EP4249685A2 - Verfahren und baumaschine zur bodenverdichtung - Google Patents

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EP4249685A2
EP4249685A2 EP23186219.4A EP23186219A EP4249685A2 EP 4249685 A2 EP4249685 A2 EP 4249685A2 EP 23186219 A EP23186219 A EP 23186219A EP 4249685 A2 EP4249685 A2 EP 4249685A2
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EP
European Patent Office
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support cable
winch
cable
winch drum
compression element
Prior art date
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EP23186219.4A
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EP4249685B1 (de
EP4249685C0 (de
EP4249685A3 (de
Inventor
Andreas HUGL
David Pfeiffer
Andreas SCHUELL
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Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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Publication date
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Publication of EP4249685A3 publication Critical patent/EP4249685A3/de
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Publication of EP4249685C0 publication Critical patent/EP4249685C0/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/485—Control devices automatic electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/50—Control devices automatic for maintaining predetermined rope, cable, or chain tension, e.g. in ropes or cables for towing craft, in chains for anchors; Warping or mooring winch-cable tension control
    • B66D1/505—Control devices automatic for maintaining predetermined rope, cable, or chain tension, e.g. in ropes or cables for towing craft, in chains for anchors; Warping or mooring winch-cable tension control electrical
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil

Definitions

  • the invention relates to a method for soil compaction with a construction machine, wherein a support cable is guided along a mast, the support cable is wound up and unwound by means of a rotatably mounted winch drum of a cable winch, the winch drum is driven in rotation by means of a winch drive and a compaction element is arranged on the support cable which is moved vertically by the support cable, the support cable being unwound from the winch drum of the cable winch and the compaction element being lowered from a position above a floor surface on the support cable to the floor surface, the compression element hitting the floor surface and thereby the ground compacted, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a construction machine for soil compaction with a mast, a support cable which is guided along the mast, a cable winch with a rotatably mounted winch drum to which the support cable is attached for winding and unwinding, a winch drive for rotating the winch drum, a Compaction element, which is attached to the support cable for vertical movement, and a control unit, through which the cable winch can be operated to unwind the support cable from the winch drum, the compression element being lowered on the support cable to a floor surface and the compression element for compacting the soil the floor surface hits, according to the preamble of claim 11.
  • a generic construction machine comes from the EP 3 708 528 A1 out.
  • the winch drum When lowering a compaction element using such a construction machine, it is usually provided that after the compaction element hits the ground, the winch drum is braked by means of a corresponding braking device. Since the compression element hits a ground surface at a relatively fast lowering speed, so-called slack rope and an undesirable rope vibration can form on the support rope, which continues over the mast head to a winch drum. This rope vibration can cause rope wraps on the winch drum to jump out of their intended position. Continued operation of the winch drum may result in incorrect winding of the support cable on the winch drum, with the cable crossing the grooves on the drum.
  • Such a disordered rope winding on the winch drum can lead to damage to the winch drum and in particular to increased wear on the supporting rope. This can not only significantly shorten the lifespan of the suspension cable, but the overall maximum load capacity of the suspension cable can also be impaired.
  • the teachings EP 3 708 528 A1 A cable pressure device with at least one pressure element is to be provided in the area of the winch drum. This can reliably prevent the rope vibration of the supporting rope from spreading to the rope area wound on the winch drum.
  • the rope pressure device means additional design effort and requires a corresponding amount of space on the construction machine. Furthermore, the rope pressure device also requires maintenance at certain intervals.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a construction machine for soil compaction, with which the negative effects of a cable vibration of the support cable on the cable winding on the winch drum are counteracted particularly efficiently.
  • the object is achieved on the one hand by a method with the features of claim 1 and on the other hand by a construction machine with the features of claim 11 solved.
  • Preferred embodiments of the invention are set out in the dependent claims.
  • the winding can be observed directly by a machine operator from an operating cabin.
  • a clean rope winding can also be ensured with any arrangement of the winch drum according to the invention by detecting a winding of the support cable on the winch drum using a sensor unit, in particular a camera unit or a radar unit or another suitable sensor.
  • the image from the camera unit for example, can be displayed to a machine operator in the machine cabin. Detection can take place optically, contactlessly via energy waves, tactilely, electronically, magnetically, through reed contact or in another suitable manner.
  • the sensor unit can be connected to the control unit, which determines whether there is correct winding on the winch drum based on signals or data detected by the sensor unit.
  • the signal or data can in particular be an image.
  • the recorded sensor signal for rope winding is evaluated electronically, for example using image processing software.
  • the machine operator or the control unit can individually adjust an amount or a measure of the unwinding of the support cable until the rope winding is correct on the winch drum.
  • the amount of unwinding can be specified as a rotation angle measure for the winch drum or a length measure for the support cable or a time period for controlling the winch drive (at a defined speed).
  • the winch drum is decoupled from the winch drive via a coupling device when unwinding the support cable, that the winch drive is driven in a direction of rotation for winding up the support cable before the compression element hits the bottom surface and that after the impact of the Compression element on the floor surface, the coupling device couples the winch drum with the already rotating winch drive.
  • This preferred embodiment of the invention is based on the knowledge that insufficient tension of the support cable in the area of the winch caused by cable vibration can lead to cable windings on the winch drum jumping out of their intended position.
