EP2242590B1

EP2242590B1 - Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren unwuchten

Info

Publication number: EP2242590B1
Application number: EP08783460.2A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Andreas Ammann; Kuno Kaufmann; Roland Anderegg; Jochen Hörster
Original assignee: Ammann Schweiz AG
Current assignee: Ammann Schweiz AG
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: DE102008008802A1; EP2242590A1; DE102008008802B4; WO2009100543A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit einem Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren Unwuchten sowie eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

STAND DER TECHNIK

Unwuchterreger mit rotierbaren Unwuchten dienen der Erzeugung zeitveränderlicher Erregerkräfte und kommen in vielen Bereichen der Technik zum Einsatz, z.B. in Vibrationsförderern, in Schwingsiebmaschinen, in Verdichtungsgeräten wie Rüttelplatten und Vibrationswalzen, in Vibrationsrammen und in vibrationserregten Bohr- und Fräsgeräten. Die heute bekannten monofrequenten Unwuchterreger, bei denen sämtliche Unwuchten mit der gleichen Drehzahl rotieren, lassen sich grundsätzlich nach dem Erregerprinzip einteilen in Kreisschwinger und Richtschwinger. Monofrequente Kreisschwinger erzeugen eine Erregerkraft, welche ausschliesslich hinsichtlich ihrer Richtung zeitlich veränderlich ist. Monofrequente Richtschwinger erzeugen eine Erregerkraft, deren Betrag sich zusammen mit ihrer Wirkrichtung zeitlich verändert, derart, dass über eine volle Drehung der Unwuchtmassen gesehen zwei Erregerkraftmaxima mit entgegengesetzten Wirkrichtungen ausgebildet werden. Während der Kreisschwinger mit einer rotierenden Unwuchtmasse auskommt, benötigt der Richtschwinger systembedingt mindestens zwei gegenläufig rotierende Unwuchtmassen. Da solche Unwuchterreger jeweils in entgegen gesetzten Wirkrichtungen dem Betrag nach gleich grosse Erregerkraftkomponenten erzeugen, ist die mit ihnen beim Einsatz in Verdichtungsgeräten und Rammen bereitstellbare maximale Verdichtungs- bzw. Rammkraft auf das 2- bis 3-Fache des Maschinengewichts begrenzt, je nachdem, ob im Auflastbetrieb gearbeitet werden muss oder ein Betrieb mit vorübergehendem Abheben des Werkzeugs von der Arbeitsfläche zulässig bzw. gewünscht ist.
Neben den weitverbreiteten monofrequenten Unwuchterregern sind auch bifrequente Unwuchterreger bekannt, bei denen die zeitveränderliche Erregerkraft durch Überlagerung der Erregerkraft einer mit einer Grunddrehzahl rotierenden ersten Unwuchtmasse mit der Erregerkraft einer phasengleich mit der doppelten Drehzahl rotierenden zweiten Unwuchtmasse erzeugt wird. Diese Unwuchterreger erzeugen eine Erregerkraft mit einem einzigen Kraftmaximum in einer bestimmten Richtung.
Die Dokumente SU 1 119 738 A , GB 1 439 455 , EP 0 411 349 A1 , DE 10 2005 009 095 A1 und US 2 309 172 offenbaren verschiedene Bauarten von mehrfrequenten Unwuchterregern.
In der Praxis haben sich derartige bifrequente Unwuchterreger in Vibrationsrammen für Spundwände bewährt, wo mit ihnen deutlich grössere Rammkräfte erzeugt werden können als mit vergleichbaren monofrequenten Unwuchterregern. Bei anderen Anwendungen hingegen, insbesondere bei Rüttelplatten und Vibrationswalzen zur Boden- und Asphaltverdichtung, konnten mit den bekannten bifrequenten Unwuchterregern bisher nur geringe Verbesserungen der Verdichtungsleistung gegenüber monofrequent erregten Vedichtungsgeräten erzielt werden, weshalb im Lichte des deutlich höheren apparatetechnischen Aufwands auf einen Einsatz solcher Unwuchterreger in der Verdichtungstechnik bisher weitgehend verzichtet wurde. Aus EP 0 411 349 A1 ist eine Bodenverdichtungsvorrichtung mit einem bifrequenten Unwuchterreger bekannt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit einem mehrfrequenten Unwuchterreger und einem mit dem Unwuchterreger zwecks Schwingungsanregung gekoppelten Werkzeug zur Einwirkung auf eine Arbeitsfläche zur Verfügung zu stellen, welches eine Optimierung der Bewegung des Werkzeugs bzw. der vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche ausgeübten Kraft und damit der Arbeitsleistung der Maschine erzielt.
Weiter stellt sich die Aufgabe, eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, bei der sichergestellt werden kann, dass die Maschine jederzeit in einem guten Bereich oder im optimalen Bereich betrieben wird, d.h. immer eine relativ grosse bzw. die maximal mögliche Kraft vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche übertragen werden kann.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Demgemäss betrifft ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine umfassend einen Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren Unwuchtmassen zur Erzeugung einer mehrfrequenten zeitveränderlichen Erregerkraft. Bei einer einzigen Unwuchtmasse vollführt diese mehrere überlagerte Rotationen, welche z.B. rotatorisch gleichgerichtet oder rotatorisch entgegengesetzt sein können. Bei mehreren Unwuchtmassen vollführen diese bevorzugterweise jeweils eine Einzelrotation, wobei es vorgesehen ist, dass gleiche und/oder entgegen gesetzte Rotationsrichtungen zum Einsatz kommen.
