotational position of the swirl sleeve and can be displaced axially with respect to the shaft under the action of a hydraulic system.
  • the adjustment of the relative position and thus the phase position of the imbalance masses is realized in the form of a control.
  • the operator gives an operator request via a control element, eg. B. forward or reverse, before. This command is converted by the system into a specific position of the control piston, which is controlled accordingly by the hydraulic system.
  • the invention has for its object to realize a continuous adjustment of an exciter force vector with high accuracy, but in the simplest possible way.
  • a vibration exciter has at least two shafts coupled in opposite directions, on each of which at least one imbalance mass is arranged, and a phase adjusting device for changing the phase position of the two imbalance masses relative to each other, a phase position determining device for determining an actual actual phase position (actual value for the Phase position ⁇ of the two imbalance masses to each other, a control device for specifying a desired phase position (target value for the phase position) of the imbalance masses and a control device for comparing the actual phase position with the predetermined desired phase position and for driving the phase adjustment such that a deviation from actual -Phase position and target phase angle is minimal.
  • the waves can be arranged parallel to each other or at an angle to each other. - A -
  • phase position determining device With the aid of the phase position determining device, it is possible to directly measure the position or phase position of the respective imbalance masses.
  • the control device compares the thus determined actual phase position of the imbalance masses with a predetermined by the control device desired phase position and takes appropriate control measures by driving the Phaseneinstell issued.
  • the phase adjustment can be performed in a known manner and z. B. have a piston-cylinder unit, in which the piston is moved hydraulically.
  • a vibrating plate or a vibrating roller equipped with the vibrator can be guided very precisely and sensitively, i. , to move forwards and backwards at a suitable speed and to steer.
  • the phase position determination device can have a position detection device for respectively detecting a rotational position of each of the unbalanced masses, wherein the actual phase position can be determined by the phase position determination device from the rotational positions of the respective imbalance masses.
  • the position detection device can be designed such that the rotational position of a respective imbalance mass can be detected at least at one point and / or at a time during one revolution of the imbalance mass.
  • the position detection device With the aid of the position detection device, it is thus possible to determine the position of the imbalance mass at least once during one revolution of the imbalance mass or shaft. At the same time, the time at which the imbalance mass assumes the relevant position is also recorded. This makes it possible at a certain point in time to determine at which point the rotating imbalance mass is currently located. It is also possible, the presence of imbalance mass at a certain point during one revolution and to determine the exact time.
  • the positions of the individual imbalance masses can be precisely determined and related to one another, so that the phase position of the imbalance masses can be determined as a result of each other.
  • a controlled adjustment of the phase position or the phase angle of the waves or the imbalance masses and thus the resulting imbalance forces can then be made based on this actually measured phase angle.
  • the position detection device can have at least two proximity sensors which are each arranged in the vicinity of a movement path of a respectively assigned imbalance mass and detect an approach of the associated imbalance mass. With the help of the sensors, it is particularly easy to detect the presence of an imbalance mass at a predetermined location. At the same time, the time at which the imbalance mass is located in the proximity of the proximity sensor is determined. It is possible, for. As the approach of imbalance mass to the sensor or the removal of imbalance mass from the sensor - after the unbalanced mass has passed the sensor - to detect, to increase the accuracy of measurement.
  • the times can be detected, to which the respectively to be detected imbalances the proximity sensors pass.
  • the period duration (T) is determined as the reciprocal of the rotational speed.
  • the phase difference can then be determined:
  • the position detection device can also have an incremental encoder, which determines the position of the respective imbalance mass at only one location in the simplest embodiment. In a higher-quality version, it is also possible to determine the detection of the position with a higher resolution, that is several times during one revolution of the imbalance mass. Likewise, the incremental encoder can be designed such that it continuously detects the position of the imbalance mass.
  • the incremental encoder z. B. have an additional wheel that sits on the imbalance-bearing shaft and its rotational motion is detected digitally or analogously, e.g. using photodiodes. It is also possible to provide an optical pattern on the imbalance mass or the shaft that is detected and evaluated by an optical device. Furthermore, a gear may be provided which rotates with the unbalanced mass and whose interstices are scanned optically, inductively or capacitively.
  • the rotational speed of the waves and thus the imbalance masses can be determined. If z. If, for example, the presence of a particular imbalance mass during one revolution in the vicinity of the proximity sensor is detected with the aid of the abovementioned proximity sensors, the rotational speed can be precisely determined on account of the time required for the imbalance mass to be used for a further revolution. Again, it can be useful, not only the presence, but z. B. already evaluate the approach of the imbalance mass to the proximity sensor as a criterion, which is z. B. expresses in the form of a signal rise and a corresponding signal edge.
  • the position detection device can be designed in such a way that the rotational position of a respective imbalance mass can be detected indirectly by determining the position of an element positively coupled to the imbalance mass.
  • the position of the imbalance mass is not determined directly, but the position of a "replacement" element, but coupled to the unbalanced mass such that the position of the replacement element changes exactly with the position of the respective unbalanced mass.
  • the phase adjustment device may have a mechanically, hydraulically and / or electrically movable piston and a swirl sleeve which can be rotated in a form-fitting manner by a movement of the piston.
  • the swirl sleeve can be positively coupled with at least one of the imbalance masses and / or one of the shafts, wherein the positively coupled element relevant for detecting the position of the imbalance mass is the piston or the swirl sleeve.
  • any change in the phase position of the imbalance mass must also cause a corresponding change in the position of the swirl sleeve or the piston.
  • the position change tion of the swirl sleeve or the piston can also be used as a precise criterion for the phase position of the imbalance mass.
  • a data transmission path can be provided which has a data transmission path via cable or radio.
  • the position detection device ie z. B. the sensors or other transducers, to provide directly in the region of the imbalance masses, while other, in particular vibration-sensitive components of the phase position determination device, but also the control device and the control device can be arranged away from the imbalance masses.
  • these components may be arranged in a vibrating plate on a vibrationally decoupled from the vibration exciter upper mass.
  • the control device may have an operator-manageable control element for inputting a direction desired.
  • the control device can then be designed such that it determines a suitable desired phase position for the respective imbalance masses on the basis of the direction of travel desired.
  • the desired phase position is then used by the control device as a default, according to which the actual phase position is to be readjusted.
  • a control is z. B. an existing on a drawbar of a vibrating plate control lever.
  • a remote control infrared, radio, cable
  • the operator can also specify steering commands.
  • the control device can have a target device for specifying the desired phase position as a function of path, compression and / or velocity targets. These goals can e.g. be specified by the operator, but also by a navigation system or a control program.
  • the vibration exciter according to the invention allows the position of the imbalance masses to be selected with very high precision and then also to be kept constant, continuously variable phase angles of the resulting exciter vector can be realized.
