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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Walzenkörpereinheit für die Einarmmontage
an einer Vibrationswalze. Es soll eine Einarmanordnung geschaffen
werden, wobei der Walzenkörpermotor
der Einheit starr mit deren Walzenkörper verbunden ist. Die Walzenkörpereinheit
ist insbesondere geeignet zur Verwendung bei Vibrationswalzen zur
Vibrationsverdichtung von ungebundenen und gebundenen Schichten
aus Stein, Kies, Makadam und Asphalt.
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Normalerweise
wird der Walzenkörper
einer Vibrationswalze mit dieser über elastische Glieder verbunden.
Diese Glieder sind überwiegend
symmetrisch zu beiden Seiten des Schwerpunkts des Walzenkörpers angeordnet
und mit einer Gabel auf beiden Seiten der Walze verbunden. Die notwendige Ausdehnung
der Gabel über
die Köpfe
des Walzenkörpers
hinaus erschwert das Verdichten in der Nähe von Wänden, Tunnelwänden und
anderen hohen Hindernissen. Daher haben die Walzenhersteller solche
Walzen entwickelt, bei denen zumindest eine Walze an einem Einzelarm
angebracht und leicht zur Seite versetzt ist. Dadurch ist es möglich, auf
einer Seite der Walze auch nahe bei hohen Hindernissen zu verdichten.
Die Einzelarmmontage erfordert jedoch neue Lösungen hinsichtlich der Befestigung
der elastischen Glieder.
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Die
Walzenhersteller haben das Problem durch Anbringen der elastischen
Glieder näher
zum Schwerpunkt des Walzenkörpers,
aber immer noch auf dessen beiden Seiten, gelöst. Diese Anordnung bedeutet,
dass man die entfernt liegenden wie auch die nächstliegenden Glieder leichter
erreichen und an einem Ende des Motors des Walzenkörpers befestigen
kann. Der Motor des Walzenkörpers,
der sowohl den Walzenkörper
dreht als auch dessen Lager umfasst, ist mit dem anderen Ende starr
im Einzelarm der Walze befestigt. Demzufolge bildet der Motor einen
Abstandhalter zwischen dem Schwerpunkt des Walzenkörpers und
dem Einzelarm. Durch diese Anordnung kann die Ausdehnung des Einzelarms
innerhalb des Walzenkörpers
begrenzt werden. Mit dem Motor des Walzenkörpers ist ein Vibrationsmotor starr
verbunden und treibt über
eine Kardanwelle eine Exzentereinheit, welche den Walzenkörper in Schwingung
versetzt. Bei der bekannten Anordnung ist die Auswahl des Typs der
Antriebswelle eingeschränkt,
weil diese Winkeländerungen
zulassen muss, um den verschiedenen Bewegungen des Walzenkörpers zu
folgen. Der Motor des Walzenkörpers umfasst
in der Mitte eine Ausnehmung für
die Kardanwelle. Die Gelenke der Kardanwelle nehmen Raum ein und
erfordern einen großen
Durchmesser der Ausnehmung. Das bedeutet, dass Walzenkörpermotoren
mit normalen Ausnehmungsdurchmessern nicht verwendbar sind, sondern
speziell in Kleinserien gefertigt werden müssen. Wegen des Bestrebens, die
Bauteile der Kardanwelle möglichst
klein zu halten besteht ein beträchtliches
Risiko, dass diese unterdimensioniert sind. Auch ist die Kardanwelle
für Inspektion,
Wartung und Reparatur schwer zugänglich.
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Aufgabe
der Erfindung nach den Patentansprüchen ist es, eine Walzenkörpereinheit
zu schaffen, wobei der Walzenkörpermotor
starr mit dem Walzenkörper
verbunden ist und dessen Bewegungen folgt. Der mit dem Walzenkörpermotor
starr verbundene Vibrationsmotor kann dann die Exzentereinheit über eine
starre Transmissionswelle antreiben, die völlig wartungsfrei ist und im Walzenkörpermotor eine
Ausnehmung mit wesentlich kleinerem Durchmesser als eine Kardanwelle
erfordert. Diese Anordnung ist möglich,
wenn man vom vorbekannten Bauprinzip hinsichtlich der hauptsächlich symmetrischen Verteilung
der elastischen Glieder um den Schwerpunkt des Walzenkörpers abweicht.
