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Die Erfindung betrifft eine Walzbandage für eine Baumaschine zur Verdichtung des Bodenuntergrundes umfassend einen Bandagenmantel mit einer Außenmantelfläche und einer Innenmantelfläche, wobei die Außenmantelfläche zur Bodenverdichtung um eine Rotationsachse der Walzbandage auf dem Bodenuntergrund abrollt, und eine Energiewandlereinrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei die Energiewandlereinrichtung eine Lagereinrichtung und eine gegenüber der Lagereinrichtung geführt bewegbare Schwungmasse umfasst, aus deren Bewegung die Energiewandlereinrichtung elektrische Energie erzeugt, sowie eine Baumaschine zur Verdichtung des Bodenuntergrundes, insbesondere ein Walzenzug oder eine Tandemwalze, mit einer erfindungsgemäßen Walzbandage.
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Gattungsgemäße Walzbandagen für Baumaschinen zur Verdichtung des Bodenuntergrundes bzw. derartige Baumaschinen zur Verdichtung des Bodenuntergrundes werden dazu eingesetzt, die Festigkeit eines Bodenuntergrundes und damit die Tragfähigkeit des Bodens, beispielsweise für Straßen oder Gebäude, zu erhöhen bzw. den Bodenuntergrund hin zu einer gewünschten Festigkeit zu verdichten. Die Walzbandage weist dazu üblicherweise einen sogenannten Bandagenmantel auf, bei dem es sich insbesondere um einen hohlzylinderförmigen Körper handeln kann. Der Bandagenmantel weist eine Außenmantelfläche und eine Innenmantelfläche auf. Im Arbeitsbetrieb rollt die Walzbandage um eine Rotationsachse rotierend, die insbesondere der Zylinderachse des Hohlzylinders entspricht, auf dem Bodenuntergrund ab, wobei die Außenmantelfläche dabei in Kontakt mit dem Bodenuntergrund gelangt. Ist eine solche Walzbandage Teil einer Baumaschine zur Verdichtung des Bodenuntergrundes, weist die Baumaschine neben wenigstens einer solchen Walzbandage üblicherweise einen Maschinenrahmen und ein Antriebsaggregat (wenn die Baumaschine selbstfahrend ist und/oder anzutreibende Vibrationserreger aufweist) auf. Die Walzbandage ist über geeignete Lagerungen gegenüber dem Maschinenrahmen um die Rotationsachse der Walzbandage rotierbar an diesem gelagert. Derartige Walzbandagen und Baumaschinen mit solchen Walzbandagen sind im Stand der Technik bestens bekannt.
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Im Falle einer Tandemwalze weist die Bodenverdichtungswalze typischerweise zwei Walzbandagen auf, die jeweils beispielsweise über ein Schemelgelenk mit dem Maschinenrahmen verbunden oder an zwei über ein Knickgelenk miteinander verbundenen Maschinenrahmenhälften gelagert sind. Das Maschinengewicht der Tandemwalze wird auf beide Walzbandagen verteilt und zur Verdichtung des Bodens genutzt. Das Fahrwerk eines Walzenzuges weist dagegen typischerweise nur eine einzige Walzbandage auf, die durch ein Radpaar ergänzt wird. Im Arbeitsbetrieb der Bodenverdichtungswalze bewegt sich diese typischerweise in eine Arbeitsrichtung über den zu verdichtenden Bodenuntergrund. Die Bodenverdichtungswalzen werden häufig alternierend sowohl vorwärts als auch rückwärts betrieben. Um die Verdichtung des Bodens durch die gattungsgemäßen Bodenverdichtungswalzen zu beeinflussen und insbesondere zu verstärken, ist es üblich, dass die Bodenverdichtungswalzen eine zumindest teilweise in der Walzbandage angeordnete Erregereinrichtung aufweisen. Diese Erregereinrichtung wird auch als Schwingungs- oder Vibrationserreger bezeichnet. Dieser umfasst typischerweise eine Unwucht, die von einem Erregermotor in Rotation versetzt wird und dadurch die Walzbandage mit Schwingungen bzw. Vibrationen beaufschlagt. Eine entsprechende Bodenverdichtungswalze ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 018 457 A1 bekannt.
