(57)【要約】本発明は、接地プレート（４）を負荷する起振機（３）を備えた地盤締固め装置に関する。起振機（３）の制御装置が、振幅制御装置（５）と周波数制御装置（６）とを有している。振幅制御装置（５）は、接地プレート（４）のジャンプが検知された場合には第１の振幅差だけ振動振幅を減少させる。所定の時間クロック内でジャンプが検知されなかった場合には、振幅制御装置（５）は第２の振幅差だけ振動振幅を増大させる。周波数制御装置（６）は、駆動装置（３）から起振機（３）へ送出される駆動出力を検出し、そして駆動出力がほぼ予め設定された値に相当するように振動周波数を変化させる。振動振幅制御と振動周波数制御とが平行して実施されるので有利である。
2004510074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤締固め装置であって、
−接地エレメント（４）が設けられており、
−該接地エレメント（４）を負荷する起振機（３）が設けられており、
−該起振機（３）のための駆動装置（２）が設けられており、
−起振機（３）により発生させられた振動の振動振幅を制御するための振幅制御装置（５）が設けられており、該振幅制御装置（５）が、接地エレメント（４）の特殊振動状態を検知するための検出装置（８）と、振動振幅を調節するための振幅調節装置（１０）と、該振幅調節装置（１０）を制御するための振幅制御ユニット（９）とを有しており、ただし振幅調節装置（１０）は、前記検出装置（８）が特殊振動状態を検知した場合には第１の制御手段で振動振幅が減少可能となるように、そして前記検出装置（８）が特殊振動状態を検知しなかった場合には第２の制御手段で振動振幅が増大可能となるように制御されるようになっており、
−起振機（３）により発生させられた振動の振動周波数を制御するための周波数制御装置（６）が設けられており、該周波数制御装置（６）が、前記駆動装置（２）により送出された、起振機（３）のための駆動出力を測定するための出力測定装置（１１）と、振動周波数を調節するための周波数調節装置（１３）と、該周波数調節装置（１３）を制御するための周波数制御ユニット（１２）とを有しており、ただし周波数調節装置（１３）は、前記出力測定装置（１１）により測定された駆動出力がほぼ予め設定された値に保持可能となるように制御されるようになっている
形式のものにおいて、
前記振幅制御装置（５）と前記周波数制御装置（６）とが互いに平行に配置されていて、前記振幅制御装置（５）による振動振幅の減少により生ぜしめられる、前記起振機（３）のための駆動出力の減少が、振動周波数の増大によって補償可能であり、かつ前記振幅制御装置（５）による振動振幅の増大により生ぜしめられる、前記起振機（３）の駆動出力の増大が、振動周波数の減少によって補償可能である
ことを特徴とする、起振機を備えた地盤締固め装置。
【請求項２】
振動振幅が常時変化するように振動振幅の減少または増大が無段階にかつ連続的に実施可能である、請求項１記載の地盤締固め装置。
【請求項３】
振幅制御装置（５）が、時間クロックを発生させるための時限素子を有しており、所定の時間クロック内で前記検出装置（８）が特殊振動状態を検知した場合には第１の制御手段で振動振幅がインクレメンタル的に第１の振幅差（ｋ１）だけ減少可能となるように、そして所定の時間クロック内で前記検出装置（８）が特殊振動状態を検知しなかった場合には第２の制御手段で振動振幅がインクレメンタル的に第２の振幅差（ｋ２）だけ増大可能となるように前記振幅調節装置（１０）が振幅制御ユニット（９）によって制御可能である、請求項１記載の地盤締固め装置。
【請求項４】
各時間クロック毎に１つの制御手段が実施可能である、請求項３記載の地盤締固め装置。
【請求項５】
第１の振幅差（ｋ１）が第２の振幅差（ｋ２）よりも大きく形成されている、請求項３または４記載の地盤締固め装置。
【請求項６】
特殊振動状態とは、接地エレメント（４）の振動のパラメータが、予め設定された値を超過している状態である、請求項１から５までのいずれか１項記載の地盤締固め装置。
【請求項７】
起振機（３）のスタート時に最大振動振幅が調節可能になるように振幅制御ユニット（９）が形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の地盤締固め装置。