Die Erregerkraft wird durch die Überlagerung einer Grunderregerkraft, welche mit einer Grundfrequenz zeitveränderlich ist, mit einer oder mehreren Zusatzerregerkräften, welche mit Zusatzfrequenzen grösser als die Grundfrequenz zeitveränderlich sind, erzeugt. Dabei ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass die Phasenlage zwischen der zeitveränderlichen Grunderregerkraft und zumindest einer der zeitveränderlichen Zusatzerregerkräfte einstellbar ist, bevorzugterweise stufenlos.
Weiter umfasst die Maschine ein mit dem Unwuchterreger zwecks Schwingungsanregung gekoppeltes Werkzeug zur Einwirkung auf eine Arbeitsfläche.
Erfindungsgemäss wird die Maschine derartig betrieben, dass das mit dem Unwuchterreger zu Schwingungen angeregte Werkzeug bestimmungsgemäss auf eine Arbeitsfläche einwirkt, also eine bestimmungsgemässe Arbeit ausführt. Dabei wird die Schwingungsantwort des Werkzeugs auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers und/oder der Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ermittelt und diese bzw. dieser mit einer angestrebten Soll-Schwingungsantwort bzw. einem angestrebten Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf verglichen. Wie die Schwingungsantwort bzw. der Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf messtechnisch ermittelt werden kann, ist dem Fachmann bekannt und muss deshalb hier nicht genauer erläutert werden.
Weiter wird die Phasenlage zwischen der zeitveränderlichen Grunderregerkraft und zumindest einer der zeitveränderlichen Zusatzerregerkräfte zur Veränderung der Gesamterregerkraft und damit der Schwingungsanregung derart eingestellt, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, welche oder welcher eine verbesserte und bevorzugterweise grösstmögliche Übereinstimmung mit der Soll-Schwingungsantwort bzw. dem Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf aufweist.
Auf diese Weise wird eine Optimierung der Bewegung des Werkzeugs bzw. der vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche ausgeübten Kraft und damit der Arbeitsleistung der Maschine erzielt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Phasenlage zwischen der zeitveränderlichen Grunderregerkraft und zumindest einer der zeitveränderlichen Zusatzerregerkräfte während dem Betrieb der Maschine eingestellt bzw. verändert, was einen unterbruchsfreien Betrieb ermöglicht und bevorzugterweise als automatisierter Regeleingriff mit einem erneuten Vergleich der resultierenden Schwingungsantwort oder des resultierenden Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft mit der Soll-Schwingungsantwort bzw. dem Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Phasenlage derartig eingestellt, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Maschine jederzeit in einem guten bzw. im optimalen Bereich betrieben wird, also immer eine relativ grosse bzw. die maximale Kraft vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche übertragen wird.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Phasenlage, die Frequenz und/oder die Amplitude der Grunderregerkraft und/- oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte bevorzugterweise unabhängig voneinander derartig eingestellt, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei der oder dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche oder die maximale Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontaktverlusts zwischen dem Werkzeug und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb. Dies ist, wie bereits erwähntwurde, insbesondere bei Vibrationswalzen für die Verdichtung von Asphalt wichtig, da diese im Auflastbetrieb betrieben werden müssen, um ein zeitweiliges Abheben der Walze von der zu verdichtenden Asphaltoberfläche sicher zu verhindern.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb insbesondere fortlaufend ermittelt und die Grundfrequenz insbesondere fortlaufend auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz eingestellt, bevorzugterweise auf eine Frequenz typischerweise im Bereich zwischen 105 % und 130 %, bevorzugterweise zwischen 110 % und 120% der ermittelten Resonanzfrequenz. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Grundfrequenz gezielt in einem Bereich geringfügig oberhalb der Resonanzfrequenz gehalten werden kann, was eine weitere Leistungsoptimierung ermöglicht.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Ermitteln der Schwingungsantwort und/oder des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs und gegebenenfalls der Resonanzfrequenz, das Vergleichen mit einer angestrebten Soll-Schwingungsantwort und/oder einem Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf und das Einstellen der Phasenlage und gegebenenfalls der Frequenz und/oder Amplitude automatisiert mittels einer Maschinensteuerung durchgeführt, und zwar bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb der Maschine. Hierdurch kann zu jederzeit ein Betrieb mit optimalen Betriebsparametern sichergestellt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Maschine umfassend einen Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren Unwuchtmassen zur Erzeugung einer mehrfrequenten zeitveränderlichen Erregerkraft. Bei einer einzigen Unwuchtmasse vollführt diese mehrere überlagerte Rotationen, welche z.B. rotatorisch gleichgerichtet oder rotatorisch entgegengesetzt sein können. Bei mehreren Unwuchtmassen vollführen diese bevorzugterweise jeweils eine Einzelrotation, wobei es vorgesehen ist, dass gleiche und/oder entgegen gesetzte Rotationsrichtungen zum Einsatz kommen.
