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Vorrichtung zur Übertragung der Drehbewegung an Viebrierorgane mit gleichzeitiger Dämpfung der Vibrationen
Es sind bereits allgemein die bedeutenden Vorteile bekannt, welche die Vibration bei der Verdich- tung oderKompaktierung von Erdaufschüttungen, des Strassenunterbaus und aller derjenigen Schichten von
Kornmaterial, welche für den Strassen- und Dammbau, sowie für andere Zwecke verwendet werden, bie- tet.
Zahlreich sind die Maschinen, die bisher zur Übertragung einer angemessenen Vibrationswirkung auf die zu verdichtenden Schichten versucht worden waren. Eine der modernsten und rationellsten Maschinen ist die selbstfahrende Vibrierstrassenwalze.
Eine derartige Maschine besteht aus einem Körper oder Gerüst, an dem ein oder mehrere vordere
Steuerräder, eine Steuervorrichtung, ein Führersitz, ein Motor und in einem besonderen Raum, meistens an einem Ende des Hauptgerüsts, das Vibrierorgan angeordnet ist.
Dieses Vibrierorgan besteht meistens aus einem, durch einen in ihn eingebauten Vibrationserreger In
Vibration versetzten Metallzylinder, der diese Vibrationen an den unter ihm befindlichen Boden überträgt.
Um die grösstmögliche Vibrierwirkung und den billigsten Betrieb der Maschine zu erzielen, ist es zweckmässig, den grössten Teil des Gesamtgewichts der Maschine über das Vibrierorgan, auf den Boden lasten zu lassen. Zu diesem Zwecke wird manchmal auf dem Hauptgerüst ein Gegengewicht derart angeordnet, dass der Schwerpunkt der gesamten Maschine möglichst nah an das Vibrierorgan gelegt wird.
Da es sich hier um eine sich selbstbewegende Vibrierstrassenwalze handelt, muss diese nicht nur den unter ihr liegenden Boden in Vibration setzen, sondern darüber hinaus noch eine Fortbewegung durchführen, welche ihr gestattet, sich autonom während der Arbeit und bei Überführung von einer Arbeitsstelle zur andern zu bewegen.
Mit Rücksicht auf die obengenannte Gewichtsverteilung ist es augenscheinlich, dass, um die grösste Tangentialkraft und folglich die höchste Zugfähigkeit zu erzielen (insofern die Maschine auch auf Anhöhen arbeiten und sich an diesen fortbewegen soll), die Vibriertrommel gleichzeitig auch die Funktion eines Antriebsrades übernehmen muss, d. h. sie muss dem Boden die die Fortbewegung bewirkende Tangentialkraft übermitteln.
Es kommt folglich ein zweifaches Problem auf : l. zu verhindern, dass die Vibrationen der Vibriertrommel sich auf das Hauptgerüst und an alle mit ihm verbundenen Organe übertragen,
2. das Drehmoment auf die Vibriertrommel zu übertragen.
Bekanntlich ist dieses zweifache Problem bisher dadurch gelöst worden, dass man elastische Elemente aus Metall oder Vollgummi verwendete. Diese letzteren, kreisförmig oder prismatisch, werden von Fall zu Fall, je nach der Ausführung, einer Torsion, einer Biegung oder einem Druck usw. ausgesetzt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, eine Drehbewegung an die Vibrierorgane derart zu übertragen, dass die Vibrationen nicht an das Hauptgerüst und an alle mit ihm verbundenen Antriebsorgane gelangen, Ist durch wenigstens einen toroidalen, mit einem Flüssigkeit enthaltenden Hohlraum versehenen elastischen Ring gekennzeichnet, auf welchem wenigstens zwei steife in Abteilungen unterteilte Körper eingreifen, welche nach der Montage ungefähr die geometrische Form von Rotationskörpern einnehmen und den pneumatischen Ring eng umfassen, wobei die Abteilungen des einen dieser
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steifen Körper auf den nicht vibrierenden Maschinenteilen und die Abteilungen des andern steifen Körpers auf den Vibrierorganen montiert sind,
auf welch letztere sich durch den pneumatischen Ring das auf die
Abteilungen des ersten steifen Körpers wirkende Drehmoment überträgt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll also diese beiden Probleme unter Verwendung von Hohlringen aus elastischem Material, welche mehr oder weniger unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Gase ent- halten, lösen. Im einzelnen können diese pneumatischen Ringe denjenigen, welche auf dem Gebiete der
Kraftfahrzeuge gebraucht werden, ähnlich sein, und für bestimmte Fälle sind die bei Kraftfahrzeugen und
Krafträdern verwendeten Gummireifen vorgesehen, wodurch die erfindungsgemässen Vorrichtungen äusserst billig und wenig wartungsbedürftig sind.
Was nun den Vergleich zwischen den'erfindungsgemässen Vorrichtungen und den aus elastischen
Stahlelementen bestehenden Dämpfungsorganen anbelangt, so genügt es, die Tatsache zu berücksichti- gen, dass diese Stahlelement bereits durch Vollgummielemente ersetzt worden sind, insofern sie unge- nügende elastische Eigenschaften, insbesondere einen ganz ungenügenden Ermüdungswiderstand aufwei- sen.
'Die erfindungsgemässe Verwendung von pneumatischen Ringen anstatt von verschiedenförmigen Pass- stücken aus Vollgummi, bietet wesentliche Vorteile, von denen die hauptsächlichsten folgende sind : a) Bekanntlich weisen die zwecks Isolierung von Vibrationen verwendeten Elemente aus Vollgummi eine starke elastische Hysteresis und eine bedeutende innere Viskosität auf, so dass sie einen wesentlichen
Teil der hier auftretenden Vibrationsenergie aufnehmen.