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Typischerweise wird im Arbeitsbetrieb der gattungsgemäßen Bodenverdichtungswalzen der Bodenuntergrund mehrfach überfahren, bis eine gewünschte Verdichtung erreicht wurde. Um den Zeitpunkt zu erkennen, an dem es sich nicht mehr lohnt, weitere Überfahrten mit der Bodenverdichtungswalze vorzunehmen, weil der Boden schon ausreichend verdichtet ist oder annähernd seine maximale Verdichtung erreicht hat, ist es bekannt, die Bodenverdichtungswalzen mit einer Sensoreinrichtung zur Messung eines mit der aktuellen Bodenverdichtung in Zusammenhang stehenden Parameters zu versehen. Die Sensoreinrichtung umfasst dazu beispielsweise einen oder auch mehrere Beschleunigungssensoren, mit dem sich die sogenannte Bodensteifigkeit des zu verdichtenden Bodenmaterials als Maß dafür ermitteln lässt, wie sehr der Boden bereits verdichtet ist. Ein Verfahren zur Berechnung der Bodensteifigkeit ist beispielsweise aus der
EP 2 627 826 B1 bekannt.
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Die Sensoreinrichtungen des Standes der Technik sind typischerweise am Maschinenrahmen, beispielsweise an einem Bandagenlager, der Bodenverdichtungswalze angeordnet. Nachteilig an einer derartigen Anordnung ist, dass die Walzbandagen üblicherweise gegenüber dem Maschinenrahmen und insbesondere den Bandagenlagern am Maschinenrahmen schwingungsentkoppelt bzw. schwingungsgedämpft sind, beispielsweise durch geeignete Gummidämpfer etc. Zusätzlich zu einer gewollten Schwingungsentkopplung zwischen der Walzbandage und dem Maschinenrahmen wird die Schwingung der Walzbandage ebenfalls durch das Spiel des Fahrlagers, über das die Walzbandage mit dem Maschinenrahmen verbunden ist, gedämpft. Die Schwingungen der Walzbandage, aus der die Bodensteifigkeit berechnet werden kann, werden also nicht vollständig auf den Maschinenrahmen und damit die Sensoreinrichtung übertragen. Dies nimmt mit zunehmendem Alter der Bodenverdichtungswalze durch den Verschleiß des Fahrlagers und das dadurch resultierende sich vergrößernde Spiel noch zu. Im Ergebnis ist dadurch bei den Bodenverdichtungswalzen des Standes der Technik die Bestimmung der Bodensteifigkeit durch die Sensoreinrichtung vergleichsweise ungenau. Um diese Probleme zu umgehen, wurde in der
DE 10 2011 088 567 A1 bereits vorgeschlagen, am Bandagenmantel innen mehrere Sensoren gleichmäßig am Umfang zu verteilen, um so ein genaueres Bild über die tatsächliche Bewegung der Walzbandage zu erhalten. Durch die Vielzahl an notwendigen Sensoren und die Notwendigkeit die Signale in einer zentralen Auswerteeinheit zu verarbeiten ist ein solches System jedoch aufwendig zu realisieren.
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Problematisch ist nun, insbesondere die Versorgung einer am Bandagenmantel angeordneten Sensoreinrichtung mit elektrischer Energie zu gewährleisten. Die
DE 10 2011 088 567 A1 schlägt hierzu bereits den Rückgriff auf einen Energiewandler vor. Allerdings sind die mit der dort vorgeschlagenen Lösung erreichbaren Effekte noch nicht optimal. Dabei ist die grundsätzliche Funktionsweise eines Energiewandlers, vorliegend vom Typ „energy harvester“, insbesondere beispielsweise mittels der Ausnutzung von induktiven Effekten (Permanentmagnet - Spule) elektrische Energie zu erzeugen, dem Fachmann bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit anzugeben, eine mit einem Energiewandler ausgestattete Walzbandage weiter zu verbessern.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Walzbandage und einer Baumaschine zur Bodenverdichtung mit einer Walzbandage gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine gattungsgemäße Walzbandage für eine Baumaschine zur Verdichtung des Bodenuntergrundes umfasst somit einen Bandagenmantel mit einer Außenmantelfläche und einer Innenmantelfläche, wobei die Außenmantelfläche zur Bodenverdichtung um eine Rotationsachse der Walzbandage auf dem Bodenuntergrund abrollt, sowie eine Energiewandlereinrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei die Energiewandlereinrichtung eine Lagereinrichtung und eine gegenüber der Lagereinrichtung geführt bewegbare Schwungmasse umfasst, aus deren Bewegung die Energiewandlereinrichtung elektrische Energie erzeugt. Die Lagereinrichtung bezeichnet dabei übergeordnet diejenige Einrichtung, die insgesamt einerseits für die geführte Bewegbarkeit der Schwungmasse verantwortlich ist, und andererseits die indirekte oder insbesondere direkte Befestigung der Energiewandlereinrichtung an der Innenmantelfläche des Bandagenmantels ermöglicht. Die Lagereinrichtung kann einteilige aber auch mehrteilig sein. Wesentlich ist, dass sich die Lagereinrichtung an sich mit der sich im Rohbetrieb um die Rotationsachse der Walzbandage drehende Walzbandage mitbewegt.