Die Erregerkraft wird durch die Überlagerung einer Grunderregerkraft, welche mit einer Grundfrequenz zeitveränderlich ist, mit einer oder mehreren Zusatzerregerkräften, welche mit Zusatzfrequenzen grösser als die Grundfrequenz zeitveränderlich sind, erzeugt. Dabei ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass die Phasenlage zwischen der zeitveränderlichen Grunderregerkraft und zumindest einer der zeitveränderlichen Zusatzerregerkräfte während dem Betrieb einstellbar ist, bevorzugterweise stufenlos.
Weiter umfasst die Maschine ein mit dem Unwuchterreger zwecks Schwingungsanregung gekoppeltes Werkzeug zur Einwirkung auf eine Arbeitsfläche.
Auch umfasst die Maschine Mittel zur Ermittelung der Schwingungsantwort des Werkzeugs auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers beim bestimmungsgemässen Betrieb der Maschine und/oder Mittel zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft beim bestimmungsgemässen Betrieb der Maschine, welcher sich aus einer Überlagerung des aus der Schwingungsantwort des Werkzeugs und dessen schwingender Masse sich ergebenden Bewegungskraftverlaufs des Werkzeugs mit dem Erregerkraftverlauf des oder der Erreger und der statischen Gewichtskraft der Maschine ergibt
Die Mittel zur Ermittelung der Schwingungsantwort des Werkzeugs umfassen typischerweise Beschleunigungssensoren und eine computergestützte Recheneinheit, welche die von den Sensoren gelieferten Signale auswertet. Hierdurch wird es möglich, die Auswirkungen einer Veränderung der Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der mindestens einen Zusatzerregerkraft, welche zu einer Veränderung der resultierenden Gesamterregerkraft führt, auf die Schwingungsantwort des Werkzeugs, also auf dessen Bewegungsverlauf, objektiv zu beurteilen und so gezielt Einfluss auf diesen wichtigen Betriebsparameter durch gezieltes Verstellen der Phasenlage zu nehmen.
Bei Maschinen zur Bodenverdichtung wird die Arbeitsflächen-Reaktionskraft auch als Bodenreaktionskraft bezeichnet.
Die Mittel zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft umfassen typischerweise Beschleunigungssensoren, Sensoren zur Positionserfassung der rotierenden Unwuchten und eine computergestützte Recheneinheit, welche die von den Sensoren gelieferten Signale auswertet. Hierdurch wird es möglich, die Auswirkungen einer Veränderung der Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der mindestens einen Zusatzerregerkraft, welche zu einer Veränderung der resultierenden Gesamterregerkraft führt, auf die vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche ausgeübte Kraft objektiv zu beurteilen und so eine Optimierung dieser Kraft und damit der Arbeitsleistung der Maschine durch gezieltes Verstellen der Phasenlage vorzunehmen.
Zudem umfasst die Maschine zusätzlich eine Maschinensteuerung, mittels welcher die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der mindestens einen Zusatzerregerkraft automatisch und bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb derart einstellbar ist, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist.
Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Maschine jederzeit in einem guten Bereich oder im optimalen Bereich betrieben wird, d.h. immer eine relativ grosse bzw. die maximal mögliche Kraft vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche übertragen werden kann.
Bevorzugterweise handelt es sich bei der Maschine um eine vibrationsaktivierte Bohrmaschine, Strassenfräse oder Tunnelfräse, eine Vibrationsramme oder eine Maschine zur Bodenverdichtung, insbesondere eine Vibrationsplatte oder eine Vibrationswalze. Bei solchen Maschinen treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass zumindest eine der Zusatzerregerkräfte mit einer einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entsprechenden Zusatzfrequenz zeitveränderlich ist, und zwar bevorzugterweise mit einer Frequenz entsprechend dem Zweifachen der Grundfrequenz. Es hat sich gezeigt, dass bei ganzzahligen Frequenzverhältnissen die grössten Leistungsgewinne möglich sind.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Maschine ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass dieser zur Erzeugung der Grunderregerkraft und der Zusatzerregerkräfte separate Unwuchtmassen aufweist, welche jeweils separate Rotationsbewegungen vollführen. Derartige Lösungen basieren auf relativ einfachen und erprobten Konstruktionsprinzipien und können zudem auch bei existierenden Mehrwellen-Unwuchterregern nachgerüstet werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Maschine ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass dieser zur Erzeugung der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte eine gemeinsame Unwuchtmasse aufweist, welche zumindest zwei überlagerte Rotationsbewegungen vollführt. Eine derartige Konstruktionsweise weist als potentielle Vorteile eine kompakte Bauweise, eine einfache Phasenlagenverstellung und minimale Lagerdrehzahlen auf.
Dabei kann es bevorzugt sein, dass der Unwuchterreger ein Gegengewicht aufweist, welches die durch die Unwuchtmasse bei der Rotation mit der Grundfrequenz erzeugten Unwucht verringert und somit die Grunderregerkraft reduziert. Hierdurch ist es möglich, das Verhältnis zwischen der Grunderregerkraft und der oder den Zusatzerregerkräften durch bauliche Massnahmen in weiten Bereichen zu beeinflussen. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Maschine ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass die Grundfrequenz und/oder die Zusatzfrequenzen bevorzugterweise stufenlos einstellbar sind, bevorzugterweise während dem Betrieb. Üblicherweise ist deren Verhältnis zueinander fix, d.h. dass eine Veränderung der Grundfrequenz automatisch zu einer entsprechenden Veränderung der Zusatzfrequenzen führt, wie sich dies bei einer Zwangkopplung über Zahnräder ergibt. Es ist jedoch ebenso vorgesehen, für spezifische Anwendungen variable Frequenzverhältnisse zu ermöglichen.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Maschine ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder die Amplitude einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte bevorzugterweise stufenlos einstellbar sind, und zwar mit Vorteil während dem Betrieb. Zudem ist es weiter bevorzugt, dass die Amplituden unabhängig von der jeweiligen Erregerfrequenz einstellbar sind, z.B. indem der Schwerpunktsabstand der jeweiligen Unwuchtmasse vom Rotationszentrum verändert wird oder durch Überlagerung gleich schnell und gleichsinning rotierender Unwuchten.