Einen Beweis hiefür liefert die Tatsache, dass I dieseVollgummilager w 11rend des Betriebes schnell hohe Temperaturen erreichen und eine starke Wärme entwickeln. b) Wenn die Qualität des Materials dieser Vollgummielemente nicht ganz besonders sorgfältig ge- wählt wird, so erhöhen sich die Temperaturen derart, dass sie den Elastizitätskoeffizienten mit darausfol- gender Vulkanisierung und Bruch herabsetzen, so dass diese elastischen Elemente sehr oft erneuert werden müssen. c) Der Preis dieser elastischen Vollgummsstücke ist ziemlich hoch, da es sich im allgemeinen um
Elemente aus vulkanisiertem (nach einem sehr komplizierten und kostspieligen chemischen Verfahren) auf
Stahlplatten oder-Stahlscheiben angebrachten Gummi handelt, welche unbedingt zur Befestigung an vibrierende oder nicht vibrierende Metallkörper erforderlich sind.
d) Die in den erfindungsgemässen Vorrichtungen verwendeten pneumatischen Ringe nutzen hingegen die Elastizität der Luft oder anderer Gase aus. Da es sich dabei darum handelt, diese Gase mittels Druck oder Unterdruck in einem schnellen Rhythmus wirken zu lassen, so verhalten sich diese bekanntlich prak- tisch adiabatisch, was zu einem geringfügigen, um nicht zu sagen keinem Wärmeverlust und zu einem ganz geringfügigen, um nicht zu sagen keinem Verlust der Vibrierenergie führt.
Die vom Erreger erzeugte Vibrierkraft wird daher restlos an den Boden übertragen ohne oder nur in ganz minimalen Ausmassen an das Dämpfungssystem vergeudet. e) Die bei den erfindungsgemässen Vorrichtungen verwendeten pneumatischen Ringe behalten ihre sehr niedrige Temperatur, was ihre Lebensdauer, im Vergleich zur Lebensdauer der analogen Gummipass- stücke, ganz bedeutend erhöht. f) Man kann auch die Möglichkeit inBetracht ziehen, für den vorliegenden Zweck pneumatische Rin- ge der gleichen Art, wie sie für Kraftfahrzeuge und Krafträder verwendet werden, Reifen zu gebrauchen, wodurch billige und leicht verfügbare Elemente verwertet werden können.
Die oben angeführten Vorteile der Verwendung von pneumatischen Ringen anstatt von Passstücken aus
Vollgummi oder ähnlichem Material sind in der Vibrationsdämpfungstechnik schon bekannt.
Auch im engeren Feld der Vibrationsstrassenwalzen haben pneumatische Ringe schon Anwendung ge- funden, u. zw. als Vibrationsdämpfungsmittel zwischen Vibriertrommel und nicht vibrierendem Gerüst, bei geschleppten, geführten oder Anhängewalzen.
In allen diesen bekannten Fällen beschränkt sich das Problem aber auf die Suche des bestgeeigneten Vibrationsdämpfungsmittels und es wurden der oben geschilderten Vorteile wegen pneumatische Ringe erfolgreich verwendet. In allen Fällen aber, wo nicht nur die Vibrationsdämpfung, sondern auch gleichzeitig eine vibrationsfreie Übertragung eines Drehmomentes notwendig war, wurden bisher wie oben angeführt, lediglich elastische Elemente aus Metall, Vollgummi oder ähnlichem Stoff verwendet. Die pneumaschen Ringe haben nämlich in solchen sehr wichtigen Fällen keine Anwendung gefunden, weil die bisher bekannten Anbau- oder Befestigungsvorrichtungen zur Halterung an dem vibrierenden bzw. nichtvibrierenden Teil keine genügende Garantie für eine hundertprozentig schlupffreie Drehmomentübertragung boten.
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Bei den selbstfahrenden Vibrationsstrassenwalzen Ist im einzelnen zu sagen, dass die Drehmomentspitzen, besonders beim Übergang zwischen Vor-und Rückwärtsbewegung ziemlich gross sind und dass eine auch minimale Verschiebung zwischen den Oberflächen des pneumatischen Ringes und der ihn berührenden steifen metallischen Körper zur raschen Zerstörung oder Abnützung des elastischen pneumatischen Ringes führen würde.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist also, die Anbau- oder Befestigungsvorrichtungen der pneumatischen Ringe an die vibrierenden bzw. nichtvibrierenden Teile, beispielsweise bei einer selbstfahrenden Vibrationsstrassenwalze, derart zu gestalten, dass man die pneumatischen Ringe auch dort anwenden kann, wo man nicht nur Vibrationen dämpfen, sondern auch ein Drehmoment gleichzeitig und vibrationsfrei übertragen muss.
Die Zeichnung stellt schematisch und als Beispiele einige Ausführungsformen des erfindungsmässigen Gegenstandes dar, u. zw. zeigt Fig. 1 die schematische Seitenansicht der erfindungsgemässen sich selbstbewegenden Vibrierstrassenwalze, Fig. 2 die Seitenansicht eines pneumatischen Ringes, Fig. 2B den Schnitt eines Teils eines pneumatischen Dämpfungsringes, Fig. 3 den axialen Querschnitt eines Teils der sich , selbstbewegenden Vibrierstrassenwalze, Fig. 4 den axialen Querschnitt eines Teils einer sich selbstbewegenden Vibrierstrassenwalze mit einer andern Befestigungsart der Vibriertrommel und des Gerüstrahmens an die den pneumatischen Ring umfassenden steifen Elemente, Fig.
