BODENVERDICHTUNGSGERÄT MIT ADAPTIVEM ERREGER

Abstract

 Es wird eine Bodenverdichtungsvorrichtung zum Verdichten eines Bodens angegeben, mit einer Schwingungserregervorrichtung (14) zum Erzeugen einer Schwingung zur Bodenverdichtung, bei der wenigstens zwei Parameter veränderbar sind, die die von der Schwingungserregervorrichtung (14) erzeugte Schwingung beeinflussen; mit einer Bodenverdichtungs-Messvorrichtung (18) zum Erfassen eines Verdichtungszustands des Bodens; und mit einer Steuereinrichtung (1, 17) zum Einstellen von wenigstens einem der wenigstens zwei Parameter; wobei die Steuereinrichtung (1, 17) ausgebildet ist zum automatischen Einstellen von wenigstens einem der wenigstens zwei veränderbaren Parameter in Abhängigkeit von dem erfassten Verdichtungszustand und einem vorgegebenen Regelwerk.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Bodenverdichtungsvorrichtung mit adaptivem Unwuchterreger.

[0002] Als Bodenverdichtungsvorrichtungen eignen sich insbesondere Vibrations- bzw. Rüttelplatten und Vibrationsstampfer.

[0003] Vibrationsplatten werden häufig durch einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor angetrieben, der durch ein einfaches Steuergerät angesteuert wird. Häufig weisen Vibrationsplatten eine Vorrichtung zum Erfassen des Bodenverdichtungszustands auf, wie z.B. das als Verdichtungskontrolle dienende Compatec-System^® der Firma Wacker Neuson. Die Motordrehzahl wird dabei meist zwischen lediglich zwei Stufen verstellt, nämlich Standgas und Vollgas. Wenn durch die entsprechende Kontrollvorrichtung festgestellt wird, dass der Boden bereits ausreichend oder gar übermäßig verdichtet worden ist, stellt das Steuergerät den Motor in Standgas, um ein Springen der Maschine und damit eine Beschädigung zu verhindern.

[0004] Eine derartige Überlastabschaltung bei überverdichteten Böden und eine daraus folgende Drehzahlreduzierung des Motors ist eine einfache Form einer Bedienerunterstützung.

[0005] Die Bedienung einer Bodenverdichtungsvorrichtung erfordert im Idealfall gute Kenntnisse über die Bodenbeschaffenheit und die Leistungsfähigkeit der Maschine. Insbesondere soll eine Überverdichtung verhindert werden, da sie unwirtschaftlich ist und - bei einem Springen der Maschine - zu einer Beschädigung der Bodenverdichtungsvorrichtung führen kann. Andererseits muss auch sichergestellt sein, dass der zu verdichtende Boden über seine gesamte Fläche ausreichend verdichtet ist, um die Anforderungen an die Verdichtung zu erfüllen. Nicht ausreichend verdichtete Böden können nachfolgend Unfall- und Haftungsrisiken nach sich ziehen.

[0006] Häufig werden jedoch Bodenverdichtungsvorrichtungen von Bedienern mit geringem Kenntnis- bzw. Ausbildungsstand bedient. Zwar sind die Bediener in der Lage, eine ausreichende Verdichtung eines Bodens zu erkennen. Jedoch hat sich herausgestellt, dass dadurch eine Neigung zur Überverdichtung entsteht, mit den genannten nachteiligen Folgen.

[0007] Vibrationsplatten weisen typischerweise Unwuchterreger auf, bei denen eine oder mehrere Unwuchtwellen drehbar angetrieben werden. Die Unwuchten der Erreger können dabei radial an der sie tragenden Unwuchtwelle feststehend, manuell verstellbar oder federbelastet veränderbar sein. An umschaltbaren Vibrationsplatten, also an Vibrationsplatten, deren Fahrtrichtung verändert werden kann (vorwärts, rückwärts), wird die Verstellung des resultierenden Fliehkraftvektors durch den Bediener manuell vorgegeben. Durch bezüglich der Fahrtrichtung einseitige Veränderung des Fliehkraftvektors (links, rechts) können auch Drehbewegungen um die Hochachse und damit Lenkbewegungen der Vibrationsplatte ausgeführt werden. Die Drehzahl des Unwuchterregers wird ebenfalls durch den Bediener manuell vorgegeben, insbesondere mit Hilfe eines Gashebels oder einer Drehzahlvorwahl bei einem Elektroantrieb.

[0008] Bei bekannten Vibrationsplatten und -stampfern reagieren die in der beschriebenen Weise ausgestatteten Unwuchterreger bzw. Anregungssysteme nicht optimal und insbesondere nicht in Abhängigkeit von verschiedenen Bodenzuständen. Vielmehr werden die Betriebszustände der Unwuchterreger, insbesondere die von diesen erzeugten Unwucht- und Fliehkraftwirkungen, unabhängig vom jeweiligen Bodenzustand beibehalten. Die Betriebszustände richten sich allein nach den Vorgaben bzw. Einstellungen des Bedieners.