【請求項８】
駆動出力のための予め設定された値が、前記駆動装置（２）により最大に永続的に送出可能な出力に相当している、請求項１から７までのいずれか１項記載の地盤締固め装置。
【請求項９】
前記駆動装置（２）がモータを有しており、前記出力測定装置（１１）が、モータの回転数を測定するための回転数測定装置を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の地盤締固め装置。
【請求項１０】
前記駆動装置（２）がハイドロリックポンプを有しており、前記出力測定装置（１１）が、前記ハイドロリックポンプにより形成されたハイドロリック圧を測定するための圧力測定装置を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の地盤締固め装置。
【請求項１１】
起振機（３）を駆動装置（２）によって駆動し、この場合、以下のステップ：
−接地エレメント（４）の振動状態を測定し；
−接地エレメント（４）の特殊振動状態を検知し；
−特殊振動状態が検知された場合には振動振幅が減少させられるように、かつ特殊振動状態が検知されなかった場合には振動振幅が増大させられるように振動振幅を変化させる；
を包含する、起振機（３）の振動振幅を制御する方法と、さらに以下のステップ：
−前記駆動装置（２）により送出された駆動出力を測定し；
−該駆動出力を、予め設定された値と比較し；
−該駆動出力がほぼ、予め設定された値に相当するように振動周波数を変化させる；
を包含する、起振機（３）の振動周波数を制御する方法とを実施して、起振機（３）により負荷された、地盤の締固めのための接地エレメント（４）を有する地盤締固め装置に用いられる起振機（３）を制御するための方法において、
−起振機（３）の振動振幅を制御する方法と、起振機（３）の振動周波数を制御する方法とを平行して実施する
ことを特徴とする、起振機を制御するための方法。
【請求項１２】
振動振幅が常時変化するように振動振幅を無段階にかつ連続的に変化させる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
特殊振動状態が検知された場合には振動振幅が第１の振幅差（ｋ１）だけ減少させられるように、かつ特殊振動状態が検知されなかった場合には振動振幅が第２の振幅差（ｋ２）だけ増大させられるように振動振幅を変化させる、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
第１の振幅差（ｋ１）が第２の振幅差（ｋ２）よりも大きい、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
当該方法の実施または少なくとも振動振幅の変化を、１クロックにより規定された時間域内で行う、請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
駆動出力のための予め設定された値が、前記駆動装置により最大に永続的に送出可能な出力に相当している、請求項１１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記駆動装置（２）がモータを有しており、駆動出力の測定をモータの回転数の測定により行う、請求項１１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記駆動装置（２）がハイドロリックポンプを有しており、駆動出力の測定を、該ハイドロリックポンプにより生ぜしめられたハイドロリック圧の測定により行う、請求項１１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、接地エレメントを負荷する励振機もしくは起振機を備えた地盤締固め装置（Ｂｏｄｅｎｖｅｒｄｉｃｈｔｕｎｇｓｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）ならびに起振機を制御するための方法に関する。
【０００２】
地盤を締め固める接地エレメント、たとえばプレートまたはローラタイヤ（Ｗａｌｚｅｎｂａｎｄａｇｅ）が、起振機により発生させられた振動により負荷されるような地盤締固め装置、たとえば振動プレートまたは振動ローラが知られている。
【０００３】
