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1. (WO2010081674) SOIL-COMPACTING DEVICE
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Beschreibung

Bodenverdichtungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bodenverdichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 .

Derartige Bodenverdichtungsvorrichtungen sind bekannt und werden auch als Stampfer bzw. Vibrationsstampfer bezeichnet.

Es ist bekannt, bei derartigen Stampfern entweder einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Benzin- oder einen Dieselmotor, oder alternativ einen Elektroan-trieb vorzusehen. Verbrennungsmotoren haben den Vorteil, von externen Energiequellen unabhängig zu sein. Nachteilig hingegen ist es, dass die Verbrennungsmotoren Abgase und Lärm emittieren. Das Problem der Lärm- oder Schadstoffemissi-onen besteht hingegen bei Elektroantrieben nicht. Dort ist jedoch erforderlich, ein Stromnetz oder einen Generator zur Verfügung zu stellen, um den Elektromotor betreiben zu können. Zudem ist ein Netzkabel erforderlich, um den Stampfer mit der Stromquelle (Netzanschluss) verbinden zu können. Dies beeinträchtigt die Handhabbarkeit von Elektrostampfern.

Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen an sich bekannten Stampfer in Seitenansicht.

Im oberen Bereich ist ein Verbrennungsmotor 1 zwischen einem Führungsbügel 2 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 1 erhält Kraftstoff aus einem Tank 3, der an dem Führungsbügel 2 angebracht ist. Mit Hilfe des Führungsbügels 2 kann ein Bediener den Stampfer in an sich bekannter Weise führen. Unterhalb von dem Verbrennungsmotor 1 ist ein Gehäuse 4 vorgesehen, in dem eine Bewegungswandeleinrichtung zum Wandeln einer Drehbewegung des Verbrennungsmotors 1 in eine oszillierende Linearbewegung eines Bodenkontaktelements 6 angeordnet ist. Die Bewegungswandeleinrichtung 5 wird später noch anhand von Fig. 2 näher erläutert. Das Bodenkontaktelement 6 ist als Stampffuß ausgebildet.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse 4.

Von dem Verbrennungsmotor 1 erstreckt sich eine senkrecht nach unten ragende Motorwelle 7. Auf dem konischen Wellenende der Motorwelle 7 ist eine eine Kupp- lungseinrichtung bildende Fliehkraftkupplung 8 aufgesetzt. Die Fliehkraftkupplung 8 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und weist mehrere Fliehkraftelemente 9 auf, die durch Federn 10 in einer radial innen liegenden Ausgangsstellung gehalten werden. Sobald die Drehzahl der Motorwelle 7 einen vorgegebenen Wert überschreitet, bewegen sich die Fliehkraftelemente 9 gegen die Wirkung der Federn 10 nach außen und stellen so einen Form- bzw. Kraftschluss zwischen einem innen liegenden Antriebsufer 1 1 der Fliehkraftkupplung und einem außen liegenden Abtriebsufer 12 her. Das Abtriebsufer 12 wird durch eine Kupplungsglocke 13 gebildet.

Die Kupplungsglocke 13 ist Teil einer Zwischenwelle 14, deren Drehbewegung ü-ber eine Kegelradverzahnung auf eine Kurbelscheibe 15 übertragen wird.

Auf der Kurbelscheibe 15 ist ein Kurbelzapfen 16 vorgesehen, der in bekannter Weise ein Pleuel 17 antreibt. Das Pleuel 17 ist über einen nicht dargestellten Zwischenkolben und Federpakete mit dem Bodenkontaktelement 6 gekoppelt. Auf diese Weise kann die Bewegung des Pleuels 17 in die oszillierende Linearbewegung des Bodenkontaktelements 6 gewandelt werden.

