WO2011095200A2 - Vibrationsantrieb - Google Patents

Abstract

Offenbart wird ein Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze mit einem Unwucht-Schwingungserreger, der in zumindest einer durch ein externes Antriebs- oder Vortriebsaggregat betriebene Bandage der Vibrationswalze relativ zu dieser in mindestens eine Richtung drehbar einsetzbar ist. Der Unwucht-Schwingungserreger ist erfindungsgemäß mit einem Hydromotor mechanisch gekoppelt, der von einer Hydropumpe mit einem Druckmedium zur Rotation des Unwucht-Schwingungserregers versorgbar ist. Ferner ist zumindest ein Hochdruckspeicher vorgesehen zur Aufnahme von vom Hydromotor in einem Schiebebetrieb gefördertem Druckmedium. Des Weiteren speist der Hochdruckspeicher in einem Antriebsbetrieb des Hydromotors gespeichertes Druckmedium an den Hydromotor ein.

Description

Beschreibung

Vibrationsantrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vibrationswalze ist im Allgemeinen eine Baumaschine und zählt hierbei zur Gruppe der Verdichtungsgeräte. Mit ihrer Hilfe können großflächig bindige- und nichtbindige Böden, Trag- sowie Frostschutzschichten wie auch Asphalt verdichtet werden. Die Vibrationswalze besitzt in der Regel zwei Walzenkörper mit vorzugsweise Glattmantelbandagen, in deren Innerem eine Vibrationseinheit zur Verbesserung des Verdichtungsergebnisses eingebaut ist. Somit erhält die Vibrationswalze die Fähigkeit, neben ihrem Eigengewicht zusätzliche Energie in den Untergrund einzuleiten.

Aus dem Stand der Technik beispielsweise gemäß der DE 40 33 793 C2 ist eine Vibrationswalze dieser Gattung bekannt. Diese hat einen Walzenrahmen, an dem ein Vortriebsaggregat befestigt ist und mindestens eine Bandage, in deren Innenraum ein sie in Vibration versetzender Unwucht-Schwingungserreger angeordnet ist. Der

Unwucht-Schwingungserreger besteht aus einer Unwuchtwelle, die von einem vom Fahrantriebsmotor getrennten weiteren Antriebsmotor in Rotation versetzt wird. Sowohl der Fahrantriebsmotor als auch der weitere Vibrator-Antriebsmotor sind jeweils als Hydromotoren ausgebildet, die über ein Hydrauliksystem mit einer von einer

Verbrennungsmaschine angetriebenen Hydropumpe fluidverbunden sind. Es gibt auch Vibrationswalzen, bei denen der Fahrantriebsmotor von mindestens einer ersten Hydropumpe und der Vibrator-Antriebsmotor von mindestens einer weiteren

Hydropumpe mit Druckmittel versorgt werden.

Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik beispielsweise gemäß der

DE 10 2006 050 873 A oder gemäß der DE 10 2006 060 014 A1 hydrostatische

Antriebe mit Bremsenergie-Rückgewinnung in offener bzw. geschlossener

Hydraulikkreis-Bauform bekannt. Derartige hydrostatische Antriebe besitzen zumindest eine Hydropumpe, die über Arbeitsleitungen mit einem Hydromotor fluidverbunden ist. Der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors kann dabei wahlweise mit einem Hochdruckspeicher verbunden werden.

Im Fall eines Antriebsbetriebsmodus fördert die Hydropumpe Druckmittel zum Hydromotor, der dementsprechend ein Drehmoment auf eine Abtriebswelle abgibt, um eine Maschine und/oder ein Fahrzeug anzutreiben. Im Falle eines Schiebebetriebs , d. h., in dem Fall, wonach ein Drehmoment von der Abtriebswelle auf den Hydromotor aufgebracht wird, wirkt der Hydromotor nunmehr als Pumpe und fördert Druckmittel in Richtung seines stromabwärtigen Anschlusses. In diesem besonderen Fall wird der Hochdruckspeicher an den stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors

angeschlossen, um das vom Hydromotor (nunmehr als Hydropumpe wirkend) geförderte Druckmittel temporär zu speichern.

Sobald der Schiebebetrieb erneut in den Antriebsbetrieb umschlägt und somit der Hydromotor wieder ein Drehmoment an die Antriebswelle abgeben soll, wird der Hochdruckspeicher an den stromaufwärtigen Anschluss der Hydropumpe

angeschlossen und gibt somit unter Hochdruck stehendes Druckmittel an die

Hydropumpe ab. Hierdurch reduziert sich Energieaufnahme der Hydrodruckpumpe. Bei anderen bekannten hydraulischen Antrieben mit Energierückgewinnung wird der Hydrospeicher mit dem stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors verbunden.

Derartige regenerative hydrostatische Antriebssysteme werden im Stand der Technik dazu verwendet, Energie von Fahrzeugen im Schiebebetrieb

zurückzugewinnen. Dies ist jedoch bei Vibrationswalzen der vorliegenden Gattung in dieser Form nicht möglich, da Vibrationswalzen im praktischen Einsatz im Wesentlichen nicht in einen energierelevanten Schiebebetrieb gelangen.

