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Dokumentenidentifikation DE3308476C2 15.10.1992
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren der Schwingungsamplitude bei Vibrationswalzen
Anmelder Dynapac Heavy Equipment AB, Karlskrona, SE
Erfinder Breitholtz, Claes, Lyckeby, SE
Vertreter Dahlke, W., Dipl.-Ing.; Lippert, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 5060 Bergisch Gladbach
DE-Anmeldedatum 10.03.1983
DE-Aktenzeichen 3308476
Offenlegungstag 13.10.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1992
IPC-Hauptklasse E01C 19/28
IPC-Nebenklasse E02D 3/026   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Verdichtungswertes beim Verdichten verschiedener Materialien, wie Asphalt, Boden usw., mittels einer Vibrationswalze, das durch Verändern der Amplitude der Schwingungen, die durch ein Exzenterelement der Vibrationswalze erzeugt werden, erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Verdichten von Boden, Asphalt oder ähnlichem Material mit Vibrationswalzen wurde festgestellt, daß die Vibrationsamplitude von entscheidender Wichtigkeit für die Verdichtungswirkung der Walze ist. Normalerweise erhöht eine Erhöhung der Amplitude den Verdichtungsgrad und auch die Tiefenwirkung, was für den gesamten Schwingungsfrequenzbereich zutrifft. Dies ist insbesondere bei Schotter, steinigem Moränenschutt und klebrigen Böden der Fall.

Wenn das verdichtete Material übermäßig hart wird, kann eine Vibrationswalze beginnen, stark unregelmäßig zu vibrieren, wobei die gesamte Walzentrommel oder Teile von dieser die Oberfläche des Bodens verlassen können. Es wurde festgestellt, daß diese Vibrationen Rückprall- oder asymmetrische Vibrationen sind. Im Falle solcher harten Vibrationen beginnt der Rahmen der Walze und die Fahrerplattform zu rütteln, und die zwischen den Rahmen und die Walze geschalteten Gummielemente sind einem natürlichen Verschleiß unterworfen.

Normalerweise wird die Verdichtung der Bahn nicht durch die unregelmäßig harten Vibrationen verbessert, und in vielen Fällen wird der Grad der Verdichtung durch den Einfluß von übermäßig starken Stößen der Walze gegen den Boden verringert.

Ein Verfahren zur dynamischen Bodenverdichtung, bei dem bei Vibrationswalzen, Plattenrüttlern, Stampfern oder dergl. die Amplitude der Schwingungen verändert wird, ist z. B. aus der DE-AS 25 54 013 bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Schwingungsamplitude als Kenngröße zur Regelung der Verdichtungsleistung verwandt. Die Amplitude wird so lange variiert, bis die maximale Verdichtungsleistung erreicht wird. Dabei wird vorgeschlagen, die Verdichtungsleistung aus der Motorleistung abzuleiten, wobei diese um die im Motor (z. B. Hydromotor) auftretenden Verluste reduziert werden soll.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß nicht berücksichtigt wird, daß die Verdichtungsleistung durch sich überlagernde Schwingungen, Rückprall oder asymmetrische Schwingungen, die eine Funktion der Bodenbeschaffenheit sind, aufgezehrt wird. Man kann zwar folgern, daß die Berücksichtigung der im System verbrauchten Energie die Schwingungsverluste einschließt, die Druckschrift DE-AS 25 54 013 liefert allerdings keinerlei Anhaltspunkte, wie diese Verluste ermittelt werden sollen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Verdichtungsleistung erhöht wird, ohne daß sich die aufgebrachte Antriebsleistung durch asymmetrische oder sich überlagernde Schwingungen oder durch Rückprall aufzehrt, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Amplitude kontinuierlich so lange erhöht wird, wie die Schwingbewegung der Walzentrommel gleichmäßig ist, bzw. bis die Unregelmäßigkeit der Bewegung einen vorbestimmten spezifischen Wert überschreitet, wobei die Schwingbewegung durch Signalumformer festgestellt wird, die an der Walzentrommel oder dem Walzenrahmen angeordnet sind und die dann Signale mit gegenseitig unterschiedlichen Intensitäten erzeugen, wobei die Unterschiede zwischen den Signalen und/oder der Abweichung der Signale von der harmonischen Bewegung ein Maß der Größe der asymmetrischen Schwingungen bzw. der Rückprallschwingungen darstellen und dem Schwingungsrückstellmechanismus des Exzenterelementes zugeführt werden, und daß der Anstieg der Amplitude unterbrochen wird, wenn der Unterschied oder die Abweichung einen bestimmten spezifischen Wert erreicht, und dann verringert werden, bis wieder ein spezifischer Lauf der Walze erreicht wird, wonach das Verfahren wiederholt wird.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein mit Signalumformern und dem Amplitudenrückstellmechanismus verbundenes elektronisches Steuersystem gelöst, das zwei Detektoren zum Feststellen des Unterschiedes zwischen zwei oder mehr Signalen, die von den Umformern erzeugt werden, und Überträger zum Übertragen von Signalunterschieden sowie der Signalabweichungen von der harmonischen Bewegung an den Rückstellmechanismus des Exzenterelementes zum Rückstellen der Schwingungsamplitude des Elementes umfaßt.

Vorzugsweise sind die Signalüberträger durch zwei oder mehrere Beschleunigungsmesser gebildet, die in der Walzentrommel in axialen Abständen voneinander angeordnet sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht und nachfolgend im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Beispiele, die veranschaulichen, wie die unregelmäßigen Vibrationen einen ungleichmäßigen Lauf der Maschine mehr oder weniger hervorrufen, wenn entweder asymmetrische Vibrationen oder Rückprallvibrationen oder eine Kombination von beiden auftreten,

Fig. 2 das Verhalten der Walze während des Regelzyklus.