Durch diese Massnahmen wird eine weitere Optimierung der Verdichtungsleistung möglich, insbesondere fortlaufend und automatisiert während dem Betrieb.
Weiter ist es von Vorteil, dass die Maschine eine Maschinensteuerung umfasst, mittels welcher die Phasenlage, die Frequenz und/oder die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte automatisch und bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb derartig einstellbar sind, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei der oder dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche oder die maximale Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontaktverlusts zwischen dem Werkzeug und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb. Dies ist insbesondere bei Vibrationswalzen für die Verdichtung von Asphalt wichtig, welche im Auflastbetrieb betrieben werden müssen, da ein zeitweilige Abheben der Walze von der zu verdichtenden Asphaltoberfläche zu einer schlechten Oberflächenqualität (Rattermarken) führen würde, was es zu vermeiden gilt.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Maschine zudem Mittel zur insbesondere fortlaufenden Ermittlung der Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb auf. Diese Mittel weisen typischerweise Beschleunigungssensoren, Sensoren zur Positionserfassung des oder der Erreger und eine computergestützte Recheneinheit auf, welche die von den Sensoren gelieferten Signale auswertet, und sind bevorzugterweise gemeinsam mit Mitteln zur Ermittlung der Schwingungsantwort des Werkzeugs und/oder zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ausgebildet.
Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die Maschine zudem eine Maschinensteuerung umfasst, mit welcher die Grundfrequenz automatisch und bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz einstellbar ist, und zwar bevorzugterweise auf eine Frequenz im Bereich zwischen 105% und 130%, noch bevorzugter zwischen 110% und 120% der ermittelten Resonanzfrequenz. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Grundfrequenz fortlaufend in einem Bereich geringfügig oberhalb der Resonanzfrequenz gehalten werden kann, was eine weitere Leistungsoptimierung ermöglicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

die Figuren 1 und 2 zwei grundlegende Konstruktionsprinzipien für Unwuchterreger;
Fig. 3 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines Unwuchterregers gemäss dem in Fig. 2 gezeigten Konstruktionsprinzips;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vibrationswalze;
Fig. 5 eine perspektivische Draufsicht auf den Unwuchterreger der Vibrationswalze aus Fig. 4;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Unwuchterreger aus Fig. 5;
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der Phasenverstellung des Unwuchterregers aus den Figuren 5 und 6;
die Figuren 8a bis 8d die Position der rotierenden Unwuchten und den Verlauf der Erregerkraft des Unwuchterregers, die Schwingungsantwort der Walzen sowie den Verlauf der Bodenreaktionskraft beim schwingungsantwortoptimierten Betrieb der Grabenwalze aus Fig. 4;
die Figuren 9a bis 9d die Phasenlage der rotierenden Unwuchten und den Verlauf der Erregerkraft des Unwuchterregers, die Schwingungsantwort der Walzen sowie den Verlauf der Bodenreaktionskraft bei einem bodenreaktionskraftoptimierten Betrieb der Grabenwalze aus Fig. 4;
Fig. 10 eine perspektivische Draufsicht auf einen Unwuchterreger gemäss der Prinzipdarstellung in Fig. 3;
die Figuren 11a und 11b die Position der Unwuchtmasse des Unwuchterregers aus Fig. 10 in verschiedenen Winkelpositionen der Grundrotation bei zwei verschiedenen Phasenlagen; und
Fig. 12 eine Draufsicht auf das Unterteil einer mit zwei Unwuchterregern gemäss Fig. 10 ausgerüsteten Vibrationsplatte.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Zwei grundlegende Konstruktionsprinzipien für Unwuchterreger für eine erfindungsgemässe Maschine sind in den Figuren 1 und 2 in perspektivischer Darstellung gezeigt.
Das in Fig. 1 gezeigte Funktionsprinzip beruht auf der Verwendung zweier rotierender Wellen 1, 2, welche jeweils ein Unwuchtgewicht 3 tragen und um parallele Rotationsachsen r1, r2 herum synchronisiert, z.B. über ein Zahnradgetriebe oder einen Zahnriemen 4, mit unterschiedlichen Drehzahlen f1, f2 angetrieben werden. Dabei ist die Phasenlage zwischen den beiden rotierenden Wellen 1, 2 einstellbar, z.B. über ein Differentialgetriebe 5.