  • z. B. control a vibrating plate very sensitively. For example, it is possible to have a gentle acceleration of the vibrating plate in one to reach certain direction. Similarly, cornering with different sized bends are possible.
  • a steerable vibration plate it may be necessary to axially divide the unbalanced masses on at least one of the imbalance shafts and to be able to adjust their phase position relative to one another with respect to each other.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a vibrating plate with a vibration exciter according to the invention.
  • Fig. 5 is a block diagram of the control engineering structure
  • Fig. 6 is a position detection device in a schematic
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vibration plate with a vibration exciter according to the invention with an exemplary construction.
  • the vibration generator could also be installed in a vibrating roller for soil compaction.
  • the vibration plate has a bottom contact plate 1 for compaction of the soil.
  • a vibration exciter 2 is arranged on the ground contact plate 1, a vibration exciter 2 is arranged.
  • the ground contact plate 1 and the vibration exciter 2 together form a lower mass.
  • an upper mass 3 is arranged, which, among other things, has a drive, not shown, for the vibration generator 2 in a known manner.
  • the upper mass 3 is decoupled from the lower mass, in particular from the ground contact plate 1 via spring damper elements 4, so that the ground contact plate 1 relative to the upper mass 3 is relatively movable.
  • the vibration exciter 2 has two shafts 5a, 5b arranged parallel to one another and counter-rotatably coupled.
  • the positive coupling of the shafts 5a, 5b can, for. B. be achieved with the aid of meshing gears.
  • Each of the waves 5a. 5b carries at least one imbalance mass 6 (or 6a and 6b).
  • phase adjustment device 7 is provided, which is shown only schematically in FIG.
  • a control device 8 which controls the Phaseneinstell Surprise 7 and with the phase position of the imbalance masses 6 can be adjusted in response to a direction of travel of an operator.
  • a phase position determination device 9 for determining the actual phase position of the two imbalance masses relative to each other.
  • the phase position determination device 9 has two proximity sensors 10 serving as position detection means, which are mounted on the lower mass in FIG Vibration generator 2 are mounted in the vicinity of the movement path of the rotating imbalance masses 6, as will be explained later.
  • the proximity sensors 10 serve to detect the respective position of the imbalance masses 6 in order to be able to derive therefrom the phase position of the resulting exciter force vector.
  • replacement elements eg markings
  • the signals of the proximity sensors 10 are evaluated by the phase position determination device 9 and supplied to the control device 8 as information for the actual phase position of the two imbalance masses 6.
  • a control device 1 1 for prescribing a desired phase position for the imbalance masses 6 is provided.
  • the controller 1 1 z. B. have an operating lever 12, with which the operator can communicate his desire to travel in a conventional manner. It is also possible to provide a remote control with which the operator can transmit control data to the vibration plate via cable, infrared or radio.
  • the operator request is "translated" by the control device 1 1 or the control device 8 into a suitable desired phase position, which is the setpoint for the control device 8.
  • the regulating device 8 controls the phase adjusting device 7 in such a way that the actual phase position comes as close as possible to the desired phase position. In this way, a very sensitive speed and direction control of the vibrating plate is possible.
  • the signal lines are shown in dashed lines in Fig. 1.
  • FIG. 2 shows the functional structure of the vibration generator 2 and the further elements of the vibration plate in a schematic detailing. Same components as in Fig. 1 are identified by the same reference numerals.
  • a belonging to the upper mass 3 drive motor 13 drives via a belt drive 14, a first imbalance shaft 5 a rotating.
  • the rotational movement of the first imbalance shaft 5a is transmitted via a gear coupling 15 to a second imbalance shaft 5b, so that the second imbalance shaft 5b rotates at the same speed, but in opposite directions to the first imbalance shaft 5a.
  • Each of the imbalance shafts 5a, 5b carries two imbalance masses 6.
  • the imbalance masses 6 are each firmly connected in the example shown with the imbalance shaft 5a, 5b carrying them. In other embodiments, however, it is possible for at least one of the imbalance masses 6 to be pivotable relative to the imbalance shaft 5a, 5b carrying it in order to change the phase position of this imbalance mass 6 in relation to the imbalance shaft 5a, 5b concerned.
  • the phase adjustment device 7 is provided in the region of the gear coupling 15.
  • the phase adjuster 7 has an axially movable in the hollow imbalance shaft 5b actuating piston 16 which carries a transverse pin 17.
  • the transverse pin 17 is displaceable in a spiral groove 18 of a swirl sleeve 19. If now the actuating piston 16 is moved axially with the transverse pin 17, the swirl sleeve 19 must follow this movement by being rotated relative to the second unbalanced shaft 5b. Due to the support via the gear coupling 15 with respect to the first imbalance shaft 5a, the phase position between the two unbalanced shafts 5a, 5b is changed. Depending on the axial position of the actuating piston 16 thus results in a certain phase position between the unbalanced shafts 5a, 5b.
  • the axial position of the actuating piston 16 is made by a piston-cylinder unit 20.
  • the piston-cylinder unit 20 is connected to a hydraulic unit 21 with an oil reservoir 22, a hydraulic pump 23 and a pressure-limiting valve 24.
  • the control of the oil supply and removal takes place by means of an electrically actuated valve 25, z.
  • the valve 25 is controlled by the control device 8.
  • the control device 8 receives - as already described above - from the control device 1 1 and z. B. the operating lever 12 control commands, which are regarded as a signal for a desired phase position.
  • the proximity sensors 10 are provided in the interior of the vibration exciter 2, which detect at least two locations an approximation of each associated unbalanced mass 6 during its rotation. This proximity signal is also supplied to the control device 8 or the phase position determining device 9 provided there, so that the control device 8 can control the valve 25 in a suitable manner in order to achieve the required phase position.
  • the imbalance shaft 5a is regarded as the front imbalance shaft, while the imbalance shaft 5b is the rear imbalance shaft.
  • the direction 26 can be determined by a vector angle ⁇ with respect to the vertical.
  • a vector angle of 0 ° thus corresponds to an exciter force that acts purely vertically and means a stand shaking.
  • the vector angle ⁇ of the exciter force is half the phase angle between the two imbalance masses 6a, 6b.
  • a reduction in the phase angle between the imbalance masses 6a, 6b thus also leads to a smaller vector angle ⁇ and thus to a greater proportion of the excitation force in the vertical direction and to a smaller proportion in the horizontal direction.
  • the phase angle in Fig. 3 is 45 °, so that accordingly the vector angle ⁇ is 22.5 °.
  • Fig. 4 shows the same arrangement as Fig. 3, but with a phase angle of 90 °, which leads to a vector angle ⁇ of 45 °.
  • Fig. 5 shows schematically the concept of the phase angle control loop, as has also been explained above with reference to FIG.
  • the actual phase position and the desired phase angle over the respective phase angle is compared.