  • the winch drive is decoupled from the winch drum via a coupling device when unwinding the support cable in a period of time before the compression element hits the ground surface.
  • the movement of the winch drum is therefore independent of the movement of the winch drive. This independence can be used to operate the winch drive at an early stage in a direction of rotation that is required to wind up the support cable.
  • the winch drum can be connected or coupled again to the winch drive, in particular immediately after the compression element has hit the ground surface, whereby the torque of the winch drive applied to the drive shaft can have a direct effect on the winch drum and a resulting abruptly starting rotational movement of the winch drum In the direction of winding up the supporting cable, this leads to very rapid cable tension in the area of the winch.
  • a winding force can be applied to the support cable via the winch drum immediately after or when the compression element hits the ground surface, so that it is immediately tensioned again in the area of the winch. Due to this immediately occurring rope tension, the formation of slack rope in the area of the winch and the associated jumping of rope windings on the winch drum from their intended position are significantly counteracted. This reduces the risk of undesirable misalignment of rope windings on the winch drum.
  • the support cable can in principle be connected directly to the compression element.
  • a chain and/or a steel cable hanger is preferably arranged as a buffer between the support cable and the compression element. This means that when braking, compression of the support cable due to standing on the compression element can be avoided.
  • the soil compaction process can be carried out by hand by a machine operator.
  • the method is carried out automatically using a control unit.
  • the control unit can in particular be connected to the winch drive and the coupling device and actuate them accordingly.
  • the control unit can also be connected to one or more sensors, through which a position of the compaction element and/or the rope tension is detected.
  • the clutch device can be designed as a lockable one-way clutch, whereby locking or unlocking can be effected by the control unit.
  • the coupling device can in principle be designed in any suitable manner. According to a further development of the invention, it is particularly expedient for the coupling device to comprise a free-fall brake, with the support cable unwinding taking place in a free-fall of the compression element.
  • a free-fall brake after opening the brake, the winch drum can be driven with low friction solely by the weight of the compression element attached to the support cable, whereby the compression element can hit the ground surface in free fall, so to speak. During this free fall, there is a certain minimum tensile stress on the supporting cable.
  • the free-fall brake can be used to end a free-fall or free-running mode electronically or by means of appropriate mechanical components when it hits the ground surface and a reduction in the cable tension occurs, with immediate coupling, i.e. the establishment of a torque-transmitting connection, between the winch drive and the Winch drum can be manufactured.
  • the free-fall brake which can be part of the clutch device or forms it as a whole, can be in connection with the control unit, which can in principle include an electronic computer unit.
  • the clutch device can be actuated at any time.
  • a preferred method variant of the invention is that the coupling device reaches the ground surface through the compaction element performs coupling. This ensures that, on the one hand, the freest possible falling movement of the compression element is achieved and, on the other hand, that torque is transferred from the winch drive to the winch drum immediately after hitting the ground in order to generate the desired cable tension of the support cable in the area of the winch.
  • any torque can be set on the winch drive for any period of time.
  • the winch drive generates a tightening torque during coupling, through which the support cable is tensioned in the area of the winch.
  • the tightening torque can preferably be designed in such a way that it leads to a desired rope tension, but the compaction element is not lifted from the ground. A second, higher torque can then be set for lifting.
  • the support cable is first briefly tensioned in the area of the winch and then the support cable is automatically transferred from the winch drum by the control unit before the compression element is raised again from the ground a certain amount is processed.
  • the support cable is preferably wound up again immediately afterwards.
  • this alternative or supplementary method it is provided to counteract incorrect winding of the support cable on the winch drum by first briefly tensioning the support cable in the area of the winch without lifting the compression element from the ground. Subsequently, before the compaction element is lifted from the ground, the tensioned support cable is automatically unwound and relaxed by a certain amount by the control unit, whereby any misalignment that may have occurred in the winding on the winch drum is removed again by unwinding.
  • the support cable can then be automatically wound up again by the control unit and the compaction element can be lifted from the ground until the compaction element again reaches the desired starting position above the ground for a new compaction process.
  • This method according to the invention ensures that even if an offset occurs in the cable winding, this is automatically and reliably eliminated by the control unit and so no permanent incorrect winding of the support cable can form on the winch drum. This also reliably counteracts rope wear.
  • the amount or degree of unwinding of the support cable before the compression element is raised again by winding up the support cable can be adjusted in any suitable manner. According to a further development of the invention, it is particularly advantageous that the support cable is unwound until the support cable is correctly wound on the winch drum. This ensures clean winding and therefore low wear on the support cable in the long term.
  • the amount of unwinding of the support cable is automatically set by the control unit or by a machine operator before the compression element is lifted again.
  • the amount can be constant or variable.
  • control unit is provided, which is designed to carry out one of the previously described methods for soil compaction.
  • the control unit can in particular be an electronic control unit and can in particular be integrated into an existing control unit of a construction machine.
  • the winch drum can also be arranged directly on the mast and in particular in an upper region of the mast. According to a further development of the invention, it is particularly expedient that the supporting cable is guided over a mast head at the upper end of the mast.
  • the winch drum and the winch drive can in particular be provided directly or close to a carrier device so that the construction machine as a whole has an overall center of gravity that is as low as possible.