Das in Fig. 2 gezeigte Funktionsprinzip beruht auf der Verwendung einer einzigen geführten Masse 3, welche zwei überlagerte Drehungen vollführt. Die Masse 3 wird mit einer ersten Drehzahl f1 beabstandet um eine erste Rotationsachse r1 rotiert, wobei sie gleichzeitig mit einer zweiten Drehzahl f2, welche grösser ist als die erste Drehzahl f1 und mit dieser synchronisiert ist, um eine zweite Rotationsachse r2 rotiert wird, welche ihrerseits mit der ersten Drehzahl f1 und mit einem festen Abstand um die erste Rotationsachse r1 rotiert. Aufgrund der zweiten überlagerten Rotation ändert sich der Abstand der Masse 3 zur ersten Rotationsachse r1 laufend. Die Rotation um die zweite Rotationsachse r2 wird dadurch hervorgerufen, dass ein die Masse 3 tragendes und um die zweite Rotationsachse r2 rotierbares Bauteil mit einem Zahnrad 6 im Eingriff mit einem feststehenden, konzentrisch zur ersten Rotationsachse r1 angeordneten Zahnrad 7 steht und an dessen Aussenumfang abrollt. Die Phasenlage zwischen der ersten und der zweiten Rotation kann durch ein Verdrehen des mit der ersten Rotationsachse r1 konzentrischen Zahnrads 7 verändert werden.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung eines weiterentwickelten Unwuchterregers gemäss dem in Fig. 2 gezeigten Konstruktionsprinzip. Wie zu erkennen ist, weist der Unwuchterreger einen kurbelwellenartigen Hauptkörper 8 auf, der um zwei endseitig angeordneten Lagerzapfen 10 rotierbar um eine erste Rotationsachse r1 herum gelagert ist und mit einem Antriebsmotor 9 verbunden ist, mit welchem er mit einer ersten Drehzahl f1 antreibbar ist. Der Kurbelzapfen wird von einer Welle 11 gebildet, die ein Unwuchtgewicht 3 trägt. Die Welle 11 ist an ihren Enden rotierbar um eine zweite Rotationsachse r2 gelagert. An einem Ende weist die Welle 11 einen Überstand mit einem Ritzel 6 auf, welches am Aussenumfang eines feststehenden und mit der Rotationsachse r1 des Hauptkörpers 8 konzentrischen Zahnrads 7 abläuft. Wie zu erkennen ist, wird bei einer Rotation des Hauptkörpers 8 um die erste Rotationsachse r1 herum die Welle 11 mit der daran befestigten Unwuchtmasse 3 mit einem festen Abstand um die Rotationsachse r1 herum rotiert. Dabei wird infolge des Ablaufens des Ritzels 6 am Umfang des Zahnrads 7 die Welle 11 gleichzeitig um die zweite Rotationsachse r2 rotiert, so dass das Unwuchtgewicht 3 eine Bewegung aus zwei überlagerten Rotationen vollführt. Infolge der unterschiedlichen Umfänge von Ritzel 6 und Zahnrad 7 rotiert die Welle 11 hier mit einer Drehzahl f2, welche grösser ist als die Antriebsdrehzahl f1 des Hauptkörpers 8. Zur Verstellung der Phasenlage zwischen den beiden Rotationen um die Rotationsachsen r1, r2 herum kann das Zahnrad 7 mittels eines Betätigungshebels 12 und eines zugeordneten Antriebs, z.B ein Hydraulikzylinder 13, um sein Zentrum und damit um die erste Rotationsachse r1 herum um einen bestimmten Winkel α verdreht werden.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Grabenwalze mit einem Unwuchterreger, welcher das Konstruktionsprinzip gemäss Fig. 1 verwirklicht. Die Grabenwalze besteht aus einem Unterwagen 14 mit den Walzen 15 und dem Unwuchterreger 16 und einem Oberwagen 17 mit dem Antriebsmotor (nicht gezeigt), welcher gegenüber dem Unterwagen schwingungsmässig isoliert ist.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf den Unwuchterreger der Grabenwalze aus Fig. 4. Der Unwuchterreger 16 weist zwei übereinander angeordnete Unwuchtwellen (nicht sichtbar) auf, welche jeweils um eigene Rotationsachsen r1, r2 rotiert werden. An einem Ende des Unwuchterregers 16 ist ein Hydromotor 9 angeordnet, mit welchem die untere Unwuchtwelle mit der Grundfrequenz f1 um die Rotationsachse r1 rotiert werden kann.
Ein Längsschnitt durch den Unwuchterreger aus Fig. 5 ist in Fig. 6 gezeigt. Wie hier zu erkennen ist, sind die beiden Unwuchtwellen 1, 2 des Unwuchterreger 16, welche die Unwuchtmassen 3 tragen, über ein Zahnriemengetriebe umfassend eine untere Zahnriemenscheibe 18, eine obere Zahnriemenscheibe 19 und einen Zahnriemen 4 rotatorisch miteinander gekoppelt, derart, dass die obere Unwuchtwelle 2 bei Rotation der unteren Unwuchtwelle 1 mit der Grundfrequenz f1 zwangssynchron und gleichsinnig mit einer Frequenz f2, welche der doppelten Grundfrequenz f1 entspricht, angetrieben wird.
