GERHARD, Martin (Moosstrasse 22, Niederrohrdorf, CH-5443, CH)
KAUFMANN, Kuno (Untere Neumattstrasse 3, Subingen, CH-4553, CH)
VON FELTEN, Dominik, Anton (Stockmattstrasse 3, Aarau, CH-5000, CH)
ANDEREGG, Roland (Im Kleinholz 67, Olten, CH-4600, CH)
GERHARD, Martin (Moosstrasse 22, Niederrohrdorf, CH-5443, CH)
KAUFMANN, Kuno (Untere Neumattstrasse 3, Subingen, CH-4553, CH)
VON FELTEN, Dominik, Anton (Stockmattstrasse 3, Aarau, CH-5000, CH)
| PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft, umfassend a) einen Erregerteil (1, 23) mit einem Un- wuchterreger (2) zur Erzeugung einer intermittierenden Erregerkraft und mit einer Kontaktfläche (3) zur Übertragung einer senkrecht zur Kontaktfläche gerichteten Kraftkomponente der Erregerkraft als pulsierende Druckkraft auf ein Werkzeug oder auf eine mit der Druckkraft zu beaufschlagende Arbeitsfläche (4), und b) einen Tilgerteil (5, 25), welcher mit dem Erregerteil (1, 23) über eine Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b) verbunden ist, zur Bildung eines durch den Unwuchterreger (2) zu resonanten Schwingungen anregbaren schwingfähigen Systems, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass die Federsteifigkeit (k2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Dämpfung (d2) der Feder-Dämpfer-Ein- heit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25) , das Massenträgheitsmoment des Tilgerteils (5, 25), die Masse (ml) des Erregerteils (1, 23) und/oder das Massenträgheitsmoment des Erregerteils (1, 23) im Betrieb veränderbar ist bzw. sind. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger (2) als Richtschwinger oder als Kreisschwinger ausgebildet ist, zur Erzeugung einer intermittierenden Erregerkraft. 3. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass beim bestimmungsgemässen Betrieb der Tilgerteil (5, 25) sich in Schwerkraftrich- tung über die Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b) ausschliesslich auf dem Erregerteil (1, 23) abstützt. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass sich der Tilgerteil (5, 25) beim bestimmungsgemässen Betrieb teilweise über die Feder- Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b) auf dem Erregerteil (1, 23) abstützt und teilweise auf Tragmitteln (8, 10), welche separat von Erregerteil (1, 23) ausgebildet sind. 5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Ruheteil (9, 20) aufweist, welcher mit dem Erregerteil (1, 23) oder dem Tilgerteil (5, 25) verbunden ist, derart, dass er mit dem Erregerteil (1, 23) oder dem Tilger- teil (5, 25) eine zusammenhängende Einheit bildet, aber schwingungsmässig im Wesentlichen davon entkoppelt ist. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruheteil (9, 20) beim bestimmungsgemässen Betrieb vollständig von dem Erregerteil (1, 23) oder von dem Tilgerteil (5, 25) getragen ist. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruheteil (9, 20) beim bestimmungsgemässen Betrieb vollständig von Tragmitteln (10a, 10b) getragen ist, welche schwingungsmässig im Wesentlichen entkoppelt von dem Erregerteil (1, 23) und dem Tilgerteil (5, 25) sind. 8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruheteil (9, 20) beim bestimmungsgemässen Betrieb teilweise von dem Erregerteil (1, 23) oder dem Tilgerteil (5, 25) getragen ist und teilweise von Tragmitteln (10), welche schwingungsmässig im Wesentlichen entkoppelt von dem Erregerteil (1, 23) und dem Tilgerteil (5, 25) sind. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass im Betrieb eine Veränderung der Gewichtsverteilung zwischen dem von dem Erregerteil (1, 23) bzw. dem Tilgerteil (5, 25) zu tragenden Gewichtsanteil des Ruheteils (9, 20) und dem von den Tragmitteln (10) zu tragenden Gewichtsanteil des Ruheteils (9, 20) möglich ist, insbesondere durch Verschieben eines Gewichts auf dem Ruheteil (9, 20). 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass eine Veränderung der Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25) , des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils (5, 25), der Masse (ml) des Erregerteils (1, 23) und/oder des Massenträgheitsmoments des Erregerteils (1, 23) dadurch möglich ist, dass ein oder mehrere Flüssigkeitsvolumen zwischen dem Ruheteil (9, 20) und dem Erregerteil (1, 23) und/oder dem Tilgerteil (5, 25) ausge- tauscht wird oder werden. 11. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass eine Veränderung der Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25) , des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils (5, 25), der Masse (ml) des Erregerteils (1, 23) und/oder des Massenträgheitsmoments des Erregerteils (1, 23) dadurch möglich ist, dass ein oder mehrere Flüssigkeitsvolumen zwischen dem Tilgerteil (5, 25) und dem Erregerteil (1, 23) ausgetauscht wird oder werden. 12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilgerteil (5, 25) und/oder der Erregerteil (1, 23) mindestens zwei Massen aufweist, welche bei Beschleunigung des Tilgerteils (5, 25) bzw. des Erregerteils (1, 23) in einer Richtung senkrecht zur Kontaktfläche (3) entgegen einer Federkraft zueinander beweglich sind, wobei die Federkraft im Betrieb veränderbar ist, zur Veränderung des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils (5, 25) bzw. des Erregerteils (1, 23) . 13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass eine Veränderung der Federsteifigkeit (k2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b) durch Versteifung von Federelementen (6) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b) und/oder durch Änderung der Krafteinleitung in Federelemente (6) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b) möglich ist, insbesondere durch Änderung einer Übersetzung der eingeleiteten Kräfte. 14. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass die Frequenz (Ω1) der Erregungskraft (Fl), die Grösse der Erregungskraft (Fl) und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft (Fl) des Unwuchterregers (2) im Betrieb veränderbar ist oder sind. 15. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerungs- bzw. Regelungseinheit umfasst, mit welcher die Federsteifigkeit (k2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Dämpfung (d2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Federvorspannung der Feder-Dämpfer- Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25) , das Massenträgheitsmoments des Tilgerteils (5, 25), die Masse (ml) des Er- regerteils (1, 23) und/oder das Massenträgheitsmoment des Erregerteils (1, 23) im Betrieb automatisiert in Abhängigkeit von gemessenen Systemgrössen einstellbar ist oder sind, insbesondere derart, dass der Tilgerteil (5, 25) in Resonanz mit dem Erregerteil (1, 23) schwingt, insbeson- dere mit derselben Frequenz oder mit der halben Frequenz des Erregerteils (1, 23) . 