DE10137337A1

DE10137337A1 - Stampfer mit schwingungsarmem Führungbügel

Info

Publication number: DE10137337A1
Application number: DE10137337A
Authority: DE
Original assignee: Wacker Werke GmbH and Co KG
Current assignee: WACKER CONSTRUCTION EQUIPMENT AG, 80809 MUENCHEN, DE
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-04-03
Also published as: JP2004537662A; US20040234337A1; EP1412581A1; WO2003012205A1; WO2003012205B1

Abstract

Ein Stampfgerät zur Bodenverdichtung besitzt eine Obermasse (10) und eine Untermasse (12), die über einen Antrieb, eine Führung und ein integriertes Federsystem linear und gegenläufig zueinander bewegbar sind, wobei das Gerät durch einen Griffbügel (14) von Hand über einen Arbeitsbereich führbar ist. Um auf den Griffbügel (14) möglichst geringe Schwingungen zu übertragen, ist der Griffbügel (14) mit der Obermasse (10) und der Untermasse (12) über ein sich zwischen Obermasse (10) und Untermasse (12) erstreckendes Zwischenglied (20) verbunden, in dessen Bereich sich die von der Obermasse (10) und der Untermasse (12) ausgehenden Bewegungs- bzw. Massenkräfte weitgehend kompensieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stampfgerät zur Bodenverdichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mit einer Obermasse und einer Untermasse, die durch einen Antrieb linear und gegenläufig zueinander bewegbar und durch einen Griffbügel von Hand über einen Arbeitsbereich führbar sind.
Die Obermasse umfaßt in der Regel einen Antriebsmotor und ein Kurbelgetriebe. Die Untermasse umfaßt eine Stampfplatte und ein die Wirkung des Antriebs verstärkendes, integriertes Feder-Masse-System. Der Verbindungsbereich zwischen Ober- und Untermasse ist üblicherweise durch einen Faltenbalg nach außen abgeschlossen.
Bei Geräten dieser Art stellen die im Griffbereich auftretenden Schwingungen ein ernstes Problem dar. Die sich auf Hand und Arm der Bedienungsperson übertragenden Beschleunigungen müssen möglichst gering gehalten werden. Es ist üblich, den Griffbügel mit der Obermasse des Geräts zu verbinden und durch geschickte Massenverteilung am Griffbügel, Abstimmung von Hebellängen, unterschiedliche Gestaltung von Dämpfungselementen und ausgewählte Lage des Griffbereichs in Bezug auf den Schwerpunkt, die Hand-Arm-Beschleunigung innerhalb der gewünschten Grenzen zu halten. Das Problem verstärkt sich noch dadurch, dass bei bestimmten Arbeiten, wie etwa dem Unterstopfen von Rohren oder der Böschungsverdichtung, die Bedienungspersonen dazu neigen, den vorgesehenen Griffbereich zu verlassen, sich seitlich zum Gerät stellen und dadurch den Griffbügel an Stellen zu umgreifen, an denen die zulässigen Beschleunigungswerte überschritten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beschleunigung am Griffbügel ganz allgemein zu reduzieren, und zwar unabhängig davon, welche Stelle des Griffbügels ergriffen wird.
Die Aufgabe wird durch ein Stampfgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist der Griffbügel mit der Obermasse und der Untermasse über ein sich zwischen der Obermasse und der Untermasse erstreckendes Zwischenglied verbunden, in dessen Bereich sich die von der Obermasse und der Untermasse ausgehenden Bewegungen bzw. Massenkräfte weitgehend kompensieren.
Durch die Erfindung wird der Griffbügel nicht an der eine relativ hohe Schwingungsamplitude aufweisenden Obermasse angeschlossen, sondern an demjenigen Bereich des Geräts, der die geringste Schwingungsamplitude aufweist, weil sich die entgegengesetzt wirkenden Schwingungen von Ober- und Untermasse dort weitgehend aufheben.
Vorzugsweise ist der Griffbügel zu beiden Seiten des Stampfgeräts mit dem Zwischenglied verbunden.