Der Aufbau eines derartigen Stampfers und insbesondere der Bewegungswandeleinrichtung 5 ist an sich bekannt und muss daher an dieser Stelle nicht näher vertieft werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bodenverdichtungs-Vorrichtung anzugeben, die bezüglich der Einsatzmöglichkeiten und der Handhabbarkeit den bislang bekannten Vorrichtungen überlegen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine Bodenverdichtungsvorrichtung weist einen Verbrennungsmotor, ein Bodenkontaktelement, eine Bewegungswandeleinrichtung zum Wandeln einer Drehbewegung des Verbrennungsmotors in eine oszillierende Linearbewegung des Boden-kontaktelements sowie eine Kupplungseinrichtung zum Verbinden und Unterbrechen des Kraftflusses zwischen dem Verbrennungsmotor und der Bewegungswandeleinrichtung auf. Diese Bodenverdichtungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor ein Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator vorgesehen ist, und dass die Bewegungswandeleinrich- tung wahlweise durch den Verbrennungsmotor oder durch den Elektromotor antreibbar ist.

Ein Teil der Bodenverdichtungsvorrichtung entspricht somit einer klassischen Bodenverdichtungsvorrichtung mit Verbrennungsmotor, bei der ein Bodenkontaktelement, z .B. ein Stampffuß , durch den Verbrennungsmotor über die Bewegungswandeleinrichtung, z.B. einen Kurbeltrieb, angetrieben wird, um eine Stampfbewegung durchzuführen. Zusätzlich ist die Kupplungseinrichtung vorgesehen, mit der der Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der Bewe-gungswandeleinrichtung je nach Bedarf unterbrochen oder verbunden werden kann. Die Kupplungseinrichtung kann z.B. eine Fliehkraftkupplung aufweisen, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der antreibenden Welle (z. B. Motorwelle) den Kraftfluss weiterführt oder unterbricht. So ist es möglich, dass der Stampfbetrieb unterbrochen wird, wenn der Verbrennungsmotor mit niedriger, unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegender Drehzahl, z.B. Leerlaufdrehzahl, dreht. Erst bei einem Erhöhen der Drehzahl des Verbrennungsmotors über den vorbestimmten Wert schließt die Kupplungseinrichtung den Kraftfluss, so dass das Bodenkontaktelement angetrieben wird. Bei Verminderung der Drehzahl unter den vorgegebenen Drehzahlwert kommt der Stampfer wieder zum Stillstand, obwohl der Verbrennungsmotor z.B . mit Leerlaufdrehzahl weiter betrieben werden kann.

Zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor ist der Elektromotor vorgesehen, wobei z.B. mit Hilfe der Umschalteinrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor hin- und hergeschaltet werden kann. Der Bediener kann somit je nach Anwendungsfall und zur Verfügung stehender Energie wählen, ob die Bodenverdichtungsvorrichtung von dem Verbrennungsmotor oder von dem Elektromotor angetrieben werden soll. Somit ist je nach Wunsch des Bedieners ein autarker Betrieb, fernab von irgendwelchen Netzanschlüssen mit Hilfe des Verbrennungsmotors oder ein umweltfreundlicher, emissionsarmer Betrieb mit Hilfe des Elektromotors möglich.

Die Umschalteinrichtung kann z .B. dadurch automatisiert werden, dass der E-lektromotor automatisch ausgewählt wird, wenn ein Netzkabel an der Bodenverdichtungsvorrichtung angeschlossen ist.

Der Elektromotor kann über ein Netzkabel an ein Stromnetz anschließbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann an der Bodenverdichtungsvorrichtung ein elektrischer Energiespeicher, z . B. eine Batterie bzw. ein Akku , vorgesehen sein, mit dessen Hilfe der Elektromotor - ähnlich einem Laptop - speisbar ist. Der Energiespei- eher kann über das Netzkabel aufgeladen werden. Bei einer Variante kann der Energiespeicher auch durch den dann generatorisch betriebenen Elektromotor aufgeladen werden, wobei dieser wiederum durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird.

Ebenso ist es auch möglich, dass beide Antriebsmotoren, also sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor parallel zueinander betrieben werden, um auf diese Weise etwa die doppelte Antriebsleistung zur Verfügung zu stellen. Da aber im Regelfall jeder der Motoren für sich genommen ausreichend di-mensioniert sein dürfte, wird dieser Anwendungsfall eher von untergeordneter Bedeutung sein. Dementsprechend kann die Umschalteinrichtung derart ausgestaltet sein, dass z.B. ein Betreiben des Elektromotors dann nicht möglich ist, wenn der Verbrennungsmotor in Betrieb ist.