  • the control device 8 then takes over the valve 25 suitable control measures that lead to a rotation of the swirl sleeve 19 and thus an adjustment of the vibrator 2.
  • the position of the imbalance masses 6a, 6b in the vibration exciter 2 is determined with the aid of the proximity sensors 10 and the phase position determination device 9, which determines the actual phase angle.
  • control device 8 As a control device 8, a conventional Industrieiegler analog or digital design can be used.
  • the control device 8 is arranged on the upper mass 3, since there prevail substantially lower mechanical loads.
  • the actually measured phase angle is made available to the control device 8 by the phase position determination device 9.
  • the phase position determination device 9 can be provided directly on the control device 8, but also on others
  • the signal transmission to the control device 8 is z.
  • the signals emitted by the proximity sensors 10 can be transmitted by cable or radio to the phase position determination device 9 or to the control device 8.
  • the control signals calculated by the control device 8 (usually the valve voltage for the control valves, eg the valve 25) are then usually transmitted to the valves via cables.
  • the proximity sensors 10, z. B. inductive digital proximity switches are used, as shown schematically in Fig. 6. This is z. B. each laterally for each shaft to be monitored 5a, 5b, a proximity sensor 10 in the Erre- gergephinuse 2a attached.
  • the proximity sensors 10 can also be designed as Hall sensors or as capacitive sensors.
  • the proximity sensor 10 If the respective imbalance mass 6a, 6b is below or in the vicinity of the proximity sensor 10, the proximity sensor 10 outputs a high level, otherwise a low level. On the basis of the signal level change, the point in time at which the beginning of an imbalance mass 6a, 6b moves in the direction of rotation and later the end of the imbalance mass 6a, 6b can accordingly be detected.
  • the angle between the imbalance masses 6a, 6b can be determined at these two points in time. Since the imbalance angle of the two imbalance masses 6a, 6b are not determined at the same time and the phase position of the imbalance masses 6a, 6b can and should change, z. B. supporting values of the angular position z. B. be obtained by linear interpolation. For this purpose, the angular velocity of the respective unbalanced shaft 5a, 5b is required at which the interpolation is to be made. The angular velocity can then be determined from two successive signal edges (rise or fall) and the time elapsed therebetween.
  • the proximity sensors 10 can also z.
  • incremental encoder for determining the position of the imbalance masses 6a, 6b are used.

Abstract

Ein Schwingungserreger (2) fur eine Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung weist zwei zueinander parallel angeordnete, gegenlàufig drehbar gekoppelte Wellen (5a, 5b) auf, auf denen jeweils wenigstens eine Unwuchtmasse (6a, 6b) angeordnet ist. Eine Phaseneinstelleinrichtung (7) dient zum Veràndern der Phasenlage der beiden Unwuchtmassen (6a, 6b) zueinander. Dabei wird die tatsàchli- che Ist-Phasenlage der beiden Unwuchtmassen (6a, 6b) mit Hilfe von Nâherungssensoren ( 10) erfasst. Eine Regeleinrichtung (8) vergleicht die tatsàchliche Phasenlage mit einer vom Bediener vorgegebenen Soll-Phasenlage und steuert die Phaseneinstelleinrichtung (7) derart an, dass die Abweichung zwischen der tatsâchlichen Phasenlage und der gewünschten Phasenlage minimal ist.

Description

Schwingungserreger für Bodenverdichtungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger für Bodenverdichtungsvorrichtungen, wie z. B. für Vibrationswalzen oder Vibrationsplatten.
Für Vibrationswalzen oder -platten sind Schwingungserreger bekannt, bei denen wenigstens zwei zueinander parallel angeordnete Wellen formschlüssig, z. B. durch Zahnräder miteinander gekoppelt, gegenläufig drehbar sind. Jede dieser Wellen trägt wenigstens eine Unwuchtmasse, wobei insbesondere für lenkbare Vibrations- platten auch mehrere Unwuchtmassen auf einer Welle vorgesehen sein können, die relativ zu der sie tragenden Welle hinsichtlich ihrer Phasenlage verschwenkbar sind.
Durch die gegenläufige Rotation der Wellen wird ein resultierender Kraftvektor bewirkt, dessen Richtung von der Phasenlage der jeweils gegeneinander rotierenden Unwuchtmassen bestimmt wird. Um die Phasenlage verändern zu können, ist jeweils eine Phaseneinstelleinrichtung vorgesehen, die die Relativlage der Unwuchtmassen zueinander einstellt. Zum Beispiel ist es bekannt, eine Drall- oder Spiralhülse vorzusehen, in der ein Kolben axial verschoben werden kann. Durch die axiale Verschiebung des Kolbens und eines mit dem Kolben verbundenen Führungsstiftes in einer Spiralnut der Drallhülse ändert sich die Drehstellung der Drallhülse relativ zu der sie tragenden Welle. Ist nun die Drallhülse ihrer- seits formschlüssig mit einer Unwuchtmasse verbunden, ändert sich auch die Relativstellung bzw. Phasenlage dieser Unwuchtmasse im Verhältnis zum restlichen System. Darüber hinaus sind auch andere Phaseneinstellsysteme geeignet, wie z.B. abgewandelte Dif- ferenzial- oder Planetengetriebe.
Auf diese Weise lässt sich auch die Phasenlage der beiden Wellen zueinander und damit der betreffenden Unwuchtmassen zueinander verstellen, was im Stand der Technik seit langem bekannt ist. Je nach Richtung des resultierenden Kraftvektors bewegt sich die Vibrationsplatte in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung bzw. arbei- tet im Modus der Standrüttlung.
Wenn des Weiteren zwei Unwuchtmassen auf einer gemeinsamen Welle axial versetzt zueinander angeordnet sind und darüber hin- aus eine Phaseneinstelleinrichtung zum Einstellen der Phasenlage dieser Unwuchtmassen vorgesehen ist, kann ein Giermoment um die Hochachse des Schwingungserregers und damit der Vibrationsplatte erzeugt werden, um die Vibrationsplatte zu lenken. Auch dies ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Wie oben bereits erläutert, kann die Phaseneinstelleinrichtung eine Drallhülse und einen die Drehstellung der Drallhülse vorgebenden, bezüglich der Welle unter Einwirkung eines Hydrauliksystems axial verschiebbaren Stellkolben aufweisen. Die Verstellung der Relativposition und damit der Phasenlage der Unwuchtmassen wird in Form einer Steuerung realisiert. Der Bediener gibt über ein Bedienelement einen Bedienerwunsch, z. B. Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt, vor. Dieser Befehl wird vom System in eine bestimmte Stellung des Stellkolbens umgesetzt, der durch das Hydrauliksy- stem entsprechend angesteuert wird. Eine Kontrolle, ob die Unwuchtmassen tatsächlich die vorgesehene Relativstellung zueinander einnehmen, erfolgt nicht. Der Bediener erkennt die Folgen seiner Steuermaßnahmen erst am dann geänderten Fahrverhalten der Vibrationsplatte .