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Wesentlich ist nun, dass die Energiewandlereinrichtung mit ihrer Lagereinrichtung derart an der Innenmantelfläche des Bandagenmantels oder einer Tellerscheibe der Walzbandage angeordnet ist, dass die Bewegung der Schwungmasse relativ zur Lagereinrichtung entlang einer Bewegungsstrecke unter Ausnutzung der Schwerkraft und der Lageänderung der Energiewandlereinrichtung zum Gravitationsfeld aufgrund der Rollbewegung der Walzbandage um ihre Rotationsachse erfolgt. Entlang der Bewegungsstrecke ist die Schwungmasse somit relativ zur Lagereinrichtung und damit zur übrigen Walzbandage frei bewegbar. Die Schwungmasse ist dabei üblicherweise mit einem einzigen Freiheitsgrad bewegbar in oder an der Lagereinrichtung gelagert. Wesentlich ist nun, dass die Anordnung der Energiewandlereinrichtung derart erfolgt, dass einerseits die Drehbewegung der Walzbandage bzw. des Energiewandlers um die Rotationsachse der Walzbandage herum und andererseits die sich dabei ändernden Schwerkraftangriffsverhältnisse an der Schwungmasse zur Bewegung der Schwungmasse und damit letztendlich zur Erzeugung elektrischer Energie in der Energiewandlereinrichtung ausgenutzt werden. Der Antrieb der Bewegung der Schwungmasse relativ zur übrigen Energiewandlereinrichtung bzw. zur übrigen Walzbandage erfolgt somit durch das Zusammenspiel zwischen der Drehbewegung der Walzbandage und der an der Schwungmasse angreifenden Schwerkraft.
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Bei der konkreten Ausgestaltung der Energiewandlereinrichtung kann auf unterschiedliche Prinzipien zurückgegriffen werden. Bevorzugt handelt es sich bei der Energiewandlereinrichtung beispielsweise um einen Lineargenerator. Bei einem solchen Lineargenerator ist die Schwungmasse entlang einer Bewegungsachse geführt. Die Bewegungsstrecke der Schwungmasse ist somit entlang der Bewegungsachse längserstreckt. Wesentlich ist nun, dass die Energiewandlereinrichtung innerhalb der Walzbandage ferner derart angeordnet ist, dass die Bewegungsachse in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Walzbandage verläuft, so dass pro Umdrehung der Walzbandage die Schwungmasse jeweils einmal in einander entgegengesetzte Richtungen entlang der Bewegungsachse bewegt wird, nämlich in der Aufwärtsbewegung des Energiewandlers entlang der Bewegungsachse in eine erste Richtung und in einer darauffolgenden Abwärtsbewegung des Energiewandlers in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung, da die Schwerkraft die Schwungmasse jeweils nach unten zieht.
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Es kann nun vorgesehen sein, dass der Energiewandler derart ausgebildet ist, dass die Bewegungsachse der Schwungmasse des Lineargenerators linear gradlinig ist. Es kann aber auch bevorzugt sein, wenn der Energiewandler derart ausgebildet ist, dass die Bewegungsachse der Schwungmasse des Lineargenerators linear gekurvt, insbesondere in Form eines parallel zur Innenmantelfläche der Walzbandage verlaufenden Kreisbogens, ausgebildet ist.
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Häufig handelt es sich bei der Verwendung eines Lineargenerators bei der Schwungmasse um einen längserstreckten, insbesondere zylinderförmigen, Permanentmagneten. Es kann aber auch bevorzugt sein, wenn die Schwungmasse kugelförmig ist, insbesondere beim Einsatz eines Energiewandlers mit gekurvter Bewegungsachse der Schwungmasse.