In Fig. 1 ist unten links die Vibration der Trommel nach 19 Durchgängen und einer Nominalbeschleunigung von 6,6 g veranschaulicht, während rechts in Fig. 1 gezeigt ist, daß die Nominalbeschleunigung auf 5 g verringert worden ist, wodurch wieder ein glattes und stabiles Laufen der Maschine erreicht wird, was zu einer erhöhten Verdichtungswirkung führt.

Die Regulierung der Amplitude kann beispielsweise durch ein elektronisches Steuersystem erfolgen, das mit dem Rückstellmechanismus des Exzenterelementes verbunden ist und das Signale von den Signalumformern erhält und das ferner so lange, wie die Schwingbewegung der Walzentrommel gleichmäßig ist, ein kontinuierliches Signal an den Rückstellmechanismus anlegt, die Schwingamplitude zu vergrößern. Wenn die Signale von den Signalumformern, die an verschiedenen Stellen in der Walzentrommel angeordnet sind, gegenseitig unterschiedliche Intensitäten haben oder die Intensität von einem bestimmten spezifischen Bezugswert abweicht, der einen unregelmäßigen Lauf der Walzentrommel anzeigt, wird die Amplitude verringert, bis wieder ein gleichmäßiger Lauf erreicht ist, bei dem die Stellung des Steuersystems automatisch Impulse zum kontinuierlich verstellbaren Exzenterelement leitet, um dessen Schwingamplitude zu erhöhen, und das vorbeschriebene Verfahren wird wiederholt.

Das Verhalten der Walze während des Regelzyklus ist in Fig. 2 veranschaulicht. Diese Figur zeigt, wie die Amplitude um einen optimalen Wert herum schwenkt.

Die zulässige Abweichung ist für eine gegebene Maschine frei wählbar. Es ist auch vorstellbar, daß verschiedene zulässige Abweichungen für unterschiedliche Boden- oder Lagenstärken gewählt werden und daß die Maximalamplitude für eine bestimmte Anwendung begrenzt werden kann. Dieser Fall kann mittels eines einfachen Vorwählers erreicht werden.

Fig. 1 zeigt die Schwingungskurven der Walze für verschiedene Anzahlen von Durchgängen. Kurve A zeigt die Walzenschwingung nach dem ersten Durchgang, Kurve B nach sieben, Kurve C nach neun und Kurve D nach neunzehn Durchgängen. Wie zu erkennen ist, sind die Kurven nach neun und neunzehn Durchgängen extrem unregelmäßig, wenn keine Amplitudensteuerung bewirkt wird. Rechts unten in Fig. 1 ist veranschaulicht, wie eine Kurve mit Amplitudensteuerung aussieht.

Fig. 2 zeigt, wie die Amplitudenkurven bis zu einem Punkt ansteigen, an dem der Anstieg der Amplitude durch die Tatsache unterbrochen wird, daß die Schwingung der Walzentrommel an diesem Punkt unregelmäßig geworden ist. Ohne Amplitudensteuerung würde die Amplitude längs der unterbrochen dargestellten Linie weiter angestiegen sein. Das Kriterium zur Unterbrechung des Anstiegs der Amplitude ist, daß ein unannehmbar großer Wert des unregelmäßigen Laufens der Walze eintritt. Sobald die Abweichung annehmbar geworden ist, steigt die Amplitude wieder an, und der Zyklus wird wiederholt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Optimierung des Verdichtungswertes beim Verdichten verschiedener Materialien, wie Asphalt, Boden usw., mittels einer Vibrationswalze, das durch Verändern der Amplitude der Schwingungen, die durch ein Exzenterelement der Vibrationswalze erzeugt werden, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude kontinuierlich so lange erhöht wird, wie die Schwingbewegung der Walzentrommel gleichmäßig ist, bzw. bis die Unregelmäßigkeit der Bewegung einen vorbestimmten spezifischen Wert überschreitet, wobei die Schwingbewegung durch Signalumformer festgestellt wird, die an der Walzentrommel oder dem Walzenrahmen angeordnet sind und die dann Signale mit gegenseitig unterschiedlichen Intensitäten erzeugen, wobei die Unterschiede zwischen den Signalen und/oder der Abweichung der Signale von der harmonischen Bewegung ein Maß der Größe der asymmetrischen Schwingungen bzw. der Rückprallschwingungen darstellen und dem Schwingungsrückstellmechanismus des Exzenterelementes zugeführt werden, und daß der Anstieg der Amplitude unterbrochen wird, wenn der Unterschied oder die Abweichung einen bestimmten spezifischen Wert erreicht, und dann verringert werden, bis wieder ein spezifischer Lauf der Walze erreicht wird, wonach das Verfahren wiederholt wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch mit einem kontinuierlich einstellbaren umlaufenden Exzenterelement, zwei oder mehr Signalumformern, die an der Walzentrommel oder dem Walzenrahmen angebracht sind, einem elektronischen Steuersystem, das mit den Signalumformern und dem Amplitudenrückstellmechanismus des umlaufenden Exzenterelementes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem zwei Detektoren zum Feststellen des Unterschiedes zwischen zwei oder mehr Signalen, die von den Umformern erzeugt werden, und Überträger zum Übertragen der Signalunterschiede sowie der Signalabweichungen von der harmonischen Bewegung an den Rückstellmechanismus des Exzenterelementes zum Rückstellen der Schwingungsamplitude des Elementes umfaßt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalüberträger durch zwei oder mehrere Beschleunigungsmesser gebildet sind, die in der Walzentrommel in axialen Abständen voneinander angeordnet sind.






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