16. Anordnung nach Anspruch 14 und nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit zusätzlich die Frequenz (Ω1) der Erregungskraft (Fl), die Grösse der Erregungskraft (Fl) und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft (Fl) des Unwuchterregers (2) im Betrieb automatisiert in Abhängigkeit von gemessenen Systemgrössen einstellbar ist oder sind, insbesondere derart, dass der Tilgerteil (5, 25) in Resonanz mit dem Erregerteil (1, 23) schwingt, insbesondere mit derselben Frequenz oder mit der halben Frequenz des Erregerteils (1, 23). 17. Bodenverdichtungsvorrichtung, umfassend eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche. 18. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vibra- tionsplatte oder Walze ist, insbesondere eine Walze mit ein oder zwei vibrationserregten Bandagen (11). 19. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung oder einer Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: a) bestimmungsgemässes Betreiben der Anordnung mit der Kontaktfläche (3) in Kontakt mit einem eine Arbeit verrichtenden Werkzeug oder einer zu bearbeitenden, insbesondere zu verdichtenden Arbeitsfläche (4); b) Verändern der Federsteifigkeit (k2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Dämpfung (d2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25), des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils (5, 25), der Masse (ml) des Erregerteils (1, 23) und/oder des Massenträgheitsmoments des Erregerteils (1, 23) während dem bestimmungsgemässen Betrieb der Anordnung. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (Ω1) der Erregungskraft (Fl), die Grösse der Erregungskraft (Fl) und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft (Fl) des Unwuchterregers (2) beim bestimmungsgemässen Betreiben der Anordnung ver- ändert wird oder werden. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteifigkeit (k2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Dämpfung (d2) der Feder-Dämpfer- Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), die Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25), das Massenträgheitsmoment des Tilgerteils (5, 25), die Masse (ml) des Erregerteils (1, 23) und/oder das Massenträgheitsmoment des Erregerteils (1, 23) , und/- oder, wo zutreffend, die Frequenz (Ω1) der Erregungskraft (Fl), die Grösse der Erregungskraft (Fl) und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft (Fl) des Unwuchterregers (2) derartig verändert wird oder werden, dass der Tilgerteil (5, 25) in Resonanz mit dem Erregerteil (1, 23) schwingt, insbesondere mit derselben Frequenz oder mit der halben Frequenz des Erregerteils (1, 23) . 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass während dem bestimmungs- gemässen Betreiben der Anordnung Systemparameter des durch den Unwuchterreger (2) zu Schwingungen angeregten Systems gebildet aus Erregerteil (1, 23), Feder-Dämpfer- Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b) und Tilgerteil (5, 25) ermittelt werden, insbesondere die Beschleunigungen des Erregerteils (1, 23) und/oder des Tilgerteils (5, 25) in Richtung senkrecht zur Kontaktfläche (3) sowie die Drehfrequenz (Ω1) des Unwuchterregers (2), und dass das Verändern der Federsteifigkeit (k2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Dämpfung (d2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25), des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils (5, 25), der Masse (ml) des Erregerteils (1, 23) und/oder des Massenträgheitsmoments des Erregerteils (1, 23), und/- oder, wo zutreffend, der Frequenz (Ω1) der Erregungskraft (Fl), der Grösse der Erregungskraft (Fl) und/oder der Wirkrichtung der Erregungskraft (Fl) des Unwuchterregers (2) in Abhängigkeit von einem oder mehreren der ermittelten Systemparameter erfolgt. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern der Feder- steifigkeit (k2) der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Dämpfung (d2) der Feder- Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit (15, 15a, 15b, 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b), der Masse (m2) des Tilgerteils (5, 25) , des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils (5, 25), der Masse (ml) des Erregerteils (1, 23) und/oder des Massenträgheitsmoments des Erregerteils (1, 23) und/oder, wo zutreffend, der Frequenz (Ω1) der Erre- gungskraft (Fl) , der Grösse der Erregungskraft (Fl) und/- oder der Wirkrichtung der Erregungskraft (Fl) des Unwuchterregers (2) automatisiert mittels einer Steuerungsbzw. Regelungseinheit erfolgt. 24. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Bodenverdichtung. |
Druckkraf
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Be ¬ reitstellung einer pulsierenden Druckkraft, eine Bodenverdichtungsvorrichtung umfassend eine solche Anordnung, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung oder einer solchen Bodenverdichtungsvorrichtung sowie die Verwendung einer solchen Anordnung zur Bodenverdichtung gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
STAND DER TECHNIK
Insbesondere in der Bodenverdichtung kommen Verdichtungsgeräte zum Einsatz, welche nach dem so genannten Tilgerprinzip funktionieren. Hierbei wird eine ebene Platte oder eine Walzenkörper (Bandage) , welche die Bodenkontaktfläche bildet, mittels eines Unwuchterregers zu Schwingungen angeregt. Die Platte oder der Walzenkörper ist über ein Feder-Dämpfer-System mit einer darüber angeordneten Tilgermasse verbunden, welche über das Feder-Dämpfer System ebenfalls zu Schwingungen angeregt wird. Schwingt die Tilgermasse gleichphasig mit derselben Frequenz (1:1 Resonanz) oder der halben Frequenz (2:1 Resonanz) der Platte oder des Walzenkörpers, so ergibt sich bei diesem Maschinenkonzept (Tilgerprinzip) eine maximale Bodenverdichtungskraft, welcher der Leistung deutlich grösserer bzw. schwererer Maschinen ohne Tilgermasse entspricht.
Systembedingt ergibt sich bei solchen Bodenverdichtungsgeräten jedoch das Problem, dass das Schwingungsverhalten der Platte oder des Walzenkörpers, welche oder welcher die Tilgermasse zu Schwingungen anregt, von der Steifigkeit des zu verdichtenden Bodens beeinflusst wird, welche örtlich unterschiedlich sein kann und sich zudem während dem Verdichten des Bodens ändert. Dies führt in der Praxis dazu, dass einfachere Geräte mit fes ten Erregerfrequenzen in den seltensten Fällen im optima len Betriebspunkt (1:1 oder 2:1 Resonanz) betrieben werden können und somit ihr Leistungspotential nicht ausschöpfen können. Auch kann es durch längeren Betrieb im suboptimalen Bereich zu frühzeitigem Verschleiss oder ga zur Zerstörung der Geräte kommen.
Bei technisch auf endigeren Geräten mit regelbaren Unwuchterregern lässt sich der gewünschte Resonanzzustand durch Änderung der Erregerfrequenz in weiten Bereichen herstellen, so dass zumindest das letztgenannt Problem vermieden werden kann. Jedoch ergibt sich hierbe der Nachteil, dass die zur Herstellung des Resonanzzustands erforderliche Erregerfrequenz oftmals energetisch suboptimal ist, was wiederum dazu führt, dass auch diese Geräte ihr Leistungspotential nicht voll ausschöpfen kön nen .