Beobachtungen des Schwingungsverhaltens an einem Stampfgerät mit einem vier Falten aufweisenden Faltenbalg haben gezeigt, dass relativ zur Bodenfläche und damit relativ zu der den Griffbügel des Geräts führenden, auf dem Boden stehenden Bedienungsperson, die zweite Falte von oben die ruhigste Stelle darstellt. Davon ausgehend verwendet eine erste Ausführungsform der Erfindung den sich zwischen Ober- und Untermasse erstreckenden Faltenbalg als Zwischenglied, wobei nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung die mit dem Griffbügel verbundene Falte von einer dem Außenradius der Falte angepaßten Schelle umschlossen wird, an der ein an der Bewegung des Griffbügels teilnehmendes Verbindungsglied angeschlossen ist.
Eine andere, sehr vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Zwischenglied im wesentlichen fest mit dem Griffbügel verbunden ist und die Obermasse sowie die Untermasse jeweils über Schwingen beweglich mit dem Zwischenglied verbunden sind. Damit entfällt die Notwendigkeit, den Faltenbalg gegebenenfalls besonders für seine Aufgabe als Zwischenglied auszugestalten bzw. auszurüsten.
Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass die Schwingen beiderseits der Obermasse angeordnet sind und die Untermasse eine bis in den Bereich außerhalb der Obermasse ragende Verlängerung aufweist, an der die Schwingen zur Verbindung der Untermasse mit dem Zwischenglied gelagert sind. Diese Verlängerung kann beispielsweise in Form von Stangen oder als eine den Faltenbalg schützende Schürze ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die Schwingen zumindest an einem Ende über dämpfende Torsionselemente gelagert.
Eine weitere, erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, dass das Zwischenglied durch mit dem Griffbügel verbundene, doppeltwirkende Federbeine gebildet wird, deren Führungsgehäuse an der Obermasse angebracht ist, während zwei relativ zueinander und zum Führungsgehäuse bewegliche Führungsstangen untereinander und mit dem Führungsgehäuse durch in Reihe angeordnete, zugleich als Zug- und Druckfedern wirkende Federn verbunden sind und die eine Führungsstange mit dem Griffbügel und die andere Führungsstange mit der Untermasse verbunden ist.
Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Anhand der nun folgenden Beschreibung von in den Figuren dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird diese näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Stampfers,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Stampfers,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Stampfers,
Fig. 4 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Stampfers und
Fig. 5 einen Schnitt durch die Anordnung des in Fig. 4 gezeigten Federbeins.
Einander entsprechende Elemente in den verschiedenen Figuren werden nachfolgend durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die gezeigten Stampfer umfassen drei wesentliche Baugruppen: eine in bekannter Weise den Antrieb enthaltende Obermasse 10, eine relativ zur Obermasse 10 beweglich geführte und gegenläufig auf und ab bewegliche Untermasse 12 und einen zur Führung des Geräts dienenden Griffbügel 14.
Der Griffbügel 14 trägt einen Kraftstofftank 16 zur Energieversorgung des einen Bestandteil der Obermasse 10 bildenden Antriebsmotors. Außerdem kann der Griffbügel 14 mit einer Abdeckung 18 und einem nicht gezeigten Kranbügel für den Transport des Geräts auf einer Baustelle versehen sein. Die Antriebsverbindung zwischen Obermasse 10 und Untermasse 12 erfolgt durch ein Getriebe.
Das Getriebe und/oder eine Führung zwischen Ober- und Untermasse sind durch einen Faltenbalg 20 umschlossen, der durch eine Schelle 22 an der Obermasse 10 und durch eine Schelle 24 an der Untermasse 12 befestigt ist. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen weist der Faltenbalg 20 vier Falten auf.