5A den axialen Querschnitt eines Teils der sich selbstbewegenden Vibrierstrassenwalze mit einer Vorrichtung zur Vibrationsdämpfung, welche die Übertragung eines Drehmoments gestattet, ohne dass auf den Kontaktflächen zwischen jedem pneumatischen Ring und den ihn umfassenden steifen Elementen tangentiale Reibungskräfte aufkommen, Fig. 5B den Vertikalschnitt nach Achse A-A der Fig. 5A, Fig. 6 den axialen Querschnitt, ähnlich 5A, einer andern Lösung für die Vervielfachung des Drehmoments, Fig. 7A den axialen Querschnitt eines Teils der sich selbstbewegenden vibrierenden Strassenwalze mit auf verschiedenen Ebenen angeordneten pneumatischen Ringen, Fig. 7B den Vertikalschnitt nach Achse B-B der Fig. 7A, Fig.
SA den axialen Querschnitt eines Teils der sich selbstbewegenden vibrierenden Strassenwalze mit Dämpfungsvorrichtung, für die Übertragung des Drehmoments, wobei ein Teil des Übertragungsgetriebes auf der Vibriertrommel montiert ist und zusammen mit derselben vibriert, Fig. 8B den Vertikalschnitt nach Achse C-C der Fig. 8A, Fig. 9A den axialen Querschnitt einer Vorrichtung, ähnlich derjenigen der Fig. 8A, jedoch mit ausserhalb der Vibriertrommel angeordneten pneumatischen Ringen, -Fig. 9B den Vertikalschnitt nach Achse D-D der Fig. 9A, Fig. 10A und 10B den Querschnitt der Fig. 10A bzw. Vertikalschnitt nach der Achse X-X einer andern Ausführungsform, bei welcher einige pneumatische Ringe parallel zur Achse der Vibriertrommel montiert sind.
Die sich selbstbewegende Vibriertrommel laut Fig. l besieht aus einem Körper oder einem steifen Gerüst l, einem Steuerrad oder Steuerrädern 2, einer Steuervorrichtung 3, einem Führersitz 4, einem Motor 5, einem kompaktatierenden Vibrierorgan 6 und einem Gegengewicht 7.
Die Vorrichtungen zur Dämpfung der Vibrationen und zur Übertragung der Drehbewegung an das Vibrierorgan bestehen erfindungsgemäss im wesentlichen (Fig. 2A und 2B) aus einem oder mehreren toroidalen pneumatischen Ringen 8, welche zweckentsprechend zwischen steifen, vorzugsweise metallischen als Rotationskörper ausgebildeten Elementen 9 und 10 gelagert sind. Diese Elemente 9 und 10 sind derart in Sektoren oder Abschnitte unterteilt, dass sie nach dem Aufsetzen den pneumatischen Ring 8 eng umfassen und jegliches Gleiten zwischen der Oberfläche des Ringes 8 und den (im allgemeinen metallischen) Anliegeflächen der steifen Elemente 9 und 10 an den Ring 8 verhindern.
Durch diese Anordnung wird, wenn eines dieser steifen Elemente 9 bzw. 10, z. B. das Element 10, in Vibration versetzt wird, diese ausschliesslich über den pneumatischen Ring 8 auf das andere Element 9
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stark dämpft.In Fig. 2A und 2B ist ein solcher pneumatischer Ring 8 mit den auf ihm montierten entsprechenden steifen Elementen 9 und 10 schematisch dargestellt. Der pneumatische Ring 8 ist beispielsweise ein üblicher Kraftfahrzeugreifen, mit Luftschlauch 11, doch können gemäss vorliegender Erfindung auch pneumatische Ringe anderer Form und aus anderem elastischem Material Verwendung finden. Das steife Element 10 besteht im vorliegenden Falle aus einer normalen Radfelge, wie sie üblicherweise im Kraftfahrzeugoder Kraftradbau verwendet wird.
Es ist offensichtlich, dass durch Aufsetzen der Felge 10 auf ein vibrierendes Organ und durch Befestigung des steifen Elements 9 (z. B. mittels einer oder mehrerer Laschen 12) auf einem feststehenden Organ, das Vibrierorgan eine solche Lage einnimmt, dass es in seinen Vibrationen nicht behindert wird und dabei auch die Übertragung der Vibrationen auf das feststehende Organ weitgehendst ausgeschaltet wird.
Als Lösung des zweifachen Problems der Dämpfung der Vibrationen und der gleichzeitigen Übertragung
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einer Rotationsbewegung an ein Vibrierorgan für den Fall einer sich selbst bewegenden und vibrierenden
Strassenwalze ist in Fig. 3 eine einfache erfindungsgemässe Vorrichtung im Querschnitt zur geometrischen
Achse der Vibriertrommel dargestellt.
Diese Figur zeigt schematisch die Vibriertrommel 13 mit dem auf ihr starr befestigten Vibrationserregel 14. Die Vibriertrommel 13 ist mit dem steifen den pneumatischen Ring 8 umfassenden Element 9 fest verbunden. Die Felge 10, welche von innen an den pneumatischen Ring 8 angelegt ist, ist dagegen starr auf dem Zapfen 15 befestigt, der im Lager 16 des Gerüstrahmens 17 der Maschine drehbar ist und ein aufgekeiltes Zahnrad 18 trägt, in welches die vom Motor 5 angetriebene Kette 19 eingreift.
Diese Anordnung gestattet offensichtlich der Trommel 13 ihre Vibrationsbewegung auszuführen und verhindert in hohem Masse die Übertragung der Vibration auf den Rahmen und auf die andern Organe der
Maschine ; sie gestattet ausserdem die Übertragung eines Drehmoments vom Gerüstrahmen 17 auf die Vi- briertrommel 13, und damit die Erzielung der erwünschten Drehbewegung der Vibriertrommel mit der darausfolgenden Fortbewegung der ganzen Maschine.