Angesichts dieser Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für Vibrationswalzen dieser Gattung eine Möglichkeit zur Energierückgewinnung

bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind dabei Gegenstand der Unteransprüche.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht demzufolge darin, nicht den

(energieirrelevanten) Schiebebetrieb der Vibrationswalze aus dem Vortriebsmotor zur Energierückgewinnung zu verwenden, sondern den Vibrationsantrieb der

Vibrationswalze umfassend einen Unwuchts-Schwingungserreger der in zumindest einer vorzugsweise durch den Vortriebsmotor angetriebenen Bandage der

Vibrationswalze drehbar eingesetzt bzw. einsetzbar ist. Der Unwucht- Schwingungserreger ist dabei mit einem Hydromotor mechanisch (vorzugsweise über eine Abtriebswelle) gekoppelt oder koppelbar, der wiederum von einer Hydropumpe mit einem Druckmedium über Arbeitsleitungen versorgbar ist. Erfindungsgemäß ist in diesem hydrostatischen Antrieb des Unwuchtschwingungserregers, d. h., im

Vibrationsantrieb zumindest ein Hochdruckspeicher vorgesehen, der zur Aufnahme von von dem Hydromotor in einem Schiebebetrieb, d. h., in einem Auslaufbetrieb des Unwucht-Schwingungserregers gefördertem Druckmedium dient.

In anderen Worten ausgedrückt sieht die Erfindung zur Energierückgewinnung nicht das Vortriebsaggregat, sondern den Vibrationsantrieb als den für die

Energierückgewinnung relevanten Antrieb vor. Dieser Vibrationsantrieb kann

unabhängig vom Vortriebsaggregat auch im Stillstand der Vibrationswalze arbeiten. Er kann effektiv zur Energierückgewinnung genutzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hydropumpe sowie der Hydromotor in einem geschlossenen Kreis angeordnet sind, in welchem im Schiebebetrieb (Auslaufbetrieb des Unwucht-Schwingungserregers) der

stromabwärtige Anschluss des Hydromotors und im Beschleunigungsbetrieb (Anlaufen des Unwucht-Schwingungserregers) der stromaufwärtige Anschluss des Hydromotors mit dem Hochdruckspeicher fluidverbunden werden kann.

Alternativ hierzu sieht eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Hydropumpe sowie der Hydromotor in einem offenen Kreis angeordnet sind, in welchem der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors mit einem Tank oder mit dem Hochdruckspeicher fluidverbindbar ist.

Im Falle der offenen Hydraulikkreis-Bauform ist eine Ventilanordnung vorgesehen, über die der Hochdruckspeicher wahlweise mit dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors oder mit dem stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors

fluidverbindbar ist. Im Falle der geschlossenen Hydraulikkreis-Bauweise ist

vorzugsweise ein Niederdruckspeicher vorgesehen, der im Schiebebetrieb des

Hydromotors mit dessen stromaufwärtigem Anschluss verbindbar ist und der im

Antriebsbetrieb des Hydromotors mit dessen stromabwärtigen Anschluss verbindbar ist. Vorzugsweise bleibt dabei die Verbindung zwischen dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors und dem stromaufwärtigen Anschluss der Hydropumpe kontinuierlich erhalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt hierbei einen hydrostatischen Vibrationsantrieb einer

Vibrationswalze mit Energierückgewinnung gemäß einem ersten bevorzugten

Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten offenen Hydraulikkreis-Variante,

Figur 2 zeigt einen hydrostatischen Vibarationsantrieb einer Vibrationswalze gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer zweiten offenen

Hydraulikkreis- Variante,

Figur 3 zeigt einen hydrostatischen Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten geschlossenen Hydraulikkreis-Variante,

Figur 4 zeigt einen hydrostatischen Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer zweiten geschlossenen

Hydraulikkreis-Variante und

Figur 5 schematische Darstellung einer Vibrationswalze.

Gemäß der Figur 1 hat der Vibrationsantrieb eine Hydropumpe 1 , deren

Ansauganschluss mit einem Druckmitteltank 2 fluidverbunden ist und deren Druckanschluss über eine Arbeitsleitung 4 mit einem stromaufwärtigen Anschluss eines Hydromotors 6 fluidverbunden ist. In der Arbeitsleitung 4 ist dabei ein

federvorgespanntes Rückschlagventil 8 zwischengefügt, das vorliegend auf einen Arbeitsdruck von etwa 2 bar eingestellt ist. Des Weiteren zweigt von der Arbeitsleitung 4 eine Zweigleitung 10 zum Druckmitteltank 2 ab, in die ein elektroproportional

verstellbares Druckbegrenzungsventil 12 zwischengeschaltet ist. Dieses ist zum

Beispiel zwischen 8 bar und 250 bar verstellbar.

Der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors 6 ist über ein elektromagnetisch betätigbares Zweiwege-Zweistellungs-Schaltventil 14 mit dem Druckmitteltank 2 verbindbar. Zwischen dem Schaltventil 14 und dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 zweigt eine Energierückgewinnungsleitung 16 ab, die zu einem vorgespannten (Vorspanndruck zum Beispiel 150 bar) Hochdruckspeicher 18 führt. In diese Energierückgewinnungsleitung 16 ist vorliegend eine Energierückgewinnungs- Ventilanordnung 20 zwischengeschaltet. Diese besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem elektromagnetisch betätigbaren 3-Wege-3-Stellungs- Schaltventil 22, das in einer ersten als federzentrierte Mittelstellung ausgebildete Schaltposition sämtliche Anschlüsse sperrt. In einer zweiten Schaltposition verbindet dieses Schaltventil 22 den stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 mit dem Hochdruckspeicher 18. In einer dritten Schaltposition verbindet das Schaltventil 22 den Hochdruckspeicher 18 mit einer Energierückführleitung 24, die an dem

stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 stromab zum Rückschlagventil 8 angeschlossen ist. In dieser Rückführleitung 24 ist ebenfalls ein federvorgespanntes Rückschlagventil 26 zwischengeschaltet, welches vorzugsweise auf 2 bar

Öffnungsdruck eingestellt ist.