Das bedeutet, dass der reale, sich tatsächlich ergebende Vektorwinkel der resultierenden Erregerkraft nicht gemessen wird. Unter Umständen kann es dabei zu erheblichen Abweichungen zwischen dem vom Bediener gewünschten und dem sich tatsächlich einstel- lenden Vektorwinkel kommen. Grund dafür sind z. B. Temperatureffekte (das Hydrauliköl erwärmt sich, so dass sich das Hydraulikvolumen ändert und der Kolben nicht die geplante Stellung einnimmt) oder Verschlerßwirkungen. Durch die Kontaktkräfte des Bodens kann es ebenfalls zu starken Abweichungen des Vektor- winkeis kommen.
Bei Druck-geführten Systemen ohne Kolbenstellungs-Messsystem wird nur indirekt die Stellung des Kolbens bestimmt und daraus auf die Winkelstellung der Unwuchtmassen geschlossen. Besteht ein deutliches Spiel zwischen den Unwuchten, können sich merkliche Abweichungen beim resultierenden Erregerkraftvektor ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stufenlose Verstellung eines Erregerkraftvektors mit großer Genauigkeit, aber in möglichst einfacher Weise zu realisieren. Auf diese Weise soll es möglich sein, z. B. eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrtgeschwin- digkeit einer Vibrationsplatte derart einzustellen, dass eine langsame Vorwärtsfahrt mit großer Erregerkraftamplitude in vertikaler Richtung (also in Bodenrichtung) möglich ist. Ebenso soll es möglich sein, Kurvenfahrten mit beliebigen Kurvenradien bei Verwendung mehrerer, um den Schwerpunkt angeordneter Erregermodule zu erreichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwingungserreger nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert;
Ein erfindungsgemäßer Schwingungserreger weist wenigstens zwei gegenläufig drehbar gekoppelte Wellen auf, auf denen jeweils wenigstens eine Unwuchtmasse angeordnet ist, sowie eine Phaseneinstelleinrichtung zum Verändern der Phasenlage der beiden Un- wuchtmassen zueinander, eine Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer tatsächlichen Ist-Phasenlage (Istwert für die Phasenlage} der beiden Unwuchtmassen zueinander, eine Steuereinrichtung zum Vorgeben einer Soll-Phasenlage (Sollwert für die Phasenlage) der Unwuchtmassen und eine Regeleinrichtung zum Vergleichen der Ist-Phasenlage mit der vorgegebenen Soll- Phasenlage und zum Ansteuern der Phaseneinstelleinrichtung derart, dass eine Abweichung von Ist-Phasenlage und Soll-Phasenlage minimal ist.
Die Wellen können zueinander parallel oder auch winklig zueinander angeordnet sein. - A -
Mit Hilfe der Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung ist es möglich, die Stellung bzw. Phasenlage der jeweiligen Unwuchtmassen zueinander direkt zu messen. Die Regeleinrichtung vergleicht die somit festgestellte Ist-Phasenlage der Unwuchtmassen mit einer von der Steuereinrichtung vorgegebenen Soll-Phasenlage und ergreift entsprechende Regelmaßnahmen durch Ansteuern der Phaseneinstelleinrichtung. Die Phaseneinstelleinrichtung kann dabei in bekannter Weise ausgeführt werden und z. B. eine Kolben-Zylinder-Einheit aufweisen, bei der der Kolben hydraulisch bewegt wird.
Durch das direkte Erfassen der Phasenlage der Unwuchtmassen werden jegliche Störeinflüsse ausgeschlossen, was eine sehr präzise Regelung und damit Ansteuerung des Schwingungserregers ermöglicht. Dementsprechend kann eine mit dem Schwingungserre- ger ausgestattete Vibrationsplatte oder eine Vibrationswalze sehr präzise und feinfühlig geführt werden, d.h. , mit geeigneter Geschwindigkeit vorwärts und rückwärts verfahren sowie gelenkt werden.
Die Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung kann eine Positionser- fassungseinrichtung zum jeweiligen Erfassen einer Drehstellung von jeder der Unwuchtmassen aufweisen, wobei durch die Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung aus den Drehstellungen der jeweiligen Unwuchtmassen die Ist-Phasenlage bestimmbar ist. Die Posi- tionserfassungseinrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, dass die Drehstellung einer jeweiligen Unwuchtmasse wenigstens an einer Stelle und/oder zu einem Zeitpunkt während einer Umdrehung der Unwuchtmasse erfassbar ist.
Mit Hilfe der Positionserfassungseinrichtung ist es somit möglich, wenigstens einmal während einer Umdrehung der Unwuchtmasse bzw. -welle die Position der Unwuchtmasse festzustellen. Gleichzeitig wird auch der Zeitpunkt erfasst, zu dem die Unwuchtmasse die betreffende Position einnimmt. So ist es möglich, zu einem be- stimmten Zeitpunkt festzustellen, an welcher Stelle sich die rotierende Unwuchtmasse gerade befindet. Ebenso ist es möglich, das Vorhandensein der Unwuchtmasse an einer bestimmten Stelle während einer Umdrehung festzustellen und dabei den genauen Zeitpunkt zu ermitteln.
Aus diesen Informationen lassen sich die Stellungen der einzelnen Unwuchtmassen präzise bestimmen und zueinander in Beziehung setzen, so dass resultierend die Phasenlage der Unwuchtmassen zueinander bestimmt werden kann. Eine geregelte Verstellung der Phasenlage bzw. des Phasenwinkels der Wellen bzw. der Unwuchtmassen und damit der daraus resultierenden Unwuchtkräfte kann dann basierend auf diesem tatsächlich gemessenen Phasenwinkel vorgenommen werden.
Aufgrund von Energieaustauschvorgängen zwischen den Erregerwellen des Schwingungserregers und dem Rest des Systems schwanken die Drehgeschwindigkeiten der Erregerwellen. Durch die zeitliche und/ oder örtliche Diskretisierung der Messwerte der Positionen der Unwuchtmassen kann deshalb immer nur ein ge- mittelter Phasenwinkel bzw. eine gemittelte Phasenlage bestimmt werden. Das Zeitintervall, über das gemittelt wird, sowie die tat- sächliche Abweichung des Phasenwinkels von diesem Mittelwert hängen direkt von der zeitlich/ örtlichen Diskretisierung ab.