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, technische Mittel zur Verfügung zu stellen, mit denen die zuvor geschilderten Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise überwunden werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 gelöst.
Demgemäss betrifft ein erster Aspekt der Erfindung eine Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft. Die Anordnung umfasst einen Erregerteil mit einem Unwuchterreger zur Erzeugung einer intermittierenden Erregerkraft und mit einer Kontaktfläche zur Übertragung einer senkrecht zur Kontaktfläche gerichteten Kraftkomponente der Erregerkraft als pulsierende Druckkraft auf ein Werkzeug oder auf eine mit der Druckkraft zu beaufschlagende Arbeitsfläche. Weiter umfasst die Anordnung einen Tilgerteil, welcher mit dem Erregerteil über eine Feder-Dämpfer-Einheit verbunden ist, zur Bil- dung eines durch den Unwuchterreger zu resonanten Schwingungen anregbaren schwingfähigen Systems.
Erfindungsgemäss ist die Anordnung derartig ausgebildet, dass die Federsteifigkeit (auch Federkonstante genannt) der Feder-Dämpfer-Einheit, die Dämpfung der Feder-Dämpfer-Einheit, die Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit, die Masse des Tilgerteils, das an der Feder-Dämpfer-Einheit wirksam werdende Massenträgheitsmoment des Tilgerteils, die Masse des Erregerteils und/oder das an der Feder-Dämpfer-Einheit wirksam werdende Massenträgheitsmoment des Erregerteils im Betrieb veränderbar ist bzw. sind.
Hierdurch wird es möglich, das schwingfähige System gebildet aus Erregerteil, Feder-Dämpfer-Einheit und Tilgerteil bei einer gegebenen Erregerfrequenz für unterschiedliche Ankopplungssteifigkeiten der Kontaktfläche an ein Werkzeug oder an eine Arbeitsfläche in Resonanz zu halten und somit einen energetisch optimalen Betrieb mit einer maximalen an der Kontaktfläche zur Verfügung gestellter pulsierenden Druckkraft bei unterschiedlichen bzw. sich ändernden Einsatzbedingungen zu ermöglichen. Entsprechend wird es mit der erfindungsgemässen Anordnung erstmals möglich, nach dem Tilgerprinzip funktionierende Bodenverdichtungsgeräte zur Verfügung zu stellen, welche für unterschiedliche Bodentypen und bei fortschreitender Verdichtung immer im optimalen Betriebspunkt betrieben werden können, mit entsprechenden Vorteilen bezüglich der Verdichtungsleistung und Haltbarkeit der Geräte.
Bevorzugterweise ist der Unwuchterreger der erfindungsgemässen Anordnung als Richtschwinger oder als Kreisschwinger ausgebildet. Je nach vorgesehener Verwendung kann die eine oder die andere Alternative vorteilhafter sein. So ist es zum Beispiel für den Fall, dass mit der Anordnung eine Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung gebildet werden soll, von Vorteil, wenn der Unwuchterreger als Richtschwinger ausgebildet ist, weil sich so durch Neigung der Schwingungsrichtung gegenüber der Vertikalen gleichzeitig der Antrieb der Vibrationsplatte realisieren lässt. Soll mit der Anordnung hingegen ein Walzenzug mit einem separaten Antrieb gebildet werden, so ist es bevorzugt, den Unwuchterreger als einfachen Kreis- schwinger auszuführen, da derartige Unwuchterreger konstruktiv einfach zu realisieren sind und entsprechend robust und kostengünstig sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung derartig ausgebildet, dass sich der Tilgerteil der Anordnung beim bestimmungsgemässen Betrieb in Schwer- kraftrichtung ausschliesslich auf dem Erregerteil abstützt, mittels der Feder-Dämpfer-Einheit. Bevorzugterweise ist der Tilgerteil hierfür über dem Erregerteil angeordnet, so dass sich ein einfacher Aufbau ergibt. Der- artige Ausführungsformen der Anordnung werden bevorzugterweise zur Bildung von Vibrationsplatten zur Bodenverdichtung verwendet, bei denen sich die gesamte Geräteeinheit ausschliesslich über die Bodenplatte auf dem Boden abstützt .
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung derartig ausgebildet, dass sich der Tilgerteil beim bestimmungsgemässen Betrieb teilweise über die Feder-Dämpfer-Einheit auf dem Erregerteil abstützt und teilweise auf Tragmitteln, welche separat von dem Erregerteil ausgebildet sind. Auf diese Weise vollführt der Tilgerteil beim bestimmungsgemässen Betrieb eine intermittierende Kippschwingung um eine Kippachse im Bereich der schwingungsmässig vom Erregerteil entkoppelten Tragmittel herum. Bei einer solchen Ausführungsform lässt sich auf einfache Weise das an der Feder-Dämpfer- Einheit wirksam werdende Massenträgheitsmoment des Tilgerteils sowie die Federvorspannung der Feder-Dämpfer- Einheit verändern und damit Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Anordnung nehmen, indem die Gewichtsvertei- lung zwischen dem von dem Erregerteil zu tragenden Gewichtsanteil des Tilgerteils und dem von den Tragmitteln zu tragenden Gewichtsanteil des Tilgerteils verändert wird. Dies kann beispielweise durch Verschieben eines Gewichts auf dem Tilgerteil erfolgen und ist mit einfachen Mitteln, wie z.B. einer motorischen Spindel, auch während dem Betrieb möglich.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung einen Ruheteil auf, welcher mit dem Erregerteil oder dem Tilgerteil verbunden ist, derart, dass er mit diesem Teil eine zusammenhängende Einheit bildet, aber schwingungsmässig im Wesentlichen davon entkoppelt ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Anordnung über einen Teilbereich verfügt, der im Betrieb nur verhältnismässig geringen Beschleunigungen ausgesetzt ist und sich von daher als mechanische
Schnittstelle zum Bedienpersonal und als Installationsort für allfällige Steuerungskomponenten eignet.
Dabei ist es in einer ersten bevorzugten Variante dieser Ausführungsform vorgesehen, dass der Ruheteil beim bestimmungsgemässen Betrieb vollständig von dem Erregerteil oder von dem Tilgerteil getragen ist. Wird beispielsweise die erfindungsgemässe Anordnung als hand- . geführte Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung ausgebildet, so bildet die Führungsdeichsel der Vibrationsplatte, welche auch die Bedienelemente trägt, ein derartiges Ruheteil, indem sie mit einer schwingungsisolierenden La- geranordnung am Tilgerteil oder am Erregerteil gelagert ist und von diesem getragen wird.