地盤の締固めは、地盤締固め装置を用いて地盤を１回または複数回乗り越えることによって行われる。これにより、地盤の強度が変化し、ひいては地盤の振動特性が変化する。地盤が既に強力に締め固められていて、かつ地盤締固め装置により送出される締固め出力が大きい場合には、接地プレートもしくは接地ローラタイヤが接地後にその都度地盤から持ち上げられることにより、地盤締固め装置が「ジャンプ」を開始する。このことはエネルギ浪費となるだけでなく、既に行われた締固めにとっても不都合となる。なぜならば、地盤の局所的な緩みが生じる恐れがあるからである。さらに、地盤締固め装置のジャンプは、当該装置を操作案内するオペレータの著しい負荷をも招いてしまう。
【０００４】
国際公開第９８／１７８６５号パンフレットおよび国際公開第９５／１０６６４号パンフレットに基づき公知の振動締固め機では、起振機により発生させられた振動を変化させることによってジャンプの運転状態に自動的に反応する。
【０００５】
公知先行技術に基づき公知の器具もしくは方法では、通常、起振機の周波数が、予め求められた地盤特性に適合される。このためには、たとえば国際公開第９８／１７８６５号パンフレットの構成では、種々の測定信号を手間をかけて評価することによって地盤状態が求められる。特にこのためには、振動する下部質量体の構成要素である接地エレメントの運動を測定することが必要となる。さらに、起振機の、調節された周波数および正確な位置も測定されなければならない。
【０００６】
さらに、地盤締固め装置のジャンプがもはや発生し得なくなるように、起振機により発生させられた振動の振幅を減少させるような地盤締固め装置も知られている。しかし、振幅が所定の周波数において制限されることに基づき、設計時に見込まれている励振機本来の利用可能な全駆動出力はもやは地盤の締固めのために利用され得なくなる。その結果、相応して減じられた作業効率しか得られない。
【０００７】
図３には、地盤締固め装置として働く公知の振動プレートが示されている。この振動プレートは、かじ棒１でオペレータにより操作可能である。上部質量体に所属する駆動装置２は、下部質量体に所属する起振機３を駆動し、この起振機３は接地プレート４を負荷する振動を発生させる。起振機３は通常、単軸起振機または２軸起振機である。このような起振機では、相応して１つまたは２つの軸に１つまたは複数のアンバランス質量体が分配されている。このような振動プレートの構造は公知であるので、これ以上詳しい説明は省略する。
【０００８】
また、地盤締固め装置として働く振動ローラも、よく知られているように類似の構造を有している。
【０００９】
本発明の課題は、駆動装置により提供される出力の最適な利用が保証されるような、起振機を備えた地盤締固め装置ならびに起振機を制御するための方法を提供することである。
【００１０】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する地盤締固め装置ならびに請求項１１の特徴部に記載の特徴を有する方法により解決される。
【００１１】
請求項２〜請求項１０もしくは請求項１２〜請求項１８には、それぞれ本発明による地盤締固め装置もしくは本発明による方法の有利な改良形が記載されている。
【００１２】
本発明の根底を成す思想は、起振機により発生させられる振動の振幅および周波数のための制御部をそれぞれ設け、かつこの制御部を簡単な手段によって実現することにある。とりわけ両制御部の相互作用において、たとえば駆動モータの、提供されている利用可能な駆動出力を、地盤締固め装置の望ましくない「ジャンプ」が発生することなしに最適に利用することが可能となる。
【００１３】
このことは、振幅制御と周波数制御との本発明による組合せにおいて、振動振幅が常時、ジャンプへの境界領域に保持されることにより可能となる。この境界領域が変化し、かつこれによりたとえば振動振幅が減じられなければならない必要性が生じた場合には、周波数制御が振動周波数を追従させる。この場合、振動振幅の減少により自由になった駆動エネルギを、より高い周波数の形で利用するために、周波数制御により振動周波数が増大させられる。これにより、地盤締固め装置がジャンプを開始することなしに、駆動エネルギを地盤締固めのために十分に完全に利用することができる。
【００１４】