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Im Fall des Lineargenerators ist es bevorzugt, wenn er derart ausgebildet, dass die Schwungmasse innerhalb eines Bewegungsabschnitts entlang der Bewegungsachse der Bewegungsstrecke ungefedert und frei vom Eingriff von Federelementen ist. Dadurch wird eine besonders effiziente, im Wesentlichen von der Schwerkraft getriebene Bewegung der Schwungmasse und insbesondere eine vergleichsweise hohe Beschleunigung möglich. Die Schwungmasse ist hier somit insbesondere nicht an Federelemente oder ähnlichem aufgehängt und ist innerhalb der Bewegungsstrecke frei bewegbar. Ergänzend oder alternativ ist der Lineargenerator bevorzugt derart ausgebildet, dass an den Endpunkten bzw. in den Endbereichen der Bewegungsstrecke jeweils eine Dämpfungseinrichtung für die Schwungmasse vorhanden ist. Damit schlägt die Schwungmasse nicht ungebremst an den Endpunkten der Bewegungsstrecke an, sondern wird in ihrer Bewegung vorher durch die Dämpfungseinrichtung abgebremst, was insbesondere schonend für die Schwungmasse ist. Eine solche Dämpfungseinrichtung kann beispielsweise ein Dämpfungsbelag sein, wie ein Gummi- oder Filzbelag, oder beispielsweise auch eine Dämpfungsfeder.
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Alternativ zum Lineargenerator kann die Energiewandlereinrichtung ein Unwuchtgenerator mit einer um eine Rotationsachse gegenüber dem Bandagenmantel drehbar gelagerten Unwuchtmasse sein, die bei einer Drehbewegung, insbesondere über eine Verbindungswelle, eine Generatoreinheit antreibt. Derartige Unwuchtgeneratoren sind ebenfalls an sich im Stand der Technik bekannt.
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Bevorzugt ist der Unwuchtgenerator dabei derart innerhalb der Walzbandage angeordnet, dass die Rotationsachse der Unwuchtmasse parallel zur Rotationsachse der Walzbandage verläuft. Es kann ferner bevorzugt sein, wenn eine Umdrehungsbegrenzung, beispielsweise in Form eines in die Kreisbahn der Unwuchtmasse eingreifenden Anschlagselementes, vorgesehen ist, die verhindert, dass sich die Unwuchtmasse vollständig um 360° um die eigenen Rotationsachse drehen kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die Unwuchtmasse mit dem Bandagenmantel vollständig mitdreht und vielmehr eine schwerkraftgetriebene Pendelbewegung durchführt.
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Es ist auch möglich, die Energiewandlereinrichtung kombiniert auszubilden und sowohl einen Lineargenerator als auch einen Unwuchtgenerator vorzusehen.
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Damit der Weg, den die Energiewandlereinrichtung pro Umdrehung der Walzbandage um ihre Rotationsachse zurücklegt, möglichst groß ist, ist die Energiewandlereinrichtung, insbesondere unmittelbar, auf der Innenmantelfläche der Walzbandage angeordnet.
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Ideal ist es, wenn die Energiewandlereinrichtung mit einer Speichereinrichtung für elektrische Energie und/oder einem Verbraucher elektrischer Energie, insbesondere einem Sensor und/oder einer Sende- und/oder Empfangseinheit, verbunden ist. Eine solche Speichereinrichtung kann ein Akkumulator sein. Ein möglicher Sensor kann beispielsweise ein Beschleunigungs- oder Dehnungssensor sein.