In einer zweiten bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Ruheteil beim bestimmungsgemässen Betrieb vollständig von Tragmitteln getragen, welche schwingungsmässig im Wesentlichen entkoppelt von dem Erregerteil und dem Tilgerteil sind. So ist es beispielsweise vorgesehen, die erfindungsgemässe Anordnung als Bodenverdichtungsgerät bestehend aus einem Bodenverdich- tungs-Vorsatzgerät und einem damit verbundenen Radlader oder Bagger, welcher im bestimmungsgemässen Betrieb ausschliesslich die Führung und den Antrieb der Anordnung in horizontaler Richtung übernimmt aber in vertikaler Richtung die Anordnung weder stützt noch eine Kraft auf sie ausübt, auszubilden. Das Bodenverdichtungs-Vorsat zgerät kann dabei als Vibrationsplatte oder als vibrationserregter Walzenkörper ausgebildet sein.
In einer dritten bevorzugten Variante dieser
Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Ruheteil beim bestimmungsgemässen Betrieb teilweise von dem Erregerteil oder dem Tilgerteil getragen ist und teilweise von Tragmitteln, welche schwingungsmässig im Wesentlichen entkop- pelt von dem Erregerteil und dem Tilgerteil sind. Wird beispielsweise die erfindungsgemässe Anordnung als ein Walzenzug zur Bodenverdichtung ausgebildet, so bildet die Antriebseinheit mit der Führerkabine ein derartiges Ruheteil, indem sie sich an einem Ende mit schwingungsisolie- renden Lagern auf dem als Walzenkörper ausgebildeten Erregerteil oder auf dem Tilgerteil abstützt und am anderen Ende über Antriebsräder auf dem Boden.
Dabei ist es bei dieser dritten bevorzugten Variante von Vorteil, dass die Anordnung derartig ausge- bildet ist, dass im Betrieb eine Veränderung der Gewichtsverteilung zwischen dem von dem Erregerteil bzw. dem Tilgerteil zu tragenden Gewichtsanteil des Ruheteils und dem von den Tragmitteln zu tragenden Gewichtsanteil des Ruheteils möglich ist, bevorzugterweise durch Ver- schieben eines Gewichts auf dem Ruheteil. Hierdurch kann auf einfache Weise Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Anordnung genommen werden.
Weiter ist es bei Ausführungsformen der er- findungsgemässen Anordnung mit Ruheteil bevorzugt, dass die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass eine Veränderung der Masse des Tilgerteils, des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils, der Masse des Erregerteils und/- oder des Massenträgheitsmoments des Erregerteils dadurch möglich ist, dass ein oder mehrere Flüssigkeitsvolumen zwischen dem Ruheteil und dem Erregerteil und/oder dem
Tilgerteil ausgetauscht wird oder werden. Auf diese Weise kann in weiten Bereichen Einfluss auf das Schwingungsver ¬ halten der Anordnung genommen werden. Ebenso ist es auch denkbar, das Massenträgheitsmoment des Erregerteils und/- oder des Tilgerteils dadurch zu verändern, dass jeweils ein oder mehrere Flüssigkeitsvolumen innerhalb des Erre- gerteils und/oder innerhalb des Tilgerteils verschoben werden .
Ist die erfindungsgemässe Anordnung derartig ausgebildet, dass eine Veränderung der Masse des Tilgerteils, des Massenträgheitsmoments des Tilgerteils, der Masse des Erregerteils und/oder des Massenträgheitsmoments des Erregerteils dadurch möglich ist, dass ein oder mehrere Flüssigkeitsvolumen zwischen dem Tilgerteil und dem Erregerteil ausgetauscht wird oder werden, was bevorzugt ist, so kann auch ohne das Vorhandensein eines Ruhe- teils in weiten Bereichen Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Anordnung genommen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemässe Anordnung derartig ausgebildet, dass der Tilgerteil und/oder der Erregerteil mindestens zwei Massen aufweist, welche bei Beschleunigung des Tilgerteils bzw. des Erregerteils in einer Richtung senkrecht zur Kontaktfläche entgegen einer Federkraft zueinander beweglich sind, wobei die Federkraft im Betrieb veränderbar ist. Hierdurch kann bei konstanter Masse des Tilger- bzw. Erregerteils auf einfache Weise das am Feder-Dämpfer-System wirksame Massenträgheitsmoment des Tilgerteils bzw. des Erregerteils verändert werden.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemässe Anordnung derartig ausgebildet, dass eine Veränderung der Federsteifigkeit der Feder-Dämpfer-Einheit durch Versteifung von Federelementen der Feder-Dämpfer-Einheit und/oder durch Änderung der Krafteinleitung in Federelemente der Feder-Dämpfer- Einheit möglich ist. Im erstgenannten Fall ist es bei- spielsweise vorgesehen, Elastomer-Hohlfedern zu verwenden, deren Federsteifigkeit durch Beaufschlagung ihres Innenraumes mit einem unter Druck stehenden Fluid über eine Veränderung des Fluiddruckes verändert werden kann. Im letztgenannten Fall erfolgt die Änderung der Krafteinleitung bevorzugterweise durch Änderung einer Übersetzung der eingeleiteten Kräfte, z.B. mittels längenvariabler Kniehebel.
Ist die erfindungsgemässe Anordnung derartig ausgebildet, dass die Frequenz der Erregungskraft, die Grösse der Erregungskraft und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft des Unwuchterregers im Betrieb veränderbar ist bzw. sind, was ebenfalls bevorzugt ist, so ergibt sich der Vorteil, dass die Anordnung eine maximale Flexibilität zur Anpassung an verschiedene bzw. sich verändernde Betriebsbedingungen aufweist.
Weiter ist es bevorzugt, dass die Anordnung eine insbesondere elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit umfasst, mit welcher die Federsteifigkeit der Feder-Dämpfer-Einheit, die Dämpfung der Feder-Dämpfer- Einheit, die Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit, die Masse des Tilgerteils, das Massenträgheitsmoments des Tilgerteils, die Masse des Erregerteils und/oder das Massenträgheitsmoment des Erregerteils im Betrieb automatisiert in Abhängigkeit von gemessenen Systemgrössen einstellbar ist oder sind, und zwar bevorzugterweise derart, dass der Tilgerteil in Resonanz mit dem Erregerteil schwingt, mit Vorteil mit derselben Frequenz oder mit der halben Frequenz des Erregerteils.
Ist die erfindungsgemässe Anordnung dabei derartig ausgebildet, dass die Frequenz der Erregungskraft, die Grösse der Erregungskraft und/oder die Wirk- richtung der Erregungskraft des Unwuchterregers im Betrieb veränderbar ist bzw. sind, was bevorzugt ist, so ist es von Vorteil, dass mit der Steuerungs- bzw. Regel- . ungseinheit zusätzlich die Frequenz der Erregungskraft, die Grösse der Erregungskraft und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft des Unwuchterregers im Betrieb automatisiert in Abhängigkeit von gemessenen Systemgrössen ein- stellbar ist oder sind, bevorzugterweise derart, dass der Tilgerteil in Resonanz mit dem Erregerteil schwingt, mit Vorteil mit derselben Frequenz oder mit der halben Frequenz des Erregerteils.
