DE4129182A1 - Verdichtungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Verdichtung von Bo­ den mit wenigstens einer verfahrbaren Walze, die mit par­ allel zur Walzenachse angeordneten und synchron rotieren­ den Unwuchterregerwellen derart in Wirkverbindung steht, daß die Walze wahlweise eine überwiegende dynamische Scher- oder Druckbelastung auf den Boden ausübt.

Ein derartiges Verdichtungsgerät ist durch die EP-B 53 598 bekannt. Dabei sind zwei Erregerwellen vor­ gesehen, die im gleichen Drehsinn umlaufen, aber um 180° phasenverschoben sind. Auf diese Weise kompensieren sich die von den Erregerwellen erzeugten Vertikalkräfte, woge­ gen die entgegengesetzt gerichteten Horizontalkräfte ein Drehmoment auf die Walze um die Walzenachse herum erzeu­ gen. Dieses Drehmoment bewirkt eine überwiegende Scher­ belastung des Bodens, was bei der Verdichtung dünner Bo­ denschichten vorteilhaft ist.

Bei den überwiegenden Anwendungsfällen soll der Boden aber auch in der Tiefe verdichtet werden. Hierzu ist es notwendig, daß die Walze vorwiegend eine Druckbelastung auf den Boden ausübt. Zu diesem Zweck muß die Phasen­ differenz zwischen den beiden Erregerwellen bei dem ge­ nannten Gerät von 180° auf 0° reduziert werden. Die von den Unwuchten erzeugten Erregerkräfte laufen dann gleich­ sinnig und gleichgerichtet um, so daß je nach der Winkel­ lage der Erregerwellen auch vertikale Druckkräfte auf den Boden ausgeübt werden.

Von diesem Stand der Technik ausgehend haben Untersuchun­ gen der Anmelderin folgendes ergeben:
Die Erzeugung reiner Drehmomente um die Walzenachse herum führt zwar zu einer gewissen Schwingungsentlastung des Fahrzeug-Aufbaues, bewirkt aber andererseits einen Schlupf zwischen Walze und Bodenoberfläche. Dadurch erge­ ben sich Traktionsprobleme, wenn die Verdichtungswalze bei Gefälle oder bei Steigungen eingesetzt werden muß. Dieses Problem verstärkt sich, wenn das beschriebene System bei Verdichtungsgeräten mit zwei oszillierenden Walzen verwendet wird, weil dann keine Gummiräder zur Führung des Verdichtungsgerätes zur Verfügung stehen.

Außerdem kann es bei bituminösen Materialien zu einer unerwünschten Wellenbildung und Glättung der Oberflächen kommen.

Schließlich ist auch der bauliche Aufwand recht hoch, weil die Erregerwellen weit weg von der Walzenachse ge­ lagert werden müssen, damit sie das gewünschte Drehmoment erzeugen, und weil außerdem die eine Erregerwelle ver­ stellbare Fliehgewichte aufweisen muß.

Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung darin, bei einem Verdichtungsgerät der eingangs beschriebenen Gattung eine oszillierende Scherbelastung des Bodens herbeizuführen, ohne daß es zu den beschrie­ benen Schlupferscheinungen kommt. Dabei soll das erfin­ dungsgemäße Gerät auch zur Bodenverdichtung mit größeren Schichtdicken durch überwiegende dynamische Druckbe­ lastung geeignet bleiben und sich durch einfachen Aufbau auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erregerwellen nicht mehr gleichsinnig, sondern ge­ gensinnig umlaufen, und daß sie in ihrer Phasenlage so einander zugeordnet sind, daß ihre Fliehkräfte bei ver­ tikal übereinanderliegenden Erregerwellen etwa horizontal und in gleicher Richtung wirken, so daß eine momenten­ freie Horizontalkraft auf die Walzenachse ausgeübt wird.

Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, das bisher praktizierte Drehmoment um die Walzenachse zu ersetzen durch Horizontalkräfte, deren Resultierende in der Wal­ zenachse angreift und sie einer translatorischen Ver­ schiebebewegung unterzieht.

Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, daß die ori­ ginäre Erzeugung einer Verschiebebewegung anstelle eines reinen Drehmomentes erheblich weniger schlupfgefährdet ist. Dadurch wird die Lenkbarkeit, gleichzeitig aber auch die Verdichtungsleistung des Verdichtungsgerätes, ver­ bessert.

Darüberhinaus wird auch der konstruktive Aufbau des Ver­ dichtungssystems einfacher, denn die Erregerwellen brau­ chen nicht mehr mit großem Hebelarm im Abstand von der Walzenachse montiert zu werden, sondern können in deren unmittelbaren Nähe angeordnet und direkt vom Walzenzen­ trum aus angetrieben werden. Treibriemen oder dergleichen entfallen.

Zwar ist die Erzeugung von Scherspannungen durch trans­ latorische Verschiebekräfte bereits aus der US-PS 35 43 656 bekannt. Dort ist aber nur eine Erregerwelle pro Wal­ ze vorgesehen, so daß sich die Frage der Drehrichtung und der Phasenverschiebung einander zugeordneter Erregerwel­ len dort nicht stellt. Außerdem ist der translatorischen Verschiebebewegung dort stets auch ein gewisses Drehmo­ ment auf die Walze überlagert, so daß beide Effekte ne­ beneinander bestehen.

Damit die von den Erregerwellen erzeugten Zentrifugal­ kräfte nur in der gewünschten Richtung wirken, empfiehlt es sich, daß ihre Lagerung nicht die Drehbewegung der Walze mitmacht, sondern daß sie in einem Gestell gelagert sind, gegenüber dem sich die Walze verdreht. Dadurch ist die Wirkung der Vibrationskräfte unabhängig von der Wal­ zendrehung.

In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn das Gestell um eine zu den Erregerwellen parallele Achse ver­ schwenkt und in der gewünschten Schwenkposition fixiert werden kann, so daß die Erregerwellen einmal in ihrer übereinanderliegenden Position, außerdem in einer etwa vertikal nebeneinander liegenden Position und schließlich in jeder Zwischenposition betrieben werden können. Auf diese Weise läßt sich die horizontale Scherkraftverdich­ tung mit der konventionellen Vertikalverdichtung beliebig kombinieren.

Aus Platzgründen ist das Gestell mit den Erregerwellen zweckmäßig im inneren der Walze angeordnet, am einfach­ sten an der gleichen Achse gelagert, um die auch die Walze rotiert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spieles anhand der Zeichnung; dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Verdichtungsgerätes in seiner Gesamtheit;

Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt einer Walze;

Fig. 3 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles in Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Reaktionskräf­ te bei übereinanderliegenden Erregerwellen und

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Reaktionskräf­ te bei nebeneinanderliegenden Erregerwellen.

In Fig. 1 erkennt man ein Verdichtungsgerät mit zwei Rüt­ telwalzen, das äußerlich den herkömmlichen Aufbau auf­ weist, also aus einer vorderen Walze 1 mit Aufbau 2a und Führerstand und aus einer hinteren Walze 3 mit Aufbau 2b besteht, wobei die beiden Aufbauten 2a und 2b zur Lenk­ barkeit des Fahrzeuges über ein vertikales Schwenklager 4 miteinander verbunden sind.

Der Aufbau des Schwingungserregers wird aus Fig. 2 deut­ lich. Man erkennt dort, daß im Inneren der Walze 1 ein Erregergehäuse 5 gelagert ist, das um die Walzenachse 6 verschwenkbar ist. Zu diesem Zweck weist das Erregerge­ häuse an seinem einen Ende einen vorstehenden Bund 7 auf, auf dem die eine Stirnwand 1a der Walze über ein Wälzla­ ger 8 gelagert ist. Am anderen Ende ist das Erregergehäu­ se 5 über einen Bund 9 und ein Wälzlager 10 ähnlich in der entsprechenden Stirnwand 1b der Walze gelagert.