[0009] Zum Beispiel kann bei einem bereits vollständig verdichteten Boden die voreingestellte Fliehkraft zu hoch sein. Dementsprechend ist die Fahrtgeschwindigkeit gering, so dass sich das Verdichtungsgerät für die bestehenden Verhältnisse zu langsam bewegt und damit unnötig lange auf dem nicht weiter verdichtungsfähigen Boden verharrt.

[0010] Bei einem anderen Beispiel erfolgt die Überfahrt über einen ungleichmäßig verdichteten Boden mit unveränderter Frequenz, Fliehkraft und Vorlaufgeschwindigkeit (Fahrgeschwindigkeit). Das führt dazu, dass der Boden auch nach dieser Überfahrt weiterhin ungleichmäßig verdichtet bleibt. Bis zur flächendeckenden vollständigen Verdichtung des Bodens müssen die verbleibenden, nicht ausreichend verdichteten Bereiche in der Regel mehrmals überfahren werden.

[0011] Wiederum bei einem anderen Beispiel kann beobachtet werden, dass an einer steilen Böschung oder bei einer großen Schüttungshöhe das Verdichtungsgerät mit der standardmäßig gegebenen Einstellung für Fliehkraft und Kraftvektor nur langsam vorankommt oder sogar hängen bleibt. Der Bediener muss dann u.U. mit eigener Kraft das Gerät weiterbewegen.

[0012] Diese Beispiele zeigen, dass bei einer nicht situationsgerechten, an die jeweiligen Gegebenheiten (insbesondere Verdichtungszustand des Bodens) angepassten Einstellung der Bodenverdichtungsvorrichtung, insbesondere deren Schwingungserreger, viel Arbeitszeit vergeudet werden kann. Ein effektives, zügiges Arbeiten wird dadurch erschwert.

[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bodenverdichtungsvorrichtung anzugeben, die ein effektiveres Arbeiten für einen Bediener ermöglicht, ohne dass besondere Anforderungen an ihn gestellt werden.

[0014] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bodenverdichtungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0015] Es wird eine Bodenverdichtungsvorrichtung zum Verdichten eines Bodens angegeben, mit einer Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen einer Schwingung zur Bodenverdichtung, bei der wenigstens zwei Parameter veränderbar sind, die eine von der Schwingungserregervorrichtung erzeugte Schwingung beeinflussen. Eine Bodenverdichtungs-Messvorrichtung dient zum Erfassen eines Verdichtungszustands des Bodens, wobei weiterhin eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, zum Einstellen von wenigstens einem der wenigstens zwei Parameter und wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist zum automatischen Einstellen von wenigstens einem der wenigstens zwei veränderbaren Parameter in Abhängigkeit von dem erfassten Verdichtungszustand und einem vorgegebenen Regelwerk.

[0016] Das Regelwerk kann z.B. in der Steuereinrichtung gespeichert sein. Es kann aber auch an einem anderen Ort, z.B. einem externen Rechner, gespeichert sein, der mit der Bodenverdichtungsvorrichtung kommunizierend verbunden ist. Das Regelwerk kann z.B. in Form von Kennlinien, Tabellen, Kennfeldern etc. hinterlegt sein.

[0017] Die Parameter sind geeignet, die durch die Schwingungserregervorrichtung erzeugte Schwingung zu beeinflussen. Dabei sind die Parameter einzeln oder in Kombination automatisch veränderbar. Zum Beispiel können auch mehr als zwei Parameter verändert werden, wie z.B. drei Parameter oder mehr.

[0018] Das Einstellen der Parameter bedeutet insbesondere, dass die Parameter innerhalb bestimmter Grenzen und entsprechend dem vorgegebenen Regelwerk in Abhängigkeit von dem jeweils erfassten Verdichtungszustand des Bodens verändert werden können, um den Betrieb der Bodenverdichtungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Verdichtungszustand des Bodens zu optimieren.

[0019] Zum Beispiel kann bei der Bodenverdichtungsvorrichtung der Verdichtungszustand des Untergrundes durch eine Sensorik erfasst werden, woraufhin die Vibrationskraft und die Vorlaufgeschwindigkeit optimiert werden. Beispielsweise kann ein Beschleunigungssensor vorgesehen sein, der bei einer typischen Bodenverdichtungsvorrichtung die Bewegung einer Untermasse und/oder einer Obermasse misst, was als Kriterium für den jeweiligen Verdichtungszustand des Bodens gewertet werden kann. Aufgrund des Bewegungsverhaltens der Obermasse und/oder der Untermasse im Abgleich mit gespeicherten Kennlinien/Kennfeldern werden die Verdichtungsparameter der Schwingungserregervorrichtung derart angepasst, dass die Verdichtungsleistung und der Bewegungsfortschritt für den aktuellen Untergrund (Boden) optimal sind.

[0020] Dementsprechend kann über ein Verdichtungserkennungssystem mit Auswerte- und Regelungseinheit ein Schwingungserreger angesteuert werden, bei dem die Fliehkraft, die Erregerfrequenz oder der Unwuchtverstellwinkel oder eine Kombination aus diesen Parametern automatisiert verstellbar sind. Darüber hinaus können Komponenten der Obermasse in ihrer Position und/oder Puffersteifigkeiten zwischen Ober- und Untermasse veränderbar sein.