Schließlich ist in die Energierückgewinnungsleitung 16 zwischen dem

stormabwärtigen Anschluss der Hydropumpe 1 und dem 3-Wege-3-Stellungs- Schaltventil 22 eine Abzweigleitung 28 angeschlossen, die zum Druckmitteltank 2 führt und in die ein Druckbegrenzungsventil 30 (vorzugsweise auf 250 bar eingestellt) zwischengeschaltet ist. Im Falle eines Antriebsbetriebs des Hydromotors 8, der über eine Abtriebswelle 32 mit einem in Figur 5 prinzipiell dargestellten Unwucht-Schwingungserreger 34

verbunden ist, der vorzugsweise in einer Bandage 36 einer Vibrationswalze angeordnet ist, steht vorerst das 3-Wege-3-Stellungs-Schaltventil 22 in seiner gemäß der Figur 1 gezeigten ersten Schaltposition, in welcher der Hochdruckspeicher 18 vom offenen Hydraulikkreis getrennt ist. Das Druckbegrenzungsventil 12 ist auf einen höheren Druck eingestellt, als er üblicherweise vorkommt, und dient nur als Sicherheitsventil. In diesem Fall wird Druckmittel von der Hydropumpe 1 über das federvorgespannte

Rückschlagventil 8 zum stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 gefördert, um diesen anzutreiben. Von dort gelangt das nunmehr druckentspannte Druckmedium über das 2-Wege-2-Stellungs-Schaltventil 14, das in dieser Situation in Offenstellung ist zurück in den Tank 2.

Um den Unwucht-Schwingungserreger 34 abzuschalten, wird das

Druckbegrenzungsventil 12 auf einen sehr kleinen Wert eingestellt, so dass der Druck stromauf des Hydromotors 6 zum Beispiel auf 6 bar abfällt. Der Unwuchts- Schwingungserreger 34, schwingt bzw. dreht in Folge seines Massenträgheitsmoments nach. In diesem Fall wird ein Drehmoment über die Abtriebswelle 32 auf den

Hydromotor 6 übertragen, der in diesem Fall nunmehr die Funktion einer Pumpe annimmt. D. h., der Hydromotor 6 fördert nunmehr Druckmittel aus der Arbeitsleitung 4 in Richtung Druckmitteltank 2. Eine nicht weiter dargestellte elektronische Steuerung die auch das Signal der Verstellung des Druckbegrenzungsventils 12 gibt, schaltet in diesem Augenblick das 2-Stellungs-2-Wege-Schaltventil 14 in Schließposition und das 3-Wege-3-Stellungs-Schaltventil 22 in die zweite Schaltposition, in welcher der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors 6 mit dem Hochdruckspeicher 18 verbunden ist. In diesem Fall wird der Hochdruckspeicher 18 aufgeladen, d. h., das von dem Hydromotor 6 (nunmehr in der Funktion einer Pumpe) geförderte Druckmedium wird in den Hochdruckspeicher 18 geführt. Die Restmenge, die der Hydromotor von der von der Hydropumpe 1 geförderten Druckmittelmenge nicht abnimmt, fließt bei niedrigem Druck über das Druckbegrenzungsventil 12 zum Tank. Entscheidend hierbei ist, dass die Abtriebswelle 32 des Hydromotors 6 an den Unwucht-Schwingungserreger 34 der Vibrationswalze angeschlossen ist, d. h., die Nachlaufenergie des Unwucht- Schwingungserregers 34 genutzt wird, um Energie in Form von Hydraulikdruck im Hochdruckspeicher 18 rückzugewinnen.

Wird vom Schiebebetrieb wieder in einen Antriebsbetrieb umgeschaltet, d. h., in einen Betrieb, in welchem der Hydromotor 6 ein Drehmoment an die Abtriebswelle 32 abgibt, wird das 2-Wege-2-Stellungs-Schaltventil 14 in die Offenposition geschaltet und das 3-Wege-3-Stellungs-Schaltventil 22 in die dritte Schaltposition geschaltet, in welcher die Verbindung zwischen dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 und dem Hochdruckspeicher 18 gesperrt und stattdessen eine Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher 18 und dem stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 hersgestellt ist. In dieser Schaltposition gibt also der Hochdruckspeicher 18 Druckmittel unter Druck an die Eingangsseite des Hydromotors 6 ab, so dass dieser unabhängig von der Hydropumpe den Unwucht-Schwingungserreger 34 beschleunigt. In dieser Phase fördert die Hydropumpe zunächst noch mit niedrigem Druck im Umlauf. Nach einer im Bereich von Sekunden liegenden Zeitspanne, die durch Versuche oder durch Rechnung ermittelt werden kann, werden das 3/3-Wegeschaltventil durch Ausschalten des einen Elektromagneten wieder in seine erste Schaltstellung gebracht und das Proportionaldruckbegrenzungsventil 12 auf einen hohen Druckwert eingestellt. Dann wird der Hydromotor von der Hydropumpe mit Druckmittel versorgt.

Wird die Drehzahl des Hydromotors durch einen Drehzahlgeber erfasst, so können die Ventile 22 und 12 auch in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der

Änderung der Drehzahl pro Zeiteinheit geschaltet bzw. verstellt werden.

Die Figur 2 zeigt eine zweite Variante eines Vibrationsantriebs einer

Vibrationswalze gemäß einer offenen Hydraulikkreis-Bauform, wobei nachfolgend lediglich auf die schaltungstechnischen Unterschiede gegenüber der vorstehend beschriebenen ersten Variante hauptsächlich eingegangen werden soll.

