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Title:
CONTROLLER FOR AN UNBALANCED MASS ADJUSTING UNIT OF A SOIL COMPACTING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/087789
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a controller for an unbalanced mass adjusting unit in a vibration exciter. Said controller comprises an adjusting piston (3) for changing the relative position of unbalanced masses in the vibration exciter (1) that is coupled to a reference piston (7). The position of a piston rod (10) of the reference piston (7) is detected by a pressure sensor (12) and is furnished to a controller (14) in the form of a position signal (13). The controller (14) compares the position signal (13) with an operating signal (15) given by an operator and generates a control signal (16) with which the position of a selector valve (18) that controls the oil supply to or the oil discharge from the reference piston (7) can be changed.

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WO/2001/041943UNDERWATER SIGNALLING DEVICES
JPS6058275VIBRATOR
Inventors:
RIEDL FRANZ (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/004260
Publication Date:
November 07, 2002
Filing Date:
April 17, 2002
Export Citation:
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Assignee:
WACKER WERKE KG (DE)
RIEDL FRANZ (DE)
International Classes:
B06B1/18; B06B1/16; E01C19/28; E02D3/074; F15B7/08; F15B9/09; F15B15/28; (IPC1-7): B06B1/16; E02D3/074
Domestic Patent References:
WO1996003224A11996-02-08
Foreign References:
EP0960659A11999-12-01
EP0655532A11995-05-31
US5410879A1995-05-02
EP0960659A11999-12-01
Attorney, Agent or Firm:
Hoffmann, Jörg Peter (Müller . Hoffmann & Partner Innere Wiener Strasse 17 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Steuerung für eine UnwuchtVerstelleinrichtung in einem Vibration serreger (1), mit einem hydraulisch betätigbaren Verstellkolben (3) zum Ändern der Re lativstellung von Unwuchten in dem Vibrationserreger (1) ; einem Referenzkolben (7), dessen erste Seite (6) mit einer Seite des Verstellkolbens (3) hydraulisch gekoppelt ist ; einer Signalerzeugungseinrichtung (12) zum Erzeugen eines Stellungs signals (13) in Abhängigkeit von einer Stellung des Referenzkolbens (7) ; einer durch das Stellungssignal (13) sowie durch ein von einem Bedie ner abgebbares Bediensignal (15) beaufschlagbaren Steuereinrichtung (14), die in Abhängigkeit von dem Stellungssignal (13) und dem Bediensignal (15) ein Steuersignal (16) erzeugt ; und mit einem mit dem Referenzkolben (7) gekoppelten Schaltventil (18) zum Steuern eines Ölzuflusses von einer Druckölquelle (19) oder eines Ölabflus ses zu einem Ölrücklauf (20) an einer zweiten Seite (8) des Referenzkolbens (7), wobei die Stellung des Schaltventils (18) in Abhängigkeit von dem Steu ersignal (16) der Steuereinrichtung (14) veränderbar ist.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stel lung des Verstellkolbens (3) nur über eine Änderung der Stellung des Refe renzkolbens (7) veränderbar ist.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Volumen zwischen dem Verstellkolben (3) und dem Refe renzkolben (7) im Wesentlichen konstant ist.
4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass der Verstellkolben (3) an dem Vibrationserreger (1) angeordnet ist, und dass der Referenzkolben (7) in einem von dem Vibrationserreger (1) schwingungsmäßig entkoppelten Bereich (2) angeordnet ist.
5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenazeich net, dass die Signalerzeugungseinrichtung einen Näherungssensor, eine In duktionsspule, einen Drucksensor (12) oder einen optischen Sensor auf weist.
6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Stellungssignal (13) von der Signalerzeugungseinrich tung (12) über eine optische oder akustische Anzeige ausgebbar ist.
7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das Stellungssignal (13) einen IstWert und das Bediensig nal (15) einen SollWert für eine in der Steuereinrichtung vorhandene Rege leinrichtung bildet, die in Abhängigkeit von dem Istund dem SollWert das Steuersignal (16) erzeugt.
8. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste Seite (6) des Referenzkolbens (7) über ein Rück schlagventil (22) mit dem Ölrücklauf (20) verbunden ist, wobei das Rück schlagventil (22) derart angeordnet ist, dass es einen Ölabfluss von der er sten Seite (6) des Referenzkolbens (7) zum Ölrücklauf (20) verhindert.
9. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass in dem Ölrücklauf (20) ein Fließhindernis oder eine Drossel (23) angeordnet ist.
10. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass der Referenzkolben (7) mit einer Kolbenstange (10) versehen ist und dass die Signalerzeugungseinrichtung (12) zum Erzeugen des Stel lungssignals (13) in Abhängigkeit von einer Stellung der Kolbenstange (10) ausgebildet ist.
11. Steuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (10) an der zweiten Seite (8) des Referenzkolbens (7) angeord net ist.
12. Bodenverdichtungsvorrichtung, mit einer einen Antrieb aufweisenden Obermasse (2) ; einer einen von dem Antrieb angetriebenen Vibrationserreger (1) auf weisenden, mit der Obermasse (2) über eine Federeinrichtung gekoppelten Untermasse ; und mit einer Steuerung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Steuern des Vibrationserregers (1) ; wobei der Verstellkolben (3) der Steuerung an der Untermasse und der Re ferenzkolben (7) an der Obermasse (2) angeordnet ist.
Description:
STEUERUNG FÜR EINE UNWUCHT-VERSTELLEINRICHTUNG EINER BODENVERDICHTUNGSVORRICHTUNG Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Unwucht-Verstelleinrichtung in einem Vibrationserreger.