Die Kupplungseinrichtung kann ein mit dem Verbrennungsmotor gekoppeltes Antriebsufer, ein mit der Bewegungswandeleinrichtung gekoppeltes Abtriebsufer sowie wenigstens ein zwischen dem Antriebsufer und dem Abtriebsufer wirkendes Kupplungselement aufweisen, wobei der Rotor des Elektromotors mit dem Abtriebsufer der Kupplungseinrichtung gekoppelt ist. Auf diese Weise ist es sehr ein-fach möglich, den Elektromotor in den bzw. nahe an dem Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor und Bewegungswandeleinrichtung anzuordnen, um den baulichen Aufwand für die zusätzliche Integration des Elektromotors gering zu halten. Wahlweise kann der Verbrennungsmotor das Abtriebsufer über die Kupplungseinrichtung antreiben oder der Elektromotor seinerseits über seinem Rotor das Ab-triebsufer beaufschlagen.

Das Abtriebsufer der Kupplungseinrichtung gibt dann die Antriebsenergie an die Bewegungswandeleinrichtung weiter, um das Bodenkontaktelement in der gewünschten Weise zu bewegen.

Der Rotor kann mit dem Abtriebsufer der Kupplungseinrichtung eine bauliche Einheit bilden. Auf diese Weise kann der Rotor direkt auf dem Abtriebsufer vorgesehen sein. Ebenso kann das Abtriebsufer seinerseits den Rotor des Elektromotors bilden.

Bei einer Variante ist an dem Abtriebsufer der Kupplungseinrichtung eine Verzahnung ausgebildet, wobei der Rotor des Elektromotors mit einem Ritzel gekoppelt ist, das mit der Verzahnung des Abtriebsufers kämmt. Bei dieser Alternative kann z.B. eine das Abtriebsufer der Kupplungseinrichtung bildende Fliehkraft- kupplungsglocke mit einer Außenverzahnung ausgeführt werden, in die das Ritzel des dann separat vorgesehenen Elektromotors eingreift. Diese Lösung ermöglicht es, dass der Motor mit deutlich höherer Drehzahl betrieben werden kann, was zu einer kleineren Baugröße und einem besseren Wirkungsgrad führt. Allerdings ist ein zusätzlicher Aufwand für die eigene Lagerung der Motorwelle und die Verzahnung zu betreiben.

Die Kupplungseinrichtung kann eine Fliehkraft-Kupplungseinrichtung sein, zum Verbinden und Unterbrechen des Kraftflusses zwischen dem Verbrennungsmotor und der Bewegungswandeleinrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors. Dies wurde oben bereits erläutert.

Dabei ist es möglich, dass das Kupplungselement ein Fliehkraftelement ist. Bei Fliehkraft-Kupplungseinrichtungen ist es üblich, dass ein oder mehrere Flieh-kraftelemente in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl sich bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzdrehzahl gegen die Wirkung einer Feder oder anderer zurückhaltender Kräfte radial nach außen bewegen und dadurch eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebsufer und dem Abtriebsufer der Kupplung herstellen. Fliehkraftkupplungen sind an sich bekannt, so dass an dieser Stelle keine weitere Erläuterung erforderlich ist.

Das Antriebsufer kann mit einer Motorwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. So ist es z.B. möglich, dass die Kupplungseinrichtung direkt auf der Motorwelle aufgesetzt ist, um zusätzliche Bauelemente oder Kupplungseinrichtungen zu vermeiden.

Das Abtriebsufer kann als Kupplungsglocke ausgebildet sein, wobei der Rotor am Außenumfang der Kupplungsglocke ausgebildet sein kann. Fliehkraftkupplungen weisen häufig eine derartige Kupplungsglocke auf, die glockenartig das Fliehkraft-element bzw. die mehreren Fliehkraftelemente und das Antriebsufer umgibt. Die Kupplungsglocke stellt ihrerseits dann das Abtriebsufer dar. Da die Kupplungsglocke meist rotationssymmetrisch ist, ist es in besonders einfacher Weise möglich, den Rotor des Elektromotors an der Außenseite der Kupplungsglocke aufzusetzen, an der Außenseite der Kupplungsglocke auszubilden oder in die Kupp-lungsglocke zu integrieren.