In der vorstehenden ersten Variante ist, wie bereits ausgeführt wurde, ein

Proportional-Druckbegrenzungsventil 12 in einer zu einem Druckmediumstank 2 führenden Zweigleitung 10 angeordnet, welche von der Arbeitsleitung 4 zwischen der Hydropumpe 1 und dem Hydromotor 6 abzweigt. Dieses Proportional- Druckbegrenzungsventil 12 ist in einem Bereich von 8 bis 250 bar verstellbar. Mit ihm wird der Hydromotor 6 wahlweise auch außer Betrieb zu gesetzt. D. h., dass wenn der Vibrationsantrieb abgeschaltet werden soll, das Proportional-Druckbegrenzungsventil 12 auf 8 bar gestellt wird, so dass die Hydropumpe 6 im Wesentlichen unmittelbar in den Druckmediumstank 2 fördert. In diesem Augenblick wird der Hydromotor 6 als Drehmomentabgabemittel abgestellt.

Eine hierzu alternative Ausführungsform zeigt die zweite Variante der offenen Hydraulikkreis-Bauform gemäß der Figur 2. Demzufolge ist das vorstehend genannte Proportional-Druckbegrenzungsventil 12 durch ein erstes fest eingestelltes

Druckbegrenzungsventil 38 ersetzt, das vorzugsweise auf 250 bar eingestellt ist, ein zweites fest eingestelltes Druckbegrenzungsventil 48 und ein Wegeventil 46 ersetzt. Zusätzlich ist eine Bypassleitung 40 vorgesehen, welche den Hydromotor 6 sowie das den Hydromotor 6 vorgeschaltete, federvorgespannte Rückschlagventil 8 umgeht, d. h., den Ausgangsanschluss der Hydropumpe 1 mit dem Ausgangsanschluss des

Hydromotors 6 verbindet, und in welchem ein 2-Stellungs-2-Wege-Schaltventil 42 zwischen gefügt ist. Dieses Schaltventil 42 ist dabei mittels einer Feder in seine

Offenstellung vorgespannt und kann elektromagnetisch in eine Sperrpostion geschaltet werden. Des Weiteren zweigt stromauf zu dem genannten 2-Stellungs-2-Wege- Schaltventil 42 eine weitere Zweigleitung 44 von der Bypassleitung 40 ab, die zu dem Druckmediumstank 2 führt. In diese Zweigleitung 44 ist das 2-Wege-2-Stellungs- Schaltventil 46 angeordnet, welches in eine Sperrposition federvorgespannt ist und welches elektromagnetisch in eine Offenposition schaltbar ist. Diesem weiteren 2- Wege-2-Stellungs-Schaltventil 46 ist das Druckbegrenzungsventil 48 nachgeordnet, das vorzugsweise auf einen Wert zwischen 10 und 20 bar voreingestellt ist. Der übrige Aufbau des Hydraulikkreises der offenen Bauform gemäß der Figur 2 entspricht dem Hydraulikkreis der ersten Variante, wie er bereits vorstehend anhand der Figur 1 beschrieben wurde, so dass an dieser Stelle auf die entsprechenden

Beschreibungstextstellen verwiesen werden kann.

Auch bei dem Vibrationsantrieb der Vibrationswalze gemäß der Figur 2 fördert die Hydropumpe 1 ein Druckmedium über das federvorgespannte Rückschlagventil 8 zum stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors 6, so dass dieser ein Drehmoment an eine Abtriebswelle 32 für das Antreiben eines in Figur 5 dargestellten Unwucht- Schwingungserregers 34 abgibt. Das druckentspannte Druckmedium wird anschließend über das in Offenstellung vorgespannte 2-Stellungs-2-Wege-Schaltventil in den

Druckmitteltank 2 abgeführt. In dieser Antriebsphase befinden sich die beiden Ventile 42 und 46 in ihrer Sperrstellung.

Soll der Vibrationsantrieb abgestellt werden, wird das 2-Wege-2-Stellungs- Schaltventil 46 aus seiner Schließposition in die Offenposition geschaltet. In diesem Fall fördert die Hydropumpe 1 Druckmittel über die von der Bypassleitung 40 abzweigende Zweigleitung 44 in den Druckmediumstank 2. Die Energierückgewinnung aus dem auslaufenden Unwucht-Schwingungserreger 34, der in diesem Zustand über die

Abtriebswelle 32 ein Drehmoment an den Hydromotor 6 anlegt, erfolgt in

Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Vibrationsantrieb gemäß der Figur 1.

Auch die Beschleunigung erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Es wird dazu das Wegeventil 22 in die Schaltstellung gebracht, in der der Hydrospeicher über das Rückschlagventil 26 mit dem stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 verbunden ist. Nach einer gewissen Zeitspanne bzw. drehzahlabhängig oder abhängig vom Maß der Drehzahländerung werden das Wegeventil 22 in seine Mittelstellung und das Wegeventil 46 in seine Sperrstellung gebracht. Wegen der Sperrstellung des Wegeventils 46 ist das Druckbegrenzungsventil 48 unwirksam geschaltet und es kann sich in der Arbeitsleitung 4 ein Druck aufbauen.

Das Wegeventil 42 befindet sich nur dann in seiner geöffneten Schaltstellung, wenn der Vibrationsantrieb ganz ausgeschaltet sein soll, die Hydropumpe 1 aber noch von einem Primäraggregat angetrieben wird. Dann fördert die Hydropumpe mit einem sehr niedrigen Umlaufdruck über die Ventile 42 und 14 zum Tank, so dass nur sehr geringe Energieverluste entstehen.