[0021] Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit das Bereitstellen einer adaptiven Schwingungserregervorrichtung bzw. eines adaptiven Unwuchterregers, bei dem die Verdichtungsparameter an den jeweiligen Verdichtungszustand des Bodens angepasst werden.

[0022] Die Bodenverdichtungsvorrichtung kann eine Schwingungseinstellvorrichtung aufweisen, zum Verändern von wenigstens einem der wenigstens zwei Parameter. Die Schwingungseinstellvorrichtung kann in geeigneter Weise ausgebildet sein, um die Veränderung des jeweiligen Parameters mit Hilfe elektrischer und/oder mechanischer Maßnahmen zu bewirken. Dies kann mit Hilfe verschiedener Maßnahmen erreicht werden, wie z.B. durch das Verschieben einer Unwuchtmasse relativ zu der sie tragenden Unwuchtwelle, Verschieben eines Schwerpunkts, Verschieben von Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung relativ zueinander. Ebenso kann die Antriebsleistung eines Antriebs der Bodenverdichtungsvorrichtung oder dessen Drehzahl verändert werden.

[0023] Die Schwingungserregervorrichtung kann wenigstens einen Unwuchterreger aufweisen, mit wenigstens einer Unwuchtwelle, die eine Unwuchtmasse trägt. Bei der Unwuchtwelle kann es sich um eine Welle handeln, auf der eine mit der Welle rotierende Unwuchtmasse angeordnet ist, zum Erzeugen einer rotierenden Zentrifugalkraft (Fliehkraft) und damit einer Unwuchtwirkung. Der Aufbau eines derartigen Unwuchterregers ist vielfältig bekannt und muss daher an dieser Stelle nicht mehr erläutert werden.

[0024] Die veränderbaren Parameter können ausgewählt sein aus der nachfolgend erläuterten Gruppe:
Ein Parameter kann die Fliehkraftwirkung des Unwuchterregers sein. Eine Veränderung der Fliehkraft bewirkt unmittelbar eine Veränderung der Verdichtungswirkung der Bodenverdichtungsvorrichtung. Die Veränderung der Fliehkraft kann bei einer einzelnen Unwuchtmasse oder einer Kombination von mehreren, z.B. zwei, Unwuchtmassen herbeigeführt werden. Dementsprechend kann die Veränderung der Fliehkraft auch bei einer Kombination mehrerer, z.B. zwei, Unwuchtwellen herbeigeführt werden.

[0025] Ein anderer, veränderbarer Parameter ist die radiale Position der Unwuchtmasse in Bezug auf eine Rotationsachse der Unwuchtwelle. Diese Position kann z.B. durch radiales Verschieben der Unwuchtmasse zwischen einer inneren und einer äußeren radialen Extremstellung bewirkt werden. Bei einem bereits genügend verdichteten Boden sollte z.B. die Fliehkraft reduziert werden, so dass es sinnvoll sein kann, die jeweilige Unwuchtmasse radial nach innen, in Richtung der Drehachse der Unwuchtwelle zu verschieben, um die Fliehkraftwirkung zu vermindern.

[0026] Ein weiterer Parameter kann das Zu- oder Abschalten einer Unwuchtmasse sein. Dabei kann die Unwuchtmasse bzw. die sie tragende Unwuchtwelle analog zu einer Getriebesynchronisation zu- oder abgeschaltet werden. Auch dadurch kann eine Veränderung der Fliehkraft herbeigeführt werden.

[0027] Ein weiterer Parameter kann darin bestehen, bei mehreren Unwuchtwellen ein unterschiedliches Verstellen der Unwuchtmassen auf den Unwuchtwellen vorzusehen. Zum Beispiel kann ein "Verstimmen" der Bodenverdichtungsvorrichtung gezielt erreicht werden, indem die Unwuchtwellen zwischen der inneren und der äußeren extremen Radialstellung radial verschoben werden, jedoch für verschiedene Unwuchtwellen unterschiedlich. Zum Beispiel bei Unwuchterregern mit zwei Unwuchtwellen kann damit ein gewolltes Bewegungsverhalten erreicht werden.

[0028] Dies kann auch durch Zu- und Wegschalten von Unwuchtmassen, jedoch unterschiedlich an einer vorderen und einer hinteren Unwuchtwelle erreicht werden, um den Unwuchterreger zu verstimmen und so ein gewolltes Bewegungsverhalten einzustellen.

[0029] Auch können vollständige Unwuchtwellen zu- oder weggeschaltet werden, wobei dabei in Bezug auf die Bodenverdichtungsvorrichtung eine unsymmetrische Schaltung vorgenommen wird, um den Erreger zu verstimmen.

[0030] Ein anderer Parameter kann die Position des Unwuchterregers auf einem Bodenkontaktelement sein, das auf den zu verdichtenden Boden einwirkt. Durch Verändern der Position des Unwuchterregers kann auch die wirkende Fliehkraft verändert werden.

[0031] Ein weiterer veränderbarer Parameter kann die Erregerfrequenz sein. Dabei kann es sich insbesondere um die Drehgeschwindigkeit von einer oder mehreren Unwuchtwellen handeln. Zum Beispiel kann eine hohe Erregerfrequenz für sandige Böden genutzt werden, während eine niedrigere Erregerfrequenz für bindige Böden geeigneter ist.

