DE10105687A1 - Schwingungserreger für lenkbare Bodenverdichtungsvorrichtungen - Google Patents

Schwingungserreger für lenkbare Bodenverdichtungsvorrichtungen

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Abstract

Ein Schwingungserreger für eine Bodenverdichtungsvorrichtung weist eine Phasenänderungseinrichtung (24, 25) auf, die in eine formschlüssige Kopplung zwischen einer ersten (22) und einer zweiten (26) Unwuchtwelle integriert ist, um die relative Phasenlage der beiden Unwuchtwellen (22, 26) zu verstellen. Weiterhin ist eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen von zwei auf der zweiten Unwuchtwelle (26) vorgesehenen Unwuchtmassen (32a, 32b) vorgesehen. Mit Hilfe des Schwingungserregers ist es möglich, eine Bodenverdichtungsvorrichtung zu lenken, ohne dass die Geschwindigkeit reduziert werden muss. Die Verstellung der Unwuchtmassen (32a, 32b) erfolgt dabei in besonders einfacher Weise, so dass keine aufwändige Regelung erforderlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger für eine Bodenverdichtungsvor­ richtung.
Derartige Bodenverdichtungsvorrichtungen, insbesondere Vibrationsplatten, sind seit langem bekannt. Bei ihnen werden häufig Schwingungserreger einge­ setzt, die zwei zueinander gegenläufig drehbar gekoppelte Unwuchtwellen auf­ weisen, deren relative Phasenlage sich durch eine Phasenänderungseinrichtung verstellen läßt. Durch Verstellen der Phasenlage läßt sich die Wirkungsrichtung eines durch die rotierenden Unwuchtwellen erzeugten resultierenden Kraftvek­ tors derart verstellen, dass die Bodenverdichtungssvorrichtung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung verfahrbar ist.
Weiterhin ist es bekannt, auf einer der Unwuchtwellen zwei relativ zu der Un­ wuchtwelle verdrehbare Unwuchtmassen axial versetzt anzuordnen. Die Lage von jeder der beiden Unwuchtmassen bezüglich der sie tragenden Unwuchtwel­ len ist individuell einstellbar, so dass im Zusammenwirken mit der gegenüberlie­ genden weiteren Unwuchtwelle resultierende Kraftvektoren erzielt werden kön­ nen, die um eine Hochachse der Bodenverdichtungsvorrichtung ein Giermoment erzeugen, wodurch auch eine Drehung der Maschine bzw. eine Lenkung ermög­ licht wird.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines derartigen bekannten Schwingungserregers.
Auf einer drehend angetriebenen ersten Unwuchtwelle 1 sind zwei Unwuchtmas­ sen 2a. 2b befestigt. Über zwei Zahnräder 3 und 4 wird die Drehbewegung der ersten Unwuchtwelle 1 auf eine zweite Unwuchtwelle 5 übertragen.
Die zweite Unwuchtwelle 5 trägt ebenfalls zwei Unwuchtmassen 6a, 6b, die je­ doch relativ zu der zweiten Unwuchtwelle 5 verdrehbar sind. Um die Verdrehbar­ keit zu gewährleisten, ist jeder der Unwuchtmassen 6a, 6b eine eigene Ver­ dreheinrichtung 7a und 7b zugeordnet. Nachfolgend wird lediglich die Ver­ dreheinrichtung 7a erläutert. Die Verdreheinrichtung 7b ist identisch aufgebaut und in Fig. 3 spiegelsymmetrisch zu der Verdreheinrichtung 7a dargestellt.
Die Verdreheinrichtung 7a weist einen Kolben 8 auf, der einen Schieber 9 gegen die Wirkung einer Feder 10 axial verlagert. Der Schieber 9 trägt einen Quer­ zapfen 11, der eine in der Wandung der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Un­ wuchtwelle 5 vorhandene Längsnut 12 durchdringt und in eine schraubenförmi­ ge Nut 13 eingreift, die auf der Innenseite einer Nabe 14 ausgebildet ist, welche die Unwuchtmasse 6a trägt.
Durch das axiale Verlagern des Schiebers 9 mit dem Querzapfen 11 wird durch die schraubenförmige Nut 13 der Nabe 14 eine Drehbewegung aufgezwungen, wodurch sich die Relativstellung der Unwuchtmasse 6a gegenüber der zweiten Unwuchtwelle 5 und damit auch der ersten Unwuchtwelle 1 ändert
Folge dieser Verstellung ist eine Änderung der Phasenlage zwischen den Un­ wuchtmassen 2a, 2b der ersten Unwuchtswelle 1 und den Unwuchtmassen 6a, 6b der zweiten Unwuchtwelle 5 einerseits sowie die Möglichkeit einer Verände­ rung der Phasenlage der Unwuchtmassen 6a und 6b zueinander auf der zweiten Unwuchtwelle 5.