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Die Walzbandage kann mehrere Energiewandlereinrichtungen umfassen, wobei die einzelnen Energiewandlereinrichtungen insbesondere mit zueinander gleichem Winkelabstand um die Rotationsachse der Walzbandage verteilt und/oder mit zur Rotationsachse der Walzbandage gleichem oder verschiedenem Radialabstand angeordnet sind. Die einzelnen Energiewandlereinrichtungen können ferner miteinander gekoppelt sein, insbesondere derart, dass die von Ihnen erzeugte elektrische Energie zusammen in einer gemeinsamen Speichereinrichtung gespeichert und/oder zusammen zur Energieversorgung eines Verbrauchers elektrischer Energie genutzt wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Baumaschine zur Verdichtung des Bodenuntergrundes, insbesondere Walzenzug oder Tandemwalze, mit einer erfindungsgemäßen Walzbandage.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Seitenansicht einer selbstfahrenden Tandemwalze;
- 2 eine Seitenansicht eines selbstfahrenden Walzenzuges;
- 3 eine Seitenansicht einer handgeführten Doppelvibrationswalze;
- 4 eine Schnittansicht durch eine Walzbandage entlang der Linien III der 1, 2 und 3;
- 5 eine Seitenansicht auf einen Lineargenerator mit gerade (5A) und gekurvter (5B) Bewegungsstrecke der Schwungmasse;
- 6 ein Diagramm, welches die Stromerzeugung des Energiewandlers bei einer vollständigen Umdrehung der Walzbandage zeigt;
- 7 eine Draufsicht (7A) und eine Seitenansicht (7B) eines Unwuchtgenerators;
- 8 eine Seitenansicht auf ein Sensorsystem eine Baumaschine zur Bodenverdichtung.
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Gleiche und gleich wirkende Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Sich wiederholende Bauteile sind nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet.
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Die 1, 2 und 3 zeigen verschiedene erfindungsgemäße Baumaschinen 1 (Typ selbstfahrende Tandemwalze in 1, Typ selbstfahrender Walzenzug in 2 und Typ handgeführte Doppelvibrationswalze in 7) zur Bodenverdichtung mit jeweils wenigstens einer erfindungsgemäßen Walzbandage 5. Die Baumaschinen 1 aus den 1 und 2 weisen einen Fahrerstand 2 und einen Maschinenrahmen 3 auf. Sie werden von einem Antriebsaggregat 4, zumeist einem Dieselverbrennungsmotor, angetrieben und bewegen sich im Arbeitsbetrieb in Arbeitsrichtung a über einen zu verdichtenden Boden 8. Die Arbeitsrichtung a ist in den Figuren als die Vorwärtsrichtung der Baumaschinen 1 definiert. Die Baumaschinen 1 können allerdings im Arbeitsbetrieb auch genauso gut rückwärts eingesetzt werden, und sich entgegen der Arbeitsrichtung a bewegen. Zur verständlichen Beschreibung bezeichnet die Arbeitsrichtung a allerdings die in den Figuren angegebene Vorwärtsrichtung.
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Die Baumaschine aus 1 weist insgesamt zwei Walzbandagen 5 auf, eine in Arbeitsrichtung a vordere und eine in Arbeitsrichtung a hintere. Die Walzbandagen 5 sind über Bandagenlager 6, die sich nicht mit der Walzbandage 5 mitdrehen, mit dem Maschinenrahmen 3 verbunden. Beide Walzbandagen 5 der Baumaschine 1 gemäß 1 werden über im Stand der Technik bekannte Schemelgelenke gelenkt, wobei auch eine Knicklenkung möglich ist.
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Das Fahrwerk der Baumaschine 1 der 2 weist nur eine in Arbeitsrichtung a vordere Walzbandage 5 auf und umfasst in Arbeitsrichtung a hinten ein Paar Räder 7, beispielsweise Gummiräder. Auch die Walzbandage 5 des Walzenzuges ist über ein feststehendes und damit nicht mitrotierendes Bandagenlager 6 mit dem Maschinenrahmen 3 verbunden. Der Walzenzug und insbesondere die Walzbandage 5 des Walzenzuges sind über ein Knickgelenk, das sich im Wesentlichen unter dem Fahrerstand 2 befindet, lenkbar.
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Bei der handgeführten Doppelvibrationswalze gemäß 3 findet sich im Prinzip ein vergleichbarer Aufbau. Anstelle eines Fahrstandes ist dort eine Führungsdeichsel 2' vorgesehen, über die die Baumaschine 1 im Arbeitsbetrieb von einem Bediener gesteuert wird.
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Der Aufbau und die Funktion der Walzbandagen 5 der Baumaschinen 1 aus den 1, 2 und 3 wird anhand von 4 näher erläutert. 4 zeigt die Walzbandagen 5 in einer Schnittansicht entlang der Linie III der 1, 2 und 3. Zur Orientierung sind im in 4 angezeigten Koordinatensystem die Vertikalrichtung V, die senkrecht dazu verlaufende horizontale Arbeitsrichtung a und die ebenfalls horizontal und quer zur Arbeitsrichtung verlaufende Rotationsachse 20 anzeigt.