Das Stampfgerät kann während der Arbeit, über den Griffbügel 14 geführt, eine Bewegung im wesentlichen parallel zur Bodenoberfläche ausführen, wobei die Bewegungsrichtung parallel zur Zeichnungsebene verläuft.
Beobachtungen von Stampfgeräten dieser Art während der Arbeit haben gezeigt, dass die zweite Falte von oben derjenige Bereich des Geräts ist, an dem relativ zum Boden, auf dem das Gerät abgestützt ist und auf dem die das Stampfgerät über den Griffbügel führende Person steht, die geringste Bewegung auftritt. In dem Bestreben, möglichst geringe Schwingungen auf Hand und Arm der Bedienungsperson zu übertragen, ist deshalb bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stampfgeräten der Griffbügel 14 im Bereich der von oben gesehen zweiten Falte 26 des Faltenbalgs 20 mit der aus der Obermasse 10 und der Untermasse 12 bestehenden, stampfenden Baugruppe verbunden.
Zu diesem Zweck ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der zweiten Falte 26 eine den Faltenbalg 20 von außen umgreifende Schelle 28 angebracht. Bezogen auf die Bewegungsrichtung des Geräts parallel zur Bodenoberfläche sind an beiden Seiten des Geräts Führungsstangen 30 angeordnet, die dazu dienen, die von der Bedienungsperson auf den Griffbügel 14 ausgeübten Führungskräfte auf das gesamte Gerät zu übertragen, und die in Richtung der Stampfbewegung zwischen Obermasse 10 und Untermasse 12 verlaufen und einerseits an der Schelle 28 und andererseits am Führungsbügel 14 befestigt sind. Die Führungsstangen 30 sind in Richtung der Stampfbewegung durch eine an der Obermasse 10 angebrachte Führung 32 geführt. Die Führung kann aber auch an der Untermasse 12 oder an Ober- und Untermasse vorgesehen sein. Als Führung 32 kann ein Gleitlager, ein Axialkugellager bzw. eine Kugelbüchse oder auch eine elastische Stangenführung dienen.
Am oberen Ende sind die Führungsstangen 30 zur Abdämpfung von Feinschwingungen über Verbindungshülsen 34 mit elastischen Zwischenelementen 36 mit dem Griffbügel 14 verbunden.
Um den Faltenbalg 20 so wenig wie möglich zu belasten, wird die aus Griffbügel 14, Kraftstofftank 16, Abdeckung 18 und Führungsstangen 30 bestehende Baugruppe so leicht wie möglich ausgeführt.
Um Prellschläge zu vermeiden, wird der Abstand zwischen der zweiten Falte 26 und den ihr benachbarten, umlaufenden Falten des Faltenbalgs 20 auf das doppelte des üblichen Abstandes vergrößert, wie er zwischen der dritten und vierten Falte von oben zu sehen ist. Außerdem wird die Steifigkeit der zur Aufnahme der Schelle 28 und der auf dieser abgestützten Last bestimmten zweiten Falte 26 etwas stabiler ausgelegt als die der anderen beweglichen Falten.
Eine entsprechende Wirkung kann auch durch einen Stütz- oder Führungsring aus gut gleitendem Kunststoff erzielt werden, der von innen im Bereich der zweiten Falte 26 vorgesehen wird. Ein solcher Ring kann das Zusammendrücken der Falte 26, aber auch das Scheuern der Innenfalte am Führungszylinder zwischen Ober- und Untermasse verhindern, wozu der nicht gezeigte Ring in den Faltenbalg 20 eingelegt wird.
Um die Führungsstangen 30 am Faltenbalg 20 zu befestigen, kann die Falte 26 nach einer nicht gezeigten Variante aus einem umlaufenden Wulst mit entsprechender Hinterschneidung bestehen, an der mit einer Art Faltenbalgschutz, z. B. aus verschleißfestem Kunststoff, die Falte eingeklemmt wird und mittels eines Gestänges aus Rohren oder Federbandstahl der Griffbügel 14 mit seiner Last aufgenommen wird.