Anhand von Fig. 4 wird erläutert, wie sich durch eine Veränderung der Phasen­ lage der Unwuchtmassen bzw. Unwuchtwellen die Bodenverdichtungsvorrich­ tung steuern läßt. Fig. 4 zeigt schematisch verschiedene Unwuchtstellungen und deren Auswirkungen auf die Fahrbewegung einer einen entsprechenden Schwin­ gungserreger tragenden Vibrationsplatte 15. Die Unwuchtmassen 2a und 2b sind hierbei zu der ersten Unwuchtwelle 1 zusammengefasst.
In Fig. 4a ist ein Beispiel für eine Relativstellung der ersten Unwuchtwelle 1 und zweiten Unwuchtwelle 5 bzw. der Unwuchtmassen 2a. 2b und der Unwuchtmas­ sen 6a, 6b gezeigt. Die Lage der Unwuchtmassen 2a, 2b, 6a, 6b ist durch schraf­ fierte Flächen gekennzeichnet. Die sich jeweils ergebenden resultierenden Kraft­ vektoren sind schräg nach vorne (in der Figur nach rechts) gerichtet, wodurch sich eine Vorwärtsfahrt der Vibrationsplatte 15 ergibt.
In Fig. 4b wurde die Relativstellung der Unwuchtmassen 6a, 6b bezüglich der Unwuchtmassen 2a, 2b derart verändert, dass nun die resultierenden Kraftvek­ toren schräg nach hinten gerichtet sind, was sich in einer Rückwärtsfahrt der Vibrationsplatte 15 äußert.
In den Fig. 4c und 4d schließlich wurde die Relativstellung der Unwuchtmassen 6a und 6b zueinander derart geändert, dass die sich jeweils ergebenden resultie­ renden Kraftvektoren unterschiedlich gerichtet sind, wodurch sich eine Drehung um die Hochachse der Vibrationsplatte 15 nach links (Fig. 4c) und nach rechts (Fig. 4d) ergibt.
Vibrationsplatten mit derartigen Schwingungserregern haben sich in der Praxis seit vielen Jahren hervorragend bewährt. Als nachteilig hat sich jedoch erwie­ sen, dass zur Erzielung einer Lenkbewegung (Fig. 4c, 4d) die Vortriebsgeschwin­ digkeit reduziert wird, was sich durch eine verminderte Arbeitsgeschwindigkeit der Vibrationsplatte und damit eine geringere Wirtschaftlichkeit auswirkt.
Weiterhin ist es aufgrund der individuellen Ansteuerung der beiden Teilunwuch­ ten 6a, 6b auf der zweiten Unwuchtwelle 5 durch die Verdreheinrichtungen 7a, 7b nur mit hohem Regelaufwand möglich, eine Kurvenfahrt, d. h. eine Lenkung der Vibrationsplatte, bei gleichzeitigem Vortrieb zu erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserreger an­ zugeben, der eine Lenkung einer Bodenverdichtungsvorrichtung ermöglicht, die gegenüber dem Stand der Technik eine wesentlich geringere Beeinflussung auf die Vortriebsgeschwindigkeit ausübt. Gleichzeitig sollte der Schwingungserreger einfach ansteuerbar sein, um einen erhöhten Regelaufwand zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwingungserreger gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Schwingungserreger weist eine Phasenänderungseinrich­ tung auf, die in die formschlüssige Kopplung zwischen erster und zweiter Un­ wuchtwelle integriert ist, und die zum Verstellen der relativen Phasenlage der beiden Unwuchtwellen dient. Mit Hilfe der Phasenänderungseinrichtung ist es möglich, die Fahrtrichtung (vorwärts-rückwärts) und die Fahrtgeschwindigkeit einzustellen.
Getrennt von der Phasenänderungseinrichtung ist bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserreger weiterhin eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen der bei­ den Unwuchtmassen auf der zweiten Unwuchtwelle vorgesehen. Mit Hilfe der Verdreheinrichtung ist es möglich, eine bezüglich einer Hochachse des Schwingungserregers unsymmetrische Kraftwirkung einzustellen, wodurch ein Gier­ moment um die Hochachse erreicht werden kann, das zur Lenkung der den Schwingungserreger tragenden Vibrationsplatte dient.