  • the carrier device can in particular have an undercarriage with an uppercarriage rotatably mounted thereon.
  • the undercarriage can in particular include a chassis, in particular a crawler chassis.
  • At least one sensor unit in particular a camera unit, a radar unit or an ultrasonic or another suitable sensor, to detect a winding of the support cable in the area of the winch drum the winch drum is arranged.
  • a construction machine 10 designed as a crawler crane Fig. 1 has a mobile carrier device 12.
  • the carrier device 12 includes a crawler chassis 14, on which a superstructure 15 is rotatably mounted.
  • a holding carrier 26, a support carrier 28 and an adjusting cable mechanism 27 are provided on the superstructure 15 in a generally known manner.
  • At least one support cable 20 is guided from the superstructure 15, on which a compaction element 30 is suspended, which in the exemplary embodiment shown is designed as an impact weight 32 for soil compaction.
  • the support cable 20 is adjustable via a double winch arrangement in the superstructure 15, as is fundamentally known from the prior art.
  • a rope pressure device 40 can be arranged on each of the two sections of the support rope 20, one of which is on the holding carrier 26, also called A-frame, and the other is attached to the mast 16.
  • the ends of the support cable 20 are each attached to a cable winch in the superstructure 15, so that a double cable winch arrangement is provided for fast lifting operations.
  • a control unit can be provided on the superstructure 15, particularly in a cabin.
  • FIG. 2 A possible arrangement of a cable winch 22 for the construction machine 10 according to the invention is shown.
  • the cable winch 22 has a winch drum 24 for winding and unwinding the support cable 20.
  • the winch drum 24 can be driven to rotate in basically both directions of rotation via a winch drive 23, which is only partially shown, via an intermediate coupling device 25.
  • the coupling device 25 can be designed as a lockable one-way clutch or a so-called free-fall brake, with the support cable 20 being unwound in free fall, so to speak, solely via the weight of the compression element 30.
  • the coupling device 25 can immediately establish a rotation-proof connection between the winch drive 23 and the winch drum 24.
  • the winch drive 23 is driven, preferably via the control unit, in a winding direction, clockwise in the exemplary embodiment shown.
  • a tightening torque of the winch drive 23 is applied to the winch drum 24 immediately when coupling by the coupling device 25.
  • a desired tension of the support cable 20 in the area of the cable winch 22 can be achieved.
  • a clean winding of the support cable 20 on the winch drum 24 can be monitored by a camera unit 50 as a sensor unit.
  • a radar unit, ultrasound or another suitable sensor such as.
  • B. an optical sensor, a magnetic sensor or a reed contact can be used.
  • the support cable 20 can be unwound by a machine operator or preferably automatically via the control unit when an undesirable offset of the support cable 20 occurs on the winch drum 24 before the compression element 30 is lifted off the ground again.
  • the winch drum 24 can be used to wind up cleanly and the compression element 30 can then be lifted off the ground. In this way, the support cable 20 can be wound neatly on the winch drum 24.
  • a generally known additional cable pressure device 40 with a plate-shaped pressure element 42 can be provided on the winch drum 24.
  • the pressure element 42 is movably mounted by means of a base support 46 and can be pressed onto the cable winding on the winch drum 24 by means of a pressure cylinder 48 to additionally avoid cable displacement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenverdichtung und eine Baumaschine hierfür, wobei ein Tragseil entlang eines Mastes geführt wird, das Tragseil mittels einer drehbar gelagerten Windentrommel einer Seilwinde auf- und abgewickelt wird, die Windentrommel mittels eines Windenantriebes drehend angetrieben wird und an dem Tragseil ein Verdichtungselement angeordnet wird, welches durch das Tragseil vertikal bewegt wird, wobei das Tragseil von der Windentrommel der Seilwinde abgewickelt wird und das Verdichtungselement von einer Position oberhalb einer Bodenfläche an dem Tragseil bis zu der Bodenfläche abgesenkt wird, wobei das Verdichtungselement auf die Bodenfläche aufschlägt und dabei der Boden verdichtet wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels einer Sensoreinheit, insbesondere einer Kameraeinheit oder einer Radareinheit, eine Wicklung des Tragseiles auf der Windentrommel erfasst wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenverdichtung mit einer Baumaschine, wobei ein Tragseil entlang eines Mastes geführt wird, das Tragseil mittels einer drehbar gelagerten Windentrommel einer Seilwinde auf- und abgewickelt wird, die Windentrommel mittels eines Windenantriebes drehend angetrieben wird und an dem Tragseil ein Verdichtungselement angeordnet wird, welches durch das Tragseil vertikal bewegt wird, wobei das Tragseil von der Windentrommel der Seilwinde abgewickelt wird und das Verdichtungselement von einer Position oberhalb einer Bodenfläche an dem Tragseil bis zu der Bodenfläche abgesenkt wird, wobei das Verdichtungselement auf die Bodenfläche aufschlägt und dabei den Boden verdichtet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Baumaschine zur Bodenverdichtung mit einem Mast, einem Tragseil, welches entlang des Mastes geführt ist, einer Seilwinde mit einer drehbar gelagerten Windentrommel, an welcher das Tragseil zum Aufwickeln und Abwickeln angebracht ist, einem Windenantrieb zum drehenden Antreiben der Windentrommel, einem Verdichtungselement, welches zum vertikalen Bewegen an dem Tragseil angebracht ist, und einer Steuereinheit, durch welche die Seilwinde zum Abwickeln des Tragseiles von der Windentrommel betreibbar ist, wobei das Verdichtungselement an dem Tragseil bis zu einer Bodenfläche abgesenkt wird und das Verdichtungselement zum Verdichten des Bodens auf die Bodenfläche aufschlägt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Eine gattungsgemäße Baumaschine geht beispielsweise aus der EP 3 708 528 A1 hervor.