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Die Walzbandage 5 umfasst einen Bandagenmantel 9 in Form eines Hohlzylinders, mit dessen Außenmantelfläche 9A sie auf dem zu verdichtenden Boden 8 aufliegt. Die Innenmantelfläche ist mit 9B bezeichnet. Die Walzbandage 5 weist an den quer zur Arbeitsrichtung a außen liegenden Stirnseiten Tellerscheiben 10 auf, die sich über den Innenraum des Hohlzylinders erstrecken. An einer der Tellerscheiben 10, in der 4 rechts dargestellt, befindet sich ein Fahrmotor 11, beispielsweise ein Hydraulikmotor. Der Fahrmotor 11 ist einerseits über ein Bandagenlager 6 mit dem nicht dargestellten Maschinenrahmen 3 verbunden. Andererseits ist der Fahrmotor 11 über ein Drehgelenk 26 mit einer Antriebsscheibe 12 verbunden, die wiederum über Dämpfungselemente 13, insbesondere elastische Dämpfungselemente 13, an der Tellerscheibe 10 befestigt ist. Die Dämpfungselemente 13 entkoppeln die Antriebsscheibe 12 und damit das Drehgelenk 26 und den Fahrmotor 11 von den Vibrationen bzw. Schwingungen der Walzbandage 5. Durch den Betrieb des Fahrmotors 11 wird die Walzbandage 5 in Rotation um die Rotationsachse 20 versetzt, wodurch sich die Bodenverdichtungswalze auf dem Boden 8 in oder entgegen der Arbeitsrichtung a fortbewegt. In 4 sind diejenigen Bestandteile, die sich im Arbeitsbetrieb der Bodenverdichtungswalze mit der Walzbandage 5 um die Rotationsachse 20 drehen, zur weiteren Verdeutlichung schraffiert dargestellt. Diejenigen Bestandteile der Walzbandage 5, die sich nicht mit dieser mitdrehen, sind dagegen nicht schraffiert. Ferner ist wichtig, dass der Fahrmotor 11 bei einer Baumaschine gemäß 3 nicht vorgesehen sein muss. Es ist ferner auch möglich, insbesondere bei handgeführten Baumaschinen gemäß 3 eine Erregereinrichtung am Maschinenrahmen und nicht innerhalb einer Walzbandage anzuordnen.
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Auf der dem Fahrmotor 11 gegenüberliegenden Seite der Walzbandage 5 befindet sich ein optionaler Erregermotor 15, beispielsweise ein Hydraulikmotor, der Teil einer Erregereinrichtung 30 ist. Der Erregermotor 15 dreht sich nicht mit der Walzbandage um die Rotationsachse 20 mit und ist über ein Fahrlager 14 mit der Tellerscheibe 10 verbunden. Vom Erregermotor 15 erstreckt sich eine Erregerwelle 16 durch die Tellerscheibe 10 hindurch ins Innere der Walzbandage 5 hinein. Die Erregerwelle 16 ist von Wellenlagern 17 gehalten, die beispielsweise an den Tellerscheiben 10 der Walzbandage 5 angeordnet sind. An der Erregerwelle 16 befindet sich in an sich bekannter Weise eine Unwucht 18. Der Erregermotor 15 versetzt die Erregerwelle 16 in Rotationsbewegungen, im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls um die Rotationsachse 20. Durch die Rotationsbewegung der Erregerwelle 16 wird ebenfalls die Unwucht 18 um die Rotationsachse 20 rotiert und erzeugt dabei Schwingungen bzw. Vibrationen der Walzbandage 5, die zur Verdichtung des Bodens 8 genutzt werden.
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Teil der Walzbandage 5 ist ferner eine an der Innenmantelfläche 9B der Walzenbandage ortsfest angeordnete Energiewandlereinrichtung 19. Dieser dreht sich somit mit der Walzbandage 5 um die Rotationsachse 20 mit. Eine alternative Anordnung ist die ortsfeste Anbringung der Energiewandlereinrichtung 19 an einer der Tellerscheiben 10, insbesondere an einer Innenfläche einer der Tellerscheiben 10. Wesentlich ist, dass die Energiewandlereinrichtung 19 ortsfest gegenüber dem Bandagenmantel ist und sich somit bei einer Rotation des Bandagenmantel um die Rotationsachse 20 mitdreht.