[0032] Ein weiterer Parameter ist der Unwuchtverstellwinkel bzw. die Phasenlage von z.B. zwei Unwuchtwellen. Insbesondere können die beiden Unwuchtwellen in Fahrtrichtung gesehen parallel zueinander angeordnet und gegenläufig drehbar gekoppelt sein. Durch das Zusammenwirken der gegenläufig rotierenden Unwuchtmassen wird ein resultierender Kraftvektor erzeugt, der in eine bestimmte Richtung - z.B. vorwärts (in Fahrtrichtung), senkrecht, rückwärts, horizontal - gerichtet sein kann. Durch Verändern der Stellung der gegenläufig zueinander drehbaren Unwuchtwellen und damit deren Phasenlage kann die Richtung des resultierenden Kraftvektors verändert werden. Damit lässt sich ein steilerer oder flacherer Kraftvektor erzeugen. Zum Beispiel kann bei einem noch verdichtungsfähigen Boden eine steilere Stellung sinnvoll sein, um eine starke Verdichtungswirkung auf den Boden auszuüben, während bei einem bereits ausreichend verdichteten Boden eine flachere Stellung des Kraftvektors sinnvoll ist, um eine geringere Verdichtungswirkung, jedoch eine größere Vorschubwirkung zu erreichen.

[0033] Ein weiterer Parameter kann die Position von Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung relativ zueinander sein. Mit dem Ändern der Relativposition der Komponenten geht eine Massenverschiebung einher, die auch eine Verlagerung des Gesamtschwerpunkts bewirken kann. Zum Beispiel können Komponenten, die an der Obermasse vorgesehen sind, wie z.B. ein elektrischer Akku, nach vorne oder nach hinten verschoben werden, um z.B. den Vorlauf (Fahrgeschwindigkeit) oder die Steigfähigkeit zu verändern.

[0034] Ein weiterer Parameter kann die Steifigkeit einer Schwingungsentkopplungseinrichtung sein, die zwischen Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung wirkt. Bodenverdichtungsvorrichtungen weisen in der Regel eine weitgehend ruhigstehende Obermasse und eine stark bewegliche, die eigentliche Verdichtungsarbeit leistende Untermasse auf. Zur Schwingungsentkopplung zwischen diesen beiden Komponenten ist typischerweise eine Schwingungsentkopplungseinrichtung, z.B. eine Puffereinrichtung, vorgesehen. Durch Verändern der Steifigkeit dieser Schwingungsentkopplungseinrichtung bzw. der Puffer kann das Bewegungsverhalten der Bodenverdichtungsvorrichtung verändert werden.

[0035] Wenigstens ein Teil der oben genannten Parameter, wenigstens aber zwei der genannten Parameter können durch die Steuereinrichtung verändert werden, um eine Änderung des Schwingungsverhaltens der Schwingungserregervorrichtung und damit eine Änderung des Verdichtungsverhaltens der Bodenverdichtungsvorrichtung zu bewirken. Die Steuereinrichtung erhält die Information über den aktuellen Verdichtungszustand des Bodens und kann daraufhin aus dem bei ihr vorliegenden Regelwerk Veränderungsmaßnahmen ableiten und die entsprechenden Veränderungen der Parameter automatisiert vornehmen.

[0036] Die Bodenverdichtungsvorrichtung kann eine Vibrationsplatte sein, mit einer Obermasse, einer mit der Obermasse über die schon genannte Schwingungsentkopplungseinrichtung gekoppelte Untermasse und mit einem zu der Untermasse gehörenden Bodenkontaktelement, wobei die Schwingungserregervorrichtung auf der Untermasse ausgebildet ist. Bei diesem typischen Aufbau einer Vibrationsplatte kann das Bodenkontaktelement eine Bodenkontaktplatte sein. Die Schwingungserregervorrichtung kann eine, zwei oder mehr Unwuchtwellen aufweisen. Die Schwingungserregervorrichtung bei einer Vibrationsplatte erzeugt somit in der Regel eine krafterregte Schwingung.

[0037] Als Alternative zu der Vibrationsplatte kann die Bodenverdichtungsvorrichtung ein Stampfer zur Bodenverdichtung sein, wobei der Stampfer einen Antrieb aufweist, der die Schwingungserregervorrichtung aufweist, wobei die Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen einer translatorischen Oszillationsbewegung ausgebildet ist, die auf ein Bodenkontaktelement übertragbar ist, wobei eine Federeinrichtung vorgesehen ist, zum Übertragen der translatorischen Oszillationsbewegung auf das Bodenkontaktelement. Bei dem Bodenkontaktelement kann es sich z.B. um einen Stampffuß handeln, mit dem der Boden verdichtet wird. Die Oszillationsbewegung ist eine lineare Hin- und Herbewegung. Die Oszillationsbewegung wird über die Federeinrichtung auf den Stampffuß in bekannter Weise übertragen. Dadurch wird aus der eher gleichförmigen Oszillationsbewegung die gewünschte Stampfbewegung. Die Schwingungserregervorrichtung bei einem Stampfer erzeugt somit in der Regel eine wegerregte Schwingung.