  • Bei einem Absenken eines Verdichtungselementes mittels einer solchen Baumaschine ist es üblicherweise vorgesehen, dass nach dem Auftreffen des Verdichtungselementes auf den Boden die Windentrommel mittels einer entsprechenden Bremseinrichtung abgebremst wird. Da das Verdichtungselement mit einer relativ schnellen Absenkgeschwindigkeit auf eine Bodenfläche auftrifft, kann sich an dem Tragseil sogenanntes Schlappseil und eine unerwünschte Seilschwingung ausbilden, die sich über den Mastkopf bis zu einer Windentrommel fortsetzt. Diese Seilschwingung kann dazu führen, dass Seilwicklungen an der Windentrommel aus ihrer vorgesehenen Position springen. Bei einem weiteren Betrieb der Windentrommel kann dies zu einem inkorrekten Aufwickeln des Tragseiles auf der Windentrommel führen, wobei das Seil die Rillung auf der Trommel kreuzt.
  • Eine derartige ungeordnete Seilwicklung an der Windentrommel kann zu Beschädigungen an der Windentrommel und insbesondere zu einem erhöhten Verschleiß des Tragseiles führen. Hierdurch kann sich nicht nur die Lebensdauer des Tragseiles erheblich verkürzen, sondern es kann insgesamt auch die maximale Traglast des Tragseiles beeinträchtigt werden.
  • Zur Sicherstellung einer korrekten Aufwicklung lehrt die EP 3 708 528 A1 im Bereich der Windentrommel eine Seilandruckeinrichtung mit mindestens einem Andruckelement vorzusehen. Hierdurch kann ein Ausbreiten der Seilschwingung des Tragseiles auf den auf der Windentrommel aufgewickelten Seilbereich zuverlässig vermieden werden. Die Seilandruckeinrichtung bedeutet einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand und ist mit einem entsprechenden Platzbedarf an der Baumaschine verbunden. Weiterhin benötigt die Seilandruckeinrichtung auch eine Wartung in gewissen Zeitabständen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Baumaschine zur Bodenverdichtung anzugeben, mit welchen den negativen Auswirkungen einer Seilschwingung des Tragseiles auf die Seilwicklung an der Windentrommel besonders effizient entgegengewirkt wird.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch eine Baumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Wicklung kann bei entsprechender Anordnung der Windentrommel an einer Baumaschine unmittelbar durch einen Maschinenbediener aus einer Bedienkabine beobachtet werden. Eine saubere Seilwicklung kann auch bei einer beliebigen Anordnung der Windentrommel nach der Erfindung dadurch sichergestellt werden, dass mittels einer Sensoreinheit, insbesondere einer Kameraeinheit oder einer Radareinheit oder einem anderen geeigneten Sensor, eine Wicklung des Tragseiles auf der Windentrommel erfasst wird. Das Bild der Kameraeinheit etwa kann dabei einem Maschinenbediener in der Maschinenkabine angezeigt werden. Eine Erfassung kann optisch, berührungslos über Energiewellen, taktil, elektronisch, magnetisch, durch Reed-Kontakt oder in einer sonstigen geeigneten Weise erfolgen.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Sensoreinheit mit der Steuereinheit in Verbindung stehen, welche anhand von durch die Sensoreinheit erfassten Signalen oder Daten ermittelt, ob eine korrekte Wicklung auf der Windentrommel gegeben ist. Das Signal oder die Daten können insbesondere ein Bild sein. Das erfasste Sensorsignal zur Seilwicklung wird elektronisch, etwa mit einer Bildverarbeitungssoftware, ausgewertet. Abhängig von einem eventuell festgestellten Versatz einer Seilwicklung auf der Windentrommel kann durch den Maschinenbediener oder die Steuereinheit ein Betrag oder ein Maß der Abwicklung des Tragseiles individuell eingestellt werden, bis eine korrekte Seilwicklung an der Windentrommel gegeben ist. Der Betrag der Abwicklung kann als ein Drehwinkelmaß für die Windentrommel oder ein Längenmaß für das Tragseil oder eine Zeitspanne für die Ansteuerung des Windenantriebs (mit definierter Geschwindigkeit) vorgegeben sein.
  • Nach einer Weiterbildung ist es bevorzugt, dass die Windentrommel beim Abwickeln des Tragseiles über eine Kupplungseinrichtung von dem Windenantrieb entkoppelt wird, dass noch vor einem Aufschlagen des Verdichtungselementes auf die Bodenfläche der Windenantrieb in einer Drehrichtung zum Aufwickeln des Tragseiles angetrieben wird und dass nach dem Aufschlagen des Verdichtungselementes auf die Bodenfläche die Kupplungseinrichtung die Windentrommel mit dem bereits drehend angetriebenen Windenantrieb kuppelt.
  • Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass eine unzureichende Spannung des Tragseiles im Bereich der Winde verursacht durch eine Seilschwingung dazu führen kann, dass Seilwicklungen an der Windentrommel aus ihrer vorgesehenen Position springen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Windenantrieb über eine Kupplungseinrichtung beim Abwickeln des Tragseiles in einer Zeitspanne vor dem Aufschlagen des Verdichtungselementes auf die Bodenfläche von der Windentrommel entkoppelt. Die Bewegung der Windentrommel ist somit unabhängig von der Bewegung des Windenantriebes. Diese Unabhängigkeit kann dazu genutzt werden, den Windenantrieb frühzeitig in einer Drehrichtung zu betreiben, welche zum Aufwickeln des Tragseiles benötigt wird. Durch die Kupplungseinrichtung kann insbesondere unmittelbar nach dem Aufschlagen des Verdichtungselementes auf die Bodenfläche die Windentrommel wieder mit dem Windenantrieb verbunden oder gekuppelt werden, wobei sich das an der Antriebswelle anliegende Drehmoment des Windenantriebes unmittelbar auf die Windentrommel auswirken kann und eine daraus resultierende abrupt startende Drehbewegung der Windentrommel Richtung Aufwickeln des Tragseils zu einer sehr schnellen Seilspannung im Bereich der Winde führt.
  • Die sonst übliche Anlaufphase eines Windenantriebes wird dabei vermieden. Nach der Erfindung kann so unmittelbar nach oder beim Auftreffen des Verdichtungselementes auf die Bodenfläche über die Windentrommel eine Aufwickelkraft auf das Tragseil aufgebracht werden, so dass dieses im Bereich der Winde wieder unmittelbar gespannt wird. Aufgrund dieser sich unmittelbar einstellenden Seilspannung wird einer Bildung von Schlappseil im Bereich der Winde und einem damit verbundenen Springen von Seilwicklungen an der Windentrommel aus ihrer vorgesehenen Position in erheblichem Maße entgegengewirkt. Hierdurch reduziert sich die Gefahr eines unerwünschten Versatzes von Seilwicklungen auf der Windentrommel.
  • Das Tragseil kann grundsätzlich direkt mit dem Verdichtungselement verbunden sein. Bevorzugt ist eine Kette und/oder ein Stahlseilgehänge als ein Puffer zwischen dem Tragseil und dem Verdichtungselement angeordnet. Hierdurch kann beim Abbremsen eine Stauchung des Tragseiles durch Aufstehen auf dem Verdichtungselement vermieden werden. Bei einem Stahlseilgehänge kann optional zwischen Tragseil und dem Stahlseilgehänge mindestens ein zusätzliches Gewicht, etwa in Form einer Stahltraverse, angeordnet sein.
  • Grundsätzlich kann das Verfahren zur Bodenverdichtung von Hand durch einen Maschinenbediener durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das Verfahren automatisch mittels einer Steuereinheit durchgeführt wird. Die Steuereinheit kann dabei insbesondere mit dem Windenantrieb und der Kupplungseinrichtung in Verbindung stehen und diese entsprechend betätigen. Die Steuereinheit kann auch mit einem oder mehreren Sensoren in Verbindung stehen, durch welche eine Position des Verdichtungselementes und/oder die Seilspannung erfasst wird. Die Kupplungseinrichtung kann als eine sperrbare Freilaufkupplung ausgebildet sein, wobei ein Sperren oder Entsperren von der Steuereinheit bewirkt werden kann.
  • Die Kupplungseinrichtung kann grundsätzlich in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterentwicklung der Erfindung, dass die Kupplungseinrichtung eine Freifallbremse umfasst, wobei ein Abwickeln des Tragseiles in einem Freifall des Verdichtungselementes erfolgt. Durch eine Freifallbremse kann nach Öffnung der Bremse die Windentrommel reibungsarm allein durch das Gewicht des am Tragseil angehängten Verdichtungselementes angetrieben werden, wobei das Verdichtungselement sozusagen im freien Fall auf die Bodenfläche aufschlagen kann. Bei diesem freien Fall ist eine gewisse Mindestzugspannung an dem Tragseil gegeben. Durch die Freifallbremse kann auf elektronischem Weg oder durch entsprechende mechanische Komponenten bei einem Auftreffen auf die Bodenfläche und einer dabei auftretenden Reduzierung der Seilspannung ein Freifall- oder Freilaufmodus beendet werden, wobei unmittelbar ein Kuppeln, also die Herstellung einer drehmomentübertragenden Verbindung, zwischen dem Windenantrieb und der Windentrommel hergestellt werden. Die Freifallbremse, die ein Teil der Kupplungseinrichtung sein kann oder diese insgesamt bildet, kann in Verbindung mit der Steuereinheit stehen, welche grundsätzlich eine elektronische Rechnereinheit umfassen kann.