Statt dessen sind die elastischen Glieder auf derselben Seite des Walzenkörperschwerpunkts
und von diesem versetzt angeordnet. Der Anmelder hat durch eigene
praktische Versuche festgestellt, dass eine Walzenkörpereinheit
die beabsichtigte und optimale Funktion erzielt, wenn ihre elastischen
Glieder entsprechend den Patentansprüchen versetzt werden.
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Die
Erfindung wird mit Hilfe der beigefügten Figuren näher beschrieben,
wobei
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1 eine
Seitenansicht einer Vibrationswalze zeigt, welche eine erfindungsgemäße Walzenkörpereinheit
zur Einarmmontage umfasst.
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2 zeigt
eine Draufsicht der Vibrationswalze aus 1.
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3 zeigt
einen Vertikalschnitt einer vorbekannten Walzenkörpereinheit für die Einarmmontage.
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4 zeigt
einen Vertikalschnitt einer bevorzugten ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Walzenkörpereinheit
zur Einarmmontage.
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5 zeigt
schematisch die Walzenkörpereinheit
der 4 von rechts.
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6 zeigt
einen Vertikalschnitt einer bevorzugten zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Walzenkörpereinheit
zur Einarmmontage.
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7 zeigt
schematisch die Walzenkörpereinheit
der 6 von rechts.
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1 zeigt
eine Vibrationswalze 1. Sie ist hinten mit einem Walzenkörper mit
Zweiarmbefestigung versehen und weist vorn eine erfindungsgemäße Walzenkörpereinheit 2 zur
Einarmmontage auf. Die Walzenkörpereinheit 2 ist über einen
einzelnen Arm 3 mit der Vibrationswalze 1 verbunden.
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2 zeigt
von oben die Vibrationswalze 1, die Walzenkörpereinheit 2 und
deren Walzenkörper 4.
Der Walzenkörper 4 ist
seitlich versetzt, so dass der Walzenkörperkopf die größte Ausdehnung
der Vibrationswalze 1 auf einer Seite bildet. So kann die
Vibrationswalze auf einer Seite bis an ein hohes Hindernis 5 heran
verdichten. Es ist auch möglich,
die Vibrationswalze 1 sowohl vorn wie hinten mit Walzenkörpereinheiten 2 für die Einarmmontage
zu versehen, wie auch, diese zu spiegeln, so dass die Vibrationswalze
an beiden Seiten bis an hohe Hindernisse heran verdichten kann.
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3 zeigt
eine bekannte Walzenkörpereinheit 2 zur
Einarmmontage an einer Vibrationswalze 1. Die bekannte
Walzenkörpereinheit
umfasst einen Walzenkörper 4,
eine Exzentereinheit 6, eine Transmissionswelle 7,
einen Walzenkörpermotor 8,
einen Vibrationsmotor 9 und eine Anzahl Sätze elastischer Glieder 10.
Jeder Satz elastischer Glieder 10 umfasst Paare elastischer
Glieder, die in ihrer Längsrichtung hintereinander
angeordnet sind. Die Glieder können als
an einem mitten zwischen ihnen gelegenen Punkt, der ab jetzt Kooperationspunkt 11 genannt wird,
miteinander wechselwirkend bezeichnet werden. Eine Zugbelastung
in einem Glied entspricht demzufolge einer Druckbelastung im anderen
Glied. Die bekannte Einheit umfasst Sätze elastischer Glieder 10,
die gleichsinnig ausgerichtet und um die Mittellinie 12 des
Walzenkörpers 4 herum
angeordnet und mit dem Walzenkörper 4 an
ihren Kooperationspunkten 11 verbunden sind. Die Sätze elastischer Glieder 10 sind
auch so angeordnet, dass ihre Kooperationspunkte 11 in
einer imaginären
Ebene rechtwinklig zur Mittellinie 12 des Walzenkörpers 4 zusammenfallen.
Bei der bekannten Walzenkörpereinheit fällt die
imaginäre
Ebene mit dem Schwerpunkt TP der schwingenden Masse zusammen, und
so sind die elastischen Glieder symmetrisch auf dessen beiden Seiten
angeordnet. Bei der bekannten Einheit bildet die Masse des Walzenkörpers 4 den
Hauptanteil der schwingenden Masse, und deshalb fällt dessen Schwerpunkt
weitgehend mit dem Schwerpunkt TP der schwingenden Masse zusammen.