Derartige Vibrationserreger sind insbesondere zum Einsatz in Bodenverdich- tungsmaschinen, wie Vibrationsplatten oder-walzen, bekannt. Dabei werden üblicherweise zwei-aber auch mehrere-Unwuchtwellen formschlüssig ge- genläufig drehend angetrieben, wobei sich durch die Überlagerung der Zen- trifugalkräfte jeder einzelnen Unwuchtwelle eine resultierende Kraft ergibt, die je nach Ausführungsform des Vibrationserregers hinsichtlich ihres Be- trags und/oder der Richtung verstellt werden kann. Derartige Vibrationser- reger sind insbesondere bei Vibrationsplatten seit langem bekannt, so dass sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

Zum Einstellen des gewünschten Betrags oder der Richtung des resultieren- den Kraftvektors ist es erforderlich, dass die Relativstellungen der Unwucht- wellen zueinander oder der Unwuchten bezüglich der sie tragenden Wellen änderbar sind. Dazu lassen sich entweder die gegenläufig drehenden Un- wuchtwellen hinsichtlich ihrer Phasenlage gegeneinander verstellen, oder die Lage der Unwucht auf der sie tragenden Welle ist veränderbar. Für diesen Zweck sind Unwucht-Verstelleinrichtungen bekannt, bei denen ein von ei- nem Verstellkolben in einer als Hohlwelle ausgebildeten Unwuchtwelle axial verstellbarer Querzapfen einen Längsschlitz in der Wandung der Hohlwelle durchdringt und in eine Spiralnut auf der Innenseite einer eine Unwucht tragenden Nabe eingreift. Bei axialer Verlagerung des Querzapfens wird der Querzapfen in dem Längsschlitz geführt, wodurch die Nabe aufgrund der Wirkung der Spiralnut ihre Relativstellung auf der sie tragenden Welle än- dert. Damit lässt sich die gewünschte, oben beschriebene Verstellung der Phasenlage einstellen. Auch dieser Aufbau ist seit langem bekannt und wird z. B. in der EP-A-0 960 659 gezeigt.

Die Verstelleinrichtungen dienen bei Vibrationserregern somit dazu, die Pha- senlagen von Unwuchten zueinander zum Reversieren der Fahrtrichtung oder zum Verändern des sogenannten"m r-Wertes"zu verstellen. Sie basie- ren auf einer hydraulischen Verstellung mittels eines einseitig beaufschlag-

ten Kolbens, der bei nachlassendem Öldruck entweder über eine Federein- richtung oder über das durch die Unwuchten ausgeübte Rückstellmoment zurückgestellt wird.