An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass der Antrieb des Hydromotors 6 beim Vibrationsantrieb gemäß der Figur 1 wie auch der Figur 2 so ausgelegt sein muss, dass die Hydropumpe 1 beim Anfahren des Hydromotors 6 das Massenträgheitsmoment des Unwucht-Schwingungserregers 34 überwindet. D. h., dass für das Anfahren des Hydromotors 6 zumindest kurzzeitig eine überhöhte Leistung vom Hydropumpenantrieb abgefordert wird. Um diese Leistung zu bringen, muss in der Regel der Antrieb für die Hydropumpe 1 so ausgelegt sein, dass die

Anfahrspitzenleistung von diesem aufgebracht wird. Insofern ist der

Hydropumpenantrieb für den normalen Betriebszustand des Vibrationsantriebs überdimensioniert.

Durch die Anordnung des Hochdruckspeichers 18, welcher im Rahmen einer Energierückgewinnung durch das Auslaufen des Unwucht-Schwingungserregers 34 und den damit verbundenen Antrieb des Hydromotors 6 geladen wird, kann dieser für das Anfahren des Hydromotors 6 kurzfristig Energie in das System einspeisen und somit die Hydropumpe 1 entlasten. Dies hat zur Folge, dass der Hydropumpenantrieb hinsichtlich seiner Maximalleistung entsprechend verkleinert werden kann.

Im nachfolgenden wird ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand zweier Varianten gemäß der Figuren 3 und 4 näher beschrieben.

Die Figur 3 zeigt einen Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze in geschlossener Hydraulikkreis-Bauform. Während die anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene offene Hydraulikkreis-Bauform vorwiegend für leichtgewichtigere Vibrationswalzen vorgesehen ist, wird ein Vibrationsantrieb der geschlossenen Hydraulikkreis-Bauform in der Regel für schwere Vibrationswalzen vorgesehen mit entsprechenden schwergewichtigen Unwucht-Schwingungserregern.

Weiterhin lassen sich mit einem hydraulischen Antrieb in einem geschlossenen Kreislauf die Unwuchtmassen auf einfache Weise durch Umkehrung der Förderrichtung einer über null verschwenkbaren Pumpe in beide Drehrichtungen antreiben. Durch die Umkehrung der Drehrichtung werden oft unterschiedliche Frequenzen und Amplituden der Vibration realisiert.

Der Vibrationsantrieb gemäß der Figur 3 hat eine über null verstellbare

Hydropumpe 1 , die mit einem Antriebsaggregat M, beispeisweise einem Verbrennungsmotor mechanisch verbunden ist. Die Hydropumpe 1 fördert Fluidmittel über eine Arbeitsleitung 4 zu zumindest einem Hydromotor 6, welcher über eine

Abtriebswelle 32 mit einem in Figur 5 gezeigten Unwucht-Schwingungserreger 34 gekoppelt ist. Optional können weitere Hydromotoren seriell zu dem vorstehend genannten Hydromotor in die Arbeitsleitung eingefügt sein, wie beispielsweise in der Figur 3 durch den dort gestrichelt gezeigten zweiten Hydromotor dargestellt wird.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass Vibrationswalzen der schweren Ausführungsform häufig zwei Bandagen haben, in welchen ein erfindungsgemäßer Unwucht-Schwingungserreger 34 jeweils eingesetzt ist. In diesem Fall sind mindestens zwei Hydromotoren für deren Antrieb erforderlich.

Ein Ausgangsanschluss des zumindest einen Hydromotors 6 ist über eine

Rückführleitung 50 mit einem Eingangsanschluss der Hydropumpe 1 fluidverbunden. Hierdurch entsteht ein geschlossener Hydraulikkreis. Es versteht sich, dass bei einer umgekehrten Förderrichtung der Hydropumpe 1 die Leitung 50 die Arbeitsleitung und die Leitung 4 die Rückführleitung ist. Parallel zu dem zumindest einen Hydromotor 6 ist eine Energierückgewinnungsleitung 16 angeordnet, welche den Eingangsanschluss sowie den Ausgangsanschluss des Hydromotors 6 bypasst. An die

Rückgewinnungsleitung 6 ist ein vorgespannter Hochdruckspeicher 8 in einem Verzweigungspunkt angeschlossen. Des Weiteren sind in der Rückgewinnungsleitung 16, welche faktisch die Arbeitsleitung 4 und die Rückführleitung 50 miteinander verbindet, zwei 2-Wege-2-Stellungs-Schaltventile 52/54 zwischengefügt, derart, dass sich die Anschlussstelle des Hochdruckspeichers 18 an die Rückgewinnungsleitung 16 zwischen diesen beiden Schaltventilen 52, 54 befindet. Beide Schaltventile 52, 54 sind jeweils in eine Sperrschaltposition federvorgespannt und können elektromagnetisch unabhängig voneinander in eine Offenposition geschaltet werden. Parallel zu der Rückgewinnungsleitung 16 ist eine Speiseleitung 56 angeordnet, die ebenfalls von der Arbeitsleitung 4 und der Rückführleitung 50 ausgeht. In die Speiseleitung 56 ist ein 3/3- Wegeschaltventil 58 zwischengefügt, an welches ein Niederdruckspeicher 60 angeschlossen ist. Das Schaltventil 58 ist dabei so ausgebildet, dass es in den seitlichen Schaltstellungen den Niederdruckspeicher 60 wahlweise mit der

Arbeitsleitung 4 oder mit der Rückführleitung 50 fluidverbindet und in der federzentrierten Mittelstellung den Hydrospeicher 60 und die Leitungen 4 und 50 gegeneinander absperrt.

In einer zweiten Schaltposition des Schaltventils 58 wird der Niederdruckspeicher 60 über die Speiseleitung 56 mit der Arbeitsleitung 4 fluidverbunden. In einer dritten Schaltposition wird der Niederdruckspeicher 60 über die Speiseleitung 56 mit der Rückführleitung 50 fluidverbunden.