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Einzelheiten zur Ausbildung der Energiewandlereinrichtung 19 gemäß 4 sind beispielhaft in den 5, 6 und 7 angegeben.
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Die 5A und 5B betreffen Energiewandlereinrichtungen 19 in Form eines Lineargenerators 21. Wesentliche Elemente des jeweiligen Lineargenerators 21 sind ein Spulenkörper 22, eine Schwungmasse 23 in Form eines Permanentmagneten 24 und ein Führungsgehäuse 25. Die Schwungmasse 23 ist entlang einer längserstreckten Bewegungsachse B innerhalb des Führungsgehäuses 25 relativ zu diesem zwischen zwei Anschlagendpunkten 27 bewegbar und passiert dabei den Spulenkörper 22 in an sich bekannter Weise. Der Weg, den die Schwungmasse 23 dabei maximal zurücklegen kann (begrenzt beispielsweise durch das Gehäuse), wird als Bewegungsstrecke bezeichnet. Dabei wird durch Induktion ein Stromfluss innerhalb des Spulenkörpers 22 induziert. Am Spulenkörper 22 sind Anschlüsse 28 vorhanden, über die dieser Stromfluss abgeleitet werden kann, wobei die Energiewandlereinrichtung 19 beispielsweise noch weitere Elemente, wie Gleichrichter etc., aufweisen kann. Die Energiewandlereinrichtungen 19 umfassen jeweils eine Lagereinrichtung 29, mit der eine Befestigung der Energiewandlereinrichtung 19 am Bandagenmantel 9 oder einer der Tellerscheiben 10 möglich ist. Ferner sind an den Anschlagendpunkten 27 bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen optional Dämpfungselemente 31 vorhanden, beispielsweise in Form von Federn oder Gummi- oder Filzelementen etc. Die Dämpfungselemente 31 bremsen die frei entlang der Bewegungsachse B bewegbare Schwungmasse 23 somit ab und dämpfen den Anschlag zum jeweiligen Ende der Bewegungsstrecke.
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5A veranschaulicht einen Lineargenerator 21, bei dem sich die Schwungmasse entlang einer gradlinigen Bewegungsachse B bewegt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5B ist der Lineargenerator 21 dagegen „gebogen“ bzw. „gekurvt“ ausgebildet und weist eine gekurvt lineare Bewegungsachse B auf. Die Schwungmasse 23 des Lineargenerators 21 mit gradliniger Bewegungsachse B gemäß 5A ist zylinderförmig und die Schwungmasse 23 des Lineargenerators 21 mit gekurvter Bewegungsachse B ist kugelförmig ausgebildet.
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Die Anordnung der Energiewandlereinrichtung 19 innerhalb des Bandagenmantels 9 erfolgt nun derart, dass die Bewegungsachse B in einer virtuellen Referenzebene verläuft, die senkrecht zur Rotationsachse der Walzbandage 5 verläuft. Dreht sich nun die Walzenbandage 5 um ihre Rotationsachse 20 im Fahrbetrieb, nimmt sie die Energiewandlereinrichtung 19 mit. Dabei zieht die Schwerkraft die Schwungmasse 19 in Vertikalrichtung nach unten. Wird nun durch die Drehbewegung der Walzbandage 5 die Energiewandlereinrichtung 19 in eine Position gebracht, aus der heraus die Schwungmasse 19 „nach unten“ fallen kann, rutscht die Schwungmasse 19 innerhalb des Führungsgehäuses 25 durch den Spulenkörper 22 und induziert dabei einen Stromfluss innerhalb des Spulenkörpers 22. Bei jeder Umdrehung der Walzbandage 5 fällt die Schwungmasse 23 somit zweimal durch den Spulenkörper 22 und erzeugt dabei zwei Stromflussimpulse, wobei die Fallrichtung bezogen auf die Energiewandlereinrichtung 19 abwechselnd einander entgegengesetzt ist.