Die Positionserfassungseinrichtung kann wenigstens zwei Näherungssensoren aufweisen, die jeweils in der Nähe eines Bewe- gungswegs von einer jeweils zugeordneten Unwuchtmasse angeordnet sind und eine Annäherung der zugeordneten Unwuchtmasse erfassen. Mit Hilfe der Sensoren ist es besonders einfach möglich, das Vorhandensein einer Unwuchtmasse an einer vorbestimmten Stelle zu erkennen. Gleichzeitig dazu wird der Zeitpunkt bestimmt, an dem sich die Unwuchtmasse in der Nähe des Näherungssensors befindet. Dabei ist es möglich, z. B. das Annähern der Unwuchtmasse an den Sensor oder auch das Entfernen der Unwuchtmasse vom Sensor - nachdem die Unwuchtmasse den Sensor passiert hat - zu detektieren, um die Messgenauigkeit zu erhöhen.
Mit Hilfe der Näherungssensoren können die Zeitpunkte erfasst werden, zu den die jeweils zu detektierenden Unwuchten die Nähe- rungssensoren passieren. Aus der Wiederholgeschwindigkeit wird die Periodendauer (T) als Kehrwert der Drehgeschwindigkeit ermittelt. Aus dem Zeitunterschied der einzelnen Wellen zueinander (ΔT) kann unter Berücksichtigung der Messpositionen, d.h. der Lage der Näherungssensoren relativ zur jeweiligen Welle ( φPosmon ) und der Periodendauer dann die Phasendifferenz bestimmt werden:
ΔΓ
Alternativ oder ergänzend zu den Näherungssensoren kann die Po- sitionserfassungseinrichtung auch einen Inkrementalencoder aufweisen, der in einfachster Ausführung die Position der jeweiligen Unwuchtmasse an lediglich einer Stelle ermittelt. Bei einer höher- wertigeren Ausführung ist es auch möglich, die Erfassung der Po- sition mit höherer Auflösung, also mehrmals während einer Umdrehung der Unwuchtmasse festzustellen. Ebenso kann der Inkrementalencoder derart ausgebildet sein, dass er die Position der Unwuchtmasse kontinuierlich erfasst.
So kann der Inkrementalencoder z. B. ein zusätzliches Rädchen aufweisen, dass auf der die Unwucht tragenden Welle sitzt und dessen Drehbewegung digital oder analog erfasst wird, z.B. mittels Fotodioden. Ebenso ist es möglich, ein optisches Muster auf der Unwuchtmasse oder der Welle vorzusehen, dass durch eine opti- sehe Einrichtung erfasst und ausgewertet wird. Des Weiteren kann ein Zahnrad vorgesehen sein, das mit der Unwuchtmasse rotiert und dessen Zwischenräume optisch, induktiv oder kapazitiv abgetastet werden.
Mit Hilfe der Positionserfassungseinrichtung kann auch die Drehgeschwindigkeit der Wellen und damit der Unwuchtmassen ermittelbar werden. Wenn z. B. mit Hilfe der oben genannten Näherungssensoren das Vorhandensein einer jeweiligen Unwuchtmasse während einer Umdrehung in der Nähe des Näherungssensors er- fasst wird, lässt sich aufgrund des Zeitbedarfs, den die Unwuchtmasse für eine weitere Umdrehung benötigt, die Drehgeschwindigkeit präzise bestimmen. Auch hier kann es sinnvoll sein, nicht nur das Vorhandensein, sondern z. B. auch bereits das Annähern der Unwuchtmasse an den Näherungssensor als Kriterium auszuwerten, was sich z. B. in Form eines Signalanstiegs und einer entsprechenden Signalflanke äußert.
Die Positionserfassungseinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass die Drehstellung einer jeweiligen Unwuchtmasse indirekt durch Bestimmen der Position eines mit der Unwuchtmasse formschlüssig gekoppelten Elements erfassbar ist. In diesem Fall wird nicht die Position der Unwuchtmasse direkt bestimmt, sondern die Position eines „Ersatz"-Elements, das aber mit der Unwuchtmasse derart gekoppelt ist, dass auch die Position des Ersatzelements sich exakt mit der Position der jeweiligen Unwuchtmasse ändert.
Zum Beispiel kann die Phaseneinstelleinrichtung einen mechanisch, hydraulisch und/oder elektrisch bewegbaren Kolben und eine durch eine Bewegung des Kolbens formschlüssig verdrehbare Drallhülse aufweisen. Die Drallhülse kann mit wenigstens einer der Unwuchtmassen und/oder einer der Wellen formsrhlüssig ge- koppelt sein, wobei das für die Erfassung der Position der Unwuchtmasse relevante formschlüssig gekoppelte Element der Kolben oder die Drallhülse ist.
Aufgrund der formschlüssigen Kopplung der Unwuchtmasse mit der Drallhülse und dem die Drallhülse verstellenden Kolben muss jede Änderung der Phasenlage der Unwuchtmasse auch eine entsprechende Änderung der Position der Drallhülse oder des Kolbens nach sich ziehen. Somit kann die Positionsände-rung der Drallhülse oder des Kolbens auch als präzises Kriterium für die Phasenlage der Unwuchtmasse herangezogen werden.
Zwischen der Positionserfassungseinrichtung und der restlichen Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung und/oder zwischen der Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung und der Regeleinrichtung kann eine Datenübertragungsstrecke vorgesehen sein, die einen Datenübertragungsweg über Kabel oder Funk aufweist. Somit ist es möglich, lediglich die Positionserfassungseinrichtung, also z. B. die Sensoren oder andere Aufnehmer, direkt im Bereich der Unwuchtmassen vorzusehen, während andere, insbesondere schwingungsempfindliche Bauelemente der Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung, aber auch die Regeleinrichtung und die Steuereinrich- tung entfernt von den Unwuchtmassen angeordnet werden können. Zum Beispiel können diese Komponenten bei einer Vibrationsplatte an einer schwingungsmäßig von dem Schwingungserreger entkoppelten Obermasse angeordnet sein.
Die Steuereinrichtung kann ein von einem Bediener handhabbares Bedienele-ment zum Eingeben eines Fahrtrichtungswunschs aufweisen. Die Steuereinrichtung kann dann derart ausgebildet sein, dass sie aufgrund des Fahrtrichtungswunschs eine geeignete Soll- Phasenlage für die betreffenden Unwuchtmassen festlegt. Die SoIl- Phasenlage wird dann von der Regeleinrichtung als Vorgabe verwendet, nach der die Ist-Phasenlage nachgeregelt werden soll.
Als Bedienelement eignet sich z. B. ein an einer Deichsel einer Vibrationsplatte vorhandener Bedienhebel. Eben so ist es aber auch möglich, eine Fernsteuerung (Infrarot, Funk, Kabel) vorzusehen, über die der Bediener seine Fahrtrichtungswünsche eingibt. Außer Befehlen für eine Vorwärts- und Rückwärtsfahrt kann der Bediener auch Lenkbefehle vorgeben.