Wie in Zusammenschau mit Fig. 7 ersichtlich wird, welche das Prinzip der Zahnriemenkopplung zwischen den beiden Unwuchtwellen 1, 2 stark vereinfacht zeigt, kann die Phasenlage der Rotationen f1, f2 der beiden Wellen 1, 2 zueinander dadurch verstellt werden, dass eine Anordnung aus zwei Hilfsriemenscheiben 28a, 28b, deren Lagerstellen über eine Brücke 29 miteinander verbunden sind, in einer Richtung V quer zu einer Geraden durch die Rotationszentren der unteren 18 und der oberen Zahnriemenscheibe 19 mittels eines Antriebs, z.B. eines Hydraulikzylinders 13, verschoben wird. Durch diese Verschiebung ändert sich das Verhältnis von der freien Zahnriemenlänge zwischen der oberen und der unteren Zahnriemenscheibe 18, 19 auf der Lastseite (Seite, an welcher die Hilfsriemenscheibe 28b am Zahnriemen 4 angreift) zu der freien Zahnriemenlänge zwischen der unteren und der oberen Zahnriemenscheibe 18, 19 auf der lastfreien Seite (Seite, an welcher die Hilfsriemenscheibe 28a am Zahnriemen 4 angreift), so dass die untere und die obere Riemenscheibe 18, 19 und damit die Unwuchtwellen 1, 2 relativ zueinander verdreht werden. Damit der Zahnriemen 4 einen möglichst grossen Umschlingungswinkel an der unteren und der oberen Riemenscheibe 18, 19 bildet, was wünschenswert ist um die Zahnbelastung möglichst gering zu halten, sind hier zusätzlich Umlenkrollen 30 vorgesehen, welche zudem auch als Spannrollen dienen können. Ebenso ist es aber auch vorgesehen, die Brücke 29 als Spannelement auszubilden, welches im Betrieb zusätzlich die beiden Hilfsriemenscheiben mit einer bestimmten Vorspannkraft voneinander weg und gegen den Zahnriemen 4 drückt.
Fig. 8a zeigt die obere und die untere Unwuchtwelle des Unwuchterregers aus den Figuren 5 und 6 bei der Rotation mit einer ersten Phasenlage zueinander. Wie zu erkennen ist, weisen die Unwuchtmassen der beiden Unwuchtwellen 1, 2 in der dargestellten Situation einen Verdrehwinkel ϕ von 105° zueinander auf. Bei dieser Phasenlage erzeugen die Unwuchtwellen 1, 2 die in Fig. 8b dargestellten Erregerkraftverläufe (Erregerkraft Ferr in kN über der Zeit t dargestellt), welche zusammen den Gesamterregerkraftverlauf (nicht dargestellt) ergeben. Die sich bei entsprechendem Betrieb der Grabenwalze gemäss Fig. 4 mit diesem Unwuchterreger auf sandigem Boden ergebende Schwingungsantwort der Walzen (Schwingungsamplitude der Walzen Amp in mm über der Zeit t dargestellt) ist in Fig. 8c dargestellt und der sich ergebende Verlauf der Bodenreaktionskraft (Bodenreaktionskraft Frea in kN über der Zeit t) in Fig. 8d.
Wie zu erkennen ist, ergibt sich bei dieser Phasenlage auf sandigem Boden eine Schwingungsantwort der Walzen 15, bei welcher der Quotient aus der maximalen Amplitude Amp der Schwingungsantwort der Walzen in Arbeitsrichtung (hier Schwerkraftrichtung) zur maximalen Amplitude Amp der Schwingungsantwort der Walzen in Richtung entgegen der Arbeitsrichtung maximal ist. Es handelt sich also um einen schwingungsantwortoptimierten Betrieb der Grabenwalze, bei welchem im vorliegenden Fall, wie aus Fig. 8d hervorgeht, ein Bodenreaktionskraftverlauf resultiert, der sowohl in Arbeitrichtung der Walzen als auch entgegengesetzt etwa gleich grosse Kraftmaxima aufweist.
Die Figuren 9a bis 9d zeigen Darstellungen wie die Figuren 8a bis 8d mit dem Unterschied, dass hier eine zweite Phasenlage der Unwuchtwellen vorliegt, bei der die Unwuchtmassen der beiden Unwuchtwellen 1, 2 in der dargestellten Situation einen Verdrehwinkel ϕ von lediglich 15° zueinander aufweisen. Wie aus einem Vergleich von Fig. 9b mit Fig. 8b zu erkennen ist, sind die Verläufe der Erregerkräfte Ferr entsprechend verschoben, so dass ein anderer Gesamterregerkraftverlauf (nicht gezeigt) resultiert.
Wie aus den Figuren 9c und 9d zu erkennen ist, ergibt sich bei dieser Phasenlage auf sandigem Boden eine Schwingungsantwort der Walzen 15, bei welcher sowohl in Arbeitrichtung der Walzen als auch entgegengesetzt praktisch gleich grosse Schwingungsamplitudenmaxima resultieren, während sich ein Bodenreaktionskraftverlauf einstellt, bei welchem der Quotient aus der maximalen Kraft des Verlaufs der Bodenreaktionskraft in Arbeitsrichtung zur maximalen Kraft des Verlaufs der Bodenreaktionskraft in Richtung entgegen der Arbeitsrichtung maximal ist. Es handelt sich hier also um einen bodenreaktionskraftoptimierten Betrieb der Grabenwalze.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf einen Unwuchterreger, welcher das Konstruktionsprinzip gemäss Fig. 2 in der Konzeption gemäss Fig. 3 verwirklicht. Wie zu erkennen ist, weist hier der Hauptkörper 8 zwei kreisrunde Scheiben 20 auf, welche um ihr Zentrum herum um eine erste Rotationsachse r1 herum rotiert werden können. Die Lagerstellen sind hier nicht sichtbar. An einer Position an ihrem Umfang bilden die Scheiben 20 jeweils eine Lagerstelle 21, an welcher jeweils eines der Enden einer Unwuchtwelle bestehend aus einer Welle 11 und einer Unwuchtmasse 3 rotierbar um eine zweite Rotationsachse r2 gelagert ist. An diesen Lagerstellen gegenüberliegenden Umfangspositionen weisen die Scheiben 20 Gegengewichte 31 auf, welche die durch die Unwuchtmassen 3 bei der Rotation mit der Grundfrequenz um die erste Rotationsachse r1 erzeugten Unwucht verringern und dadurch gezielt die Grunderregerkraft derart reduzieren, dass bei bestimmungsgemässem Betrieb ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Grunderregerkraft und der Zusatzerregerkraft vorliegt.