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6 verdeutlicht die erreichte Stromerzeugung anhand eines Graphen, bei dem die Winkellage W der Walzbandage 5 für eine vollständige Umdrehung der Walzbandage 5 um die Rotationsachse 20 um 360° gegenüber der Stromstärke I aufgetragen ist. Durch die einander entgegengesetzte zweimalige Passage der Schwungmasse 19 durch den Spulenkörper 22 wird pro Umdrehung der Walzbandage 5 ein zweimaliger Stromimpuls von der Energiewandlereinrichtung 19 erzeugt.
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Die 7A und 7B zeigen eine Energiewandlereinrichtung 19 in Form eines Unwuchtgenerators 32. Wesentliche Elemente des Unwuchtgenerators 32 sind eine um eine Rotationsachse C rotierbar gelagerte Schwungmasse 23 in Form einer Unwuchtmasse, vorliegend beispielsweise in Form eines die Unwuchtmasse bildenden Ankerexzenters, wobei die Schwungmasse 23 über eine Welle 33 mit einer Generatoreinheit 34 des Unwuchtgenerators 32 verbunden ist. Dreht sich die Schwungmasse 23 um die Rotationsachse C gegenüber der Generatoreinheit 34, treibt sie somit die Welle 33 der Generatoreinheit 34 an. Diese Drehbewegung wird in an sich bekannter Weise zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt. 7A zeigt in der Draufsicht in Richtung der Rotationsachse C, dass sich die Schwungmasse 23 in einer Kreisbewegung um die Rotationsachse C frei bewegt. In der dazu im 90° gedrehten Ansicht gemäß 7B wird die Antriebsverbindung der Schwungmasse 23 mithilfe der Welle 33 deutlich.
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Die Anordnung des Unwuchtgenerators 32 am Bandagenmantel (Befestigung über Lagereinrichtung 29) oder einer der Tellerscheiben erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel nun derart, dass die Rotationsachse C der Schwungmasse 23 parallel zur Rotationsachse 20 der Walzbandage 5 verläuft. Dreht sich nun der Bandagenmantel, nimmt er ortsfest die Generatoreinheit 34 mit. Die Schwungmasse 23 ist dagegen um die Achse C drehbar und wird von der an der Unwucht angreifenden Schwerkraft nach unten gezogen. Die Ausrichtung der Rotationsachsen C und 20 kann allerdings auch variieren, um beispielsweise eine eher impulsartige oder eine eher kontinuierliche Drehbewegung der Schwungmasse 23 bei einer Rotation der Walzbandage 5 zu erreichen.
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Optional kann es vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Umdrehungsbegrenzungen 35 vorhanden sind. Diese begrenzen die Drehbewegung der Schwungmasse 23 relativ zur Generatoreinheit 34 und unterbinden insbesondere eine vollständige 360°-Umdrehung. Damit wird erreicht, dass sich die Schwungmasse 23 nicht ebenfalls um 360° dreht, sondern eine einander entgegengesetzte Pendelbewegung durchführt, wenn der Bandagenmantel um 360° gedreht wird. Auch dann werden somit, wie in 6 gezeigt, zwei einander entgegengesetzte Stromimpulse von der Generatoreinheit erzeugt.
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8 schließlich veranschaulicht die Integration der vorstehend beschriebenen Anordnung mit einem Energiewandler 19 zur Versorgung einer Speichereinrichtung und/oder Sensoreinrichtung 36, die ebenfalls am Bandagenmantel 9 direkt oder zumindest in einer mit diesem mitdrehenden Weise angeordnet ist, mit elektrischer Energie. Die Sensoreinrichtung 36 kann beispielsweise ein Sensor sein, der die Deformation des Bandagenmantels, beispielsweise mittels Dehnungsmessung, ermittelt. Die Sensoreinrichtung 36 steht in Verbindung mit einer ebenfalls mit dem Bandagenmantel mitdrehenden Sendeeinheit 37. Diese sendet das Sensorsignal der Sensoreinrichtung 36 kabellos an eine maschinenrahmenseitige Empfangseinheit 38, die beispielsweise mit einer geeigneten Steuereinheit 39 oder ähnlichem in Verbindung steht. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass keine Kabeldurchführung vom Maschinenrahmen zur Walzbandage zum Betrieb der Sensoreinrichtung 36 erforderlich ist. Die vorstehend beschriebene Walzbandage 5 eignet sich hierfür ganz besonders.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014018457 A1 [0003]
- EP 2627826 B1 [0004]
- DE 102011088567 A1 [0005, 0006]