An zwei Steuerseiten des Schaltventils 58 sind Steuerleitungen angeschlossen sind, die an einer Seite mit der Arbeitsleitung und an der anderen Seite mit der

Rückführleitung fluidverbunden sind. Schließlich hat der Niederdruckspeicher 60 eine Druckentlastungsleitung 62, die zum Druckmediumstank 2 führt und in welcher ein Druckbegrenzungsventil 64 zwischengeschaltet ist.

Schließlich ist der Vibrationsantrieb gemäß der Figur 3 mit einer Ausgleichspumpe 66 versehen, die zum Ausgleich von Ölleckagen an den Hydraulikkreis der

geschlossenen Bauform angeschlossen ist.

Im Konkreten ist die Ausgleichspumpe 66 über einen Ansaugkanal mit dem Druckmediumstank 2 fluidverbunden. Der Ausgangsanschluss der Ausgleichspumpe 66 mündet in eine Ausgleichsleitung 68, welche die Arbeitsleitung 4 und die

Rückführleitung 50 parallel zu der Speiseleitung 56 bzw. der Rückgewinnungsleitung 16 fluidverbindet. Zwischen der Mündungsstelle der Ausgleichspumpe 66 in die

Ausgleichsleitung 68 und der Arbeitsleitung 4 ist ein Rückschlagventil 70

zwischengeschaltet, welches nur eine Strömung von der Ausgleichspumpe 66 zur Arbeitsleitung 4 zulässt. Parallel zum Rückschlagventil 70 ist ein

Druckbegrenzungsventil 72 angeordnet, welches im Falle eines zu hohen Drucks in der Arbeitsleitung 4 in Richtung zur Mündungsstelle zwischen Ausgleichspumpe 66 und Ausgleichsleitung 68 öffnet.

Eine vergleichbare Konstruktion findet sich in der Ausgleichsleitung 68 zwischen der Mündungsstelle und der Rückführleitung 50. D. h., zwischen der Mündungsstelle der Ausgleichspumpe 66 in die Ausgleichsleitung 68 und der Rückführleitung 50 ist ebenfalls ein Rückschlagventil 74 zwischengefügt, welches lediglich eine Strömung in Richtung zur Rückführleitung 50 zulässt. Parallel zu diesem Rückschlagventil 74 ist ein Druckbegrenzungsventil 76 angeordnet, welches für den Fall, dass in der

Rückführleitung 50 ein zu hoher Druck herrscht, in Richtung zur Mündungsstelle hin öffnet. Durch die Ausgleichspumpe 66 wird in der jeweiligen Niederdruckleitung 4 oder 50 ein Druck von 25 bis 30 bar aufrechterhalten.

Im normalen Betrieb fördert die motorgetriebene Hydropumpe 1 ein

Arbeitsmedium über die Arbeitsleitung 4 zum stromaufwärtigen Anschluss des zumindest einen Hydromotors 6, um über dessen Abtriebswelle 32 einen Unwucht- Schwingungserreger 34 anzutreiben. Das druckentspannte Druckmedium wird anschließend vom stromabwäritgen Anschluss des zumindest einen Hydromotors 6 über die Rückführleitung 50 zum Eingangsanschluss der Hydropumpe 1 zurückgeleitet. Im normalen Betrieb befinden sich die beiden Schaltventile 52, 54 in ihrer Sperrstellung. Das Schaltventil 58 befindet sich aufgrund des Drucks in der Arbeitsleitung 4 in seiner dritten Schaltstellung und verbindet den Niederdruckspeicher 60 mit der Rückführleitung 50.

Soll nunmehr der zumindest eine Hydromotor 6 abgeschaltet werden, wird die verdrängungsvariable Hydropumpe 1 bezüglich ihrer Förderleistung zurückgenommen (auf null gesetzt), so dass der Hydromotor 6 nunmehr kein Drehmoment an die

Abtriebswelle 32 mehr abgibt. In Folge der Masseträgheit des zumindest einen

Unwucht-Schwingungserregers 34 gibt dieser jedoch temporär (Nachlaufvorgang) ein Drehmoment über die Abtriebswelle 32 an den Hydromotor 6 ab, wodurch dieser zeitweilig die Funktion einer Pumpe annimmt. D. h., der Hydromotor 6 fördert nunmehr Druckmedium in die Rückführleitung 50.

In diesem Fall wird das Schaltventil 54 zwischen dem Hochdruckspeicher 18 und der Rückführleitung 50 elektromagnetisch geöffnet, so dass das vom Hydromotor 6 temporär geförderte Druckmedium in den Hochdruckspeicher 16 eingespeist wird.

Sobald dieser Nachlauf- bzw. Schiebebetrieb des Hydromotors 6 beendet ist, schließt das Schaltventil 54 zwischen Hochdruckspeicher 18 und Rückführleitung 50. Da während des Schiebebetriebes folglich Druckmedium aus dem geschlossenen Hydraulikkreis entnommen und im Hochdruckspeicher 18 unter Druck gebunkert wird, entsteht ein Druckmediumsmangel (Unterdruck) im Hydraulikkreis und insbesondere in der Arbeitsleitung 4. Dies wird durch entsprechendes Schalten des 3-Wege-3-Stellungs- Schaltventils 58 in der Speiseleitung 56 ausgeglichen, welches in Folge einer sich einstellenden Druckdifferenz zwischen Arbeitsleitung 4 und der Rückführleitung 50 in seine zweite Schaltposition geschaltet wird, in welcher der Niederdruckspeicher 60 mit der Arbeitsleitung 4 fluidverbunden wird. D. h., das im Hochdruckspeicher 18 temporär gespeicherte Druckmedium wird im geschlossenen Hydraulikkreis über den

Niederdruckspeicher 60, zusätzlich aber auch durch die Ausgleichspumpe 66

ausgeglichen.