An einem ihrer Enden weist die Welle 11 ein Ritzel 6 auf, welches am Aussenumfang eines im Betrieb feststehenden, mit der Rotationsachse r1 des Hauptkörpers 8 bzw. mit dem Zentrum der Scheiben 20 konzentrischen Zahnrads 7 abläuft. Wie zu erkennen ist, wird beim Rotieren des Hauptkörpers 8 um die erste Rotationsachse r1 herum die Welle 11 mit der daran befestigten Unwuchtmasse 3 mit einem festen Abstand um die Rotationsachse r1 herum rotiert. Gleichzeitig wird infolge des Ablaufens des Ritzels 6 am Umfang des Zahnrads 7 die Welle 11 um die zweite Rotationsachse r2 rotiert. Infolge der unterschiedlichen Umfänge von Ritzel 6 und Zahnrad 7 rotiert die Welle 11 hier mit einer Drehzahl f2, welche der doppelten Antriebsdrehzahl f1 entspricht. Zur Verstellung der Phasenlage zwischen den beiden Rotationen um die Rotationsachsen r1, r2 herum kann das Zahnrad 7, z.B. mittels einer Zahnstange (nicht gezeigt), um sein Zentrum und damit um die erste Rotationsachse r1 herum verdreht werden.
Die Figuren 11a und 11b zeigen schematisch die Position der Unwuchtmasse des Unwuchterregers aus Fig. 8 in verschiedenen Winkelpositionen bezüglich der Grundrotation bei zwei verschiedenen Phasenlagen, wobei Fig. 11a eine erste Phasenlage zeigt und Fig. 11b eine zweite, gegenüber der ersten um 45° verdrehte Phasenlage. Wie zu erkennen ist, vollführt das Unwuchtgewicht 3 jeweils bei einer Grundrotation des Erregers von 90° um die erste Rotationsachse r1 herum eine Rotation von 180° um die zweite Rotationsachse r2 herum und eine resultierende Gesamtrotation von 270°.
Fig. 12 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Unterteil einer mit zwei Unwuchterregern 16 gemäss Fig. 10 ausgerüsteten Vibrationsplatte. Das Oberteil mit dem Antriebsmotor ist nicht dargestellt. Das Gehäuse 27 der Erregeranordnung ist starr mit der Arbeitsplatte 26 des Vibrationsplatte verbunden. Die Scheiben 20 der Unwuchterreger 16 sind rotierbar um die erste Rotationsachse r1 gelagert und je Unwuchterreger 16 über eine zentrale Hülse 22 drehsteif miteinander verbunden. Eine der beiden Hülsen 22 ist von einer Achse (nicht gezeigt) durchsetzt, die das Zahnrad 7 trägt und dieses mit einem aussen liegenden Zahnrad 24 verbindet. Die Unwuchtmassen 3 beider Unwuchterreger 16 werden von einer gemeinsamen Welle 11 getragen, welche an zentraler Position das Ritzel 6 trägt, welches bei Rotation der Unwuchterreger 16 am Umfang des Zahnrads 7 abläuft. Auf einer Seite der Anordnung erfolgt der Antrieb der Unwuchterreger 16 über eine Riemenscheibe 23 und auf der anderen Seite erfolgt die Verdrehung des Zahnrads 7 zwecks Verstellung der Phasenlage über eine Zahnstange 25, die in das Zahnrad 24 eingreift.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Maschine umfassend einen Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren Unwuchten (3) zur Erzeugung einer mehrfrequenten zeitveränderlichen Erregerkraft, welche durch Überlagerung einer mit einer Grundfrequenz (f1) zeitveränderlichen Grunderregerkraft und einer oder mehrerer mit Zusatzfrequenzen (f2) grösser als die Grundfrequenz zeitveränderlichen Zusatzerregerkräften gebildet wird, wobei die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte insbesondere stufenlos einstellbar ist und weiter umfassend ein mit dem Unwuchterreger zwecks Schwingungsanregung gekoppeltes Werkzeug (15, 26) zur Einwirkung auf eine Arbeitsfläche, umfassend den Schritt
a) Betreiben der Maschine derartig, dass das mit dem Unwuchterreger (16) zu Schwingungen angeregte Werkzeug (15, 26) bestimmungsgemäss auf eine Arbeitsfläche einwirkt,
das Verfahren gekennzeichnet durch die Schritte

b) Ermitteln der Schwingungsantwort des Werkzeugs auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers (16) oder des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft beim bestimmungsgemässen Betrieb;

c) Vergleichen der ermittelten Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) mit einer angestrebten Soll-Schwingungsantwort oder des ermittelten Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs mit einem angestrebten Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf; und

d) Einstellen der Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte zur Veränderung der Schwingungsanregung derart, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) ergibt, welche eine verbesserte, insbesondere grösstmögliche Übereinstimmung mit der Soll-Schwingungsantwort aufweist oder dass sich ein Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf ergibt, welcher eine verbesserte, insbesondere grösstmögliche Übereinstimmung mit dem Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage während dem Betrieb eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage derartig eingestellt wird, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen (f1, f2) und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage, die Frequenz (f1, f2) und/oder die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte insbesondere unabhängig voneinander derartig eingestellt werden, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei der oder bei dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs oder die maximale Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs (15, 26) an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontaktverlusts zwischen dem Werkzeug (15, 26) und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb insbesondere fortlaufend ermittelt wird und die Grundfrequenz (f1) insbesondere fortlaufend auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz eingestellt wird, insbesondere auf eine Frequenz im Bereich zwischen 105 % und 130 %, insbesondere zwischen 110 % und 120 % der ermittelten Resonanzfrequenz.