Der Bund 7 ist jedoch nach außen verlängert und dort mit einem Verstellhebel 11 versehen. Dieser Verstellhebel kann mittels Schrauben 12 oder dergleichen am Fahrlager­ flansch 13 in unterschiedlichen Schwenkpositionen fixiert werden. Seine Verstellung kann von Hand, zweckmäßig aber automatisch, etwa durch einen Hydraulikzylinder erfolgen.

Der Fahrlagerflansch 13 ist schließlich in der üblichen Weise über mehrere Gummielemente 14 elastisch mit einer Rahmenstütze 15 des Aufbaus 2a verbunden.

Am gegenüberliegenden Walzenende ist eine ähnlich Rahmen­ stütze 16 vorgesehen, die den Fahrmotor 17 mitsamt der darin integrierten Walzlagerung trägt. Der Walzenantrieb erfolgt über eine Antriebsscheibe 18 und mehrere Gummi­ elemente 19, die ihrerseits mit der Walzen-Stirnwand 1b verbunden sind.

Wie die Zeichnung weiter zeigt, sind in dem Erregerge­ häuse 5 zwei äquidistant und parallel zur Walzenachse 6 angeordnete Erregerwellen 21 und 22 mit Unwuchtgewichten gelagert. Die beiden Erregerwellen stehen durch Zahnräder 23 und 24 miteinander in Eingriff, so daß sie gegensinnig umlaufen. Ihr Antrieb erfolgt über weitere Zahnräder und eine Kupplung durch eine Welle 25, die koaxial durch den Bund 7 hindurchläuft und mit einem Hydraulikmotor 26 ver­ bunden ist.

Die Funktionsweise der Erregerwellen wird aus Fig. 3 und 4 deutlich. Man erkennt dort, daß die Phasenlage der bei­ den Erregerwellen so gewählt ist, daß sich die von den Unwuchten erzeugten Fliehkräfte in Horizontalrichtung verstärken, in Vertikalrichtung hingegen kompensieren. Dadurch entstehen resultierende Horizontalkräfte, die in der Walzenachse 6 angreifen und wechselweise entsprechend der Drehung der Erregerwellen in Fahrtrichtung oder ent­ gegengesetzt wirken. Demgemäß wird die Walze den er­ wünschten Schwingungen in Horizontalrichtung ausgesetzt, wobei die resultierende Fliehkraft, da sie im Walzenzen­ trum angreift, kein Drehmoment auf die Walze ausübt.

Soll die Verdichtung hingegen nur durch Vertikalkräfte erfolgen, so wird der Verstellhebel 11 nach links oder rechts um 90° in die gestrichelt gezeichnete Position verschwenkt, und demzufolge gelangen die Erregerwellen 21 und 22 in eine nebeneinanderliegende Anordnung, vgl. die gestrichelte Darstellung in Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 5. Die Drehrichtung und Phasenlage der Erregerwellen ändern sich dabei nicht, jedoch die von ihnen ausgeübte resultierende Kraft. Wie Fig. 5 zeigt, heben sich jetzt die in Horizontalrichtung wirkenden Fliehkräfte auf, wogegen die in Vertikalrichtung wirksamen Fliehkräfte verstärkt werden. Somit entsteht eine Verdichtung durch reine Vertikalkräfte.

Wie Untersuchungen der Anmelderin gezeigt haben, stellen sich häufig die optimalen Verdichtungsverhältnisse dann ein, wenn mit Mischformen zwischen den bei den vorbe­ schriebenen Verdichtungsarten gearbeitet wird, wobei es insbesondere von der Schichttiefe, aber auch von der Bo­ denbeschaffenheit und anderen Parametern abhängt, ob überwiegend mit Scherkräften oder mit dynamischen verti­ kalen Druckkräften verdichtet wird. Hier gestattet die verschwenkbare Anordnung des Erregergehäuses 5 eine opti­ male Anpassung an die äußeren Gegebenheiten, weil es in beliebige Zwischenpositionen verschwenkt und dort mittels der Befestigungselemente 12 arretiert werden kann. Diese Zwischenpositionen sind in Fig. 5 durch die Winkelberei­ che α und β angedeutet.

Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß das Erreger­ gehäuse 5 ausgehend von seiner Vertikalposition sowohl im Uhrzeigersinn wie auch entgegen dem Uhrzeigersinn ver­ schwenkt werden kann, wenn die horizontalen Fliehkräfte durch vertikale Komponenten überlagert werden sollen. Wird das Erregergehäuse beispielsweise entgegen dem Uhr­ zeigersinn um den Winkel β′ verschwenkt, entsprechend der gestrichelten Linie in Fig. 5, so ergibt sich eine re­ sultierende Fliehkraft, die senkrecht zu dieser gestri­ chelten Linie verläuft, also je nach Phasenlage der Er­ regerwellen, entweder nach links unten, etwa entsprechend dem eingezeichneten Radiuspfeil R, oder entgegengesetzt nach rechts oben. Dabei erzeugt die Kraft in Richtung des Radiuspfeiles R auch ein gewisses Drehmoment um die Be­ rührlinie B zwischen Walze und Boden und unterstützt damit das Antriebsmoment für den Fahrantrieb in Vorwärts­ richtung. Demgegenüber hat die entgegengesetzte Kraft­ richtung nach rechts oben kaum einen Einfluß auf das Antriebsmoment, weil dabei die Anpreßkraft der Walze auf den Boden durch die nach oben gerichtete Fliehkraftkompo­ nente drastisch reduziert wird.

Es ist also zweckmäßig, das Erregergehäuse bei Vorwärts­ fahrt in den β-Bereich, bei Rückwärtsfahrt in den α-Bereich zu verschwenken.

Die Verstellung des Erregergehäuses wird vorzugsweise beim Fahrtrichtungswechsel des Verdichtungsfahrzeuges automatisch durchgeführt. Man nützt dadurch den für die Verdichtung kaum wirksamen Teil der Fliehkräfte für den Vortrieb des Verdichtungsgerätes und verbessert dessen Steigfähigkeit.

Claims (8)

1. Gerät zum Verdichten von Boden mit wenigstens einer verfahrbaren Walze (1, 2), die mit parallel zur Walzen­ achse (6) angeordneten und synchron rotierenden Unwucht­ erregerwellen (21, 22) derart in Wirkverbindung steht, daß die Walze (1) eine überwiegende Scher- oder Druck­ belastung auf den Boden ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwellen (21, 22) gegensinnig umlaufen und in ihrer Phasenlage so einander zugeordnet sind, daß ihre Fliehkräfte bei vertikal übereinanderliegenden Erreger­ wellen etwa horizontal und in gleicher Richtung wirken, so daß eine momentenfreie Horizontalkraft auf die Walzen­ achse (6) ausgeübt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwellen (21, 22) in einem Gestell (5) gela­ gert sind, gegenüber dem sich die Walze (1) verdreht.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (5) um eine zu den Erregerwellen (21, 22) parallele Achse verschwenkbar und in der gewünschten Schwenkposition fixierbar ist, wodurch die Erregerwellen (21, 22) aus einer übereinanderliegenden Position in eine etwa horizontal nebeneinanderliegende Position gelangen.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (5) in der Walze (1) angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (5) um die Walzenachse (6) verstellbar ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (5) einen stirnseits aus der Walze (1) vorstehenden Hebel (11) aufweist, der seinerseits an einem Fahrlagerflansch (13) oder einem anderen ortsfesten Teil arretierbar ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (5) aus der Horizontalposition der Erre­ gerwellen (21, 22) bis zu 180° in die spiegelbildliche Horizontalposition der Erregerwellen verschwenkbar ist.

8. Verfahren zum dynamischen Verdichten von Boden mit mindestens einer verfahrbaren Walze, auf die eine hori­ zontale und/oder vertikale Schwingungskraft einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungskraft durch Ausübung einer im wesent­ lichen drehmomentenfreien, resultierenden Fliehkraft auf die Achse der Walze erzeugt wird und daß die Richtung dieser resultierenden Fliehkraft zwischen der Horizonta­ len und der Vertikalen verstellt werden kann.