  • Grundsätzlich kann die Kupplungseinrichtung zu jedem beliebigen Zeitpunkt betätigt werden. Eine bevorzugte Verfahrensvariante der Erfindung besteht darin, dass die Kupplungseinrichtung bei Erreichen der Bodenfläche durch das Verdichtungselement ein Kuppeln durchführt. Damit ist sichergestellt, dass zum einen eine möglichst freie Fallbewegung des Verdichtungselementes erreicht wird und zum anderen unmittelbar nach Auftreffen auf dem Boden eine Drehmomentübertragung von dem Windenantrieb auf die Windentrommel zur Erzeugung einer gewünschten Seilspannung des Tragseiles im Bereich der Winde gegeben ist.
  • Grundsätzlich kann ein beliebiges Drehmoment für eine beliebige Zeitspanne an dem Windenantrieb eingestellt werden. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, dass durch den Windenantrieb beim Kuppeln ein Anzugsdrehmoment erzeugt wird, durch welches das Tragseil im Bereich der Winde gespannt wird. Das Anzugsdrehmoment kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass dieses zu einer gewünschten Seilspannung führt, jedoch das Verdichtungselement nicht vom Boden angehoben wird. Zum Anheben kann dann ein zweites, höheres Drehmoment eingestellt werden. Es ist jedoch auch die Einstellung eines Anzugsdrehmoments möglich, bei dem unmittelbar ein Anheben des Verdichtungselementes erfolgt, so dass dieses zu einer Ausgangsposition oberhalb der Bodenfläche zurückbewegt werden kann, um einen weiteren Verdichtungsvorgang durchzuführen.
  • Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass nach dem Aufschlagen des Verdichtungselementes auf den Boden das Tragseil im Bereich der Winde zunächst kurz gespannt und anschließend vor einem erneuten Anheben des Verdichtungselementes vom Boden das Tragseil automatisch durch die Steuereinheit von der Windentrommel um einen gewissen Betrag abgewickelt wird. Vorzugsweise wird das Tragseil im direkten Anschluss wieder aufgewickelt.
  • Gemäß diesem alternativen oder ergänzenden Verfahren nach der Erfindung ist vorgesehen, einem inkorrekten Aufwickeln des Tragseils auf der Windentrommel dadurch entgegenzuwirken, indem das Tragseil zuerst im Bereich der Winde ohne Anheben des Verdichtungselementes vom Boden kurz gespannt wird. Im Anschluss, vor einem Anheben des Verdichtungselementes vom Boden wird das so gespannte Tragseil automatisch durch die Steuereinheit um einen gewissen Betrag abgewickelt und entspannt, wobei ein möglicherweise aufgetretener Versatz der Wicklung auf der Windentrommel durch Abwickeln wieder entfernt wird.
  • Anschließend kann das Tragseil wieder automatisch durch die Steuereinheit aufgewickelt und das Verdichtungselement vom Boden abgehoben werden, bis das Verdichtungselement wieder die gewünschte Ausgangsposition oberhalb des Bodens für einen erneuten Verdichtungsvorgang erreicht.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist sichergestellt, dass selbst bei einem aufgetretenen Versatz an der Seilwicklung dieser automatisch durch die Steuereinheit wieder zuverlässig beseitigt wird und sich so keine bleibende inkorrekte Wicklung des Tragseiles an der Windentrommel ausbilden kann. Hierdurch wird ebenfalls einem Seilverschleiß zuverlässig entgegengewirkt.
  • Der Betrag oder das Maß des Abwickelns des Tragseiles vor einem erneuten Anheben des Verdichtungselementes durch Aufwickeln des Tragseiles kann in jeder geeigneten Weise eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass ein Abwickeln des Tragseiles soweit erfolgt, bis eine korrekte Wicklung des Tragseiles auf der Windentrommel gegeben ist. Hierdurch wird auch langfristig eine saubere Wicklung und damit ein geringer Verschleiß des Tragseiles sichergestellt.
  • Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Betrag der Abwicklung des Tragseiles vor einem erneuten Hubvorgang des Verdichtungselementes automatisch durch die Steuereinheit oder durch einen Maschinenbediener eingestellt wird. Der Betrag kann gleichbleibend oder veränderlich sein.
  • Hinsichtlich der Baumaschine ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche zum Durchführen eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Bodenverdichtung ausgebildet ist. Die Steuereinheit kann dabei insbesondere eine elektronische Steuereinheit sein und insbesondere in eine bestehende Steuereinheit einer Baumaschine integriert werden.
  • Grundsätzlich kann die Windentrommel auch unmittelbar am Mast und insbesondere in einem oberen Bereich des Mastes angeordnet sein. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das Tragseil über einen Mastkopf am oberen Ende des Mastes geführt ist. Die Windentrommel und der Windenantrieb können so insbesondere unmittelbar oder nahe an einem Trägergerät vorgesehen sein, so dass die Baumaschine insgesamt einen möglichst tiefliegenden Gesamtschwerpunkt aufweist.
  • Das Trägergerät kann insbesondere einen Unterwagen mit einem darauf drehbar gelagerten Oberwagen aufweisen. Der Unterwagen kann insbesondere ein Fahrwerk, insbesondere ein Raupenfahrwerk, umfassen.