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Schwingungsantwort des Werkzeugs oder des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft und gegebenenfalls der Resonanzfrequenz, das Vergleichen mit einer angestrebten Soll-Schwingungsantwort oder mit einem angestrebten Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf und das Einstellen der Phasenlage und gegebenenfalls der Frequenz (f1, f2) und/oder Amplitude automatisiert mittels einer Maschinensteuerung durchgeführt wird, insbesondere fortlaufend während dem Betrieb der Maschine.
Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
einen Unwuchterreger (16) mit einer oder mehreren rotierbaren Unwuchten (3) zur Erzeugung einer mehrfrequenten zeitveränderlichen Erregerkraft, welche durch Überlagerung einer mit einer Grundfrequenz (f1) zeitveränderlichen Grunderregerkraft und einer oder mehrerer mit Zusatzfrequenzen (f2) grösser als die Grundfrequenz zeitveränderlichen Zusatzerregerkräften gebildet wird, wobei die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte während dem Betrieb insbesondere stufenlos einstellbar ist, und
ein mit dem Unwuchterreger zwecks Schwingungsanregung gekoppeltes Werkzeug (15, 26) zur Einwirkung auf eine Arbeitsfläche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Maschine Mittel zur Ermittlung der Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers (16) beim bestimmungsgemässen Betrieb der Maschine und/oder Mittel zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft beim bestimmungsgemässen Betrieb der Maschine umfasst,
und dass die Maschine eine Maschinensteuerung umfasst, mittels welcher die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte automatisch und insbesondere fortlaufend während dem Betrieb derart einstellbar ist, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen (f1, f2) und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist.
Maschine nach Anspruch 7, weiter umfassend eine Maschinensteuerung mittels welcher die Phasenlage, die Frequenz (f1, f2) und/oder die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte automatisch und insbesondere fortlaufend während dem Betrieb derartig einstellbar sind, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei der oder bei dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs oder die maximale Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs (15, 26) an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontaktverlusts zwischen dem Werkzeug (15, 26) und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 8, des Weiteren umfassend Mittel zur insbesondere fortlaufenden Ermittlung der Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb.
Maschine nach Anspruch 9, weiter umfassend eine Maschinensteuerung mittels welcher die Grundfrequenz (f1) automatisch und insbesondere fortlaufend während dem Betrieb auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz einstellbar ist, insbesondere auf eine Frequenz im Bereich zwischen 105 % und 130 %, insbesondere zwischen 110 % und 120 % der ermittelten Resonanzfrequenz.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Bohrmaschine, eine Strassenfräse, eine Tunnelfräse, eine Ramme oder eine Maschine zur Bodenverdichtung ist, insbesondere eine Vibrationsplatte oder eine Vibrationswalze.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger derartig ausgebildet ist, dass zumindest eine der Zusatzerregerkräfte mit einer einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz (f1) entsprechenden Zusatzfrequenz (f2) zeitveränderlich ist, insbesondere mit einer Frequenz (f2) entsprechend dem Zweifachen der Grundfrequenz.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger derartig ausgebildet ist, dass zur Erzeugung der Grunderregerkraft und der Zusatzerregerkräfte separate Unwuchtmassen (3) vorhanden sind, welche jeweils separate Rotationsbewegungen vollführen.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger derartig ausgebildet ist, dass zur Erzeugung der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte eine gemeinsame Unwuchtmasse (3) vorhanden ist, welche zumindest zwei überlagerte Rotationsbewegungen vollführt.
Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger derartig ausgebildet ist, dass der Erreger (16) ein Gegengewicht (31) aufweist, zur Verringerung der durch die Unwuchtmasse (3) bei der Rotation mit der Grundfrequenz (f1) erzeugten Unwucht.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger derartig ausgebildet ist, dass die Grundfrequenz (f1) und/- oder die Zusatzfrequenzen (f2) insbesondere stufenlos und insbesondere während dem Betrieb einstellbar sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Unwuchterreger derartig ausgebildet ist, dass die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder die Amplitude einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte insbesondere stufenlos und insbesondere während dem Betrieb einstellbar sind, insbesondere unabhängig von der jeweiligen Frequenz.