Durch diese Anordnung ist es leichter, die entfernten Glieder zu erreichen
und zu befestigen, wie auch die nahen Glieder an einem Ende des
Walzenkörpermotors 8. Der
Walzenkörpermotor 8,
der sowohl den Walzenkörper
dreht als auch das Lager des Walzenkörpers umfasst, ist am anderen
Ende am Einzelarm 3 der Walze befestigt. Der Walzenkörpermotor 8 bildet
daher einen Abstandhalter zwischen der Mitte des Walzenkörpers 4 und
dem Einzelarm 3. Durch diese Anordnung kann die Ausdehnung
des Einzelarms 3 im Walzenkörper 4 begrenzt werden.
Der Vibrationsmotor 9 ist starr mit dem Walzenkörpermotor 8 verbunden
und treibt über
eine Kardanwelle 13 die Exzentereinheit 6 an,
welche dann den Walzenkörper 4 zum
Schwingen bringt. Bei der bekannten Anordnung ist die Auswahl des
Antriebswellentyps beschränkt,
weil diese Winkeländerungen
zulassen muss, um den verschiedenen Bewegungen des Walzenkörpers 4 zu
folgen. Der Walzenkörpermotor
umfasst in der Mitte eine große
Ausnehmung D für
die Kardanwelle 13.
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4 zeigt
einen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform
einer Walzenkörpereinheit 2 zur
Einarmmontage bei einer Vibrationswalze 1. Die Walzenkörpereinheit 2 umfasst einen
Walzenkörper 4,
eine Exzentereinheit 6, eine Transmissionswelle 7,
einen Walzenkörpermotor 8, einen
Vibrationsmotor 9 und eine Anzahl von Sätzen elastischer Glieder 10.
Der Vibrationsmotor 9 ist starr mit dem Walzenkörpermotor 8 verbunden,
der seinerseits an einem Ende mit dem Walzenkörper 4 starr verbunden
ist. Die Masse beider Motoren bildet zusammen mit der Masse des
Walzenkörpers
den Hauptteil der schwingenden Masse, die so verteilt ist, dass
ihr Schwerpunkt TP nahe beim Zentrum des Walzenkörpers 4 liegt, wo
auch die Exzentereinheit 6 wirkt. Die Exzentereinheit 6 umfasst
eine oder mehrere Exzenterwellen mit festem oder einstellbarem Exzentrizitätsmoment.
Wenn die Exzenterwelle vom Vibrationsmotor 9 gedreht wird,
schwingt der Walzenkörper 4.
Der Walzenkörpermotor 8 ist
mit seiner Mitte über
vier Sätze
elastischer Glieder 10 mit einem Einzelarm 3 verbunden.
Der Einzelarm 3 ist wiederum starr mit der Vibrationswalze 1 verbunden.
Die Transmissionswelle 7 umfasst eine starre Transmissionswelle 14.
In diesem Zusammenhang umfasst der Ausdruck "starre Transmissionswelle" alle Transmissionswellen,
die ein Antriebsmoment bei einer Antriebsdrehung um ein Rotationszentrum übertragen,
das mit einer längs
durch ihr Zentrum verlaufenden permanenten geraden Mittellinie zusammenfällt. Der
Walzenkörpermotor 8 weist
eine innere Ausnehmung D für
eine Starre Transmissionswelle 14 auf.
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Jeder
Satz elastischer Glieder 10 umfasst wie bei der bekannten
Walzenkörpereinheit
Paare elastischer Glieder, die längs
der Mittellinie 15 der Glieder und der Sätze der
Glieder 10 hintereinander angeordnet sind. Die Glieder
treten an einem mitten zwischen ihnen gelegenen Kooperationspunkt 11 miteinander
in Wechselwirkung, welcher die Befestigungsfläche der Sätze der Glieder 10 im
Walzenkörpermotor 8 bildet.
Die Kooperationspunkte 11 fallen in eine imaginäre Ebene 16 rechtwinklig
zur Mittellinie 12 des Walzenkörpers 4 und vom Schwerpunkt TP
der schwingenden Masse in Richtung des Einzelarms 3 versetzt.
So fällt
die Ebene 16 nicht mit dem Schwerpunkt TP der schwingenden
Masse zusammen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Sätze elastischer
Glieder 10 so ausgerichtet, dass ihre Mittellinien 15 in
einem auf der Mittellinie 12 des Walzenkörpers 4 gelegenen
Punkt C zusammenlaufen. Die Lage des Punktes C auf der Mittellinie 12 ist einer
der Faktoren, welche die Lage des den Sätzen elastischer Glieder 10 gemeinsamen
elastischen Zentrums beeinflussen. Der Punkt C muss so positioniert
werden, dass dieses gemeinsame elastische Zentrum nahe bei oder
idea lerweise in dem Schwerpunkt TP der schwingenden Masse liegt.