Fig. 4 beschreibt eine gleiche Vorrichtung zur Dämpfung der Vibration und zur Übertragung eines Drehmoments von einem nicht vibrierenden Organ auf ein Vibrierorgan, jedoch mit dem Unterschied, dass in diesem Falle die Vibriertrommel 13 mit dem steifen Element 10 (Felge) und der Zapfen 15 mit dem steifen, den pneumatischen Ring 8 von aussen umfassenden Element 9, fest verbunden ist.
Diese zweite, in der Fig. 4 gebrachte Lösung, ist praktisch mit der gemäss Fig. 3 äquivalent und die
Wahl zwischen diesen beiden Lösungen erfolgt im allgemeinen vom bautechnischen Standpunkt aus, entsprechend den jeweiligen Raumbedürfnissen der verschiedenen Organe.
Die Beschreibung der weiteren erfindungsgemässen Vorrichtungen ist der Kürze halber auf die Dartel- lung nur einer der möglichen Lösungen beschränkt, wobei aber auch alle andern dualen, durch Analogie sich ergebenden Lösungen geschützt werden sollen.
In den Fig. 3 und 4, sowie in allen nachfolgenden, ist es stets unterlassen worden, das andere Ende der Vibriertrommel und die Art, wie diese in ihrer Lage gehalten wird, darzustellen und zu beschreiben.
Die möglichen Lösungen dafür sind mannigfaltig und leicht aus den in der Zeichnung abgebildeten
Vorrichtungen zu entnehmen. Es genügt zu berücksichtigen, dass am andern Ende das Problem der Über- tragung eines Drehmoments nicht besteht und es genügt daher, das Problem der Vibrationsdämpfung zu lösen. Eine der möglichen Lösungen ist, am andern Ende der Trommel eine mit der in Fig. 3 dargestell- ten Vorrichtung identische Vorrichtung vorzusehen, bei welcher das Zahnrad 18 und die Kette 19 wegge- lassen sind. Entsprechend den Anordnungen der Fig. 3 und 4 werden für die Übertragung des Drehmoments die zwischen dem pneumatischen Ring 8 und den ihn eng umfassenden steifen Organen 9 und 10 auftreten- den tangentialen Reibungskräfte ausgenützt.
Diese tangentialen Reibungskräfte können durch zweckmässi- ge Profilgebung der Kontaktflächen wesentlich erhöht werden, indem man auf diesen z. B. Kanten, Un- ebenheiten, Verzahnungen usw. vorsieht.
Die vorliegende Erfindung sieht jedoch eine derartige Gruppierung der Organe vor, dass die Übertra- gung des Drehmoments, ohne tangentiale Reibungskräfte zwischen den pneumatischen Ringen 8 und den auf ihnen aufgesetzten steifen Elementen 9 und 10 aufkommen zu lassen, erfolgen kann.
Eine dieser Vorrichtungen ist in den Fig. 5A und 5B dargestellt, in welchen ein Teil einer sich selbstbewegenden Vibrierstrassenwalze illustriert wird und wo 13 die Vibriertrommel, 14 den Schwingungserre- ger, 15 den Zapfen, 16 die dazugehörigen Lager, 17 den Gerüstrahmen, 18 das Zahnrad und 19 die das
Getriebe antreibende Kette bezeichnen. In diesem Falle trägt der Zapfen 15 eine mit ihm festverbundene
Platte 20, auf welcher vier pneumatische Ringe 8 montiert sind (es könnten derer selbstverständlich nur zwei oder drei oder auch mehr als vier sein), deren Felgen auf der Platte 20 steif aufgesetzt sind und deren jeweiliges steifes Element 9 mit der Vibriertrommel festverbunden ist.
Bei Übertragung des Drehmoments mittels Kette 19 an den Zapfen 15, werden die pneumatischen Ringe 8 nicht von Tangentialkräften, sondern ausschliesslich von Radialkräften, wie dies auch erwünscht ist, belastet.
Die Fig. 6'stellt eine Lösung dar, die der in Fig. 5A gezeigten ähnlich ist, jedoch mit dem Unterschied, dass in Fig. 6 die Zwischenschaltung eines Aggregats, das auf dem Gerüstrahmen 17 in der Nähe der Vibriertrommel montiert ist, für die Herabsetzung der Drehgeschwindigkeit (mit darausfolgender Vervielfachung des Drehmoments) vorgesehen ist. Bei dieser Anordnung trägt der Zapfen 15 ein aufgekeiltes Zahnrad, welches in ein auf der Gegenwelle 23 aufgesetztes Ritzel eingreift. Das von der Kette 19 betätigte Zahnrad 18 ist auf der Gegenwelle 23 aufgekeilt und überträgt das vom Motor kommende Drehmoment.
Die Fig. 7A und 7B stellen im Querschnitt bzw. im Vertikalschnitt eine den in den Fig. 5 und 6
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dargestellten Vorrichtungen analoge Vorrichtung mit dem Unterschied dar, dass die pneumatischen Rin- ge 8 in verschiedenen Ebenen angeordnet sind und dass durch den dadurch verringerten Raumbedarf der
Ringe deren Unterbringung im Innern einer Vibriertrommel von kleinerem Durchmesser möglich wird. Im vorliegenden Falle trägt die Platte 20 kleine, verschieden lange Stützen 24, welche diese Platte 20 mit den Felgen 10 der pneumatischen Ringe 8 fest verbinden. Auch in diesem Falle wird die Übertragung des
Drehmoments über diese Kolonnenstücke 24 erreicht, ohne dass tangentiale Reibungskräfte an den Kon- taktflächen zwischen den pneumatischen Ringen 8 und den sie umfassenden steifen Elementen 9 und 10 auftreten.