Mit derartigen erfindungsgemässen Anordnungen wird es möglich, Bodenverdichtungsvorrichtungen zur Ver ¬ fügung zu stellen, welche automatisch immer im optimalen Betriebspunkt arbeiten.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Bodenverdichtungsvorrichtung mit einer Anordnung ge- mäss dem ersten Aspekt der Erfindung, bei welcher im be- stimmungsgemässen Betrieb die anspruchsgemässe Kontaktfläche der Anordnung als Werkzeug zum Verdichten des Bodens dient. Bei derartigen Vorrichtungen treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die
Bodenverdichtungsvorrichtung eine Vibrationsplatte oder eine Walze, insbesondere eine Walze mit einem oder zwei in Abrollrichtung hintereinander angeordneten vibrationserregten Walzenkörpern (Bandagen) .
Ein dritter Aspekt betrifft ein Verfahren zum
Betreiben der Anordnung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung oder der Bodenverdichtungsvorrichtung gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung. Gemäss dem Verfahren wird die Anordnung bestimmungsgemäss mit der Kontaktfläche in Kontakt mit einem eine Arbeit verrichtenden Werkzeug oder einer zu bearbeitenden, bevorzugterweise zu verdichtenden Arbeitsfläche, wie z.B. eine zu verdichtende Bodenfläche, betrieben.
Dabei wird die Federsteifigkeit (auch Feder- konstante genannt) der Feder-Dämpfer-Einheit, die Dämpfung der Feder-Dämpfer-Einheit, die Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit, die Masse des Tilgerteils, das Massenträgheitsmoment des Tilgerteils, die Masse des Erregerteils und/oder das Massenträgheitsmoment des Erre- gerteils verändert, so dass sich das Schwingungsverhalten des schwingfähigen Systems gebildet aus Erregerteil, Fe- der-Dämpfer-Einheit und Tilgerteil verändert. Auf diese Weise ist es möglich, die Anordnung bzw. die Bodenverdichtungsvorrichtung für verschiedenste Anwendungen bzw. Betriebssituationen zu optimieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Ver- fahrens wird beim bestimmungsgemässen Betrieb zusätzlich die Frequenz der Erregungskraft, die Grösse der Erregungskraft und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft des Unwuchterregers verändert, wodurch eine noch bessere Anpassung der Anordnung bzw. Bodenverdichtungsvorrichtung an unterschiedlichste Betriebsbedingungen möglich wird.
Bevorzugterweise werden bei dem erfindungsge- mässen Verfahren die Federsteifigkeit der Feder-Dämpfer- Einheit, die Dämpfung der Feder-Dämpfer-Einheit, die Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit, die Masse des Tilgerteils, das Massenträgheitsmoment des Tilgerteils, die Masse des Erregerteils und/oder das Massenträgheitsmoment des Erregerteils, und/oder, wo zutreffend, die Frequenz der Erregungskraft, die Grösse der Erregungskraft und/oder die Wirkrichtung der Erregungskraft des Unwuchterregers derartig verändert, dass der Tilgerteil in Resonanz mit dem Erregerteil schwingt, und zwar bevorzugterweise mit derselben Frequenz oder mit der halben Frequenz des Erregerteils. Hierdurch kann an der Kontaktfläche der erfindungsgemässen Anordnung eine pulsierende Druckkraft mit maximaler Grösse zur Verfügung gestellt werden .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden während dem bestimmungsgemässen Betrieb der Anordnung Systemparameter des durch den Un- wuchterreger zu Schwingungen angeregten Systems gebildet aus Erregerteil, Feder-Dämpfer-Einheit und Tilgerteil ermittelt, insbesondere die Beschleunigungen des Erregerteils und/oder des Tilgerteils in Richtung senkrecht zur Kontaktfläche sowie die Drehfrequenz des Unwuchterregers. Das Verändern der Federsteifigkeit der Feder-Dämpfer-Einheit, der Dämpfung der Feder-Dämpfer-Einheit, der Feder- Vorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit, der Masse des Tilgerteils, des Massenträgheitsmoment des Tilgerteils, der Masse des Erregerteils und/oder des Massenträgheitsmoment des Erregerteils, und/oder, wo zutreffend, der Frequenz der Erregungskraft, der Grösse der Erregungskraft und/- oder der Wirkrichtung der Erregungskraft des Unwuchterregers erfolgt in Abhängigkeit von einem oder mehreren der ermittelten Systemparameter. Auf diese Weise kann gezielt ein bestimmtes Schwingungsverhalten des schwingfähigen Systems gebildet aus Erregerteil, Feder-Dämpfer- Einheit und Tilgerteil eingestellt werden.
Bevorzugterweise erfolgt beim erfindungsge- mässen Verfahren das Verändern der Federsteifigkeit der Feder-Dämpfer-Einheit, der Dämpfung der Feder-Dämpfer- Einheit, der Federvorspannung der Feder-Dämpfer-Einheit, der Masse des Tilgerteils, des Massenträgheitsmoment des Tilgerteils, der Masse des Erregerteils und/oder des Massenträgheitsmoment des Erregerteils und/oder, wo zutreffend, der Frequenz der Erregungskraft, der Grösse der Erregungskraft und/oder der Wirkrichtung der Erregungskraft des Unwuchterregers sowie, wo zutreffend, das Ermitteln der Systemparameter automatisiert über eine insbesondere elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit. Hierdurch wird es möglich, die Anordnung bzw. die Bodenverdichtungsvorrichtung derartig auszugestalten, dass sich diese automatisch an die im bestimmungsgemässen Betrieb angetroffene Betriebssituation anpasst, sich beispielsweise immer derartig einstellt, dass der Tilgerteil in Resonanz mit dem Erregerteil schwingt, bei einer möglichst grossen Erregerfrequenz.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft die
Verwendung der Anordnung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung zur Bodenverdichtung. Bei einer derartigen Verwendung treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten erfin- dungsgemässen Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung;
Fig. 2 das schwingungstechnische Modell des schwingfähigen Systems der Vibrationsplatte aus Fig. 1;
die Figuren 3a bis 3c Schnitte durch eine Elastomer-Hohlfeder des schwingfähigen Systems der Vibrationsplatte aus Fig. 1 bei verschiedenen Hohlraum-Innendrücken;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer zweiten erfin- dungsgemässen Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung;
Fig. 5 das schwingungstechnische Modell des schwingfähigen Systems der Vibrationsplatte aus Fig. 4;
Fig. 6 eine Seitenansicht eines ersten erfin- dungsgemässen Walzenzugs zur Bodenverdichtung;
Fig. 7 das schwingungstechnische Modell des schwingfähigen Systems des Walzenzugs aus Fig. 6;
Fig. 8 eine Seitenansicht eines zweiten erfin- dungsgemässen Walzenzugs zur Bodenverdichtung;
Fig. 9 eine Seitenansicht eines dritten erfin- dungsgemässen Walzenzugs zur Bodenverdichtung;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Feder-Dämpfer-Systems mit verstellbarer Federsteifigkeit ; und
Fig. 11 einen Schnitt durch einen Tilgerteil mit verstellbarem Massenträgheitsmoment .