  • Zur Sicherstellung einer korrekten Wicklung auf der Windentrommel ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, dass im Bereich der Windentrommel mindestens eine Sensoreinheit, insbesondere eine Kameraeinheit, eine Radareinheit oder ein Ultraschall- bzw. ein weiterer geeigneter Sensor, zum Erfassen einer Wicklung des Tragseiles auf der Windentrommel angeordnet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, welches schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Baumaschine, und
    Fig. 2
    eine perspektivische Detailansicht einer Windentrommel.
  • Eine als Raupenkran ausgebildete erfindungsgemäße Baumaschine 10 von Fig. 1 weist ein mobiles Trägergerät 12 auf. Das Trägergerät 12 umfasst ein Raupenfahrwerk 14, auf welchem ein Oberwagen 15 drehbar gelagert ist. An dem Oberwagen 15 ist schwenkbar um eine horizontale Schwenkachse ein Mast 16 gelagert, welcher auch als ein Auslegerarm bezeichnet wird. Zum Verschwenken des Mastes 16 sind am Oberwagen 15 in grundsätzlich bekannter Weise ein Halteträger 26, ein Stützträger 28 und ein Stellseilmechanismus 27 vorgesehen.
  • Über einen Mastkopf 18 des Mastes 16 ist vom Oberwagen 15 mindestens ein Tragseil 20 geführt, an welchem ein Verdichtungselement 30 aufgehängt ist, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Aufschlaggewicht 32 für eine Bodenverdichtung ausgebildet ist. In dem Ausführungsbeispiel ist das Tragseil 20 über eine doppelte Windenanordnung in dem Oberwagen 15 verstellbar angetrieben, wie dies grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zur Vermeidung einer Seilschwingung können an den insgesamt zwei Abschnitten des Tragseiles 20 jeweils eine Seilandruckeinrichtung 40 angeordnet sein, von denen eine an dem Halteträger 26, auch A-Bock genannt, und die andere an dem Mast 16 angebracht ist. Die Enden des Tragseils 20 sind jeweils an einer Seilwinde im Oberwagen 15 angebracht, so dass eine Doppelseilwindenanordnung für schnelle Hubvorgänge gegeben ist. Am Oberwagen 15 kann insbesondere in einer Kabine eine Steuereinheit vorgesehen sein.
  • Gemäß Fig. 2 ist eine mögliche Anordnung einer Seilwinde 22 für die erfindungsgemäße Baumaschine 10 dargestellt. Die Seilwinde 22 weist eine Windentrommel 24 zum Auf- und Abwickeln des Tragseiles 20 auf. Die Windentrommel 24 kann über einen nur teilweise dargestellten Windenantrieb 23 über eine zwischengeschaltete Kupplungseinrichtung 25 drehend in grundsätzlich beide Drehrichtungen angetrieben werden.
  • Die Kupplungseinrichtung 25 kann als eine sperrbare Freilaufkupplung oder eine sogenannte Freifallbremse ausgebildet sein, wobei das Tragseil 20 allein über das Gewicht des Verdichtungselementes 30 sozusagen im freien Fall abgewickelt wird. Beim Aufschlagen des Verdichtungselementes 30 auf eine Bodenfläche zur Bodenverdichtung kann die Kupplungseinrichtung 25 unmittelbar wieder eine drehfeste Verbindung zwischen dem Windenantrieb 23 und der Windentrommel 24 herstellen.
  • Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass bereits vor einem erneuten Verbinden durch die Kupplungseinrichtung 25 der Windenantrieb 23 vorzugsweise über die Steuereinheit in eine Aufwickelrichtung, im dargestellten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn, angetrieben wird. Somit liegt unmittelbar beim Kuppeln durch die Kupplungseinrichtung 25 ein Anzugsdrehmoment des Windenantriebes 23 an der Windentrommel 24 an. So kann eine gewünschte Spannung des Tragseiles 20 im Bereich der Seilwinde 22 bewirkt werden. Hierdurch wird der Ausbildung von Schlappseil und insbesondere der Übertragung einer Seilschwingung des Tragseiles 20 auf die Wicklung des Tragseiles 20 auf der Windentrommel 24 effektiv entgegengewirkt. Eine saubere Wicklung des Tragseiles 20 auf der Windentrommel 24 kann von einer Kameraeinheit 50 als Sensoreinheit überwacht werden. Anstelle der Kameraeinheit 50 kann auch eine Radareinheit, Ultraschall- oder ein anderer geeigneter Sensor wie z. B. ein optischer Sensor, ein Magnetsensor oder ein Reed-Kontakt verwendet werden.
  • Abhängig von dem erfassten Bild bzw. Sensorsignal durch die Kameraeinheit 50 bzw. dem angezeigten Sensorsignal kann über einen Maschinenbediener oder vorzugsweise automatisch über die Steuereinheit beim Auftreten eines unerwünschten Versatzes des Tragseiles 20 an der Windentrommel 24 eine Abwicklung des Tragseiles 20 erfolgen, bevor das Verdichtungselement 30 wieder vom Boden angehoben wird.
  • Insbesondere nach Beruhigung einer Seilschwingung kann über die Windentrommel 24 ein sauberes Aufwickeln mit einem anschließenden Abheben des Verdichtungselementes 30 vom Boden erfolgen. So kann sich eine saubere Wicklung des Tragseiles 20 auf der Windentrommel 24 einstellen.