Die Fig. 2 zeigt eine Variante, bei der die in Fig. 1 gezeigte Führung 32 der Führungsstangen 30 an der Obermasse 10 durch eine Torsionsbuchse 38 mit einer darin gelagerten und zu der Führungsstange 30 reichenden Schwinge 40 ersetzt wird, wobei die bei einer Verschwenkung der Schwinge 40 auftretenden Torsionskräfte die über die Führungsstangen 30 übertragenen Schwingungen zusätzlich dämpfen.
Die Abstützung der Führungsstangen 30 am Faltenbalg 20 wird bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 5 vermieden.
Bei der Konstruktion nach Fig. 3 werden die mit dem Griffbügel 14 in der bereits beschriebenen Weise verbundene und in Gleitführungen 32 geführten Führungsstangen 30 nicht mit dem Faltenbalg 20 verbunden, sondern über zwei Schwingenpaare 42 und 44 einerseits mit der Obermasse 10 und andererseits mit der Untermasse 12 gekoppelt. Vorzugsweise sind die Schwingenpaare 42 und 44 beiderseits der Obermasse angeordnet, weshalb die Untermasse 12 eine Verlängerung 66 aufweist, die bis in den Bereich außerhalb der Obermasse 10 geführt ist. Dabei kann es sich - wie gezeigt - um Stangen handeln; es kann die Verlängerung aber beispielsweise auch durch eine den Faltenbalg 20 schützend abdeckende Schürze gebildet werden.
Während des Betriebs des Stampfers heben sich die Bewegung der Obermasse 10 und die Bewegung der Untermasse 12 mit dem integrierten Feder-Masse-System relativ zu den Führungsstangen 30 auf. Zwischenstellungen der Schwingenpaare 42, 44 sind gestrichelt dargestellt.
Das gezeigte Beispiel geht davon aus, dass die Vertikalbewegung des an der Obermasse 10 angelenkten Schwingenpaars 42 halb so groß ist, wie der Hub der am unteren Schwingenpaar 44 angelenkten Untermasse 12. Die Schwingenpaare 42 und 44 können in unterschiedlich harten Torsionselementen 46 und 48 an der Obermasse 10 bzw. der Untermasse 12 gelagert sein, um die unterschiedlichen Wege auszugleichen. Alternativ können auch unterschiedlich lange Schwingen verwendet werden.
Die Verbindung zwischen den Schwingenpaaren 42 und 44 und den Führungsstangen 30 kann über einfache Drehpunkte 50 bzw. 52 oder ebenfalls über Torsionselemente erfolgen. Bei richtiger Auslegung des Schwingsystems wird in der ersten Bewegungsphase, wenn die Untermasse 12 nach oben und die Obermasse 10 nach unten gehen, der Griffbügel 14 kaum belastet und wird sich deshalb kaum bewegen. In der zweiten Bewegungsphase, wenn die Untermasse 12 auf den Boden aufschlägt, geht die Obermasse 10 zwangsläufig nach oben, so dass die Kräfte wieder aufgehoben werden und der Griffbügel 14 ebenfalls kaum belastet und bewegt wird.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Variante hierzu, wobei anstelle der dämpfenden Schwingenpaare 42 und 44 mit den zugeordneten Torsionselementen 46 und 48 und gegebenenfalls 50 bzw. 52 ein Paar von doppeltwirkenden Federbeinen 54 vorgesehen ist.
Ein Führungsgehäuse 56 des Federbeins 54 enthält dabei zwei Federteller 58 und 60. Der Federteller 58 ist mit einer nach oben aus einer Stirnseite des Gehäuses 56 ragenden ersten Führungsstange 62 und der zweite Federteller 60 mit einer nach unten herausragenden zweiten Führungsstange 64 verbunden. Zwischen dem ersten Federteller 58 und dem oberen Ende des Gehäuses 56 ist eine erste, als Zug- und Druckfeder wirkende Feder 68 angeordnet, während eine zweite derartige Feder 70 zwischen dem ersten Federteller 58 und dem zweiten Federteller 60 angeordnet ist.
Das Führungsgehäuse 56 ist mit der Obermasse 10, die erste Führungsstange 62 mit dem Griffbügel 14 und die zweite Führungsstange 64 mit der Untermasse 12 verbunden, so dass sich die entgegengesetzt wirkenden Kräfte bei den gegenläufigen Bewegungen von Unter- und Obermasse 10, 12 im Bereich der Federbeine 54 ausgleichen und verbleibende Schwingungen durch die dämpfende Wirkung der Federn 68 und 70 vom Griffbügel 14 ferngehalten werden.