[0038] Bei dem Stampfer können ebenfalls Parameter verstellt werden, wobei die veränderbaren Parameter aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind.

[0039] Ein Parameter kann die Amplitude der Oszillationsbewegung sein. Mit Hilfe geeigneter Maßnahmen kann z.B. bei einem elektrischen Antrieb die Amplitude der Oszillationsbewegung vergrößert oder verkleinert werden, was dazu führt, dass auch die Stampfbewegung geringer (schwächer) oder stärker werden kann.

[0040] Ein anderer Parameter kann die Frequenz der Oszillationsbewegung sein. Das lässt sich z.B. durch ein Verändern der Antriebsdrehzahl des Stampfers verändern.

[0041] Ein weiterer Parameter kann die Übertragungswirkung der Federeinrichtung sein. Insbesondere kann durch ein Verändern der Federsteifigkeit oder auch der Federhubhöhe eine Veränderung bewirkt werden, die ihrerseits eine Veränderung des Stampfverhaltens bewirkt.

[0042] Die Bodenverdichtungs-Messvorrichtung kann ausgebildet sein zum Erfassen des Verdichtungszustands des Bodens aufgrund eines Bewegungsverhaltens von Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung. Eine derartige Messvorrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt. So sei z.B. auf das als Verdichtungskontrolle dienende Compatec-System^® der Firma Wacker Neuson verwiesen. Es gibt auch andere Bodensteifigkeitsmesssysteme, die zur Erfassung der Bodenbeschaffenheit genutzt werden können.

[0043] Bei einigen dieser Messvorrichtungen wird die Beschleunigung von einer oder mehreren Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung gemessen, was Rückschlüsse auf den Verdichtungszustand des Bodens erlaubt. Beispielsweise kann ein Beschleunigungssensor an der Untermasse und/oder der Obermasse vorgesehen sein. Bei einer Vibrationsplatte kann aufgrund des Bewegungsverhaltens der Untermasse und/oder der Obermasse oder auch das gegenseitige Bewegungsverhalten zueinander ein Kriterium für den Verdichtungszustand des Bodens sein. Dabei kann der Bodenverdichtungszustand insbesondere aufgrund des Bewegungsverhaltens in Abgleich mit gespeicherten bzw. hinterlegten Kennlinien/Kennfeldern ermittelt werden. Bei einem Vibrationsstampfer ist eine analoge Vorrichtung möglich.

[0044] Mithilfe der beschriebenen Bodenverdichtungsvorrichtung ist es möglich, dass bereits nach dem ersten vollständigen Übergang über einen zu verdichteten Boden die Fläche gleichmäßiger verdichtet wird als dies bei herkömmlichen, nicht adaptiven Verdichtungsgeräten der Fall ist. Die Anzahl der Übergänge und somit die Verdichtungszeit kann dementsprechend insgesamt verringert werden.

[0045] Die erfindungsgemäße Bodenverdichtungsvorrichtung kann insbesondere in Verbindung mit einer autonom fahrenden Vibrationsplatte genutzt werden. Da bei einer autonomen Steuerung alle Parameter unbeeinflusst von einem Bediener und dem Verdichtungsvorgang eingestellt werden, kann durch jeweiliges Auswerten des Soll-Ist-Zustands des Bodens über den gesamten zu verdichtenden Bereich eine optimale Verdichtung erreicht werden. Die erfindungsgemäße Bodenverdichtungsvorrichtung kann jedoch auch bei einer in üblicher Weise ferngesteuerten Vibrationsplatte oder einer mit einer Deichsel manuell geführten Vibrationsplatte genutzt werden.

[0046] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

den schematischen Aufbau der Steuerung einer erfindungsgemäßen Bodenverdichtungsvorrichtung;

Fig. 2

eine Vibrationsplatte in schematischer Seitenansicht als Beispiel für eine erfindungsgemäße Bodenverdichtungsvorrichtung; und

Fig. 3

die Vibrationsplatte von Fig. 2 in schematischer Draufsicht.

[0047] Fig. 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung die als Steuereinrichtung dienende Steuerung von Komponenten bei einer erfindungsgemäßen Bodenverdichtungsvorrichtung.

[0048] Im Zentrum ist ein Steuergerät 1 vorgesehen, dem verschiedene Informationen zugeführt werden, insbesondere von einer Vorwahleinrichtung 2, über die ein Bediener Vorgaben an die Bodenverdichtungsvorrichtung übermitteln kann. Z.B. kann der Bediener die Antriebsdrehzahl über einen Gashebel oder die Fahrtrichtung über einen Fahrhebel einstellen. Auch Lenkwünsche kann der Bediener vorgeben. Die Vorwahleinrichtung 2 steht somit stellvertretend für eine Vielzahl von an sich bekannten Bedienelementen, mit denen ein Bediener eine Bodenverdichtungsvorrichtung steuern und führen kann.