In der EP-A-0 960 659 ist auch eine Steuerung für eine Unwucht-Verstel- leinrichtung beschrieben, bei der der Verstellkolben hydraulisch mit einem Referenzkolben gekoppelt ist. Die Stellung des Referenzkolbens wird über ein Schaltventil geregelt. Die Stellung des Schaltventils wiederum ergibt sich durch auf den Ventilkörper von zwei Seiten einwirkende Kräfte, nämlich auf einer Seite durch eine vom Bediener vorgebbare und über eine Feder in den Ventilkörper einleitbare Kraft, und auf der anderen Seite durch eine von dem Referenzkolben über eine Feder auf den Ventilkörper aufgegebene Kraft.

Die bekannte Steuerung ist schwierig abzustimmen und ermöglicht es nicht, unterschiedliche Regelalgorithmen umzusetzen. Zur Abstimmung bzw. Ände- rung der Abstimmung müssten jedes Mal die Kennlinien der den Ventilkör- per beaufschlagenden Federsätze verändert werden, was entweder einen ho- hen baulichen oder einen hohen Montageaufwand bedeutet.

Bei komplexeren Vibrationserregern, bei denen außer der Phasenlage auch der mr-Wert verstellbar ist und somit unter Umständen mehrere Unwucht- Verstelleinrichtungen vorhanden sind, ist es erforderlich, ein zuverlässiges Signal über die jeweilige Stellung des Verstellkolbens und damit der von ihm verstellten Unwuchten im Erreger zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für eine Unwucht- Verstelleinrichtung in einem Vibrationserreger anzugeben, bei der eine prä- zise Erfassung der Verstellkolbenposition und eine einfache und zuverlässi- ge Ansteuerung bei Änderungen der Verstellkolbenposition möglich ist. Wei- terhin sollte es möglich sein, die jeweilige Position des Verstellkolbens und damit der von ihm angesteuerten Unwuchten bzw. Unwuchtwellen zu erfas- sen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Steuerung gemäß Anspruch l gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Steuerung wird die Stellung des mit dem Ver-

stellkolben hydraulisch gekoppelten Referenzkolbens von einer Signalerzeu- gungseinrichtung erfasst und in Form eines Stellungssignals weitergeleitet.

An dem Referenzkolben kann eine Kolbenstange vorgesehen sein, deren Stel- lung der Stellung des Referenzkolbens entspricht und somit präzise Rück- schlüsse auf die Stellung des Verstellkolbens und damit der vom Verstellkol- ben beaufschlagten Unwuchten bzw. Unwuchtwellen zulässt.

Das Stellungssignal wird an die Steuereinrichtung geliefert, bei der es sich z. B. um eine elektronische Regelung handeln kann, und die weiterhin durch ein von einem Bediener abgebbares Bediensignal beaufschlagt wird. Die Steuereinrichtung vergleicht das Stellungssignal, das einem Ist-Wert für die Stellung der Unwuchten im Vibrationserreger entspricht, mit dem Bediensig- nal, das insofern als Soll-Wert angesehen werden kann. Bei dem Bediensig- nal kann es sich um Vorgaben des Bedieners hinsichtlich der Fahrtrichtung, aber auch der vom Vibrationserreger zu erzeugenden Vibrationsstärke han- deln.

Die Steuereinrichtung erzeugt daraufhin ein Steuersignal, mit dem ein Schaltventil angesteuert wird, um den Ölzu-oder-abfluss zu oder von der zweiten Seite des Referenzkolbens zu steuern. Über die Steuereinrichtung lässt sich somit die Stellung des Referenzkolbens und folglich auch die Stel- lung des Verstellkolbens verändern.

Aufgrund des Vorliegens des Stellungssignals und damit der zuverlässigen Information über die Stellung der Unwuchten im Vibrationserreger ist es möglich, mit Hilfe der Steuereinrichtung beliebige Regelalgorithmen umzu- setzen. Wenn es sich bei der Steuereinrichtung um eine elektronische Steue- rung handelt, sind hierzu lediglich Änderungen in dem elektronisch gespei- cherten Programm erforderlich.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Verstellkolben an dem Vibrationserreger angeordnet, während der Referenz- kolben in einem von dem Vibrationserreger schwingungsmäßig entkoppelten Bereich angeordnet ist. Diese Ausführungsform lässt sich besonders vorteil- haft bei einer Bodenverdichtungsvorrichtung, z. B. einer Vibrationsplatte, realisieren, die in Anspruch 12 definiert ist und eine einen Antrieb aufwei- sende Obermasse und eine den Vibrationserreger tragende, mit der Ober-

masse über eine Federeinrichtung gekoppelte Untermasse aufweist, wobei der Verstellkolben der Steuerung an der Untermasse und der Referenzkolben an der Obermasse angeordnet ist. Da für die Erfassung der Stellung des Re- ferenzkolbens bzw. seiner Kolbenstange schwingungsempfindliche Bauteile erforderlich sind, z. B. Näherungssensoren, Drucksensoren oder optische Sensoren, ist es von besonderem Vorteil, wenn der Referenzkolben an der vi- brationsärmeren Obermasse der Bodenverdichtungsvorrichtung, nicht aber in der Nähe des Vibrationserregers angeordnet ist. Eine geringere Beanspru- chung der empfindlichen Bauteile und eine daraus resultierende höhere Zu- verlässigkeit und Genauigkeit der Messungen sind die Folge.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der einzigen Figur näher erläu- tert. Es zeigt : Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerung.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Bodenverdichtungsvorrichtung, z. B. ei- ner Vibrationsplatte, bei der die erfindungsgemäße Steuerung zum Einsatz kommt.

Ein an sich bekannter, oben beschriebener Vibrationserreger 1 ist an einer Untermasse der Bodenverdichtungsvorrichtung angeordnet. Weiterhin ist an der Untermasse eine nicht dargestellte Bodenkontaktplatte zur Verdichtung des Bodens vorgesehen.

Oberhalb der Untermasse befindet sich-durch ein nicht dargestelltes Fe- der-Dämpfer-System in bekannter Weise getrennt-eine Obermasse 2, die unter anderem den Antrieb umfasst.

Direkt am Vibrationserreger 1 ist ein Verstellkolben 3 angeordnet, dessen eine Seite durch eine Feder 4 beaufschlagt ist. Seine andere Seite ist über eine Hydraulikleitung 5 mit einer ersten Seite 6 eines an der Obermasse 2 angeordneten Referenzkolbens 7 verbunden.

An einer zweiten Seite 8 des in einem Zylinder 9 axial beweglichen Referenz- kolbens 7 ist eine Kolbenstange 10 angeordnet, die über eine Feder 11 gegen

einen Drucksensor 12 abgestützt ist. Der als Signalerzeugungseinrichtung dienende Drucksensor 12 erfasst den von der Feder 11 und damit von dem Referenzkolben 7 ausgeübten Druck und wandelt ihn in ein die Stellung der Kolbenstange 10 angebendes Stellungssignal 13. Das Stellungssignal 13 wird an eine Steuereinrichtung 14 übertragen. Die Steuereinrichtung 14 er- hält weiterhin ein Bediensignal 15, das aus Bedienvorgängen des Bedieners, z. B. einer Betätigung eines Hebels oder von Drucktasten oder auch durch eine Fernsteuerung hervorgerufen wird.

Das Stellungssignal 13 kann auch über eine optische oder akustische Anzei- ge ausgegeben werden, um dem Bediener Informationen über das Verhalten der Bodenverdichtungsvorrichtung zu liefern.

In Abhängigkeit des Stellungssignals 13 und des den Wunsch des Bedieners wiederspiegelnden Bediensignals 15 ermittelt die als elektronische Regelung ausgeführte Steuereinrichtung 14, welche Maßnahmen erforderlich sind, um den Wunsch des Bedieners zu erfüllen. Dementsprechend erzeugt sie ein Steuersignal 16, das an Magnetspulen 17 eines Schaltventils 18 geliefert wird. Das in Fig. 1 gezeigte Schaltventil 18 mit den Magnetspulen 17 dient nur der Erläuterung. Selbstverständlich kann das Steuersignal 16 in vielfäl- tiger Weise an ein Ventil geliefert werden und dessen Stellung verändern las- sen.

Bei dem Schaltventil 18 handelt es sich um ein 3/3-Wegeventil, das zwi- schen drei Stellungen 18a, 18b und 18c geschaltet werden kann. Es dient zur Steuerung eines Ölzuflusses von einer als Druckölquelle dienenden Öl- pumpe 19 zu der zweiten Seite 8 des Referenzkolbens 7 bzw. eines Ölabflus- ses von der zweiten Seite 8 zu einem Ölrücklauf 20.

In Fig. 1 ist das Schaltventil 18 in der Stellung 18b gezeigt, in der ein Ölzu- fluss und ein Ölabfluss zu oder von der zweiten Seite 8 des Referenzkolbens 7 unterbrochen sind. Die Stellung 18a ermöglicht den Ölzufluss, während die Stellung 18c den Ölabfluss in den Rücklauf 20 ermöglicht.

Zwischen der Druckseite der Ölpumpe 19 und dem Ölrücklauf 20 ist dar- über hinaus ein Sicherheitsventil 21 vorgesehen.

Die erste Seite 6 des Referenzkolbens 7 ist über ein Rückschlagventil 22 ebenfalls mit dem Ölrücklauf 20 verbunden, wobei das Rückschlagventil 22 derart eingebaut ist, dass es einen Ölrückfluss von der ersten Seite 6 des Referenzkolbens 7 zum Ölrücklauf 20 unterbindet.

Schließlich ist in dem Ölrücklauf 20 eine Drossel 23 eingebaut.

Durch die Ölfüllung in der Hydraulikleitung 5 ist sichergestellt, dass der Verstellkolben 3 und der Referenzkolben 7 hinsichtlich ihrer Bewegungen präzise gekoppelt sind. Jede Veränderung des Verstellkolbens 3 bewirkt auch eine Veränderung des Referenzkolbens 7, die über die Kolbenstange 10 und den Drucksensor 12 erfasst und an die Steuerung 14 geliefert wird.

Die Steuerung 14 leitet dann in Abhängigkeit von dem Wunsch des Bedie- ners und dem daraus resultierenden Bediensignal 15 geeignete Maßnahmen durch Ansteuern des Schaltventils 18 ein. Zum Beispiel wird ein Ölzufluss zur zweiten Seite des Referenzkolbens 7 über das Schaltventil in Stellung 18a geschaltet, der eine Verlagerung des Referenzkolbens 7-entsprechend Fig. 1-nach links bewirkt. Auch der Verstellkolben 3 verlagert sich dadurch nach links.

Wenn umgekehrt die rechte Extremstellung der Kolben erreicht werden soll, wird das Schaltventil 18 in die Stellung 18c geschaltet, so dass das Öl von der zweiten Seite 8 des Referenzkolbens 7 in den Ölrücklauf 20 fließen kann. Dadurch wird das Öl in der Hydraulikleitung 5 und auf der ersten Seite 6 des Referenzkolbens 7 drucklos, so dass der Verstellkolben 3 durch die Wirkung der Feder 4 oder durch die Trägheitswirkung der von ihm ge- stützten Unwuchten ebenfalls nach rechts verschoben wird, bis er an dem mechanischen Anschlag des ihn aufnehmenden Zylinders zum Stillstand kommt.

Der Referenzkolben 7 folgt dieser Bewegung solange bis zu eben diesem Stillstand. Wenn die Ölmenge in der Hydraulikleitung 5 und auf der ersten Seite 6-z. B. aufgrund von Leckverlusten-zu klein ist, kann der Referenz- kolben 7 nicht seine rechte Extremstellung erreichen. Jedoch weist das Öl in dem Ölrücklauf 20 einen durch die ein Strömungshindernis bildende Dros- sel 23 einen gewissen Restdruck auf, der ausreicht, das Rückschlagventil 22

zu öffnen. Dabei ist zu beachten, dass in der Hydraulikleitung 5 und auf der ersten Seite 6 praktisch kein Öldruck mehr herrscht. Über das Rückschlag- ventil 22 kann somit Öl zur ersten Seite 6 des Referenzkolbens 7 nachströ- men und eventuelle Leckverluste ausgleichen. Dieser Ausgleich erfolgt durch die unterschiedlichen Druckbeaufschlagungsflächen an der ersten Seite 6 und der zweiten Seite 8 des Referenzkolbens 7 solange, bis dieser seine rechte Extremstellung erreicht.