振幅の制御は、接地エレメントのジャンプが検知された場合には必ず振幅が減じられることに基づいている。接地エレメントがジャンプするかどうかのチェックは、予め規定された時間クロックの枠内で連続的または規則的に行われる。したがって、振幅の変更後に、接地エレメントの振動状態の新たな測定が行われる。接地エレメントが相変わらずジャンプしていると、振幅はさらに減じられる。しかしジャンプが検知されなくなると、振幅は存在する値にほぼ一定に保持されるのではなく、再び増大させられるが、ただしこの場合には振幅減少時よりも小さな勾配で増大させられる。その結果、振幅は常時変化することになり、すなわちジャンプが検出された場合には著しい減少によって、ジャンプが検出されなかった場合には小規模の増大によって、その都度変化することになる。これにより、地盤締固め装置が常に「ジャンプ」と「非ジャンプ」との間の境界範囲で運動させられることが達成される。
【００１５】
振動振幅の変化は無段階にかつ連続的に実施され得る。この場合、有利には振動振幅の減少が、振動振幅の増大よりも強力な勾配によって行われる。これに対して択一的に、特にデジタル式の制御の場合に時限素子によって所定の時間クロックを設定することができる。この場合、この時間クロックの間に、検出装置によって接地エレメントの振動状態が測定される。特殊振動状態が検知された場合には、振動振幅をインクレメンタル的に第１の振幅差だけ減少させることができる。しかし、当該時間クロック中に特殊振動状態が検知されなかった場合には、振動振幅がインクレメンタル的に、有利には第１の振幅差よりも小さな第２の振幅差分だけ増大させられる。時間クロックは、振動振幅の準無段階的な変化が生じるように短く調節することもできる。
【００１６】
振動周波数の本発明による制御は、たとえば駆動モータにより送出される規定の駆動出力を地盤締固めのために常に最適に、つまり常に最大限に利用するという思想に基づいている。この目的のためには、起振機へ送出される駆動出力が出力測定装置によって測定されて、目標値、つまり最適な駆動出力のための予め設定された値と比較され、この場合、周波数制御装置は、起振機により発生させられた周波数を適宜に調整することにより、求められた実際−駆動出力を規定の値の範囲に保持する。
【００１７】
振幅制御と周波数制御とがそれぞれ既に単独で、公知の制御装置の著しい改善および特に作業効率の向上をもたらしている場合でも、前記両制御を組み合わせることによって一層の改善が可能となる。
【００１８】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１９】
図１には、地盤締固め装置の起振機に用いられる本発明による制御部の構造がブロック回路図として示されている。この制御部は主として、互いに平行に配置された２つのコンポーネント、つまり振幅制御装置５と周波数制御装置６とから成っている。
【００２０】
両制御装置５，６は地盤締固め装置の運転状態７に影響を与える。運転状態７は主として、既に図３につき説明したエレメント、つまり駆動装置２と起振機３と接地エレメント４とによって表される。
【００２１】
以下に、振幅制御装置５の構造と作用原理について説明する。
【００２２】
振幅制御装置５の構成部分としては検出装置８が設けられている。この検出装置８を用いて、接地エレメント４がジャンプするかどうか、つまり接地エレメント４が地盤から持ち上げられるかどうかを確認することができる。この「ジャンプ」の運転状態は、たとえば国際公開第９８／１７８６５号パンフレットまたは国際公開第９５／１０６６４号パンフレットに開示されている公知の方法を用いて検知することができる。
【００２３】
これに対して択一的に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００１９８０６号明細書に基づき公知の検出装置では、接地エレメントに対して弾性的に運動可能な検出質量体が設けられている。この場合、検出質量体の運動は測定装置によって測定される。検出質量体の運動、特に振動振幅が、予め設定された値を超過すると、このことは、過剰増大された打撃エネルギに基づいた接地エレメントのジャンプとして解釈され得る。
【００２４】
接地エレメント４がジャンプするか、またはジャンプしないのかどうかの情報は、検出装置８から制御ユニット９へ伝送される。
【００２５】