Die Steuereinrichtung kann eine Zieleinrichtung aufweisen, zum Vorgeben der Soll-Phasenlage in Abhängigkeit von Weg-, Verdich- tungs- und/oder Geschwindigkeitszielen. Diese Ziele können z.B. vom Bediener, aber auch von einem Navigationssystem oder einem Steuerprogramm vorgegeben werden.
Aufgrund der Tatsache, dass der erfindungsgemäjSe Schwingungserreger es erlaubt, die Stellung der Unwuchtmassen mit sehr hoher Präzision vorzuwählen und dann auch konstant zu halten, lassen sich kontinuierlich veränderbare Phasenwinkel des resultie- renden Erregervektors realisieren. Auf diese Weise lässt sich z. B. eine Vibrationsplatte sehr feinfühlig steuern. Zum Beispiel ist es möglich, eine sanfte Beschleunigung der Vibrationsplatte in eine bestimmte Richtung zu erreichen. Ebenso sind Kurvenfahrten mit unterschiedlich großen Kurvenlagen möglich. Für eine lenkbare Vibrationsplatte kann es erforderlich sein, die Unwuchtmassen auf wenigstens einer der Unwuchtwellen axial zu teilen und hinsicht- lieh ihrer Phasenlage relativ zueinander verstellen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme von begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vibrationsplatte mit einem erfindungsgemäßen Schwingungserreger.
Fig. 2 den Schwingungserreger in schematischer Draufsicht;
Fig. 3 einen Zusammenhang zwischen der Phasenlage der Unwuchtmassen und dem resultierenden Kraftvektor;
Fig. 4 den Zusammenhang zwischen Phasenlage und Kraftvektor bei einer anderen Phasenlage der Unwuchtmassen;
Fig. 5 ein Blockschaubild des regelungstechnischen Aufbaus; und
Fig. 6 eine Positionserfassungseinrichtung in schematischer
Darstellung.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vibrationsplatte mit einem erfindungsgemäJSen Schwingungserreger mit einem beispiel- haften Aufbau. Der Schwingungserreger könnte ebenso auch in einer Vibrationswalze zur Bodenverdichtung eingebaut werden. Die Vibrationsplatte weist eine Bodenkontaktplatte 1 zur Verdichtung des Bodens auf. Auf der Bodenkontaktplatte 1 ist ein Schwingungserreger 2 angeordnet. Die Bodenkontaktplatte 1 und der Schwingungserreger 2 bilden zusammen eine Untermasse. Über der Untermasse ist eine Obermasse 3 angeordnet, die unter anderem einen nicht dargestellten Antrieb für den Schwingungserreger 2 in bekannter Weise aufweist. Die Obermasse 3 ist von der Untermasse, insbesondere von der Bodenkontaktplatte 1 über Feder- Dämpfer- Elemente 4 schwingungsmäßig entkoppelt, so dass die Bodenkontaktplatte 1 gegenüber der Obermasse 3 relativ beweglich ist.
Der Schwingungserreger 2 weist zwei parallel zueinander angeordnete, gegen-läufig drehbar gekoppelte Wellen 5a, 5b auf. Die form- schlüssige Kopplung der Wellen 5a, 5b kann z. B. mit Hilfe von miteinander kämmenden Zahnrädern erreicht werden. Jede der Wellen 5a. 5b trägt wenigstens eine Unwuchtmasse 6 (bzw. 6a und 6b). Durch Rotation der Wellen 5a, 5b gegeneinander entsteht aufgrund der Unwuchtwirkiiriff der Unwuchtmassen 6 ein resultieren- der Kraftvektor, dessen Richtung von der Phasenlage der Unwuchtmassen 6 zueinander abhängt. Dieser Zusammenhang ist bereits in der DE 100 53 446 Al erläutert.
Zum Verändern der Phasenlage der Unwuchtmassen 6 ist eine Phaseneinstelleinrichtung 7 vorgesehen, die in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist.
An der Obermasse 3 ist eine Regeleinrichtung 8 vorgesehen, die die Phaseneinstelleinrichtung 7 ansteuert und mit der die Phasenlage der Unwuchtmassen 6 in Abhängigkeit von einem Fahrtrichtungswunsch eines Bedieners eingestellt werden kann.
Zu diesem Zweck ist eine Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung 9 zum Bestimmen der tatsächlichen Phasenlage der beiden Un- wuchtmassen zueinander vorgesehen. Die Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung 9 weist zwei als Positionserfassungseinrichtung dienende Näherungssensoren 10 auf, die an der Untermasse im Schwingungserreger 2 in der Nähe des Bewegungswegs der rotierenden Unwuchtmassen 6 angebracht sind, wie später noch erläutert wird. Die Näherungssensoren 10 dienen dazu, die jeweilige Position der Unwuchtmassen 6 zu erfassen, um daraus die Phasenla- ge des resultierenden Erregerkraftvektors ableiten zu können. Anstelle der Bewegungen der Unwuchtmassen können auch die Rotationsbewegungen von Ersatzelementen (z. B. Markierungen) erfasst werden, die sich z. B. mit den Unwuchtwellen 5a, 5b mitdrehen.
Die Signale der Näherungssensoren 10 werden von der Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung 9 ausgewertet und als Information für die Ist-Phasenlage der beiden Unwuchtmassen 6 an die Regeleinrichtung 8 geliefert.
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 1 1 zum Vorgeben einer Soll- Phasenlage für die Unwuchtmassen 6 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 1 1 kann z. B. einen Bedienhebel 12 aufweisen, mit dem der Bediener in konventioneller Weise seinen Fahrtrichtungs- wunsch mitteilen kann. Ebenso ist es möglich, eine Fernbedienung vorzusehen, mit der der Bediener über Kabel, Infrarot oder Funk Steuerungsdaten an die Vibrationsplatte übermitteln kann. Der Bedienerwunsch wird von der Steuerungseinrichtung 1 1 bzw. der Regelungseinrichtung 8 in eine geeignete Soll-Phasenlage „übersetzt", die als Sollwert für die Regelungseinrichtung 8 gilt.
Aufgrund eines Vergleichs von Soll-Phasenlage und Ist-Phasenlage steuert die Regelungseinrichtung 8 die Phaseneinstelleinrichtung 7 derart an, dass die Ist-Phaselage der Soll-Phasenlage möglichst nahe kommt. Auf diese Weise ist eine sehr feinfühlige Geschwin- digkeits- und Richtungssteuerung der Vibrationsplatte möglich.
Die Signalleitungen sind in Fig. 1 gestrichelt dargestellt.