Claims

1. Stampfgerät zur Bodenverdichtung, mit einer Obermasse (10) und einer Untermasse (12), die durch einen Antrieb linear und gegenläufig zueinander bewegbar und durch einen Griffbügel (14) von Hand über einen Arbeitsbereich führbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Griffbügel (14) mit der Obermasse (10) und der Untermasse (12) über ein sich zwischen der Obermasse (10) und der Untermasse (12) erstreckendes Zwischenglied (20, 28; 30, 40, 42, 44; 54) verbunden ist, in dessen Bereich sich die von der Obermasse (10) und der Untermasse (12) ausgehenden Bewegungen weitgehend kompensieren.

2. Stampfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Griffbügel (14) zu beiden Seiten des Stampfgeräts mit dem Zwischenglied (20, 28; 30, 40, 42, 44; 54) verbunden ist.

3. Stampfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Griffbügel (14) relativ zur Obermasse (10) beweglich geführt ist durch Führungsstangen (30), deren eines Ende mit dem Griffbügel (14) und deren anderes Ende mit dem Zwischenglied (20) verbunden ist und die an der Obermasse (10) zumindest annähernd längsbeweglich geführt sind.

4. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied ein sich zwischen Obermasse (10) und Untermasse (12) erstreckender Faltenbalg ist.

5. Stampfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Griffbügel verbundene Falte im Betrieb des Stampfgeräts weitgehend schwingungsfrei ist.

6. Stampfgerät nach Anspruch 5 mit einem Faltenbalg, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg vier Falten aufweist und der Griffbügel (14) mit der zweiten auf die Obermasse (10) folgenden Falte (26) verbunden ist.

7. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Griffbügel (14) verbundene Falte (26) von einer dem Außenradius der Falte (26) angepaßten Schelle (28) umschlossen wird, an der ein an der Bewegung des Griffbügels (14) teilnehmendes Verbindungsglied (30) angeschlossen ist.

8. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Faltenbalgs (20) die mit dem Griffbügel (14) verbundene Falte (26) einen vergrößerten Abstand zu den ihr benachbarten Falten aufweist.

9. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Faltenbalgs (20) die mit dem Griffbügel (14) verbundene Falte (26) eine erhöhte Steifigkeit aufweist.

10. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Griffbügel (14) verbundenen Falte (26) ein Stütz- und/ oder Führungsring zugeordnet ist.

11. Stampfgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stütz- und/oder Führungsring in das Innere der Falte (26) eingelegt ist.

12. Stampfgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stütz- und/oder Führungsring aus einem gut gleitenden Kunststoff besteht.

13. Stampfgerät nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstangen (30) durch Kugelbüchsen an der Obermasse (10) geführt sind.

14. Stampfgerät nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstangen (30) durch Schwingen (40) an der Obermasse (10) geführt sind.

15. Stampfgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingen (40) zumindest an einem Ende Drehgelenke aufweisen, die als dämpfende Torsionselemente (38) ausgebildet sind.

16. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied (30) im wesentlichen fest mit dem Griffbügel (14) verbunden ist und die Obermasse (10) sowie die Untermasse (12) jeweils über Schwingen (42, 44) beweglich mit dem Zwischenglied (30) verbunden sind.

17. Stampfgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied durch mit dem Griffbügel (14) verbundene Führungsstangen (30) gebildet wird.

18. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingen (42, 44) beiderseits der Obermasse (10) angeordnet sind und die Untermasse (12) eine bis in den Bereich der Obermasse (10) ragende Verlängerung (66) aufweist, an der die Schwingen (44) zur Verbindung der Untermasse (12) mit dem Zwischenglied (30) gelagert sind.

19. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingen (42, 44) zumindest an einem Ende über dämpfende Torsionselemente (46, 48) gelagert sind.

20. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied (30) an der Obermasse (10) längsbeweglich geführt ist.

21. Stampfgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied durch mit dem Griffbügel (14) verbundene, doppeltwirkende Federbeine (54) gebildet wird, deren Führungsgehäuse (56) jeweils an der Obermasse (10) angebracht ist, während zwei relativ zueinander und zum Führungsgehäuse (56) bewegliche Führungsstangen (62, 64) untereinander und mit dem Führungsgehäuse durch in Reihe angeordnete, zugleich als Zug- und Druckfedern wirkende Federn (68, 70) verbunden sind, und die eine Führungsstange (62) mit dem Griffbügel (14) und die andere Führungsstange (64) mit der Untermasse (12) verbunden ist.

22. Stampfgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass jede Führungsstange (62, 64) mit einem im Gehäuse (56) verschiebbaren Federteller (58, 60) verbunden ist und die erste Feder (68) zwischen dem Federteller (58) der einen Führungsstange (62) und der von dieser Führungsstange (62) durchquerten Stirnseite des Gehäuses (56) und die zweite Feder (70) zwischen den beiden Federtellern (58, 60) angeordnet ist.

23. Stampfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Griffbügel (14) und dem Zwischenglied (30; 54) am Griffbügel (14) über elastische Zwischenelemente (36) angeschlossen ist.