制御ユニット９は検出装置８からのジャンプ情報を評価して、規定の制御に相応して起振機３における振動振幅を調節するためのアクチュエータもしくは調節装置１０を制御する。
【００２６】
制御アルゴリズムは２つの制御モードもしくは制御手段を有している。第１の制御モードもしくは第１の制御手段では、検出装置８が特殊振動状態、つまり接地エレメント４のジャンプを検知した場合に、振動振幅がインクレメンタル的に第１の振幅差ｋ１だけ減少させられる。
【００２７】
それに対して第２の制御モードもしくは第２の制御手段では、検出装置８によって、特殊振動状態が存在しないこと、つまりジャンプが行われなかったことが検知された場合に、振動振幅はインクレメンタル的に第２の振幅差ｋ２だけ増大させられる。
【００２８】
これらの制御手段を時間的に制御するためには、時間クロック（Ｚｅｉｔｔａｋｔ）を発生させるための時限素子が制御ユニット９内に設けられているか、または制御ユニット９に取り付けられている。たとえば数分の１秒であってよい１つの時間クロック毎に、その都度制御ユニット９によって検出装置８の信号が評価されて、調節装置１０の起動制御による相応する手段が発動される。このプロセスは次の時間クロックにおいて繰り返される。
【００２９】
その結果、この制御アルゴリズムからは、振動振幅が常時変えられること、つまり振動振幅が各クロック毎にその都度変えられることが実現される。振動振幅が第１の振幅差ｋ１だけ減少させられていて、そしてその後に相変わらずジャンプが検出された場合には、振動振幅が再び第１の振幅差ｋ１だけ減少させられる。それに対して、ジャンプがもはや生じなくなった場合には、振幅はもはや減少させられず、第１の振幅差ｋ１に比べて小さな第２の振幅差ｋ２だけ増大させられる。その結果、振幅の減少と増大との相互作用が生じる。これにより、地盤締固め装置は常時、「ジャンプ」と「非ジャンプ」との間の限界領域もしくは境界領域内で運動させられるようになる。
【００３０】
図２には、振動振幅を時間的な経過との関係で描いた線図が示されている。地盤締固め装置のスタート時では、まず最大振幅が調節される。この場合、スタート直後に、接地エレメント４がジャンプを開始したことが検知されたので、振動振幅が値ｋ１（第１の振幅差ｋ１）だけ減じられる。引き続き、接地エレメント４がもはやジャンプしなくなったことが検知されたので、徐々に複数のステップ（図２では３つのステップ）で振幅がその都度、第２の振幅差ｋ２だけ増大させられ、その後に、再びジャンプが検出される。引き続き上記過程が繰り返されてゆく。
【００３１】
符号「ａ」で示した時間領域では、地盤締固め装置が、制限された量でしか打撃エネルギを吸収することのできない土壌もしくは地盤を乗り越えていることが判る。これにより、振動振幅は２回にわたって減じられなければならなくなり、最終的には比較的小さな値しかとらなくなる。その後に、回復が行われ、これと共に振動振幅の増大が行われる。
【００３２】
特にデジタル式に形成された制御のために適している、上で説明した振動振幅のインクレメンタル的な変化に対して択一的に、振動振幅の連続的な変化を行う制御アルゴリズムも可能である。その場合には、図２に示した線図が、段付けされた経過をとらずに、波形の曲線をとることになる。
【００３３】
本発明による振幅制御により、地盤締固め装置が地盤を、その都度できるだけ最大の振幅で締め固めることが可能となり、この場合、振幅制御装置５は、公知先行技術に比べて著しく単純化された構造を有している。
【００３４】
ただし、振幅の単独制御では相変わらず、駆動装置２により提供される駆動出力が必ずしも十分に利用されなくなるという欠点を招く。したがって、図１に示した本発明による全体制御部は、起振機３の周波数を整合させるための別の制御回路を成す周波数制御装置６をも有している。
【００３５】
周波数制御装置の根底を成す思想は、存在する駆動出力もしくは所定の駆動出力を地盤締固めのために常に完全に利用したいという点にある。
【００３６】
このためには、周波数制御装置６の構成要素として出力測定装置１１が設けられている。この出力測定装置１１を用いて、駆動装置２から起振機３へ送出された出力を測定することができる。
【００３７】