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemässe, als Vibrationsplatte ausgebildete Bodenverdichtungsvorrichtung in der Seitenansicht. Fig. 2 zeigt schematisch das schwingungstechnische Modell des schwingfähigen Systems dieser Vibrationsplatte. Wie zu erkennen ist, weist die Vibrationsplatte einen Unterwagen 1 (anspruchsgemässer Erregerteil) und einen Oberwagen 5 (anspruchsgemässer Tilgerteil) auf.
Der Unterwagen 1 umfasst eine Bodenkontaktplatte 13, welche auf ihrer Unterseite eine Kontaktfläche 3 für die Einleitung der von der Vibrationsplatte erzeugten pulsierenden Druckkraft in den zu verdichtenden Boden 4 aufweist, und einen als Richtschwinger ausgebildeten Unwuchterreger 2 mit einem Hydraulikmotor, welcher eine im Wesentlichen vertikal gerichtete intermittierende Erregerkraft erzeugt, die in die Bodenkontaktplatte 13 eingeleitet wird.
Der Oberwagen 5 umfasst ein Antriebsaggregat 14 mit einem Dieselmotor, welcher eine Hydraulikpumpe und einen Luftkompressor antreibt. Die Hydraulikpumpe ver- sorgt über Hydraulikschläuche den Hydraulikmotor des Unwuchterregers 2 mit einem Strom von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, zum Antreiben des Unwuchterregers 2. Das Chassis des Oberwagens 5 ist gewichtsmässig derartig dimensioniert, dass sich zusammen mit dem Antriebsag- gregat 14 eine bestimmte Gesamtmasse der Oberwagens als Tilgermasse ergibt.
Der Oberwagen 5 stützt sich in Schwerkraftrichtung über vier in ihrer Federsteifigkeit und ihrem Dämpfungsverhalten veränderbare Elastomer-Hohlfedern 15 (anspruchsgemässe Feder-Dämpfer-Einheit) auf dem Unterwagen 1 ab. Eine weitere Abstützung des Oberwagens 5 in Schwerkraftrichtung besteht nicht.
Im schwingungstechnischen Modell gemäss Fig. 2 sind die Elastomer-Hohlfedern 15 durch die Feder 15a mit der Federsteifigkeit k2 und den Dämpfer 15b mit der Dämpfung d2 repräsentiert. Die Masse des Oberwagens 5 ist mit m2g und die des Unterwagens 1 mit mlg bezeichnet, die Bewegungen des Ober- und Unterwagens in vertikaler Richtung mit x2 und xl. Die Federsteifigkeit des Bodens 4 ist mit kl und dessen Dämpfung mit dl bezeichnet. Weiter ist in Fig. 2 die Drehfrequenz des Unwuchterregers 2 mit Ω1 und dessen Erregerkraft mit Fl bezeichnet.
Der Aufbau der Elastomer-Hohlfedern 15 ist aus den Figuren 3a bis 3c ersichtlich, welche Schnitte durch eine der Elastomer-Hohlfedern 15 bei einem Über- druck in deren Innenraum 16 von 0 bar (Fig. 3a) , von 2 bar (Fig. 3b) und von 4 bar (Fig. 3c) zeigen. Wie zu erkennen ist, streckt sich der Elastomerkörper 17 der Elastomer-Hohlfeder 15 mit zunehmendem Druck im Innenraum 16 zunehmend in axialer Richtung (Belastungsrichtung) und baucht in radialer Richtung zunehmend aus. Dabei nimmt mit zunehmendem Druck im Innenraum 16 die Steifigkeit der Elastomer-Hohlfeder 15 zu.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vibrationsplatte sind die Innenräume 16 der Elastomer-Federelemente 15 über Leitungen und Steuerventile mit dem Luftkompressor der Antriebeinheit 14 verbunden und können so gezielt mit einem Überdruck zwischen 0 bar und 6 bar beaufschlagt werden, zur Veränderung der Federsteifigkeit der Elastomer-Federelemente 15.
Am Oberwagen 5 mittels schwingungsisolierender Befestigungselemente 8 befestigt ist eine Führungsdeichsel 9 (anspruchsgemässer Ruheteil) , welche die Bedienelemente trägt und der Führung der Vibrationsplatte durch einen Bediener dient. Die schwingungsisolierenden Befestigungselemente 8 sind derartig ausgelegt, dass die Führungsdeichsel 9 mit dem Oberwagen 5 eine zusammenhängende Einheit bildet, jedoch schwingungsmässig im Wesentlichen von diesem entkoppelt ist.
Weiter umfasst die Vibrationsplatte eine elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit, mittels welcher im Betrieb die Beschleunigungen des Unterwagens 5 und des Unterwagens 1 in vertikaler Richtung, d.h. senkrecht zur Kontaktfläche 3, sowie der Drehfrequenz Ω1 des Unwuchterregers 2 ermittelt werden können und in Abhän- gigkeit von diesen ermittelten Systemparametern die Steifigkeit und Dämpfung der Elastomer-Federelemente 15 durch Veränderung des Überdrucks in deren Innenraum 16 automatisch derartig verändert werden kann, dass der Oberwagen 5 immer in Resonanz mit dem Unterwagen 1 schwingt. Zudem kann die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit die Drehfrequenz des Unwuchterregers 2 während dem Betrieb automa- tisch derartig regeln, dass eine maximale Verdichtungsleistung erzielt wird.
Fig. 4 zeigt eine zweite erfindungsgemässe, als Vibrationsplatte ausgebildete Bodenverdichtungsvorrichtung in der Seitenansicht und Fig. 5 schematisch das schwingungstechnische Modell des schwingfähigen Systems dieser zweiten Vibrationsplatte.
Wie zu erkennen ist, weist diese Vibrationsplatte bis auf wenige Details den gleichen Aufbau auf wie die erste Vibrationsplatte gemäss den Figuren 1 und 2. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass sich bei der hier gezeigten Vibrationsplatte der Oberwagen 5 über in ihrer Steifigkeit nicht veränderbare Elastomerfedern 18 auf dem Unterwagen 1 abstützt. Im schwingungstechnischen Modell gemäss Fig. 5 sind die Elastomerfedern 18 durch die Feder 18a mit der Federstei- figkeit k2 und den Dämpfer 18b mit der Dämpfung d2 repräsentiert .
Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, dass hier die Massen mlg, m2g von Unterwagen 1 und Oberwagen 5 im Betrieb gezielt veränderbar sind, indem über einen Verbindungsschlauch 12 Flüssigkeit zwischen Ober- 5 und dem Unterwagen 1 ausgetauscht wird. Hierzu sind sowohl im Unterwagen 1 als auch im Oberwagen 5 als Kolbenspeicher ausgebildete Ballasttanks vorhanden, deren Volumen mittels hydraulischer Antriebe und einer zugeordneten Steuerungs- bzw. Regelungseinheit gezielt und gegensinnig verändert werden kann.
Im vorliegenden Fall ist die elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit ebenfalls derartig aus- gebildet, dass Sie im Betrieb die Beschleunigungen des Oberwagens 5 und des Unterwagens 1 in vertikaler Rieh- tung, d.h. senkrecht zur Kontaktfläche 3, sowie der Drehfrequenz Ω1 des Unwuchterregers ermitteln kann. Im Gegensatz zu der Steuerungs- bzw. Regelungseinheit der Vibrationsplatte gemäss den Figuren 1 und 2 verändert die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit hier jedoch im Betrieb in Abhängigkeit von diesen ermittelten Systemparametern die Massen mlg, m2g von Unterwagen 1 und Oberwagen 5 automatisch derartig, dass der Oberwagen 5 in Resonanz mit dem Unterwagen 1 schwingt.
Fig. 6 zeigt eine erste Ausführungsform einer als Walzenzug ausgebildeten erfindungsgemässen Bodenverdichtungsvorrichtung in der Seitenansicht und Fig. 7 schematisch das schwingungstechnische Modell des schwingfähigen Systems dieses Walzenzugs.
Wie zu erkennen ist, weist der Walzenzug einen Vorderteil 19 und einen Hinterteil 20 auf, welche über ein Knickgelenk 21 miteinander verbunden sind.
Der Vorderteil 19 des Walzenzugs besteht im Wesentlichen aus einem Walzenkörper 23 (anspruchsgemässer Erregerteil) und einem Chassis-Rahmen 25 (anspruchsgemässer Tilgerteil) .
Der Walzenkörper 23 umfasst eine Bandage 11, welche die Kontaktfläche 3 für die Einleitung der erzeugten pulsierenden Druckkraft in den zu verdichtenden Boden 4 aufweist, und einen als Kreisschwinger ausgebildeten Unwuchterreger 2 mit einem Hydraulikmotor, welcher eine bezüglich ihrer Wirkrichtung intermittierende Erregerkraft erzeugt, die in die Bandage 11 eingeleitet wird.
Der Chassis-Rahmen 25 stützt sich in Schwer- kraftrichtung über zwei Feder-Dämpfer-Anordnungen 22 (an- spruchsgemässe Feder-Dämpfer-Einheit) mit unveränderlicher Steifigkeit und Dämpfung auf den beiden endseitigen Lagern des Walzenkörpers 23 ab und ist über schwingungsisolierende Befestigungselemente 8 mit dem Knickgelenk 21 verbunden, welches vom Hinterteil 20 des Walzenzugs getragen wird. Die schwingungsisolierenden Befestigungselemente 8 sind derartig ausgelegt, dass das Hinterteil 20 des Walzenzugs mit dem Chassis-Rahmen 25 eine zusammenhängende Einheit bildet, jedoch schwingungsmässig im Wesentlichen von diesem entkoppelt ist und damit einen anspruchsgemässen Ruheteil darstellt.
Der Hinterteil 20 des Walzenzugs besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsaggregat 14 mit einem Dieselmotor, welcher eine Hydraulikpumpe antreibt, und einer Führerkabine 6. Er stützt sich über zwei von Hydraulikmotoren angetriebene Antriebsräder 10 auf dem Boden 4 ab. Die Hydraulikpumpe versorgt im Betrieb über Hydraulik- schlauche den Hydraulikmotor des Unwuchterregers 2 des
Walzenkörpers 23 sowie die Hydraulikmotoren der Antriebsräder 10 jeweils mit einem Strom von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, zum Antreiben der Antriebsräder 10 und des Unwuchterregers 2 des Walzenkörpers 23.
Im Hinterteil 20 und im Chassis-Rahmen 25 des
Vorderteils 19 des Walzenzugs sind Flüssigkeitstanks angeordnet, zwischen denen Flüssigkeit über eine Schlauchleitung 7 ausgetauscht werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Masse m2g des Chassis-Rahmens 25 im Betrieb zu verändern.
Je nach Gewichtsverteilung stützt sich der Chassis-Rahmen 25 zusätzlich über das Knickgelenk 21 auf dem Hinterteil 20 des Walzenzugs ab oder stützt sich das Hinterteil 20 zusätzlich über das Knickgelenk 21 auf dem Chassis-Rahmen 25 ab.
Im schwingungstechnischen Modell gemäss Fig. 7 sind die Feder-Dämpfer-Anordnungen 22 durch die Feder 22a mit der Federsteifigkeit k2 und den Dämpfer 22b mit der Dämpfung d2 repräsentiert. Die Masse des Chassis-Rah- mens 25 ist mit m2g und die des Walzenkörpers 23 mit mlg bezeichnet. Die Bewegung des Chassis-Rahmens 25 ist mit x2 bezeichnet und die des Walzenkörpers 23 mit xl . Die Federsteifigkeit des Bodens 4 ist mit kl und dessen Dämpfung mit dl bezeichnet. Zudem ist in Fig. 7 die Drehfre- quenz des Unwuchterregers 2 mit Ω1 und dessen Erregerkraft mit Fl bezeichnet. Weiter ist der Walzenzug mit einer elektronischen Steuerungs- bzw. Regelungseinheit ausgerüstet, welche es ermöglicht, im Betrieb die Beschleunigungen des Chassis-Rahmens 25 und des Walzenkörpers 23 in vertikaler Richtung sowie der Drehfrequenz Ω1 des Unwuchterregers zu ermitteln und in Abhängigkeit von diesen ermittelten Systemparametern die Masse m2g des Chassis-Rahmens 25 automatisch derartig einzustellen, dass der Chassis-Rahmen 25 immer in Resonanz mit dem Walzenkörper 23 schwingt.
Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform ei- ner als Walzenzug ausgebildeten erfindungsgemässen Bodenverdichtungsvorrichtung in der Seitenansicht.