[0049] Weiterhin erhält das Steuergerät 1 Informationen verschiedener Sensoren 3. Unter den Sensoren kann wenigstens ein Beschleunigungssensor sein, der dazu dient, die Bewegung der jeweils von ihm überwachten Komponente zu erfassen. Der Sensor 3 sowie die in dem Steuergerät 1 hinterlegte Messsoftware kann Teil einer nicht dargestellten Bodenverdichtungs-Messvorrichtung sein, mit der der Verdichtungszustand des Bodens erfasst werden kann.

[0050] Das Steuergerät 1 kann verschiedene Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung ansteuern, z.B. einen Aktuator 4, einen als Antriebsmotor dienenden Motor 5, eine Schwerpunktänderungsvorrichtung 6 und eine Schwingungsentkopplungseinrichtung 7, die z.B. Puffer, wie z.B. Gummipuffer, aufweisen kann.

[0051] Das Steuergerät 1 ist dazu ausgebildet, aufgrund der über die Vorwahleinrichtung 2 und die Sensoren 3 erfassten Vorgaben und Istzustände Rückschlüsse zu ziehen, in welcher Weise die Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung angesteuert werden sollen, um eine optimale Verdichtung zu bewirkend. Zu diesem Zweck sind in dem Steuergerät 1 entsprechende Regelwerke hinterlegt, z.B. in Form von Kennlinien, Tabellen oder Kennfeldern.

[0052] Das Steuergerät 1 ist insbesondere auch dazu ausgebildet, aus den vorliegenden Informationen automatisch Rückschlüsse zu ziehen und entsprechende Maßnahmen zu bewirken. Diese Maßnahmen können bedeuten, dass die bisher eingestellten Parameter beibehalten werden sollen, da eine im Wesentlichen optimale Bodenverdichtung festgestellt wird. Sie können aber auch eine automatische Veränderung von einem oder mehreren der möglichen Parameter bewirken.

[0053] Mithilfe des einen oder auch mehrerer Aktuatoren 4 können mechanische Veränderungen an der Bodenverdichtungsvorrichtung bewirkt werden. Zum Beispiel können Unwuchtmassen oder Unwuchtwellen zu- oder abgeschaltet werden, um die Fliehkraftwirkung zu verändern.

[0054] Bei dem Motor 5 kann eine Veränderung der Drehzahl vorgenommen werden, um damit eine Veränderung der Erregerfrequenz zu bewirken.

[0055] Mithilfe der Schwerpunktänderungsvorrichtung 6 ist es möglich, Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung gegeneinander zu verschieben und dadurch eine Änderung der Lage des Schwerpunkts zu erreichen. Indem der Schwerpunkt z.B. mehr nach vorne, in Fahrtrichtung, oder nach hinten, in Rückwärtsfahrtrichtung, verschoben wird, ändert sich auch das Verdichtungsverhalten der Bodenverdichtungsvorrichtung.

[0056] Die Schwingungsentkopplungseinrichtung 7 ist dazu vorgesehen, wie später noch anhand der Figuren 2 und 3 erläutert wird, eine Obermasse und eine Untermasse der Bodenverdichtungsvorrichtung miteinander zu koppeln und gleichzeitig auch schwingungsmäßig zu entkoppeln. Durch ein Verändern des Entkopplungsverhaltens, z.B. der Federsteifigkeit, kann ebenfalls eine Veränderung des Verdichtungsverhaltens der Bodenverdichtungsvorrichtung erreicht werden.

[0057] In den Figuren 2 und 3 wird stark schematisiert ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Bodenverdichtungsvorrichtung in Form einer Vibrationsplatte 10 erläutert. Fig. 2 zeigt dabei die Seitenansicht, Fig. 3 die Draufsicht.

[0058] Die Vibrationsplatte 10 weist eine Untermasse 11 und eine Obermasse 12 auf, die miteinander gekoppelt sind, bei gleichzeitiger Schwingungsentkopplung, wie später noch erläutert wird.

[0059] Die Untermasse 11 weist eine Bodenkontaktplatte 13 auf, auf der eine Schwingungserregervorrichtung 14 angeordnet ist. Die Schwingungserregervorrichtung 14 weist mehrere Unwuchterreger 15 auf, die später noch erläutert werden.

[0060] An der Obermasse 12 ist ein elektrischer Akku 16 vorgesehen, in dem elektrische Energie für den Antrieb der Unwuchterreger 15 gespeichert ist.

[0061] Weiterhin ist an der Obermasse 12 eine Steuereinrichtung 17 angeordnet, die u.A. Informationen von verschiedenen Sensoren 18 erhält. Bei den Sensoren 18 kann es sich z.B. um Beschleunigungssensoren handeln, die, wie die Figuren 2 und 3 zeigen, an verschiedenen Stellen der Vibrationsplatte 10 angeordnet sein können.

[0062] Weiterhin ist in dem gezeigten Beispiel an der Obermasse 12 eine Führungsdeichsel 19 angeordnet, über die ein Bediener die Vibrationsplatte 10 manuell führen kann. Ergänzend oder alternativ ist eine Fernbedienung 20, insbesondere eine Infrarot-Fernbedienung 20 vorgesehen, über die ein Bediener die Vibrationsplatte 10 fernsteuern kann.