Durch die gegenüber dem Stand der Technik vollzogene Trennung der Funktio­ nen "Erzeugen einer Vortriebsbewegung" und "Erzeugen eines Giermoments" bzw. durch Zuordnen dieser Funktionen an unterschiedliche, räumlich vonein­ ander getrennte Funktionseinheiten ist es möglich, dass die den erfindungsge­ mäßen Schwingungserreger tragende Vibrationsplatte auch in voller Fahrt ge­ lenkt werden kann, ohne dass dadurch eine wesentliche Verminderung der Fahrtgeschwindigkeit bewirkt wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dient die Ver­ dreheinrichtung zum gleichzeitigen, gegensinnigen Verdrehen der beiden Un­ wuchtmassen auf der zweiten Unwuchtwelle. Dadurch ist es möglich, dass eine einzige Verdreheinrichtung ausreicht, um die Unwuchtmassen koordiniert zu verdrehen. Insbesondere dann, wenn die beiden Unwuchtmassen durch die Ver­ dreheinrichtung formschlüssig und gegenläufig drehbar miteinander gekoppelt sind, hat dies zur Folge, dass der Verdrehung von einer der Unwuchtmassen be­ züglich der sie tragenden zweiten Unwuchtwelle in eine Richtung eine gegenge­ richtete Verdrehung gleichen Betrags der anderen Unwuchtmasse entspricht.
Durch die erzwungene Gegenbewegung der beiden Unwuchtmassen auf der zwei­ ten Unwuchtwelle erübrigt sich eine aufwendige Steuerung bzw. Regelung der individuellen Stellungen der beiden Unwuchtmassen.
Vorteilhafterweise weist die Verdreheinrichtung einen axial beweglichen Steuer­ schleber auf, der beide Unwuchtmassen auf der zweiten Unwuchtwelle verdreht, wenn er durch eine Kolben/Zylinder-Einheit axial verschoben wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird der Steuerschie­ ber an seinen beiden axialen Stirnseiten jeweils durch eine Kolben/Zylinder- Einheit beaufschlagt. Die Kolben/Zylinder-Einheiten sind in der Lage, den Steuerschieber präzise in jeder beliebigen Stellung einzuspannen, wodurch sich auch jede beliebige Verdrehstellung der beiden Unwuchtmassen realisieren lässt.
Die Verdrehung der Unwuchtmassen auf der zweiten Unwuchtwelle bewirkt im Zusammenspiel mit der Unwuchtmasse auf der ersten Unwuchtwelle bei Bedarf ein Giermoment um die Hochachse des Schwingungserregers, mit dem sich die den Schwingungserreger tragende Vibrationsplatte lenken lässt.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an­ hand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläu­ tert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt in der Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schwingungserreger;
Fig. 2 schematisch eine Unwuchtstellung bei dem erfindungsge­ mäßen Schwingungserreger;
Fig. 3 einen Schnitt in der Draufsicht auf einen bekannten Schwin­ gungserreger; und
Fig. 4a bis 4d schematisch Unwuchtstellungen und daraus resultierende Fahrbewegungen bei dem bekannten Schwingungserreger ge­ mäß Fig. 3.
Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Schwingungserreger ist in einigen Be­ reichen ähnlich aufgebaut wie der bekannte Schwingungserreger gemäß Fig. 3, und wird vorzugsweise bei einer Vibratlonsplatte zur Bodenverdichtung einge­ setzt.
Über einen z. B. als Hydraulikmotor ausgebildeten Antrieb 21 wird eine erste Unwuchtwelle 22 in Drehung versetzt. Die erste Unwuchtwelle 22 trägt zwei fest mit ihr verbundene Unwuchtmassen 23a und 23b.
Auf der ersten Unwuchtwelle 22 ist verdrehbar ein Zahnrad 24 aufgesetzt, das mit einem Zahnrad 25 kämmt, welches formschlüssig auf einer zweiten Un­ wuchtwelle 26 befestigt ist.
Die Relativstellung, also Phasenlage, des Zahnrads 24 bezüglich der ersten Un­ wuchtwelle 22 kann mit Hilfe eines Schiebers 27 verstellt werden, der einen Zapfen 28 trägt. Der Zapfen 28 durchdringt eine Längsnut 29, die sich in der Wandung der als Hohlwelle ausgebildeten ersten Unwuchtwelle 22 erstreckt, und greift in eine schraubenförmige Nut 30 ein, die auf der Innenseite des Zahnrads 24 ausgebildet ist. Die Axialstellung des Schiebers 27 kann mit Hilfe einer Kolben/Zylinder-Einheit 31 verändert werden. Durch die entsprechende Verlagerung des Zapfens 28 in der Längsnut 29 und eine damit erzwungene Führung des Zahnrads 24 durch die schraubenförmige Nut 30 ändert sich die Drehstellung des Zahnrads 24 relativ zu der ersten Unwuchtwelle 22. Die Ände­ rung der Drehstellung des Zahnrads 24 funktioniert somit ähnlich wie die Ver­ dreheinrichtungen 7a, 7b, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben worden sind.