Sobald der normale Antriebsbetrieb des zumindest einen Hydromotors 6 anlaufen soll, wird das 2-Wege-2-Stellung-Schaltventil 52 zwischen dem Hochdruckspeicher 18 und der Arbeitsleitung 4 geöffnet, wodurch das im Hochdruckspeicher 18 unter Druck gebunkerte Druckmedium in die Arbeitsleitung 4 eingespeist wird. Auf diese Weise kann die zum Anfahren des Hydromotors 6 sowie zur Überwindung der Massenträgheit des Unwucht-Schwingungserregers 34 notwendige Leistung vom Hochdruckspeicher 18 aufgebracht werden. Ist der Beschleunigungsvorgang aus dem Hydrospeicher 18 abgeschlossen, werden das Ventil 52 in seine Sperrstellung gebracht und die

Hydropumpe 1 von null her ausgeschwenkt und auf das der gewünschten Drehzahl des Hydromotors entsprechende Fördervolumen verstellt. Die Verstellung kann dabei wiederum zeitabhängig oder in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der

Drehzahländerung des Hydromotors erfolgen. Ein entsprechender Drehzahlgeber ist in Figur 4 eingezeichnet. Demzufolge kann die Hydropumpe 1 sowie deren Antrieb M lediglich für einen durchschnittlichen Betrieb ausgelegt sein und nicht für zu erwartende Spitzenleistungen, welche beim Anfahren des Hydromotors 6 auftreten können. Das nunmehr zusätzlich in den geschlossenen Hydraulikkreis vom Hochdruckspeicher 18 eingespeiste Druckmedium führt dazu, dass sich das 3-Stellungs-3-Wege-Schaltventil 58 in der Speiseleitung 56 in eine Schaltposition bewegt, in welcher der

Niederdruckspeicher 60 nunmehr mit der Rückführleitung 50 fluidverbunden ist. D. h., der Überschuss an Druckmedium, der durch Entspannen des Hochdruckspeichers 18 im geschlossenen Hydraulikkreis entsteht, wird über den Niederdruckspeicher 60 abgegriffen und dort zwischen gespeichert. Sollte in dem geschlossenen Hydraulikkreissystem eine Druckmediumsleckage auftreten, führt dies dazu, dass der von der Ausgleichspumpe 66 an den jeweiligen Rückschlagventilen 70, 74 aufgebaute Hydraulikdruck ein Öffnen des einen oder anderen Rückschlagventils in Richtung zur Arbeitsleitung 4 oder zur Rückführleitung 50 führt, wodurch die entsprechende Leckage ausgeglichen wird.

In der Figur 4 ist nunmehr eine zweite Variante für einen Hydraulikkreis der geschlossenen Bauform gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt. Aus Vereinfachungsgründen wird nachstehend lediglich auf die zur Variante gemäß Figur 3 unterschiedliche Ausgestaltungen näher eingegangen.

Wie aus der Figur 4 im Vergleich zur Figur 3 zu ersehen ist, ist nunmehr das gemäß der Figur 3 vorgesehene 3-Wege-3-Stellungs-Schaltventil 58 durch zwei separat elektromagnetisch schaltbare 2-Wege-2-Stellungs-Schaltventile 78, 80 ersetzt. Im konkreten ist der Niederdruckspeicher 60 an einer Einmündungssteile mit der

Speiseleitung 56 fluidverbunden. Zwischen der Einmündungssteile und der

Arbeitsleitung 4 ist das 2-Wege-2-Stellungs-Schaltventil 78 zwischengefügt, welches in Sperrposition federvorgespannt ist. Des Weiteren ist zwischen der Mündungsstelle und der Rückführleitung 50 das andere 2-Wege-2-Stellungs-Schaltventil 80 zwischengefügt, welches ebenfalls in Sperrposition federvorgespannt ist. Die Funktionsweisen beider Ventile 78, 80 entsprechen dabei jener Funktionsweise des 3-Wege-3-Stellungs- Schaltventils 58 gemäß Figur 3. D. h., dass in einem Schiebebetrieb des Hydromotors 6, in welchem der Hydromotor 6 Druckmedium in den Hochdruckspeicher 18 einspeist, das Schaltventil 78 zwischen der Arbeitsleitung 4 und der Mündungsstelle offen ist, so dass eine entsprechende Druckmediumsmenge aus dem Niederdruckspeicher 60 zur Arbeitsleitung 4 fließen kann. Im Falle eines erneuten Anfahrens des Unwucht- Schwingungserregers 34, ist das Schaltventil 80 zwischen der Mündungsstelle und der Rückführleitung 50 geöffnet, um das nunmehr überschüssige und druckverbrauchte Druckmedium vom stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors 6 in den

Niederdruckspeicher 60 zurückströmen zu lassen. Alle übrigen Funktionen des geschlossenen Hydraulikkreises gemäß der Figur 4 entsprechen jenen der Figur 3, so dass an dieser Stelle auf die entsprechenden Textstellen verwiesen werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Vibrationsantrieb, der anhand der vorstehenden zwei Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, lassen sich die folgenden Vorteile erzielen:

Eine Energierückgewinnung bei einer Vibrationswalze ist nunmehr möglich durch Speicherung der rotatorischen Energie aus dem Vibrationsantrieb bzw. aus den

Unwuchtmassen.

Die gespeicherte Energie kann vorzugsweise zur Beschleunigung der rotierenden Massen des Vibrationsantriebs bei Vibrationswalzen genutzt werden, um

Leistungsspitzen auszugleichen.