[0063] Die Untermasse 11 und die Obermasse 12 sind über eine Schwingungsentkopplungseinrichtung 13 miteinander gekoppelt. Die Schwingungsentkopplungseinrichtung 13 kann Feder- und Dämpferelemente aufweisen. Zum Beispiel kann die Schwingungsentkopplungseinrichtung 13 Gummipuffer aufweisen, die die Obermasse 12 mit der Untermasse 11 verbinden. Zudem ist es möglich, dass die Schwingungsentkopplungseinrichtung 13 Kopplungselemente mit veränderbarer Kennlinie aufweist, um die Feder- oder Dämpfereigenschaften zu verändern. Damit stellt die Schwingungsentkopplungseinrichtung 13 ein Puffersystem dar. Insbesondere können die Komponenten der Schwingungsentkopplungseinrichtung 13 an den vier Ecken der Bodenkontaktplatte angeordnet werden.

[0064] Die Komponenten der Schwingungsentkopplungseinrichtung 21 sind insbesondere an den vier Ecken der Bodenkontaktplatte 13 angeordnet, wie Fig. 3 in der Draufsicht zeigt. Weitere Elemente der Schwingungsentkopplungseinrichtung 21 können auch in der Mitte der Bodenkontaktplatte 13 angeordnet sein, wie Fig. 3 zeigt.

[0065] Die Unwuchterreger 15 können identisch oder unterschiedlich aufgebaut sein. Fig. 3 zeigt dazu Beispiele.

[0066] Insbesondere kann jeder der Unwuchterreger 15 einen Elektromotor 22 als Antrieb aufweisen. Typischerweise treibt der Elektromotor 22 eine Unwuchtwelle 23 drehend an, wobei eine Unwuchtwelle 23 jeweils eine oder mehrere Unwuchtmassen 24 trägt. Durch die Rotation der Unwuchtwelle 23 mit der Unwuchtmasse 24 mehreren, die Unwuchtmasse 24 bildenden Teilunwuchtmassen wird eine Fliehkraftwirkung erzeugt, die unmittelbar auf die Bodenkontaktplatte 13 damit auf den zu verdichtenden Boden übertragen werden kann.

[0067] Im Zusammenwirken der verschiedenen Unwuchtwellen 23 und der Unwuchtmassen 24 entstehen zudem in bekannter Weise resultierende Kraftvektoren, die die Verdichtung einerseits und einen Vortrieb der Vibrationsplatte 10 andererseits erzeugen können, je nach Richtung der resultierenden Fliehkraft.

[0068] Die Unwuchtmasse 24 kann auch mehrere Teilunwuchtmassen umfassen, wie in Fig. 3 gut erkennbar. Die Teilunwuchtmassen können in Bezug zueinander und in Bezug auf die sie tragende Unwuchtwelle 23 ebenfalls verstellbar sein. Insbesondere kann dabei ihre Position verändert werden.

[0069] Auf der Bodenkontaktplatte 13 können die verschiedenen Unwuchterreger 15 je nach Anwendungsfall zu- oder abgeschaltet werden, um ein unterschiedliches Schwingungs- und damit Verdichtungsverhalten zu bewirken. Dazu ist die Steuereinrichtung 17 in geeigneter Weise ausgebildet, um das Zu- und Abschalten von Unwuchterregern 15 automatisch vorzunehmen, in Abhängigkeit von Informationen, die z.B. über die Sensoren 18 zugeführt werden.

[0070] In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind die aktiven Unwuchterreger 15 (im gezeigten Beispiel vier aktive Unwuchterreger 15) mit durchgezogener schwarzer Linie gekennzeichnet, während die aktuell abgeschalteten Unwuchterreger 15 (im gezeigten Beispiel drei abgeschaltete Unwuchterreger 15) mit gestrichelter Linie dargestellt sind.

[0071] Die gestrichelten Unwuchterreger 15 können dementsprechend optional zu- oder abgeschaltet werden.

[0072] Ebenso ist es möglich die Unwuchterreger 15 mit Hilfe nicht dargestellter Aktuatoren relativ zu der sie tragenden Bodenkontaktplatte 13 zu verschieben, um auf diese Weise den Schwerpunkt des Gesamtsystems und damit auch das Schwingungs- und Verdichtungsverhalten zu verändern.

[0073] Ebenso ist es möglich, Komponenten der Obermasse 12, z.B. den Akku 16, relativ zu den anderen Komponenten zu verschieben, um die Lage des Gesamtschwerpunkts zu verändern.

[0074] Weiterhin können innerhalb eines Unwuchterregers 15 die Positionen der Unwuchtmassen 24 verstellt werden. Zum Beispiel kann eine Unwuchtmasse 24 hinsichtlich ihrer Drehstellung relativ zu der sie tragenden Unwuchtwelle 23 verdreht werden. Bei einem anderen Beispiel kann die radiale Position einer Unwuchtmasse 24 relativ zur Drehachse der sie tragenden Unwuchtwelle 23 verändert werden. Auf diese Weise lässt sich z.B. der Schwerpunkt der Unwuchtmasse radial zwischen einer inneren und einer äußeren Extremstellung verändern, um die Fliehkraftwirkung zu verändern.