Eine weitere Vorrichtung zur Dämpfung der Vibrationen und zur gleichzeitigen Übertragung des Drehmoments an ein Vibrierorgan, ist erfindungsgemäss in den Fig. 8A und 8B im Quer- und Vertikal- schnitt dargestellt, wobei für die für analoge Funktionen vorgesehenen Elemente die gleichen Bezugsnum- mern der vorangegangenen Figuren beibehalten worden sind. Die Vibriertrommel 13 wird auch in diesem
Falle durch einen vom Hauptmotor der Maschine auf verschiedene hier nicht näher beschriebene Weise, wie z. B. durch Keilriemen oder elektrischen Antrieb betätigten Erreger in Vibration versetzt. Mit dem Verlängerungsstück 27 der Vibriertrommel (an dem für das Anlegen de% Drehmomentes bestimmten Ende) ist ein Kasten 25 durch das Lager 26 drehbar verbunden.
Auf diesem Verlängerungsstück 27 ist ein in dem
Kasten 25 eingeschlossenes Zahnrad 28 aufgekeilt, welches in ein auf der Gegenwelle 29 aufgekeil- tes Ritzel eingreift. Die Gegenwelle 29 ist ebenfalls im Kasten 25 drehbar gelagert.
Ausserhalb des Kastens 25, jedoch ebenfalls auf der Gegenwelle 29 aufgekeilt, ist das von der Kette 19 angetriebene Zahnrad 18 befestigt. Der Kasten 25 wird von den pneumatischen Ringen 8 in seiner Lage festgehalten, wobei die steifen Elemente 9 mit der mit dem Kasten 25 festverbundenen Platte 30 eben- falls fest verbunden sind. Diese Platte 30 muss somit zwangsweise mit der Trommel mitvibrieren, da sie von den pneumatischen Ringen 8 festgehalten wird, kann aber nicht rotieren. Die Gegenwelle 29 und das auf ihr aufgekeilte Zahnrad 18 vibrieren ebenfalls, weil sie auf dem Kasten 25 montiert sind. Da sie aber exzentrisch zur geometrischen Achse der Vibriertrommel liegen, übertragen sie auf die Kette 19 eine stark verringerte, jedenfalls aber tolerierbare leichte Vibration.
Unter Einwirkung des Drehmoments auf die Vibriertrommel, wird der Kasten 25 Torsionsreaktionen ausgesetzt, welche von den pneumatischen Ringen 8 (deren Felgen 10 mittels der Stützen 31 am Hauptgerust 17 befestigt sind) durch zu ihnen radial liegende Kräfte aufgenommen werden.
Um die vorgenannten pneumatischen Ringe 8 geringeren radialen Belastungen bei gleichem Drehmo- ment auszusetzen, kann man den Fig. 9A und 9B entsprechend die Vorrichtung derart abändern, dass die mit dem Kasten 25 fest verbundene Platte 30 soweit verlängert wird, bis sich die pneumatischen Ringe 8 ganz ausserhalb des Randes des Getriebekastens 25 befinden.
Die Fig. l0A und 10B zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein pneumatischer Ring 8 vorgesehen ist, der auf einer, zur Achse 14 der Vibriertrommel 13 koaxial angeordneten Achse montiert ist, während die beiden andern pneumatischen Ringe 8 auf einer Querachse 32 montiert sind, die normal zur Längsachse 14 der Trommel 13 und zur Achse 15 für die Übertragung der Bewegung mittels des Zahnrades 18 und der Kette 19, liegt. Diese Anordnung bietet einen weiteren Vorteil insofern, als man hier einen besseren Widerstand gegen seitliche Verschiebungen der Trommel erzielt. Schliesslich könnten die pneumatischen Ringe 8 und 8'auch auf schrägen zur Achse der Trommel 13 beliebig geneigten Geraden angeordnet sein.
Es ist möglich, für die in den Fig. 8A-8B, 9A-9B und 10A-I0B dargestellten Vorrichtungen auch eine grössere als die angegebene Anzahl von pneumatischen Ringen vorzusehen, ohne dadurch aus dem Rahmen dieser Erfindung hinauszutreten.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung an Vibrierorganen, mit gleichzeitiger Dämpfung der Vibrationen, wobei wenigstens ein toroidaler, einen mit Flüssigkeit gefüllten Innenhohlraum aufweisender elastischer Ring vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem wenigstens zwei in Abschnitte unterteilte Körper (9, 10) eingreifen, welche nach der Montage die ungefähre geometrische Form von Rotationskörpern besitzen und den pneumatischen Ring (8) eng umfassen, wobei die Abschnitte des einen der steifen Körper (9, 10) auf den nicht vibrierenden Maschinenteilen und die Abschnitte des andern steifen Körpers auf Vibrierorganen (13) befestigt sind, auf welche sich über den pneumatischen Ring (8) bzw.
über die pneumatischen Ringe das auf die Abschnitte des ersten steifen Körpers wirkende Drehmoment überträgt.
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Device for transmitting the rotary motion to animal organs with simultaneous damping of vibrations
The significant advantages that vibrations have in the compaction or compacting of earthfills, the road sub-structure and all those layers of
Grain material that is used for road and dam construction as well as for other purposes is offered.
There are many machines that have hitherto been attempted to impart an adequate vibration effect to the layers to be compacted. One of the most modern and efficient machines is the self-propelled vibratory road roller.