Die Veränderung der Drehstellung des Zahnrads 24 auf der ersten Unwuchtwel­ le 22 bewirkt eine entsprechende Änderung der Drehstellung der ersten Un­ wuchtwelle 22 zur zweiten Unwuchtwelle 26. Diese wird auch als Phasenände­ rung bezeichnet.
Auf der zweiten Unwuchtwelle 26 sind zwei Unwuchtmassen 32a und 32b vorge­ sehen. Die Unwuchtmassen 32a und 32b sind relativ zu der Unwuchtwelle 26 verdrehbar. Ihre entsprechende Drehstellung wird durch eine Verdreheinrich­ tung ermöglicht, die eine erste Kolben/Zylinder-Einheit 33, eine zweite Kolben/- Zylinder-Einheit 34, einen dazwischen angeordneten Steuerschieber 35 sowie weitere, nachfolgend erläuterte Bauelement aufweist.
Grundsätzlich entspricht die Funktionsweise der Verdreheinrichtung der der vorstehend beschriebenen Phasenänderungseinrichtung.
Die Lage des Steuerschiebers 35 lässt sich mit Hilfe der ersten und zweiten Kol­ ben/Zylinder-Einheiten 33, 34 äußerst präzise einstellen. Die gegenüberstehen­ den Kolben/Zylinder-Einheiten 33, 34 steilen eine deutliche Verbesserung ge­ genüber der Ausführung beim Stand der Technik gemäß Fig. 3 dar, wo die Stel­ lung des Schiebers 9 mit Hilfe eines Kolbens 8 gegen eine Feder 10 eingestellt wurde, was in der Praxis lediglich die Verstellung zwischen beiden Extremstel­ lungen ermöglichte.
Durch den Verzicht auf eine Feder und die Bereitstellung einer zweiten Kolben/­ Zylinder-Einheit 34 lässt sich jedoch auch jede beliebige Zwischenstellung des Steuerschiebers 35 einstellen und mit großer Kraft fixieren.
Der Steuerschieber 35 trägt zwei Querzapfen 36, 37, die jeweils Längsnuten 38, 39 durchdringen, die in der Wandung der als Hohlwelle ausgeführten zweiten Unwuchtwelle 26 verlaufen.
Die Querzapfen 36, 37 greifen dann in schraubenförmige Nuten 40, 41 ein, die in Naben 42, 43 der Unwuchtmassen 32a, 32b ausgebildet sind. Wie bereits mehrfach beschrieben, können durch die axiale Verstellung des Steuerschiebers 35 und damit die axiale Verlagerung der Querzapfen 36, 37 in den Längsnuten 38, 39 bzw. den schraubenförmigen Nuten 40, 41 die Unwuchtmassen 32a, 32b relativ zu der zweiten Unwuchtwelle 26 verdreht werden.
Die schraubenförmigen Nuten 40, 41 sind in den Naben 42, 43 der Unwucht­ massen 32a, 32b sich gegensinnig erstreckend ausgeführt. Das bedeutet, dass bei Verlagerung des Steuerschiebers 35 und der Querzapfen 36, 37 in eine Rich­ tung eine der Unwuchtmassen in die eine Drehrichtung und die andere Un­ wuchtmasse in die entgegengesetzte Drehrichtung verdreht wird.
Der erfindungsgemäße Schwingungserreger ermöglicht grundsätzlich die glei­ chen Unwuchtstellungen wie bereits anhand von Fig. 4 im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben worden ist. Eine erneute Beschreibung er­ übrigt sich daher an dieser Stelle.
Weiterhin ist es aber auch möglich. Zwischenstellungen zu erreichen, wie z. B. in Fig. 2 gezeigt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Stellung der ersten Unwuchtwelle 22 zur zweiten Unwuchtwelle 26 sowie der zugehörigen Unwuchtmassen 23a bzw. 23b und 32a bzw. 32b.
Die in Fig. 2 gezeigte Stellung ist aus der in Fig. 4a gezeigten Stellung abgelei­ tet. Wie bereits beschrieben, bewirkt die in Fig. 4a gezeigte Unwuchtstellung eine Vorwärtsfahrt der Vibrationsplatte 15 mit voller Geschwindigkeit.