  • Ergänzend kann an der Windentrommel 24 eine grundsätzlich bekannte weitere Seilandruckeinrichtung 40 mit einem plattenförmigen Andruckelement 42 vorgesehen sein. Das Andruckelement 42 ist bewegbar mittels eines Grundträgers 46 gelagert und kann mittels eines Andruckzylinders 48 zur zusätzlichen Vermeidung eines Seilversatzes an die Seilwicklung auf der Windentrommel 24 angedrückt werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Bodenverdichtung mit einer Baumaschine (10), wobei
    - ein Tragseil (20) entlang eines Mastes (16) geführt wird,
    - das Tragseil (20) mittels einer drehbar gelagerten Windentrommel (24) einer Seilwinde (22) auf- und abgewickelt wird,
    - die Windentrommel (24) mittels eines Windenantriebes (23) drehend angetrieben wird und
    - an dem Tragseil (20) ein Verdichtungselement (30) angeordnet wird, welches durch das Tragseil (20) vertikal bewegt wird, wobei das Tragseil (20) von der Windentrommel (24) der Seilwinde (22) abgewickelt wird und das Verdichtungselement (30) von einer Position oberhalb einer Bodenfläche an dem Tragseil (20) bis zu der Bodenfläche abgesenkt wird, wobei das Verdichtungselement (30) auf die Bodenfläche aufschlägt und dabei der Boden verdichtet wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass mittels einer Sensoreinheit, insbesondere einer Kameraeinheit (50) oder einer Radareinheit, eine Wicklung des Tragseiles (20) auf der Windentrommel (24) erfasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Sensoreinheit mit einer Steuereinheit in Verbindung steht, welche anhand eines von der Sensoreinheit erfassten Signals ermittelt, ob eine korrekte Wicklung auf der Windentrommel (24) gegeben ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Windentrommel (24) beim Abwickeln des Tragseiles (20) über eine Kupplungseinrichtung (25) von dem Windenantrieb (23) entkoppelt wird,
    - dass noch vor einem Aufschlagen des Verdichtungselementes (30) auf die Bodenfläche der Windenantrieb (23) in einer Drehrichtung zum Aufwickeln des Tragseiles (20) angetrieben wird und
    - dass nach dem Aufschlagen des Verdichtungselementes (30) auf die Bodenfläche die Kupplungseinrichtung (25) die Windentrommel (24) mit dem bereits drehend angetriebenen Windenantrieb (23) kuppelt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verfahren automatisch mittels der Steuereinheit durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kupplungseinrichtung (25) eine Freifallbremse umfasst, wobei ein Abwickeln des Tragseiles (20) in einem Freifall des Verdichtungselementes (30) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kupplungseinrichtung (25) bei Erreichen der Bodenfläche durch das Verdichtungselement (30) ein Kuppeln durchführt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch den Windenantrieb (23) beim Kuppeln ein Anzugsdrehmoment erzeugt wird, durch welches das Tragseil (20) im Bereich der Seilwinde (22) gespannt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Tragseil (20) nach dem Aufschlagen des Verdichtungselementes (30) auf den Boden zunächst im Bereich der Seilwinde (22) gespannt und anschließend vor einem erneuten Anheben des Verdichtungselementes (30) vom Boden das Tragseil (20) automatisch von der Steuereinheit von der Windentrommel (24) um einen gewissen, vorzugsweise vom Maschinenführer einstellbaren, Betrag abgewickelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Abwickeln des Tragseiles (20) soweit erfolgt, bis eine korrekte Wicklung des Tragseiles (20) auf der Windentrommel (24) gegeben ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Betrag der Abwicklung des Tragseiles (20) vor einem erneuten Hubvorgang des Verdichtungselementes (30) durch einen Maschinenbediener oder automatisch durch die Steuereinheit eingestellt wird.
  11. Baumaschine zur Bodenverdichtung, mit
    - einem Mast (16),
    - einem Tragseil (20), welches entlang des Mastes (16) geführt ist,
    - einer Seilwinde (22) mit einer drehbar gelagerten Windentrommel (24), an welcher das Tragseil (20) zum Aufwickeln und Abwickeln angebracht ist,
    - einem Windenantrieb (23) zum drehenden Antreiben der Windentrommel (24),
    - einem Verdichtungselement (30), welches zum vertikalen Bewegen an dem Tragseil (20) angeordnet ist, und
    - einer Steuereinheit, durch welche die Seilwinde zum Abwickeln des Tragseiles (20) von der Windentrommel betreibbar ist, wobei das Verdichtungselement (30) an dem Tragseil (20) bis zu einer Bodenfläche abgesenkt wird und das Verdichtungselement (30) zum Verdichten des Bodens auf die Bodenfläche aufschlägt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche zum Durchführen des Verfahrens zur Bodenverdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
  12. Baumaschine nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Tragseil (20) über einen Mastkopf (18) am oberen Ende des Mastes (16) geführt ist.
  13. Baumaschine nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Bereich der Windentrommel (24) die mindestens eine Sensoreinheit, insbesondere eine Kameraeinheit (50) oder eine Radareinheit, zum Erfassen einer inkorrekten Wicklung des Tragseiles (20) auf der Windentrommel (24) angeordnet ist.
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