Such a machine consists of a body or frame on which one or more front
Steering wheels, a steering device, a driver's seat, an engine and in a special space, mostly at one end of the main frame, the vibrating element is arranged.
This vibrating organ usually consists of a vibration exciter In built into it
Vibration displaced metal cylinder, which transmits these vibrations to the floor below.
In order to achieve the greatest possible vibrating effect and the cheapest possible operation of the machine, it is advisable to let the major part of the total weight of the machine load on the floor via the vibrating element. For this purpose, a counterweight is sometimes arranged on the main frame in such a way that the center of gravity of the entire machine is placed as close as possible to the vibrating element.
Since this is a self-moving vibratory road roller, it not only has to vibrate the floor below, but also perform a movement that allows it to move autonomously while working and when moving from one job to another move.
With regard to the above-mentioned weight distribution, it is evident that in order to achieve the greatest tangential force and consequently the highest tractive power (insofar as the machine is also to work on and move on hills), the vibrating drum must also take on the function of a drive wheel at the same time, d. H. it must transmit the tangential force causing the movement to the ground.
The problem, therefore, is twofold: l. to prevent the vibrations of the vibrating drum from being transmitted to the main frame and to all organs connected to it,
2. to transmit the torque to the vibrating drum.
As is known, this twofold problem has hitherto been solved by using elastic elements made of metal or solid rubber. The latter, circular or prismatic, are subjected to torsion, bending or pressure, etc., depending on the design.
The device according to the invention, which is intended to transmit a rotary movement to the vibrating elements in such a way that the vibrations do not reach the main frame and all drive elements connected to it, is characterized by at least one toroidal elastic ring provided with a liquid-containing cavity, on which at least two rigid, compartmentalized bodies engage which, when assembled, assume approximately the geometrical shape of bodies of revolution and tightly enclose the pneumatic ring, the compartments of one of them
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rigid bodies are mounted on the non-vibrating machine parts and the compartments of the other rigid body are mounted on the vibrating organs,
on which latter the pneumatic ring extends to the
Divisions of the first rigid body transmits acting torque.
The device according to the invention is therefore intended to solve these two problems by using hollow rings made of elastic material which contain liquids or gases that are more or less under pressure. In particular, these pneumatic rings can be used in the field of
Motor vehicles are needed to be similar, and for certain cases those are used in motor vehicles and
Motorcycles used rubber tires provided, whereby the inventive devices are extremely cheap and little maintenance.
Now what the comparison between the devices according to the invention and those made of elastic
As far as damping elements exist for steel elements, it is sufficient to take into account the fact that these steel elements have already been replaced by solid rubber elements, insofar as they have inadequate elastic properties, in particular very inadequate fatigue resistance.
The use according to the invention of pneumatic rings instead of variously shaped fitting pieces made of solid rubber offers significant advantages, the main ones of which are as follows: a) It is known that the solid rubber elements used for isolating vibrations have strong elastic hysteresis and significant intrinsic viscosity so that they are an essential
Absorb part of the vibration energy occurring here.
Proof of this is provided by the fact that these solid rubber bearings quickly reach high temperatures during operation and develop a great deal of heat. b) If the quality of the material for these solid rubber elements is not chosen very carefully, the temperatures increase to such an extent that they lower the coefficient of elasticity with the resulting vulcanization and breakage, so that these elastic elements have to be replaced very often. c) The price of these elastic solid rubber pieces is quite high, as they are generally
Vulcanized elements (after a very complicated and expensive chemical process)
Rubber attached to steel plates or steel disks, which are absolutely necessary for attachment to vibrating or non-vibrating metal bodies.
d) The pneumatic rings used in the devices according to the invention, on the other hand, use the elasticity of air or other gases. Since it is a matter of letting these gases act in a rapid rhythm by means of pressure or underpressure, it is known that they behave practically adiabatically, which leads to a slight, if not to say no heat loss and to a very small one, to not to say there is no loss of vibration energy.
The vibrating force generated by the exciter is therefore completely transferred to the floor without, or only to a minimal extent, wasted on the damping system. e) The pneumatic rings used in the devices according to the invention maintain their very low temperature, which increases their service life quite significantly compared to the service life of the analog rubber fittings. f) One can also consider the possibility of using, for the present purpose, pneumatic rings of the same type as those used for automobiles and motorcycles, tires, whereby cheap and easily available elements can be used.
The advantages of using pneumatic rings instead of fitting pieces outlined above
Solid rubber or similar material are already known in vibration damping technology.
Pneumatic rings have also been used in the narrower field of vibratory road rollers. as a vibration dampening means between vibrating drum and non-vibrating scaffolding, with towed, guided or trailer rollers.
In all of these known cases, however, the problem is limited to the search for the most suitable vibration damping means, and pneumatic rings have been used successfully because of the advantages described above. In all cases, however, where not only the vibration damping, but also a vibration-free transmission of a torque was necessary at the same time, only elastic elements made of metal, solid rubber or similar material have been used up to now, as stated above. The pneumatic rings have found no use in such very important cases because the previously known attachment or fastening devices for mounting on the vibrating or non-vibrating part did not offer a sufficient guarantee for a one hundred percent slip-free torque transmission.
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In the case of the self-propelled vibratory road rollers, it should be said in detail that the torque peaks, especially during the transition between forward and backward movement, are quite large and that even a minimal displacement between the surfaces of the pneumatic ring and the stiff metal body in contact with it leads to rapid destruction or wear of the elastic pneumatic ring would result.
The purpose of the present invention is therefore to design the attachment or fastening devices of the pneumatic rings to the vibrating or non-vibrating parts, for example in the case of a self-propelled vibratory road roller, in such a way that the pneumatic rings can also be used where one not only dampens vibrations, but also a torque must be transmitted simultaneously and vibration-free.