Entsprechend kann der Stator in einem die Kupplungseinrichtung umgebenden Gehäuse vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, für den Elektromotor ein eigenes Gehäuse bereitzustellen, was den baulichen Aufwand und das Gewicht der Vorrichtung vergrößern würde. Vielmehr ist es möglich , den Stator direkt in das ohnehin vorhandene, die Kupplungseinrichtung umgebende Gehäuse zu integrieren.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bewegungswandeleinrichtung eine Verzahnung aufweisen und der Elektromotor ein Ritzel aufweisen, das mit der Verzahnung der Bewegungswandeleinrichtung kämmt. So ist es z .B. möglich, dass der Elektromotor ein Kegelradritzel antreibt, das in die Verzahnung eines zu der Bewegungswandeleinrichtung gehörenden Kegelrades des Kurbeltriebes eingreift.

Die Bodenverdichtungsvorrichtung kann ein Stampfer zur Bodenverdichtung sein, wobei die Bewegungswandeleinrichtung einen Kurbeltrieb aufweist und das Bodenkontaktelement ein Stampffuß ist.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen bekannten Stampfer als Bodenverdichtungsvorrichtung in Seitenansicht;

Fig. 2 einen Teilschnitt des bekannten Stampfers von Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Stampfer als erfindungsgemäße Bodenverdichtungsvorrichtung in Seitenansicht; und

Fig. 4 eine Teilschnittdarstellung des Stampfers von Fig. 3.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des an sich bekannten, anhand von Fig. 1 und 2 beschriebenen Bodenverdichtungsstampfers. Demgemäß wird auf die obige Beschreibung zu den Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Gleiche Bauelemente werden - soweit möglich - nicht nochmals im Einzelnen beschrieben. Lediglich die Unterschiede zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Stampfer werden nachfolgend erläutert.

Während der anhand von Fig. 1 beschriebene Stampfer lediglich den Verbrennungsmotor 1 als Antrieb aufweist, ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Stampfer zusätzlich ein Elektromotor 20 vorgesehen. Je nach Wunsch des Bedieners bzw. je nach Möglichkeit kann zwischen einem Antrieb durch den Verbrennungsmotor 1 oder durch den Elektromotor 20 hin- und hergewechselt werden. Wenn z .B. ein Netzanschluss in der Nähe des Arbeitsorts zur Verfügung steht, kann der emissionsarme Elektromotor 20 betrieben werden, während der Verbrennungsmotor 1 abgeschaltet ist. Im freien Gelände hingegen, wo in der Regel kein elektrisches Netz zur Verfügung steht, wird der Stampfer durch den Verbrennungsmotor 1 an-getrieben, während der Elektromotor 20 funktionslos ist.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse 4, vergleichbar zu dem Schnitt gemäß Fig. 2.

Dabei ist erkennbar, dass der Elektromotor 20 im Bereich der Fliehkraftkupplung 8 angeordnet ist.

Zu diesem Zweck ist auf dem Außenumfang der Kupplungsglocke 13 ein Rotor 21 des Elektromotors 20 angeordnet. Am Umfang gegenüberliegend ist in dem Ge-häuse 4 ein Stator 22 des Elektromotors 20 eingesetzt.

Der Rotor 21 kann z.B. durch Magnete gebildet werden, die durch entsprechende Ansteuerung der Spulen des Stators 22 in Drehung versetzt werden.

Da der Rotor 21 direkt auf der das Abtriebsufer 12 bildenden Kupplungsglocke 13 angeordnet ist, wird die von dem Elektromotor 20 erzeugte Drehbewegung problemlos und in gleicher Weise wie bei dem Verbrennungsmotor 1 über die Bewegungswandeleinrichtung 5, insbesondere über die Kurbelscheibe 15 und das Pleuel 17 auf den Stampffuß 6 übertragen.

Die Fliehkraftkupplung 8 stellt dabei sicher, dass der Elektromotor 20 nicht zusätzlich auch noch die Motorwelle 7 des Verbrennungsmotors mit antreiben muss.

Dadurch, dass der Elektromotor 20 direkt an die Fliehkraftkupplung 8 einerseits und in das Gehäuse 4 andererseits integriert ist, kann der Elektromotor 20 bei minimaler Modifikation des an sich bekannten Stampfers eingebaut werden.