Die Theorie dazu, wie eine bestimmte geometrische Anordnung von
Gliedersätzen
ihr gemeinsames elastisches Zentrum beeinflusst, kann beispielsweise
aus der bekannten Theorie für
elastische Anordnung abgeleitet werden. Eine extrem gute Funktion
erhält
man auch, wenn die Sätze
der Glieder 10 so ausgerichtet sind, dass ihre Mittellinien 15 statt
dessen in einer Tangente an einer imaginären Kugel um den Punkt C liegen, ohne
in einem Punkt auf der Mittellinie 12 zu konvergieren.
Die letztere Anordnung kann gewählt
werden, wenn der im Walzenkörper 4 verfügbare Raum
die bevorzugte Anordnung nicht zulässt. In beiden Fällen müssen die
Mittellinien 15 eine gewisse Neigung zur Mittellinie 12 des
Walzenkörpers 4 hin
haben. Man kann jedoch die imaginäre Kugel so vergrößern, dass die
Mittellinien 12, 15 parallel sind. Eine solche
Version ist in 6 vorgestellt.
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5 zeigt
eine schematische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der 4 von
rechts. Es sind vier Sätze
elastischer Glieder vorhanden, und diese sind so angeordnet, dass
ihre Mittellinien 15 im Punkt C auf der Mittellinie 12 des
Walzenkörpers 4 zusammenlaufen.
Die Kooperationspunkte 11 fallen in die imaginäre Eben 16.
Durch Anpassen der Abmessungen der Glieder ist es auch möglich, weniger
oder mehr als vier Sätze
von Gliedern auszuwählen.
Wenn weniger als vier Sätze
gewählt
werden, geht jedoch etwas Redundanz verloren.
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6 zeigt
einen Vertikalschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Walzenkörpereinheit 2 zur
Einarmmontage an einer Vibrationswalze 1. Die Sätze elastischer
Glieder 10 sind hier so angeordnet, dass ihre Mittellinien 15 zur
Mittellinie 12 des Walzenkörpers 4 parallel sind.
Diese Anordnung stellt eine gute Funktion sicher und kann benutzt
werden, wenn die Sätze
von Gliedern 10 überhaupt
nicht winklig gestellt werden können.
Ansonsten ist diese Anordnung genau die gleiche wie die bevorzugte
und sollte als von Anspruch 3 dieser Patentanmeldung erfasst angesehen
werden.
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7 zeigt
eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsform nach 6 von
rechts. Es sind vier Sätze
elastischer Glieder 10 vorhanden, und diese sind so angeordnet,
dass ihre Mittellinien 15 zur Mittellinie 12 des
Walzenkörpers 4 parallel
sind.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
gibt es vier Sätze
elastischer Glieder. Wie oben erwähnt, ist es durchaus möglich, weniger
oder mehr als vier Sätze
von Gliedern auszuwählen.
Es ist auch möglich,
dass jeder Satz von Gliedern eines oder mehr als zwei Glieder umfasst.
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Schließlich ist
es vorteilhaft, symmetrisch aufgebaute elastische Glieder zu verwenden,
da sie leicht zu erhalten sind. Es ist aber auch möglich, dass die
Sätze von
Gliedern asymmetrisch aufgebaute Glieder umfassen können, welche
die Eigenschaften von winkligen Gliedern haben, aber keine winkligen Verbindungen
benötigen.
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Bei
dieser Anmeldung beziehen sich die Mittellinien 12 und 15 auf
imaginäre
und unendlich lange Linien durch den Walzenkörper 4 bzw. die geometrischen
Zentren der Sätze
von Gliedern 10 und in deren Längsrichtung. Um die Befestigung
der einzelnen elastischen Glieder in einem Satz von Gliedern 10 zu erleichtern,
ist es beispielsweise möglich,
diese etwas seitlich zu versetzen, so dass ihre einzelnen Mittellinien
parallel oder fast parallel werden. Die Mittellinie 15 des
Satzes von Gliedern 10 muss dann als eine zu den Mittellinien
der einzelnen Gliedern parallele und mitten zwischen ihnen liegende
Linie definiert werden. Im Fall fast paralleler Mittellinien ist
die Mittellinie 15 des Satzes von Gliedern 10 als
Halbierende des Winkels zwischen den einzelnen Mittellinien definiert.
Die oben genannten Wahlmöglichkeiten werden
als im Rahmen des Erfindungsgedankens liegend angesehen und sind
daher von den Ansprüchen
der Patentanmeldung erfasst.