周波数制御装置６の制御ユニット１２では、測定された実際−駆動出力が、予め設定された目標値と比較される。測定された実際−駆動出力が目標値よりも低い場合には、起振機３の周波数がアクチュエータもしくは調節装置１３を介して高められ、そして逆の場合、つまり測定された実際−駆動出力が目標値よりも高い場合には、起振機３の周波数がアクチュエータもしくは調節装置１３を介して減じられる。
【００３８】
出力測定装置１１は種々様々な形で形成されていてよい。駆動装置２がモータであることを前提とした場合、たとえばモータ回転数およびモータトルクを測定することができる。それに対して、駆動装置２がハイドロリックユニットであって、起振機３がハイドロリック的に駆動される場合には、トルク測定のために、ハイドロリック管路内に形成された圧力を使用することもできる。起振機が電動モータにより駆動される場合には、電気的な特性量を測定することも可能である。
【００３９】
本発明の特に有利な実施例では、モータの出力特性線、つまりモータ出力とモータ回転数との間の関係が、送出された出力、つまり起振機３のための実際−駆動出力を測定するために利用される。モータの出力特性線は一般に知られており、所定のモータ出力とモータ回転数との間の一義的な関係を表すものである。したがって、駆動モータの、比較的簡単に測定され得る回転数を知るだけでモータから起振機３へ送出された駆動出力を測定することができる。
【００４０】
次いで、測定されたモータ回転数と、所定の目標−駆動出力に対応する目標−モータ回転数との間の比較により、駆動出力を一定に保持するための起振機３の周波数制御を実施することができる。
【００４１】
実際−モータ回転数が目標−モータ回転数よりも低い場合には、起振機３の周波数、つまり起振機３に設けられたアンバランス軸の回転数が減じられるので、モータは負荷軽減され、そしてモータ回転数は所定の値にまで増大することができる。それに対して、実際−モータ回転数が目標−モータ回転数よりも高い場合、つまりモータにかけられた負荷が弱すぎる場合には、起振機３に設けられたアンバランス軸の回転数が増大させられ、これによりモータにより提供可能な駆動出力が十分に利用されるようになる。
【００４２】
起振機３の周波数の調節、つまり起振機３に配置されたアンバランス軸の回転数の変更は、アクチュエータとして働く調節装置１３によって実施される。調節装置１３を実現する場合、公知の構成エレメントを使用することができる。たとえば、駆動モータ２から起振機３へのハイドロリック的な出力伝達の場合には、可変吐出量型ポンプまたは調節可能な回転数を有するハイドロリックモータを使用することができる。機械的な出力伝達の場合には、円錐形ディスク伝動装置、たとえば摩擦リングか、または推進チェーンを介してトルクを伝達するハイナウ式伝動装置（Ｈｅｙｎａｕ−Ｇｅｔｒｉｅｂｅ）またはＰＩＶ伝動装置あるいはまた摩擦車伝動装置（ＰＫ伝動装置）が可能である。
【００４３】
起振機３への電気的な出力伝達が行われる場合には、制御可能な周波数変換器を用いた回転数変化も可能である。
【００４４】
振幅制御装置５および周波数制御装置６はそれぞれそれ自体だけで既に、提供された駆動出力の一層良好な利用を達成する。両制御装置５，６が平行に配置されて協働する場合には、この効果がもう一度高められる。公知先行技術に比べて、振幅制御装置５および周波数制御装置６は単純な構造、僅かな測定手間および両制御装置５，６により生ぜしめられる、最大出力を用いた効果的な地盤締固めの点ですぐれている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
地盤締固め装置に用いられる本発明による制御装置を備えたブロック回路図である。
【図２】
本発明による振幅制御の制御手段の１例を示す線図である。
【図３】
地盤締固め装置として働く公知の振動プレートの構造を示す概略図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004510074.tif 000019
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【国際調査報告】
2004510074.tif 000021
2004510074.tif 000022
2004510074.tif 000023
2004510074.tif 000024
2004510074.tif 000025
2004510074.tif 000026