Es findet keine hydraulische Verbindung/Kopplung zwischen dem

Vibrationsantrieb und dem Fahrantrieb einer Vibrationswalze statt.

Es erfolgt keine Nutzung der translatorischen Energie des Fahrzeugs, welche energetisch irrelevant ist, da Fahrzeuge wie die Vibrationswalze im Arbeitsmedium ohne Antrieb unverzüglich selbständig verzögert werden.

Eine Speicherung und Freisetzung der rückgeführten Energie kann auch im

Stillstand des Fahrzeuges erfolgen.

Eine Realisierung des Vibrationsantriebs mit Energierückführung ist mit einfachen handelsüblichen Ventilen möglich.

Der Vibrationsantrieb ermöglicht eine Verringerung (Reduzierung) der zu installierenden maximalen Antriebsleistung einer Brennkraftmaschine als

Antriebsaggregat der Hydropumpe.

Es wird ein geringerer Bedarf an Einbauraum durch eine kleinere

Brennkraftmaschine erforderlich.

Der Treibstoffverbrauch einer verkleinerten Brennkraftmaschine ist reduziert. Die Hydraulikdruckspeicher (Hochdruck-/Niederdruckspeicher) können frei im/am Fahrzeugrahmen angeordnet oder integriert werden.

Die erforderlichen Schaltventile sowie der hydrostatische Vibrationsantrieb können im System elektrisch bzw. elektronisch angesteuert sein.

Beim Beschleunigen des Unwucht-Schwingungserregers erfolgt die

Druckmittelversorgung des Hydromotors aus dem Hydrospeicher und von der

Hydropumpe vorzugsweise sequentiell.

Offenbart wird ein Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze mit einem Unwucht- Schwingungserreger, der in zumindest einer durch ein externes Antriebs- oder

Vortriebsaggregat betriebene Bandage der Vibrationswalze relativ zu dieser in mindestens eine Richtung drehbar einsetzbar ist. Der Unwucht-Schwingungserreger ist erfindungsgemäß mit einem Hydromotor mechanisch gekoppelt, der von einer

Hydropumpe mit einem Druckmedium zur Rotation des Unwucht-Schwingungserregers versorgbar ist. Ferner ist zumindest ein Hochdruckspeicher vorgesehen zur Aufnahme von vom Hydromotor in einem Schiebebetrieb gefördertem Druckmedium. Des

Weiteren speist der Hochdruckspeicher in einem Antriebsbetrieb des Hydromotors gespeichertes Druckmedium an den Hydromotor ein.

Claims

Patentansprüche

1. Vibrationsantrieb einer Vibrationswalze mit einem Unwucht-Schwingungserreger (34), der in zumindest einer durch ein externes Antriebsaggregat betriebene Bandage (36) der Vibrationswalze relativ in mindestens eine Richtung drehbar einsetzbar ist, wobei der Unwucht-Schwingungserreger (34) mit einem

Hydromotor (6) mechanisch gekoppelt ist, der von einer Hydropumpe (1 ) mit einem Druckmedium zur Rotation des Unwucht-Schwingungserregers (34) versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hochdruckspeicher (18) vorgesehen ist zur Aufnahme von vom Hydromotor (6) in einem

Schiebebetrieb gefördertem Druckmedium.

2. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der

Hochdruckspeicher (18) in einem Antriebsbetrieb des Hydromotors (6)

gespeichertes Druckmedium an den Hydromotor (6) einspeist.

3. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (1 ) und der Hydromotor (6) in einem offenen Kreis angeordnet sind, in welchem der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors (6) wahlweise mit einem Tank (2) oder mit dem Hochdruckspeicher (18) fluidverbindbar ist.

4. Vibrationsantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der

Hochdruckspeicher (18) über ein Druckbegrenzungsventil (30) mit dem Tank (2) fluidverbindbar ist.

5. Vibrationsantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Ventilanordnung (20), über die der Hochdruckspeicher (18) wahlweise mit dem stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors (6) oder mit dem

stromaufwärtigen Anschluss des Hydromotors (6) fluidverbindbar ist.

6. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (1 ) und der Hydromotor (6) in einem geschlossenen Kreis angeordnet sind, in welchem der stromabwärtige Anschluss des Hydromotors (6) im Schiebebetrieb mit dem Hochdruckspeicher (18) fluidverbunden ist und der stromaufwärtige Anschluss des Hydromotors (6) im Antriebsbetrieb mit dem Hochdruckspeicher (18) verbunden ist.

7. Vibrationsantrieb nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen

Niederdruckspeicher (60), der im Schiebebetrieb des Hydromotors (6) mit dessen stromaufwärtigem Anschluss verbindbar ist und der im Antriebsbetrieb des Hydromotors (6) mit dessen stromabwärtigem Anschluss verbindbar ist.

8. Vibrationsantrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochdruckspeicher (18) eine Rückgewinnungs- Ventilanordnung (20)

vorgeschaltet ist zur wahlweisen Fluidverbindung des Hochdruckspeichers (18) mit dem stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Anschluss des Hydromotors (6).

9. Vibrationsantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Niederdruckspeicher (60) eine Druckmittelausgleichs-Ventilanordnung (82) vorgeschaltet ist zur wahlweisen Fluidverbindung des Niederdruckspeichers (60) mit dem stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Anschluss des

Hydromotors (6).

10. Vibrationsantrieb nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet durch eine

Ventilsteuerung zur Steuerung der Druckmittelausgleichs-Ventilanordnung (82) in Abhängigkeit der Schaltposition der Rückgewinnungs-Ventilanordnung (20).