[0075] Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Beispiele lediglich der Erläuterung der Vielfalt an Möglichkeiten dienen. Zum praktischen Einsatz wird zur Begrenzung des konstruktiven Aufwands in der Regel lediglich ein Teil der genannten Veränderungsmöglichkeiten realisiert werden dürfen, nicht die in den Figuren gezeigte Vielfalt.

[0076] Allen Lösungen gemeinsam ist es, dass die Steuereinrichtung 17 Informationen von Sensoren 18 erhält, aus denen sie Rückschlüsse über den aktuellen Verdichtungszustand des Bodens, an dem sich die Vibrationsplatte 10 gerade befindet, ziehen kann. Aufgrund dieser Erkenntnisse kann die Steuerungseinrichtung 17 unter Zuhilfenahme entsprechender Regelwerke die verschiedenen Parameter verändern und z.B. die Drehzahl der Elektromotoren 22 verändern, die radiale Lage der Unwuchtmassen 24 verändern, die Lage des Gesamtschwerpunkts verändern, Unwuchterreger 15 zu- oder abschalten, etc. Damit kann sich die Vibrationsplatte 10 automatisch an die jeweiligen Bodengegebenheiten und damit an den Verdichtungszustand des Bodens anpassen. Bei noch weichen, unverdichteten Böden kann die Vibrationsplatte 10 automatisch eine starke Verdichtungswirkung bewirken, während sie über bereits verdichtete Böden mit hoher Vorschubgeschwindigkeit, dafür geringer Verdichtungswirkung zügig verfahren werden kann. Auf diese Weise ist ein sehr effektives Arbeiten mit der Vibrationsplatte mithilfe eines adaptiven Erregers möglich.

Ansprüche

1. Bodenverdichtungsvorrichtung zum Verdichten eines Bodens, mit

- einer Schwingungserregervorrichtung (14) zum Erzeugen einer Schwingung zur Bodenverdichtung, bei der wenigstens zwei Parameter veränderbar sind, die die von der Schwingungserregervorrichtung (14) erzeugte Schwingung beeinflussen;

- einer Bodenverdichtungs-Messvorrichtung (18) zum Erfassen eines Verdichtungszustands des Bodens; und mit

- einer Steuereinrichtung (1, 17) zum Einstellen von wenigstens einem der wenigstens zwei Parameter;

wobei

- die Steuereinrichtung (1, 17) ausgebildet ist zum automatischen Einstellen von wenigstens einem der wenigstens zwei veränderbaren Parameter in Abhängigkeit von dem erfassten Verdichtungszustand und einem vorgegebenen Regelwerk.

2. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Schwingungseinstellvorrichtung zum Verändern von wenigstens einem der wenigstens zwei Parameter.

3. Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

- die Schwingungserregervorrichtung (14) wenigstens einen Unwuchterreger (15) aufweist, mit wenigstens einer Unwuchtwelle (23), die eine Unwuchtmasse (24) trägt;

- die veränderbaren Parameter ausgewählt sind aus der Gruppe

+ Fliehkraftwirkung des Unwuchterregers (15)

+ Radiale Position der Unwuchtmasse (24) in Bezug auf eine Rotationsachse der Unwuchtwelle (23)

+ Zu- oder Wegschalten einer Unwuchtmasse (24)

+ bei mehreren Unwuchtwellen (23) unterschiedliches Verstellen der Unwuchtmassen (24) auf den Unwuchtwellen (23)

+ Position des Unwuchterregers (15) auf einem Bodenkontaktelement (13), das auf den zu verdichtenden Boden einwirkt

+ Erregerfrequenz

+ Unwuchtverstellwinkel

+ Position von Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung relativ zueinander

+ Steifigkeit einer Schwingungsentkopplungseinrichtung (21), die zwischen Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung wirkt.

4. Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bodenverdichtungsvorrichtung eine Vibrationsplatte (10) ist, mit

- einer Obermasse (12);

- einer mit der Obermasse (12) über eine Schwingungsentkopplungseinrichtung (21) gekoppelte Untermasse (11); und mit

- einem zu der Untermasse (11) gehörenden Bodenkontaktelement (13);

und wobei

- die Schwingungserregervorrichtung (14) auf der Untermasse (11) ausgebildet ist.

5. Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

- die Bodenverdichtungsvorrichtung ein Stampfer zur Bodenverdichtung ist;

- der Stampfer einen Antrieb aufweist, der die Schwingungserregervorrichtung aufweist;

- die Schwingungserregervorrichtung zum Erzeugen einer translatorischen Oszillationsbewegung vorgesehen ist, die auf ein Bodenkontaktelement übertragbar ist; und wobei

- eine Federeinrichtung vorgesehen ist, zum Übertragen der translatorischen Oszillationsbewegung auf das Bodenkontaktelement;

und wobei

- die veränderbaren Parameter ausgewählt sind aus der Gruppe

+ Amplitude der Oszillationsbewegung

+ Frequenz der Oszillationsbewegung

+ Übertragungswirkung der Federeinrichtung.

6. Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bodenverdichtungs-Messvorrichtung ausgebildet ist zum Erfassen des Verdichtungszustands des Bodens aufgrund eines Bewegungsverhaltens von Komponenten der Bodenverdichtungsvorrichtung.

Zeichnung