The drawing shows schematically and as examples some embodiments of the subject matter of the invention, u. Between Fig. 1 shows the schematic side view of the self-moving vibratory road roller according to the invention, Fig. 2 shows the side view of a pneumatic ring, Fig. 2B shows the section of a part of a pneumatic damping ring, Fig. 3 shows the axial cross section of a part of the self-moving vibratory road roller, 4 shows the axial cross-section of a part of a self-moving vibratory road roller with a different type of fastening of the vibrating drum and the scaffolding frame to the rigid elements comprising the pneumatic ring, FIG.
5A shows the axial cross-section of part of the self-moving vibrating road roller with a device for vibration damping which allows the transmission of a torque without tangential frictional forces occurring on the contact surfaces between each pneumatic ring and the rigid elements surrounding it, FIG. 5B the vertical section along axis AA 5A, 6 show the axial cross-section, similar to 5A, of another solution for multiplying the torque, FIG. 7A shows the axial cross-section of part of the self-moving vibrating road roller with pneumatic rings arranged on different levels, FIG. 7B shows the vertical section along the axis BB of FIG. 7A, FIG.
SA shows the axial cross-section of part of the self-moving vibrating road roller with damping device, for the transmission of the torque, with part of the transmission gear being mounted on the vibrating drum and vibrating together with the same, FIG. 8B the vertical section along axis CC of FIG. 8A, FIG 9A shows the axial cross section of a device similar to that of FIG. 8A, but with pneumatic rings arranged outside the vibrating drum, FIGS. 9B shows the vertical section along the axis D-D of FIGS. 9A, FIGS. 10A and 10B the cross-section of FIG. 10A and vertical section along the axis X-X of another embodiment in which some pneumatic rings are mounted parallel to the axis of the vibrating drum.
The self-moving vibrating drum according to FIG. 1 consists of a body or a rigid frame 1, a steering wheel or steering wheels 2, a control device 3, a driver's seat 4, a motor 5, a compacting vibrating element 6 and a counterweight 7.
According to the invention, the devices for damping the vibrations and for transmitting the rotary motion to the vibrating element consist essentially (Figs. 2A and 2B) of one or more toroidal pneumatic rings 8, which are appropriately mounted between rigid, preferably metallic elements 9 and 10 designed as rotating bodies . These elements 9 and 10 are divided into sectors or sections in such a way that, when fitted, they closely encompass the pneumatic ring 8 and any sliding between the surface of the ring 8 and the (generally metallic) surfaces of the rigid elements 9 and 10 against the ring 8 prevent.
With this arrangement, if one of these rigid elements 9 or 10, for. B. the element 10 is set in vibration, this exclusively via the pneumatic ring 8 on the other element 9
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In Fig. 2A and 2B, such a pneumatic ring 8 with the corresponding rigid elements 9 and 10 mounted on it is shown schematically. The pneumatic ring 8 is, for example, a conventional motor vehicle tire with an air hose 11, but according to the present invention, pneumatic rings of other shapes and of other elastic material can also be used. In the present case, the rigid element 10 consists of a normal wheel rim, as is commonly used in motor vehicle or motorcycle construction.
It is evident that by placing the rim 10 on a vibrating member and by fastening the rigid element 9 (e.g. by means of one or more tabs 12) on a stationary member, the vibrating member is in such a position that it vibrates is not hindered and the transmission of the vibrations to the fixed organ is largely switched off.
As a solution to the twofold problem of damping vibrations and simultaneous transmission
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a rotational movement to a vibrating organ in the case of a self-moving and vibrating one
Road roller is in Fig. 3 a simple device according to the invention in cross section to the geometric
Axis of the vibrating drum shown.
This figure shows schematically the vibrating drum 13 with the vibration control 14 rigidly attached to it. The vibrating drum 13 is firmly connected to the rigid element 9 comprising the pneumatic ring 8. The rim 10, which is applied from the inside to the pneumatic ring 8, is on the other hand rigidly attached to the pin 15, which is rotatable in the bearing 16 of the scaffolding frame 17 of the machine and carries a keyed gear 18 into which the chain driven by the motor 5 19 intervenes.
This arrangement obviously allows the drum 13 to perform its vibratory movement and prevents to a great extent the transmission of the vibration to the frame and to the other organs of the
Machine; it also allows the transmission of a torque from the scaffolding frame 17 to the vibrating drum 13, and thus achieving the desired rotary movement of the vibrating drum with the consequent advancement of the entire machine.
4 describes a similar device for damping the vibration and for transmitting a torque from a non-vibrating organ to a vibrating organ, but with the difference that in this case the vibrating drum 13 with the rigid element 10 (rim) and the pin 15 with the rigid element 9, which surrounds the pneumatic ring 8 from the outside, is firmly connected.
This second solution, shown in FIG. 4, is practically equivalent to that according to FIG
The choice between these two solutions is generally made from a structural point of view, depending on the space requirements of the various organs.
For the sake of brevity, the description of the further devices according to the invention is limited to showing only one of the possible solutions, but all other dual solutions resulting from analogy are also to be protected.
In Figs. 3 and 4, as well as in all subsequent ones, it has always been omitted to illustrate and describe the other end of the vibrating drum and the way in which it is held in place.
The possible solutions for this are varied and easy from those shown in the drawing
Devices to be found. It is sufficient to take into account that at the other end there is no problem of transmitting a torque and it is therefore sufficient to solve the problem of vibration damping. One of the possible solutions is to provide at the other end of the drum a device identical to the device shown in FIG. 3, in which the toothed wheel 18 and the chain 19 are omitted. According to the arrangements of FIGS. 3 and 4, the tangential frictional forces occurring between the pneumatic ring 8 and the rigid elements 9 and 10 that closely encompass it are used for the transmission of the torque.