Fig. 2 zeigt den wirkungsmäßigen Aufbau des Schwingungserre- gers 2 und der weiteren Elemente der Vibrationsplatte in schemati- scher Detaillierung. Gleiche Bauelemente wie in Fig. 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Ein zu der Obermasse 3 gehörender Antriebsmotor 13 treibt über einen Riemenantrieb 14 eine erste Unwuchtwelle 5a drehend an. Die Drehbewegung der ersten Unwuchtwelle 5a wird über eine Zahnradkopplung 15 auf eine zweite Unwuchtwelle 5b übertragen, so dass sich die zweite Unwuchtwelle 5b zwar mit gleicher Drehzahl, jedoch gegenläufig zu der ersten Unwuchtwelle 5a dreht. Jede der Unwuchtwellen 5a, 5b trägt zwei Unwuchtmassen 6. Die Unwuchtmassen 6 sind in dem gezeigten Beispiel jeweils fest mit der sie tragenden Unwuchtwelle 5a, 5b verbunden. Bei anderen Ausführungsformen ist es jedoch möglich, dass wenigstens eine der Unwuchtmassen 6 relativ zu der sie tragenden Unwuchtwelle 5a, 5b verschwenkbar ist, um die Phasenlage dieser Unwuchtmasse 6 im Verhältnis zu der betreffenden Unwuchtwelle 5a, 5b zu verändern.
In dem Drehmomentfluss zwischen der ersten Unwuchtwelle 5a und der zweiten Unwuchtwelle 5b ist im Bereich der Zahnradkopplung 15 die Phaseneinstelleinrichtung 7 vorgesehen. In bekannter Weise weist die Phaseneinstelleinrichtung 7 einen in der hohl ausgeführten Unwuchtwelle 5b axial bewegbaren Stellkolben 16 auf, der einen Querzapfen 17 trägt. Der Querzapfen 17 ist in einer Spiralnut 18 einer Drallhülse 19 verschiebbar. Wird nun der Stellkolben 16 mit dem Querzapfen 17 axial bewegt, muss die Drallhülse 19 dieser Bewegung folgen, indem sie sich relativ zu der zweiten Unwuchtwelle 5b verdreht. Aufgrund der Abstützung über die Zahnradkopplung 15 gegenüber der ersten Unwuchtwelle 5a wird die Phasenlage zwischen den beiden Unwuchtwellen 5a, 5b verändert. Je nach Axialstellung des Stellkolbens 16 ergibt sich somit eine bestimmte Phasenlage zwischen den Unwuchtwellen 5a, 5b.
Die Axialstellung des Stellkolbens 16 wird durch eine Kolben-Zylindereinheit 20 vorgenommen. Die Kolben-Zylindereinheit 20 ist mit einer Hydraulikeinheit 21 mit einem Ölreservoir 22, einer Hy- raulikpumpe 23 und einem Druckbegrenzungsventil 24 verbunden. Die Steuerung der Ölzu- und -abfuhr erfolgt mit Hilfe eines elektrisch betätigbaren Ventils 25, z. B. einer Fluidflusssteuerung in Form eines 4/3-Wegeventils mit Magnetsteuerung.
Das Ventil 25 wird durch die Regeleinrichtung 8 angesteuert.
Die Regeleinrichtung 8 erhält - wie oben bereits beschrieben - von der Steuerungseinrichtung 1 1 und z. B. dem Bedienhebel 12 Steuerungsbefehle, die als Signal für eine Soll-Phasenlage angesehen werden.
Weiterhin sind im Inneren des Schwingungserregers 2 die Näherungssensoren 10 vorgesehen, die an wenigstens zwei Stellen eine Annäherung einer jeweils zugeordneten Unwuchtmasse 6 während deren Rotation detektieren. Dieses Näherungssignal wird ebenfalls an die Regeleinrichtung 8 bzw. die dort vorgesehene Phasenlagen- Bestimmungseinrichtung 9 geliefert, so dass die Regeleinrichtung 8 in geeigneter Weise das Ventil 25 ansteuern kann, um die geforderte Phasenlage zu erreichen.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Phasenlagε von zwei Unwuchtwellen 5a, 5b bzw. der jeweils von ihnen getragenen Unwuchtmassen 6a, 6b. Die Unwuchtwelle 5a wird als vordere Unwuchtwelle angesehen, während die Unwuchtwelle 5b die hintere Unwuchtwelle ist.
Aufgrund der jeweiligen Kraftwirkung der Unwuchtmassen 6a, 6b während der gegenläufigen Rotation ergibt sich ein resultierender Erregerkraftvektor, dessen Richtung mit Bezugszeichen 26 gekennzeichnet ist. Die Richtung 26 kann durch einen Vektorwinkel α gegenüber der Vertikalen bestimmt werden. Ein Vektorwinkel von 0° entspricht somit einer Erregerkraft, die rein vertikal wirkt und eine Standrüttelung bedeutet. Der Vektorwinkel α der Erregerkraft ist der halbe Phasenwinkel zwischen den beiden Unwuchtmassen 6a, 6b. Eine Verringerung des Phasenwinkels zwischen den Unwuchtmassen 6a, 6b führt somit auch zu einem kleineren Vektorwinkel α und damit zu einem größeren Anteil der Erregerkraft in vertikaler Richtung und zu einem kleineren Anteil in horizontaler Richtung. Der Phasenwinkel in Fig. 3 beträgt 45°, so dass dementsprechend der Vektorwinkel α 22, 5° beträgt.
Fig. 4 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 3, jedoch mit einem Phasenwinkel von 90°, der zu einem Vektorwinkel α von 45° führt.
Fig. 5 zeigt schematisch das Konzept des Phasenwinkel-Regelkreises, wie es oben auch anhand von Fig. 2 erläutert wurde.
Am Eingang der Regeleinrichtung 8 wird die Ist-Phasenlage und die Soll-Phasenlage über den jeweiligen Phasenwinkel verglichen. Die Regeleinrichtung 8 ergreift dann über das Ventil 25 geeignete Regelmaßnahmen, die zu einer Verdrehung der Drallhülse 19 und damit einer Verstellung des Schwingungserregers 2 führen. Die Stellung der Unwuchtmassen 6a, 6b im Schwingungserreger 2 wird mit Hilfe der Näherungssensoren 10 und der Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung 9 ermittelt, die den Ist-Phasenwinkel bestimmt.
Als Regeleinrichtung 8 kann ein üblicher Industrieiegler analoger oder digitaler Bauweise verwendet werden. Vorteilhafterweise ist die Regeleinrichtung 8 an der Obermasse 3 angeordnet, da dort wesentlich geringere mechanische Belastungen vorherrschen. Der tatsächlich gemessene Phasenwinkel wird der Regeleinrichtung 8 von der Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung 9 zur Verfügung ge- stellt. Die Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung 9 kann direkt an der Regeleinrichtung 8 vorgesehen sein, aber auch an anderer
Stelle auf der Vibrationsplatte.