Demgegenüber sind in Fig. 2 die Unwuchtmassen 32a und 32b jeweils gegensin­ nig um etwa 60° verschwenkt worden. Da die gegensinnige Verdrehung keine Änderung der gesamten, von der Unwuchtwelle 26 ausgehenden Kraftwirkung in Horizontalrichtung zur Folge hat, erfährt die Vibrationsplatte 15 weiterhin im wesentlichen vollen Vortrieb.
Durch die bezüglich der Hochachse der Vibrationsplatte unsymmetrische Ver­ drehung der Unwuchtmassen 32a, 32b entsteht ein Giermoment um die Hoch­ achse, das der Vibrationsplatte 15 zusätzlich zu der Vortriebsbewegung auch eine Drehbewegung aufzwingt. Eine Kurvenfahrt nach links vorne ist die Folge. Damit lässt sich die Vibrationsplatte 15 im Wesentlichen ohne Geschwindig­ keitsverlust lenken.
Bei all dem sei angenommen, dass die Hochachse der Vibrationsplatte 15 im Wesentlichen durch einen Mittel- bzw. Schwerpunkt zwischen den Unwuchtmas­ sen 23a, 23b, 32a, 32b verläuft.
Durch die formschlüssige Kopplung der beiden Unwuchtmassen 32a und 32b auf der zweiten Unwuchtwelle 26 erübrigt sich eine aufwändige Regelung und Einzelansteuerung der beiden Unwuchtmassen 32a, 32b im Verhältnis zu den Unwuchtmassen 23a, 23b der ersten Unwuchtwelle 22.

Claims (8)

1. Schwingungserreger für eine Bodenverdichtungsvorrichtung, mit
einer ersten Unwuchtwelle (22) und einer mit der ersten Unwuchtwelle (22) achsparallelen, formschlüssig gegenläufig drehbar gekoppelten zweiten Un­ wuchtwelle (26), von denen eine drehend angetrieben ist; und mit
einer Phasenänderungseinrichtung (24, 25, 27-31), die in die formschlüs­ sige Kopplung zwischen erster und zweiter Unwuchtwelle (22, 26) integriert ist, zum Verstellen der relativen Phasenlage der beiden Unwuchtwellen (22, 26);
wobei
auf der ersten Unwuchtwelle (22) wenigstens eine Unwuchtmasse (23a, 23b) ausgebildet ist;
auf der zweiten Unwuchtwelle (26) wenigstens zwei Unwuchtmassen 32a, 32b) angeordnet sind, die auf der zweiten Unwuchtwelle (26) relativ zu dieser verdrehbar sind; und wobei
eine Verdreheinrichtung (33-43) zum relativen Verdrehen der beiden Un­ wuchtmassen (32a, 32b) auf der zweiten Unwuchtwelle (26) vorgesehen ist.
2. Schwingungserreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchtmassen (32a, 32b) auf der zweiten Unwuchtwelle (26) durch die Verdreheinrichtung (33-43) gleichzeitig und gegengegenläufig drehbar sind.
3. Schwingungserreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unwuchtmassen (32a, 32b) auf der zweiten Unwuchtwelle (26) durch die Verdreheinrichtung (33-43) formschlüssig und gegenläufig drehbar miteinander gekoppelt sind.
4. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die beiden Unwuchtmassen (32a, 32b) auf der zweiten Unwucht­ welle (26) achsial versetzt angeordnet sind.
5. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Verdreheinrichtung einen achsial beweglichen Steuerschieber (35) aufweist, durch den die beiden Unwuchtmassen (32a, 32b) auf der zweiten Unwuchtwelle (26) verdrehbar sind.
6. Schwingungserreger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (35) zwei achsiale Stirnseiten aufweist, die jeweils durch eine Kolben/Zylinder-Einheit (33, 34) beaufschlagbar sind, um den Steuerschieber (35) achsial zu verlagern.
7. Schwingungserreger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (35) durch die Kolben/Zylinder-Einheiten (33, 34) innerhalb seiner Extremstellungen in beliebigen Achsialstellungen fixierbar ist.
8. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass
die zweite Unwuchtwelle (26) als Hohlwelle ausgebildet ist, in deren Inne­ rem der Steuerschieber (35) achsial verschiebbar angeordnet ist;
der Steuerschieber (35) jeweils den zu verdrehenden Unwuchten (32a, 32b) zugeordnete Querzapfen (36, 37) aufweist, die jeweils eine Längsnut (38, 39) in der zweiten Unwuchtwelle (26) durchdringen; und dass
jeder der Querzapfen (36, 37) in eine ihm zugeordnete schraubenförmige Nut (40, 41) eingreift, die jeweils auf einer Innenseite (42, 43) von jeweils einer der zu verdrehenden Unwuchten (32a, 32b) ausgebildet ist.
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