These tangential frictional forces can be significantly increased by appropriate profiling of the contact surfaces. B. provides edges, unevenness, toothing, etc.
The present invention, however, provides for a grouping of the organs such that the torque can be transmitted without causing tangential frictional forces between the pneumatic rings 8 and the rigid elements 9 and 10 placed on them.
One of these devices is shown in Figs. 5A and 5B, in which part of a self-moving vibratory road roller is illustrated and where 13 the vibrating drum, 14 the vibration exciter, 15 the journal, 16 the associated bearings, 17 the scaffolding frame, 18 the Gear and 19 the that
Designate the transmission driving chain. In this case, the pin 15 carries a firmly connected to it
Plate 20, on which four pneumatic rings 8 are mounted (there could of course only be two or three or more than four), the rims of which are placed rigidly on the plate 20 and whose respective rigid element 9 is firmly connected to the vibrating drum.
When the torque is transmitted to the pin 15 by means of a chain 19, the pneumatic rings 8 are not loaded by tangential forces, but exclusively by radial forces, as is also desired.
FIG. 6 'represents a solution which is similar to that shown in FIG. 5A, but with the difference that in FIG. 6 the interposition of a unit that is mounted on the scaffolding frame 17 in the vicinity of the vibrating drum is used for the Reduction of the rotational speed (with a consequent multiplication of the torque) is provided. In this arrangement, the pin 15 carries a keyed gearwheel which engages in a pinion placed on the countershaft 23. The gear 18 actuated by the chain 19 is keyed on the countershaft 23 and transmits the torque coming from the motor.
FIGS. 7A and 7B represent, in cross section and in vertical section, respectively, one of those in FIGS. 5 and 6
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The devices shown represent an analog device with the difference that the pneumatic rings 8 are arranged in different planes and that the reduced space requirement of the
Rings which can be placed inside a vibrating drum with a smaller diameter. In the present case, the plate 20 carries small supports 24 of different lengths, which firmly connect this plate 20 to the rims 10 of the pneumatic rings 8. In this case too, the
Torque is achieved via these column pieces 24 without tangential frictional forces occurring on the contact surfaces between the pneumatic rings 8 and the rigid elements 9 and 10 surrounding them.
Another device for damping the vibrations and for the simultaneous transmission of the torque to a vibrating element is shown according to the invention in FIGS. 8A and 8B in cross-section and vertical section, the same reference numbers as the previous ones for the elements provided for analog functions Figures have been retained. The vibrating drum 13 is also in this
Fall through one of the main engine of the machine in various ways not described here, such. B. caused by V-belt or electric drive actuated exciter in vibration. A box 25 is rotatably connected through the bearing 26 to the extension piece 27 of the vibrating drum (at the end intended for applying the torque).
On this extension piece 27 is a in the
Gear 28 enclosed in box 25, which engages in a pinion wedged onto counter shaft 29. The counter shaft 29 is also rotatably mounted in the box 25.
Outside the box 25, but also keyed onto the countershaft 29, the gear 18 driven by the chain 19 is attached. The box 25 is held in its position by the pneumatic rings 8, the rigid elements 9 also being firmly connected to the plate 30 that is firmly connected to the box 25. This plate 30 must therefore necessarily also vibrate with the drum, since it is held in place by the pneumatic rings 8, but cannot rotate. The countershaft 29 and the gear 18 keyed on it also vibrate because they are mounted on the box 25. However, since they are eccentric to the geometric axis of the vibrating drum, they transmit a greatly reduced, but at least tolerable, slight vibration to the chain 19.
Under the action of the torque on the vibrating drum, the box 25 is subjected to torsional reactions which are absorbed by the pneumatic rings 8 (the rims 10 of which are fastened to the main frame 17 by means of the supports 31) by forces lying radially to them.
In order to subject the aforementioned pneumatic rings 8 to lower radial loads with the same torque, the device can be modified according to FIGS. 9A and 9B in such a way that the plate 30 firmly connected to the box 25 is extended until the pneumatic rings 8 extend located completely outside the edge of the gear box 25.
10A and 10B show a further embodiment of the invention in which a pneumatic ring 8 is provided, which is mounted on an axis arranged coaxially to the axis 14 of the vibrating drum 13, while the other two pneumatic rings 8 are mounted on a transverse axis 32 which are normal to the longitudinal axis 14 of the drum 13 and to the axis 15 for the transmission of the movement by means of the gear 18 and the chain 19 is. This arrangement offers a further advantage in that it achieves better resistance to lateral displacement of the drum. Finally, the pneumatic rings 8 and 8 ′ could also be arranged on straight lines that are inclined at any angle to the axis of the drum 13.
It is possible for the devices shown in FIGS. 8A-8B, 9A-9B and 10A-10B to also provide a number of pneumatic rings greater than the specified number without thereby departing from the scope of this invention.
PATENT CLAIMS: 1. Device for transmitting a rotary movement to vibrating organs, with simultaneous damping of the vibrations, at least one toroidal elastic ring having an inner cavity filled with liquid being provided, characterized in that at least two bodies (9, 10 ) which, after assembly, have the approximate geometric shape of bodies of revolution and tightly embrace the pneumatic ring (8), with the sections of one of the rigid bodies (9, 10) on the non-vibrating machine parts and the sections of the other rigid body Vibrating elements (13) are attached, on which the pneumatic ring (8) or
transmits the torque acting on the sections of the first rigid body via the pneumatic rings.