Dieser zweite Walzenzug unterscheidet sich von dem in Fig. 6 gezeigten ersten Walzenzug lediglich dadurch, dass der Hinterteil 20 des Walzenzugs von einem Radlader gebildet wird, welcher sich vollständig auf vier Antriebsrädern 10a, 10b zweier hintereinander angeordneter Achsen abstützt und derartig mit dem Chassis-Rahmen 25 verbunden ist, dass er diesen im bestimmungsgemässen Betrieb lediglich in horizontaler Richtung führt und an- treibt, aber keine in vertikaler Richtung wirkende Kräfte von diesem aufnimmt oder auf diesen überträgt. Auch hier ist der Hinterteil 20 schwingungsmässig vom Chassis-Rahmen 25 und von dem Walzenkörper 23 des Vorderteils 19 des Walzenzugs entkoppelt und bildet somit ein
anspruchsgemässes Ruheteil.
Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform einer als Walzenzug ausgebildeten erfindungsgemässen Bodenverdichtungsvorrichtung in der Seitenansicht. Hierbei handelt es sich um einen unbemannten Walzenzug, welcher über eine Funkfernbedienung bedient wird.
Wie zu erkennen ist, umfasst dieser dritte Walzenzug einen Walzenkörper 23 (anspruchsgemässer Erregerteil) und einen Chassis-Rahmen 25 (anspruchsgemässer Tilgerteil) , welcher sich in Schwerkraftrichtung an einem Ende über zwei Feder-Dämpfer-Anordnungen 22 (anspruchsge- mässe Feder-Dämpfer-Einheit) mit unveränderlicher Stei- figkeit und Dämpfung auf den beiden endseitigen Lagern des Walzenkörpers 23 abstützt und an seinem anderen Ende auf zwei von Hydraulikmotoren angetriebene Antriebsrädern 10.
Der Walzenkörper 23 umfasst eine Bandage 11, welche die Kontaktfläche 3 für die Einleitung der erzeugten pulsierenden Druckkraft in den zu verdichtenden Boden 4 aufweist, und einen als Kreisschwinger ausgebildeten Unwuchterreger 2 mit einem Hydraulikmotor, welcher eine bezüglich ihrer Wirkrichtung intermittierende Erreger- kraft erzeugt, die in die Bandage 11 eingeleitet wird.
Der Chassis-Rahmen 25 trägt in dem Bereich, in welchem er sich auf den Antriebsrädern 10 abstützt, ein Antriebsaggregat 14 mit einem Dieselmotor, welcher eine Hydraulikpumpe antreibt. Die Hydraulikpumpe versorgt im Betrieb über Hydraulikschläuche den Hydraulikmotor des Unwuchterregers 2 des Walzenkörpers 23 sowie die Hydraulikmotoren der Antriebsräder 10 jeweils mit einem Strom von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, zum Antreiben der Antriebsräder 10 und des Unwuchterregers 2 des Walzenkörpers 23.
Im Bereich zwischen dem Antriebsaggregat 14 und dem Walzenkörper 23 trägt der Chassis-Rahmen 25 ein Trimmgewicht 26, welches im Betrieb mittels eines Hydraulikmotors und einer Gewindespindel in Längsrichtung L verschoben werden kann. Hierdurch kann das an den Feder- Dämpfer-Anordnungen 22 wirksam werdende Massenträgheitsmoment des Chassis-Rahmens 25, welcher im Betrieb eine Kippschwingung um eine Drehachse im Bereich der Aufstandsfläche der Antriebsräder 10 herum vollführt, ver- ändert werden sowie die Stützbelastung der Feder-Dämpfer- Anordnungen 22, wodurch sich deren Federvorspannung ändert .
Auch dieser dritte Walzenzug ist mit einer elektronischen Steuerungs- bzw. Regelungseinheit ausge- rüstet, welche es ermöglicht, im Betrieb die Beschleunigungen des Chassis-Rahmens 25 und des Walzenkörpers 23 in vertikaler Richtung sowie der Drehfrequenz Ω1 des Unwuchterregers zu ermitteln und in Abhängigkeit von diesen ermittelten Systemparametern die Masse m2g des Chassis- Rahmens 25 automatisch derartig einzustellen, dass der Chassis-Rahmen 25 immer in Resonanz mit dem Walzenkörper 23 schwingt.
Fig. 10 zeigt in einer konzeptionellen Darstellung eine Feder-Dämpfer-Anordnung 31, deren Feder- steifigkeit durch Änderung der Krafteinleitung in deren Feder-Dämpfer-Einheit verändert werden kann. Wie zu er- kennen ist, wird die Feder-Dämpfer-Einheit dieser Anordnung 31 von zwei Polymerfederelementen 18 gebildet, welche an einem Ende neigbar gegenüber der bestimmungsgemäs- sen Belastungsrichtung B an einer ersten Anschlussplatte 27 befestigt sind. An ihrem anderen Ende sind die Poly- merfederelemente 18 neigbar an Spindelmuttern 28 befestigt, welche mittels einer Einstellspindel 29 in einer Richtung senkrecht zur Belastungsrichtung B aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden können, so dass die Polymerfederelemente 18 um einen gewünschten Winkel gegenüber der Belastungsrichtung B geneigt werden können. Die Spindelmuttern 28 sind in einer Führung 32 in einer zweiten Anschlussplatte 30 angeordnet, derart, dass bei Belastung der zweiten Anschlussplatte 30 mit einer in der bestimmungsgemässen Belastungsrichtung B wirkenden Kraft diese Kraft in die Polymerfederelemente 18 eingeleitet und auf die erste Anschlussplatte 27 übertragen wird. Je grösser der eingestellte Neigungswinkel α der Polymerfederelemente 18 gegenüber der bestimmungsgemässen Belastungsrichtung B ist, desto geringer ist die Federsteifig- keit dieser Feder-Dämpfer-Anordnung 31.
Fig. 11 zeigt einen Schnitt durch einen Tilgerteil mit veränderbarem Massenträgheitsmoment. Der Tilgerteil umfasst eine Grundplatte 33 und eine Abdeckhaube 34, welche zusammen einen geschlossenen Raum 35 bilden. Angeordnet in diesem Raum 35 sind zwei Tilgergewichte 36 mit jeweils konstanter Masse, welche über Gelenkanordnun- gen 37 und pneumatische Federelemente 38 derartig miteinander und mit der Grundplatte 33 verbunden sind, dass sie bei Beschleunigung des Tilgerteils in und entgegen der Schwerkraftrichtung S entgegen der Federkraft der Federelemente 38 zu einander beweglich sind. Die Federkraft der Federelemente 38 kann im Betrieb verändert werden, indem der Druck in deren Zylinderkammern über Druckluftschläuche (nicht dargestellt) verändert wird. Hierdurch kann das Massenträgheitsmoment dieses Tilgerteils in und entgegen der Schwerkraftrichtung verändert werden.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der nun folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann .