Verfahren zur Bodenverdichtung und Bodenverdichtungsvorrichtung

Abstract

 Die Auslenkung eines Druckausübungsorgans (1) gegenüber einem zu verdichtenden Boden (3) wird je nach Bodenbeschaf­fenheit dadurch eingestellt, daß die wirksame Masse des Druckausübungsorgans (1) verändert wird. In einer Ausfüh­rungsvariante werden mehrere mit unterschiedlichen Umdre­hungszahlen schwingende Trägheitskörper (11, 12) verwendet, die auf das Druckausübungsorgan (1) einwirken. Durch geeigne­te Überlagerung der Umdrehungen wird zusätzlich die gegen den Boden (3) wirkende Kraft größer als in der entgegengesetzten Richtung. Ebenfalls läßt sich die Größe der Kraft während des Betriebs verändern.
Mit den beschriebenen Ausführungsformen ist unabhängig voneinander die Größe der Vibrationskraft, sowie deren Rich­tung und deren Vibrationsfrequenz einstellbar. Auch kann in unterschiedliche Richtungen eine verschieden stark wirkende Vibrationskraft erzeugt werden. Durch diese Einstellvielfalt läßt sich eine Bodenverdichtung in Abhängigkeit von ihrer Bo­denbeschaffenheit optimal verwirklichen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenverdich­tung, insbesondere im Erd- und Straßenbau, gemäß dem Oberbe­griff des Patentanspruchs 1 und eine Bodenverdichtungsvor­richtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbe­griff des Patentanspruchs 10.

[0002] Vorrichtungen dieser Art sind aus der DE-OS 1 634 474, AT-PS 250 423, US-PS 4,105,356, DE-PS 1 111 107 und DE-OS 1 634 246 bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen wirkt bzw. wirken ein oder mehrere rotierende Trägheitskörper periodisch auf ein Druckausübungsorgan, welches aufgrund sei­ner Vibrationsschwingungen den unter ihr liegenden Boden beim Darüberrollen oder Darübergleiten verdichtet. Die Verdich­tungswirkung auf den Boden hängt einerseits von der Vibrati­ onskraft und andererseits von der Vibrationsauslenkung des Druckausübungsorgans während seiner Schwingungen ab. Bei den oben bekannten Vorrichtungen sind Auslenkung des Druckaus­übungsorgans und Vibrationskraft bzw. Vibrationsfrequenz mit­einander gekoppelt, sie können nicht voneinander getrennt werden.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bodenverdichtung zu schaffen, bei dem bzw. bei der die periodische Vibrationsauslenkung des Druckaus­übungsorgans unabhängig von der Vibrationsfrequenz und/oder der Vibrationskraft veränderbar ist.

[0004] Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist hin­sichtlich des Verfahrens Gegenstand des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Bodenverdichtungsvorrichtung Gegenstand des Patentanspruchs 7.

[0005] Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Bodenverdich­tung, bei dem bzw. bei der vorteilhaft mit großen Vibrations­kräften sowie einem niedrigen Gewicht des Druckausübungsor­gans gearbeitet werden kann und wobei die in eine vorgegebene Raumrichtung, bevorzugt zum Boden gerichtete Trägheitskraft größer als in die entgegengesetzter Richtung eingestellt wer­den kann, ist durch die Gegenstände der Patentanspüche 4 und 5 bzw. 10 bis 12 beschrieben. Ferner ist in vorteilhafterwei­se während des Betriebes die auf den zu verdichtenden Boden wirkende resultierende Vibrationskraft ohne Veränderung der Vibrationsfrequenz durch den Gegenstand des Patentanspruchs 6 bzw. 13 änderbar. Die Veränderung der Größe der Vibrations­kraft während des Verdichtungsbetriebes und die Erzeugung einer in unterschiedliche Richtungen verscheiden stark wir­kenden Vibrationskraft ist gesamthaft Gegenstand der Patent­ansprüche 1 bis 6 bzw. 7 bis 13. Die Vibrationskraft, deren Vibrationsfrequenz und die Vibrationsauslenkung des Druckaus­übungsorgans gegenüber dem Boden sind frei und unabhängig voneinander einstellbar.

[0006] Die in den Ansprüchen erwähnte wirksame Masse des Druckausübungsorgans, welches in der unten folgenden detail­lierten Beschreibung ein Walzenkörper einer Straßenwalze ist, ist die Summe derjenigen Massen, welche starr und/oder gelen­kig mit dem Druckausübungsorgan verbunden sind und durch die resultierenden Trägheitskräfte der sich bewegenden Trägheits­massen synchron und ohne zeitliche Verschiebung der Auslen­kungsmaxima mit dem Druckausübungsorgan angeregt werden. Die wirksame Masse ist somit im unten beschriebenen Beispiel die Summe der Masse des Druckausübungsorgans plus seine Lagerung und die dazu gehörenden Halterungen plus eine durch schwin­gungsdämpfende Elemente stark reduzierte, auf dem Druckaus­übungsorgan lastende Teilmasse der gesamten Straßenwalze plus ein prozentualer Anteil der Zusatzmassen, welche zwischen dem Schwerpunkt des Druckausübungsorgans und einem annähernd nicht schwingenden Teil des Maschinengestells bewegbar sind. Je nach dem Ort zwischen dem Maschinengestell und dem Schwer­punkt des Druckausübungsorgans wirken die Zusatzmassen zwi­schen null und einhundert Prozent ihres Gesamtgewichts.

[0007] Vibrationsfrequenz, Vibrationskraft und Vibrationsaus­lenkung bezeichnen die Frequenz bzw. das Frequenzgemisch, die Kraft und die Auslenkung des Druckausübungsorgans, mit denen es aufgrund der Anregung durch die resultierende Trägheits­kraft auf den zu verdichtenden Boden wirkt.

[0008] Unter unwuchtigen Trägheitskörpern werden Trägheitskör­per mit exzentrischer Masseverteilung in bezug auf deren Ro­tationsachse verstanden, wobei nur die durch die Unwucht ver­ursachte Zentrifugalkraft als sog. Trägheitskraft wirkt. Als Trägheitskraft wird nur die auf das Druckausübungsorgan wir­kende Kraft verstanden.

[0009] Die vom Druckausübungsorgan in Richtung zum Boden über­tragene Vibrationskraft kann so gerichtete werden, daß sie einen beliebigen spitzen Winkel zur Senkrechten auf der Bo­denoberfläche einnimmt.

[0010] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfin­dungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläu­tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Walzenkörpers ei­ner Straßenwalze,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Walzenkörper entlang der Li­nie II - II in Figur 1,

Fig. 3 eine zeitliche Darstellung der auf den Walzenkörper wirkenden resultierenden Kraft K_c, zusammengesetzt aus den Kräften K_a und K_b von zwei Trägheitskörpern,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Variante mit ei­ner Kolben-Zylinder-Einheit,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Getriebes zum Ge­geneinanderverdrehen zweier exzentrisch angeordneter Massen der Trägheitskörper.

[0011] Das in Figur 1 dargestellte Druckausübungsorgan ist ein hohlzylindrischer Walzenkörper 1, auch Bandage genannt, einer nicht dargestellten Straßenwalze und liegt auf einem zu ver­dichtenden Boden 3. Der Walzenkörper 1 ist über eine als Joch 4 ausgebildete Lagerhalterung mittels zweier nur schema­tisch dargestellter Dämpfungselemente 5 an einem Gestell­teil 7 befestigt, der mit dem nicht dargestellten Chassis der Straßenwalze verbunden ist. Je nach Ausführungsart der Straßenwalze sind eine oder mehrere Walzenkörper 1, die auch angetrieben werden können, vorhanden. Das Gewicht der Straßenwalze wird über jeden Gestellteil 7 pro Walzenkörper 1 auf diesen übertragen.

[0012] Innerhalb des Walzenkörpers 1 befinden sich zwei Träg­heitskörper 11 und 12, deren Querschnitt in Figur 2 darge­stellt ist. Der Trägheitskörper 12 ist als Hohlzylinder mit einer exzentrischen Verdickung 15 entlang einer Mantellinie ausgebildet. Die Länge des Hohlzylinders ist um eine Toleranz kleiner als die Innenlänge des Hohlzylinders des Walzenkör­pers 1. Mittels zweier hohler Wellenstücke 17 und 18 ist der Trägheitskörper 12 koaxial zur geometrischen Achse 20 des Walzenkörpers 1 mit zwei Lagern 22 und 23 innerhalb je eines Flansches 19 und 21 an beiden Stirnseiten des Walzenkörpers 1 gelagert. Die beiden Flansche 19 und 21 sind über je ein Wälzlager 24a und 24b im Joch 4 gelagert. Der Trägheitskör­per 11 ist plattenförmig ausgebildet und an einer in der geo­metrischen Achse 20 liegenden Welle 27 exzentrisch befestigt. Die Länge der Platte 25 ist um eine Toleranz kleiner als die Innenlänge des Trägheitskörpers 12. Der Trägheitskörper 11 ist innerhalb des Trägheitskörpers 12 und dieser innerhalb des Walzenkörpers 1 drehbar. Die Welle 27 ist mit zwei La­gern 29 und 30 in den Stirnseiten des Hohlzylinders des Träg­heitskörpers 12 gelagert und wird innerhalb des hohlen Wel­lenstücks 17 mit diesem zusammen über ein Getriebe 32 durch einen Antrieb 33 angetrieben.

[0013] Das Getriebe 32 dreht den Trägheitskörper 11 mit dop­pelter Umdrehungszahl zum Trägheitskörper 12. Der Wert der einfachen Umdrehungszahl ergibt sich aus der gewünschten Bo­denverdichtung, welche hauptsächlich von der Beschaffenheit des Bodens 3 abhängt. Da die Masseverteilung der Trägheits­körper 11 und 12 , wie in Figur 2 dargestellt, exzentrisch ist, ergeben sich hierdurch umlaufende Kräfte (Zentrifugal­kräfte) zur Welle 27, die über die Lager 22, 23, 29 und 30 als resultierende Kraft K_c Trägheitskraft) auf den Walzen­körper 1 wirken. Die zeitliche Zuordnung der Drehbewegungen der beiden Trägheitskörper 11 und 12 ist durch das Getrie­be 32 so eingestellt, daß die Platte 25 bei jeder zweiten Um­drehung und die Verdickung 15 bei jeder Umdrehung an ihrem bodennächsten Punkt zusammen auf einer Geraden durch die Ach­se 20 liegen. Die exzentrische Masseverteilung der beiden Tragheitskörper 11 und 12 ist nun so gewählt, daß bei einer Normdrehzahl die Zentrifugalkraft K_a des Trägheitskörpers 11 gleich groß ist, wie die Zentrifugalkraft K_b des Trägheits­körpers 12 bei der doppelten Normdrehzahl. Die hierzu benö­tigten Masseverteilungen, sowie deren jeweiliger exzentri­scher Abstand von der Achse 20 lassen sich mit den Gesetzen der technischen Mechanik bestimmen. Die beiden Zentrifugal­kräfte K_a und K_b der Trägheitskörper 11 und 12 überlagern sich, wie in Figur 3 dargestellt, wobei pro Periode eine ma­ximale resultierende Kraft K_c zum Boden und zwei etwa halb so große resultierende Kräfte K_c von ihm weg gerichtet sind.

[0014] In Figur 3 sind über der Zeitachse t als Abszisse der zeitliche Verlauf während einer Periode P die jeweiligen zum Boden 3 gerichteten Kräfte K_a, K_b, und K_c als Ordinate aufge­tragen. Eine nach unten, gegen den Boden 3 wirkende Kraft K zeigt auch hier nach unten. Die strichpunktierte Linie a gibt den Kraftverlauf der durch den Trägkeitskörper 12 hervorgeru­fenen Kraft K_a, und die gestrichelte Linie b, denjenigen K_b hervorgerufen durch den Trägheitskörper 11 an. Die ausgezoge­ne Linie c gibt den auf den Walzenkörper 1 wirkenden Kraft­verlauf der resultierenden Kraft K_c als Trägheitskraft an.

[0015] Die vom Boden 3 weg gerichteten resultierende Kraft K_c kann so groß gewählt werden, daß sie bis auf eine Toleranz kleiner ist als die Gewichtskraft (wirksame Masse des Druck­ausübungsorgans) der Summe der Gewichte des Walzenkörpers 1, des Jochs 4 und die dazu gehörenden Lager 22, 23, 24a, 24b, 29 und 30, sowie eine durch die Dämpfungselemente 5 sehr stark reduzierte Gewichtskraft der Straßenwalze, aber ohne die Trägheitskörper 11 und 12, ohne ein Abheben des Walzen­körpers 1 vom Boden 3 befürchten zu müssen.

[0016] In der Mitte zwischen seinen beiden Flanschen 19 und 21 an der der Welle 27 abgewandten Seite des Jochs 4 hat dieses eine Stütze 34, von der je eine Führungsschiene 35a und 35b horizontal mit dem Gestellteil 7 verbunden sind. Beide Füh­rungsschienen 35a und 35b sind sowohl an der Stütze 34, wie auch am Gestellteil 7 mit Gelenken 36a, 36b, 36c und 36d, wie in Figur 1 schematisch angedeutet, beweglich befestigt. Zwei Zusatzkörper 37a und 37b sind auf den Führungsschienen 35a und 35b mit einem in sich geschlossenen Zahnriemen 38 ver­schiebbar angeordnet. Der Zahnriemen 38 wird über zwei an den Gestellteilen 7 befestigten Rollen 39a und 39b umgelenkt, wo­bei der eine Zusatzkörper 37a mit dem einen Teil des Zahnrie­mens 38 und der andere Zusatzkörper 37b mit dem umgelenkten Teil des Zahnriemens 38 verbunden ist. Die Rolle 39a wird über einen weiteren Zahnriemen 40 von einer schematisch dar­gestellten Verstelleinrichtung 41 angetrieben. Die Zusatzkör­per 37a und 37b sind derart ausgebildet, daß sie mit ihrem ganzen Gewicht auf den Führungsschienen 35a und 35b lasten; der Zahnriemen 38 dient nur zur horizontalen Verschiebung. Sie sind so am Zahnriemen 38 befestigt, daß ihre Bewegung ge­genläufig erfolgt. Die Führungsschienen 35a und 35b sind so ausgebildet, daß sie während des Vibrationsbetriebs nicht in Eigenschwingung kommen.

[0017] Werden die Zusatzkörper 37a und 37b mittels der Ver­stelleinheit 41 gegen die Gelenke 36a und 36d geschoben, so wirken sie nur mit einer vernachlässigbaren Gewichtskraft auf den Walzenkörper 1, während sie bei einem Anschlag an den Ge­lenken 36b und 36c mit ihrem gesamten Gewicht als Zusatzmasse wirken. Zwischen diesen beiden Extrema lassen sich alle Werte über die Lage der Zusatzkörper 37a und 37b auf den Führungs­schienen 35a und 35b einstellen. Die Auslenkung ist umgekehrt proportional zur wirksamen Masse des Walzenkörpers 1 (Druck­ausübungsorgan) und direkt proportional der resultierenden Zentrifugalkraft K_c (Trägheitskraft) der exzentrischen Mas­sen 15 und 25. Die wirksame Masse des Walzenkörpers 1 ergibt sich als Summe der Massen des Walzenkörpers 1, des Jochs 4, der Stütze 34, zweimal der halben Masse der Führungsschie­ nen 35a und 35b und dem auf den Walzenkörper 1 wirkenden pro­zentualen Gewichtsanteil der Zusatzkörper 37a und 37b.

[0018] Anstatt die beiden Zusatzkörper 37a und 37b nur im Raum zwischen den beiden Gestellteilen 7 zu bewegen, kann die Be­festigung der Führungsschienen 35a und 35b derart gewählt werden, daß sie auch in den Raum außerhalb der Gestellteile 7 verschoben werden können. Befinden sich die Zusatzkörper 37a und 37b außerhalb der Gestellteile 7, so wird die wirksame Masse des Druckausübungsorgans 1 reduziert.

[0019] Anstelle rotierende exzentrische Massen zur Erzeugung von auf den Boden 3 übertragbaren Kräften (Vibrationskräften) zu verwenden, können auch zwei Kolben-Zylinder-Einheiten 43a und 43b, wie in Figur 4 dargestellt, verwendet werden, wobei jeweils eine Zusatzmasse 44a bzw. 44b auf einem der Kol­ben 45a bzw. 45b angebracht ist. Die Kolben 45a und 45b wer­den in je einem Zylinder 46a und 46b mittels Hydraulikflüs­sigkeit, die durch je zwei Leitungen 47/48 und 49/50 von ei­nem Hydrauliksteuergerät 52 periodisch hin und her gepreßt werden, bewegt. Nach dem physikalischen Prinzip actio = re­actio ergibt sich bei einem nach oben beschleunigten Kol­ben 45a bzw. 45b durch das eingepumpte Hydrauliköl eine nach unten gerichtete Gegenkraft auf die untere Stirnfläche 53a bzw. 53b des Zylinders 46a bzw. 46b. Die im oberen Teil des Zylinders 46a bzw. 46b über dem Kolben 45a bzw. 45b befindli­che Hydraulikflüssigkeit kann frei durch die Hydrauliklei­tung 48 bzw. 50 abfließen, wodurch sich nur eine geringe Ge­genkraft ergibt, welche auf den Reibungswiderstand in den Rohren 48 und 50 zurückgeht. Die Kraft auf die untere Stirn­fläche 53a bzw. 53b wird über den Zylinder 46a bzw 46b auf den mit ihm verbundenen Walzenkörper 1 übertragen. Die Über­lagerung der Kräfte erfolgt analog zu den rotierenden exzen­trischen Massen 15 (Verdickung) und 25 (Platte) der Träg­heitskörper 11 und 12. Ist die Zusatzmasse 44b nur halb so groß wie die Zusatzmasse 44b und ihre Schwingungsfrequenz doppelt so groß wie die der Zusatzmasse 44a, ergibt sich das in Figur 3 dargestellte Bild.

[0020] Anstelle die Zusatzmassen 44a und 44b auf den Kolben 45a und 45b zu befestigen, können auch die Kolben 45a bzw. 45b mit dem betreffenden Gewicht ausgebildet werden. Auch können die Zusatzmassen 44a und 44b vom jeweiligen Kolben 45a bzw. 45b entfernt werden und über je eine nicht dargestellte Pleuelstange und einen nicht dargestellten Hebelarm durch den Kolben 45a bzw. 45b bewegt werden. Hierdurch läßt sich die Richtung und die Größe der Kraftwirkung frei wählen.

[0021] Anstelle zwei Kolben 45a und 45b mit einer harmonischen Schwingung schwingen zu lassen, kann auch nur ein einziger Kolben verwendet werden, der mit einer erzwungenen Bewegung, deren Beschleunigung in Aufwärtsrichtung größer als in Ab­wärtsrichtung ist, gearbeitet werden. Nachteilig ist hierbei der größere Energieaufwand einer sog. erzwungenen Schwingung, welche im Gegensatz zur harmonischen Schwingung, die bis auf eine Deckung ihrer Reibungs- und andere Verluste (Bodenver­dichtung), eine zusätzlich zugeführte Energie zur Aufrechter­haltung der Bewegung benötigt.

[0022] Anstelle zweier Massen können je nach Platzbedarf be­liebig viele bewegte Massen, welche mit unterschiedlichen Um­drehungszahlen, welche ganzzahlige Vielfache einer gewünsch­ten Grundschwingung des Druckausübungsorgans 1 sind, verwen­det werden. Als Antrieb lassen sich sowohl rotierende und hy­drodynamische Antriebe, sowie auch Kolben-Zylinder-Einheiten, in denen ein Gasgemisch durch Entzündung zur Krafterzeugung gebracht wird, verwenden. Die optimalen Umdrehungszahlen, so­wie deren Zuordnungen lassen sich bei Vorgabe des gewünschten Kraftzeitdiagramms mit bekannten mathematischen Näherungsver­fahren, wie z. B. einer "angenäherten harmonischen Analyse", dargelegt in Bronstein-Semendjajew, "Taschenbuch der Mathema­tik", B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1963, Sei­te 480 ff berechnen. Bei der Berechnung ergeben sich unend­ lich lange trigonometrische Reihen, welche aber mit hinrei­chender Genauigkeit für die erstrebte Bewegungsform schon nach den ersten Glieder abgebrochen werden können.

[0023] Als Druckausübungsorgan kann außer einem Walzenkörper 1 auch eine Platte oder ähnliches verwendet werden.

[0024] Anstelle die Kräfte senkrecht auf die Oberfläche des zu verdichtenden Bodens 3 wirken zu lassen, kann auch ein belie­biger Winkel gewählt werden. Der Winkel der maximalen Kraft­wirkung hängt nur vom Winkel ab, bei dem sich die Kräfte der einzelnen Schwingungen maximal überlagern. Über das Getrie­be 32 läßt sich dieser Winkel einstellen.

[0025] Oftmals ist es wünschenswert, die Kraft, mit der das Druckausübungsorgan 1 auf den Boden 3 einwirkt, unter Beibe­haltung der Vibrationsfrequenz zu verändern. In diesem Fall wird, wie in Figur 5 dargestellt, eine resultierende Zentri­fugalkraft hervorgerufen durch die Verstellung des Zentriwin­kels der Unwuchten (exzentrische Masseverteilung) zweier ro­tierender Trägheitskörper. Es sind nur die beiden Träg­heitskörper mit ihren exzentrischen Masseverteilung 73 und 75 und ein sie antreibendes Planetengetriebe 60 (es kann auch ein Differentialgetriebe mit Kegelrädern verwendet werden) dargestellt; weitere mit anderen Umdrehungszahlen rotierende Massen sind weggelassen worden, um die Figur 5 nicht zu über­laden. Über eine Welle 65 wird ein Getriebeteil 62 und eine Zahnriemenscheibe 63 des Planetengetriebes 60 vom Getriebe 32 angetrieben. Der Getriebeteil 62 besitzt drei miteinander kämmende Zahnräder 62a, 62b und 62c. Die Achsen der Zahnrä­der 62a und 62c, sowie die Achsen 65 und 76 liegen auf einer Geraden und die Achse des Zahnrads 62b schneidet diese Gera­de. Die Achse 76 des Zahnrads 62c ist mit einem analog dem Trägheitskörper 11 aufgebauten Trägheitskörper mit der exzen­trischen Masseverteilung 75 verbunden und ist durch sie in Umdrehungen versetzbar. Die Zahnriemenscheibe 63 treibt über einen Zahnriemen 66 eine Zahnriemenscheibe 64, welche über eine Welle 67 ein Zahnrad 69 bewegt, welches mit einem Zahn­rad 71 kämmt. Das Zahnrad 71 ist mit einem zum Trägheitskör­per 12 analog gestalteten Trägheitskörper mit der exzentri­schen Masseverteilung 73 verbunden. Im Betrieb ist die Achse des Zahnrads 62b fest, kann aber um die Achse 76 verdreht werden. Erfolgt eine Verdrehung, so werden die beiden exzen­trischen Massen 73 und 75 der Trägheitskörper, d. h. ihre Masseschwerpunkte je nach Drehrichtung aufeinander zu oder voneinander weg gedreht, d.h. ihr Zentriwinkel wird verklei­nert bzw. vergrößert. Die resultierende, exzentrisch wirkende Zentrifugalkraft verringert oder vergrößert sich hierdurch in den Grenzen zwischen der Summe und der Differenz der Zentri­fugalkräfte der einzelnen exzentrischen Masseverteilungen 73 und 75, wie aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der technischen Mechanik leicht einzusehen ist. Der Zentriwinkel der beiden exzentrischen Masseverteilungen 73 und 75, (Unwuchten) läßt sich kontinuierlich oder schrittweise im gesamten Bereich zwischen 0° entsprechend einer maximalen resultierenden Zen­trifugalkraft und 180° entsprechend einer minimalen oder kei­ner resultierenden Zentrifugalkraft verstellen. Die Verstel­lung ist während des Betriebs möglich, d.h. während der Rota­tion der beiden Trägheitskörper mit den exzentrischen Mas­sen 73 und 75.

[0026] Die Auslenkung des Walzenkörpers 1 (Druckausübungsor­gan) läßt sich somit einmal durch Verstellen der Exzentrizi­tät, wie bereits oben beschrieben und durch Verschieben der Zusatzkörper 37a und 37b verändern. Da eine Veränderung der Exzentrizität die Amplitude verändert, kann diese Veränderung durch Verschieben der Zusatzkörper 37a und 37b rückgängig ge­macht werden.

[0027] Durch die oben beschriebenen Vorrichtungen ist durch Veränderung der Masse des Druckausübungsorgans dessen Auslen­kung gegenüber dem Boden verstellbar.

[0028] Ferner ist eine Veränderung der wirksamen Zentrifugal­kräfte möglich, indem die exzentrische Masseschwerpunkte meh­rere Trägheitskörper gegeneinander oder der Masseschwerpunkt des Trägheitskörpers in bezug auf dessen Rotationsachse mit­tels eines Planetengetriebes verstellt werden.

[0029] Außerdem ist es möglich, gleichzeitig zur Veränderung der Masse des Druckausübungsorgans gezielt in eine bestimmte Richtung, in der Regel in Richtung zum zu verdichtenden Bo­den, eine größere Kraft als in die entgegengesetzte Richtung wirken zu lassen.

[0030] Das erfindungsgemäße Verfahren erhöht die zur Verdich­tung verwendbare Auslenkung des Druckausübungsorgans 1 und reduziert die gesamte Antriebsleistung der Straßenwalze bei gleicher Verdichtungswirkung. Auch lassen sich nicht nur ver­tikale Kräfte auf den Boden aufbringen, sondern Kräfte unter jedem beliebigen Winkel.

[0031] Mit den oben beschriebenen Ausführungsformen ist unab­hängig von einander die Größe der Vibrationskraft, die Rich­tung der maximalen wirkenden Vibrationskraft, deren Vibrati­onsfrequenz und deren Amplitude einstellbar, sowie eine in unterschiedlichen Richtungen verschieden stark wirkende Vi­brationskraft erzeugbar. Durch diese Einstellvielfalt ist eine Bodenverdichtung in Abhängigkeit von ihrer Bodenbeschaf­fenheit optimal zu verwirklichen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Bodenverdichtung, insbesondere im Erd- und Straßenbau, bei dem mindestens ein Trägheitskörper (11) in Bezug auf ein Druckausübungsorgan (1) in rotierende Bewe­gung versetzt wird, um dieses periodisch gegen den Boden (3) zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des Druckausübungsorgans (1) gegen den Boden (3) je nach Bodenbeschaffenheit unabhängig von der Wirkung der Träg­heitskraft des Trägheitskörpers bzw. der resultierenden Trägheitskraft der Trägheitskörper (11, 12, 44a, 44b, 73, 75) auf das Druckausübungsorgan (1) dadurch eingestellt wird, daß die wirksame Masse des Druckausübungsorgans (1) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, zwischen einer Lagerhalterung (4) zur Halterung des Druck­ausübungsorgans (1) und einem gegenüber der Lagerhalterung (4) bewegungsgedämpften Gestellteil (7) mindestens eine Zusatzmasse (37a, 37b) bei Änderung der Bodenbeschaffen­heit derart verschoben wird, daß sich die wirksame Masse des Druckausübungsorgans (1) ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zusatzmassen (37a, 37b) bis zur Mitte des Druckaus­übungsorgans (1) synchron aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß der bzw. die Trägheitskörper (11, 12, 44a, 44b, 73, 75) so angetrieben wird bzw. werden, daß die von ihm bzw. ihnen auf das Druckausübungsorgan (1) über­tragene Trägheitskraft bzw. resultierende Trägheitskraft (K_c) in eine vorgegebene Raumrichtung, bevorzugt in Rich­tung zum Boden (3) größer ist als in entgegengesetzter Richtung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Trägheitskörper (11, 12) mit exzentrischer Masseverteilung (25, 15) und mit zueinander unterschiedli­chen Umdrehungszahlen in rotierende Bewegung versetzt wer­den, welche derart eingestellt werden, daß sie ganzzahlige Vielfache der gewünschten Grundschwingung der periodischen Bewegung des Druckausübungsorgans (1) sind, und die Umdrehungszahlen derart synchronisiert werden, daß jeweils im Zeitpunkt, in dem die Zentrifugalkraft (K_a) des oder der mit der niedrigeren Umdrehungszahl rotierenden Träg­heitskörper in die vorgegebene Raumrichtung, bevorzugt in Richtung zum Boden (3) gerichtet ist, auch die Zentrifu­galkraft (K_b) des oder der mit der höheren Umdrehungszahl rotierenden Trägheitskörper in dieselbe Richtung gerichtet ist, wobei die resultierende Trägheitskraft (K_c) durch die Summe der Zentrifugalkräfte der Trägheitskörper (11, 12) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zweite unwuchtige Trägheitskörper (73, 75) mit gleicher Umdrehungszahl angetrieben werden, und der Zentriwinkel der beiden Unwuchten kontinuierlich oder schrittweise auf einen je nach dem jeweils gewünschten Verdichtungsgrad gewählten Wert im gesamten Bereich zwi­schen 0° entsprechend einer maximalen resultierenden Zen­trifugalkraft und 180° entsprechend einer minimalen oder keiner resultierenden Zentrifugalkraft eingestellt wird, um die auf das Druckausübungsorgan (1) zu übertragende, resultierende Trägheitskraft K_c der Bodenbeschaffenheit des zu verdichtenden Bodens (3) anzupassen.

7. Bodenverdichtungsvorrichtung zur Durchführung des Verfah­rens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens ei­nem mit einem Druckausübungsorgan (1) verbundenen, durch eine Antriebseinrichtung (33) rotierend antreibbaren Träg­heitskörper, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Mas­ se des Druckausübungsorgans (1) veränderbar ist, damit dessen Auslenkung, hervorgerufen durch den bzw. die beweg­ten Trägheitskörper (11, 12, 44a, 44b, 73, 75), gegenüber dem Boden (3) verstellbar ist.

8. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, gekenn­zeichnet durch eine Lagerhalterung (4) zur Halterung des Druckausübungsorgans (1), welche bewegungsgedämpft mit einem tragenden Gestellteil (7) verbunden ist, und minde­stens eine mit dem Gestellteil (7) und der Lagerhalterung (4) gelenkig verbundene Führungsschiene (35a, 35b), auf der eine Zusatzmasse (37a, 37b) verschiebbar angeordnet ist, um die wirksame Masse des Druckausübungsorgans (1) zu erhöhen bzw. zu erniedrigen.

9. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, gekenn­zeichnet durch mindestens zwei auf der Lagerhalterung (4) symmetrisch zur Mitte des Druckausübungsorgans (1) und an gegenüberliegenden Orten des Gestellteils (4) angebrachte Führungsschienen (35a, 35b) mit je einer Zusatzmasse (37a, 37b) und eine Verschiebeeinrichtung (38, 39a, 39b, 40, 41), mit der auf den Führungsschienen (35a, 35b) symme­trisch zur Mitte des Druckausübungsorgans (1) die Zusatz­massen (37a, 37b) aufeinander zu oder voneinander weg ver­schiebbar sind, um die wirksame Masse des Druckausübungs­organs (1) zu erhöhen bzw. zu erniedrigen.

10. Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß, der bzw. die Trägheits­körper (11, 12) durch die Antriebseinrichtung (33) so an­treibbar ist bzw. sind, daß die vom Trägheitskörper bzw. den Trägheitskörpern (11, 12) auf das Druckausübungsorgan (1) übertragende Trägheitskraft (K_c) in einer vorgegebenen Raumrichtung, bevorzugt in Richtung zum Boden (3) größer ist als in entgegengesetzt.

11. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Trägheitskörper (11, 12) eine ex­zentrische Masseverteilung (25, 15) zur Erzeugung einer Zentrifugalkraft (K_a, K_b) haben, und ein Getriebe (32), insbesondere ein Zahnradgetriebe, durch welches die Träg­heitskörper (11, 12) synchronisiert in Umdrehungen ver­setzbar sind, vorhanden ist, damit mindestens zwei Träg­heitskörper (11, 12) mit unterschiedlichen Umdrehungszah­len antreibbar sind, die ganzzahlige Vielfache einer auf das Druckausübungsorgan (1) zu übertragenden Grundschwin­gung der gewünschten periodischen Bewegung sind und die Umdrehungen mit dem Getriebe derart synchronisierbar sind, daß jeweils zum Zeitpunkt, in dem die Zentrifugalkraft (K_a) des oder der mit der niedrigen Umdrehungszahl rotie­renden Trägheitskörper (11) in die vorgegebene Richtung, bevorzugt zum Boden (3) gerichtet ist, auch die Zentrifu­galkraft (K_b) des oder der mit der höheren Umdrehungszahl rotierenden Trägheitskörper (12) in die vorgegebene Raum­richtung, bevorzugt in Richtung zum Boden (3) gerichtet ist.

12. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß,eine erste Welle (17/21) mit doppelter Umdrehungszahl gegenüber einer zweiten Welle (27) durch das Getriebe (32) synchronisiert antreibbar ist und mit jeder Welle (17/21, 27) mindestens einer der Trägheits­körper (11, 12) verbunden ist.

13. Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch mindestens zwei zweite unwuchtig in Umdrehungen versetzbare Trägheitskörper (73, 75) und ein Planetengetriebe (60), durch das die zweiten Trägheitskörper (73, 75) mit gleicher Umdrehungszahl an­treibbar sind und durch das der Zentriwinkel der Unwuchten der zweiten Trägheitskörper in einem Bereich zwischen mindestens 0°, entsprechend einer minimalen oder keiner resultierenden Zentrifugalkraft, und 180°, entsprechend einer maximalen Zentrifugalkraft, kontinuierlich oder schrittweise verstellbar ist.

Zeichnung