Die Signalübertragung an die Regeleinrichtung 8 erfolgt z. B. mit- tels Kabel, kann aber auch per Funk erfolgen. Ebenso können die von den Näherungssen-soren 10 abgegebenen Signale per Kabel oder Funk an die Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung 9 oder an die Regeleinrichtung 8 übertragen werden. Die von der Regeleinrichtung 8 berechneten Stellsignale (üblicherweise die Ventilspan- nung für die Stellventile, z. B. das Ventil 25) werden dann meist über Kabel an die Ventile übertragen. Wie oben bereits erläutert, können zur Messung der Position der Unwuchtmassen 6a, 6b die Näherungssensoren 10, z. B. induktive digitale Näherungsschalter, eingesetzt werden, wie schematisch auch in Fig. 6 gezeigt. Dazu wird z. B. jeweils seitlich für jede zu überwachende Welle 5a, 5b ein Näherungssensor 10 in dem Erre- gergehäuse 2a befestigt. Die Näherungssensoren 10 können auch als Hall-Sensoren oder als kapazitive Sensoren ausgeführt sein.
Befindet sich nun die jeweilige Unwuchtmasse 6a, 6b unter oder in der Nähe des Näherungssensors 10, so gibt der Näherungssensor 10 einen hohen Pegel aus, ansonsten einen niedrigen Pegel. Anhand des Signalniveauwechsels lässt sich dementsprechend der Zeitpunkt erkennen, bei dem sich der Beginn einer Unwuchtmasse 6a, 6b in Rotationsrichtung sowie später das Ende der Un-wucht- masse 6a, 6b vorbeibewegt.
Aus der Position der Näherungssensoren relativ zu den Unwuchtmassen 6a, 6b lässt sich der Winkel zwischen den Unwuchtmassen 6a, 6b zu diesen beiden Zeitpunkten bestimmen. Da die Unwuchtwinkel der beiden Unwuchtmassen 6a, 6b nicht zum gleichen Zeit- punkt bestimmt werden und sich die Phasenlage der Unwuchtmassen 6a, 6b ändern kann und soll, können z. B. Stützwerte der Winkelposition z. B. durch lineare Interpolation gewonnen werden. Dazu wird die Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Unwuchtwelle 5a, 5b benötigt, an der die Interpolation vorgenommen werden soll. Die Winkelgeschwindigkeit kann daraufhin aus zwei nacheinander folgenden Signalflanken (Anstieg oder Abfall) und der dazwischen verstrichenen Zeit bestimmt werden.
Anstelle der Näherungssensoren 10 können auch z. B. Inkrementa- lencoder zur Bestimmung der Position der Unwuchtmassen 6a, 6b genützt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schwingungserreger, mit wenigstens zwei gegenläufig drehbar gekoppelten Wellen (5a, 5b), auf denen jeweils wenigstens eine Unwuchtmasse (6a, 6b) angeordnet ist; - einer Phaseneinstelleinrichtung (7) zum Verändern der Phasenlage der beiden Unwuchtmassen (6a, 6b) zueinander; einer Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung (9) zum Bestimmen einer tatsächlichen Ist-Phasenlage der beiden Unwuchtmassen (6a, 6b) zueinander; - einer Steuereinrichtung ( 1 1) zum Vorgeben einer Soll-Phasenlage der Unwuchtmassen (6a, 6b); und mit einer Regeleinrichtung (8) zum Vergleichen der Ist- Phasenlage mit der vorgegebenen Soll-Phasenlage und zum Ansteuern der Phaseneinstelleinrichtung (7) derart, dass eine Abweichung von Ist- Phasenlage und Soll-Phasenlage minimal ist.
2. Schwingungsei reger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung (9) eine Positi- onserfassungseinrichtung (10) zum jeweiligen Erfassen einer Drehstellung von jeder der Unwuchtmassen (6a, 6b) aufweist; und dass durch die Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung (9) aus den Drehstellungen der jeweiligen Unwuchtmassen (6a, 6b) die Ist-Phasenlage bestimmbar ist.
3. Schwingungserreger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung ( 10) derart ausgebildet ist, dass die Drehstellung einer jeweiligen Unwuchtmasse (6a, 6b) wenigstens an einer Stelle und/oder zu einem Zeitpunkt während einer Umdrehung der Unwuchtmasse (6a, 6b) erfassbar ist.
4. Schwingungserreger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Positionserfassungseinrichtung ( 10) die Drehstellung dadurch erfassbar ist, dass das Vorhandensein der jeweiligen Unwuchtmasse (6a, 6b) an einer vorbestimmten Stelle erkannt wird.
5. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da- durch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung wenigstens zwei Näherungssensoren ( 10) aufweist, die jeweils in der Nähe eines Bewegungswegs von einer jeweils zugeordneten Unwuchtmasse (6a, 6b) angeordnet sind und eine Annäherung der zugeordneten Unwuchtmasse (6a, 6b) erfassen.
6. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung einen Inkrementalencoder aufweist.
7. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Positionserfassungseinrichtung ( 10) die Drehgeschwindigkeit der Wellen (5a, 5b) ermittelbar ist.
8. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Drehstellung einer jeweiligen Unwuchtmasse (6a, 6b) indirekt durch Bestimmen der Position eines mit der Unwuchtmasse formschlüssig gekoppelten Elements er- fassbar ist.
9. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phaseneinstelleinrichtung (7) einen mechanisch, hydrau- lisch und/ oder elektrisch bewegbaren Kolben ( 16) und eine durch eine Bewegung des Kolbens formschlüssig verdrehbare Drallhülse ( 19) aufweist; die Drallhülse ( 19) mit wenigstens einer der Unwuchtmassen (6a, 6b) und/oder einer der Wellen (5a, 5b) formschlüssig gekop- pelt ist; und dass das für die Erfassung der Position der Unwuchtmasse (6a, 6b) relevante formschlüssig gekoppelte Element der Kolben ( 16) oder die Drallhülse ( 19) ist.
10. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Datenübertragungsstrecke zwischen der Positionserfas- sungseinrichtung ( 10) und der restlichen Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung (9) und/oder zwischen der Phasenlagen-Bestimmungseinrichtung (9) und der Regeleinrichtung (8) vorgesehen ist; und dass - die Datenübertragungsstrecke einen Datenübertragungsweg über Kabel oder Funk aufweist.
1 1. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinrichtung ( 1 1) ein von einem Bediener handhabbares Bedienelement ( 12) zum Eingeben eines Fahrtrichtungs- wunschs aufweist; und dass die Steuereinrichtung ( 1 1) derart ausgebildet ist, dass sie aufgrund des Fahrtrichtungswunschs eine geeignete Soll-Phasen- läge festlegt.
12. Schwingungserreger nach einem der Ansprühce 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ( 1 1) eine Zieleinrichtung aufweist, zum Vorgeben der Soll-Phasenlagen in Abhängigkeit von Weg-, Verdich- tungs- und /oder Geschwindigkeitszielen.
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