DE102007023963A1

DE102007023963A1 - Vorrichtung für einen Schwingungserreger

Info

Publication number: DE102007023963A1
Application number: DE102007023963A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr. Ing. Kleibl; Christian Heichel
Original assignee: ANLAGENTECH BAUMASCH IND; ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH
Current assignee: ANLAGENTECH BAUMASCH IND; ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: US20100224016A1; EP2162239A2; WO2008141837A2; WO2008141837A3; DE102007023963B4; WO2008141837A9

Abstract

Vorrichtung für einen Schwingungserreger (2) mit wenigstens einem federelastischen Element (26, 28), das eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einem ersten Bereich umfasst, der wenigstens näherungsweise durch eine Gleichung der Form K = a + b . W angegeben ist, wobie K die Federkraft von dem wenigstens einen federelastischen Element (26, 28) angibt, W den Federweg angibt und a und b Zahlen größer Null sind, sowie ein eine solche Vorrichtung umfassender Schwingungserreger.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Schwingungserreger und insbesondere eine Vorrichtung, um bei einem Schwingungserreger für Vorspannung und/oder Dämpfung zu sorgen.
Hintergrund der Erfindung
Schwingungserreger werden verwendet, um beispielsweise Rammgut in Erdreich einzubringen. Solche Schwingungserreger werden z. T. auch als Vibratoren bezeichnet. Ein Schwingungserreger erzeugt auf Rammgut zu übertragende Kräfte mittels an Wellen angebrachten Unwuchtmassen. Bei Drehung erzeugen die einzelnen Unwuchtmassen Kräfte, die sich in der Richtung, in der Kräfte auf Rammgut übertragen werden (z. B. in Vortriebsrichtung), gegenseitig ergänzen, verstärken; wenigstens Richtungen quer dazu heben sie sich gegenseitig auf.
Um bei einem Schwingungserreger dessen Kräfte in einer Richtung (z. B. Vortriebsrichtung) zu unterstützen bzw. zu erhöhen, kann in dieser Richtung eine Vorspannkraft erzeugt werden. Bei bekannten Anwendungen, bei denen Rammgut ins Erdreich eingetrieben werden soll, liegen derartige Vorspannkräfte im Bereich von 200 kN.
Üblicherweise werden solche Vorspannungen unter Verwendung von sogenannten Schwingmetallschienen erzeugt. Eine Schwingmetallschiene umfasst zwei Lagen (z. B. Stahlbleche oder -platten), zwischen denen eine federelastische Lage angeordnet ist (z. B. Zwischenschicht aus Gummi).
Da bei Schwingungserregern im Allgemeinen hohe Kräfte auftreten, sind vorspannungserzeugende Mittel erforderlich, die diesen zu widerstehen vermögen. Ferner ist es erwünscht, die federelastische Eigenschaft solcher Mittel weich zu gestalten, um eine unerwünschte Übertragung von Schwingungen und/oder Vibra tionen zu anderen Komponenten zu verringern. Des Weiteren ist es erwünscht, die Wirkung eines Schwingungserregers dadurch zu unterstützen, indem möglichst große in Wirkrichtung wirkende Kräfte aufgrund einer Vorspannung erzeugt werden. Dem gegenüber ist es nachteilig, wenn dabei ein vorspannungserzeugendes Mittel einen großen Federweg hat.
Bei einem vorspannungserzeugenden Mittel in Form einer Schwingmetallschiene kann deren Federcharakteristik weicher gestaltet werden, indem die Dicke der dazwischen liegenden federelastischen Lage (z. B. Gummischicht) vergrößert wird. Dies führt zu erhöhtem Gewicht, größerem Bauraum und größerem Federweg. Letzteres ist insofern nachteilig, als ein größerer Federweg auch zu einer größeren Bauform eines Schwingungserregers insgesamt führt; auch ist es aufwändiger mit dem Schwingungserreger verwendete Komponenten (z. B. Abmessungen von Führungen; Länge von Zuleitungen und/oder Zuführungen, wie z. B. elektrische Verbindungen, Hydraulikschläuche, etc.; Bauraum für sich relativ zu einander bewegende Komponenten etc.) anzuschließen bzw. anzubringen.
Ein weiterer Gesichtspunkt bei Schwingungserregern ist, dass von Kräfte erzeugenden Komponenten (z. B. rotierende Unwuchtmassen) Kräfte auch auf Bereiche wirken können, wo dies unerwünscht ist und zu Beschädigungen führen kann. Bei einem mäklergeführten Schwingungserreger können beim Betrieb z. B. in nicht gewünschter Weise und/oder zu Beschädigung führende Kräfte auf den Mäkler und/oder Komponenten zwischen Mäkler und dem eigentlichen Schwingungserzeuger übertragen werden. Entsprechendes gilt auch für Kräfte, die beim Zusammenwirken mit z. B. Rammgut auf den Schwingungserreger (zurück) übertragen und von dort weitergeleitet werden.
Um derartige Erscheinungen zu verhindern bzw. deren Auswirkungen wenigstens zu verringern, werden Dämpfungselemente verwendet, die unerwünschte/schädliche Kraftübertragung dämpfen. Solche Dämpfungselemente können z. B. zwischen einem Schwingungserreger und einer Vorrichtung oder Struktur vorgesehen sein, mit der der Schwingungserreger gehalten, geführt, bewegt etc. wird (z. B. ein Mäkler oder Ausleger einer Baumaschine).
Üblicherweise werden als separate ausgeführte Dämpfungselemente verwendet, was zu erhöhtem Gewicht und größerem Bauraum führen kann. Die oben genannten Schwingmetallschienen können bei entsprechendem Einbau auch als Dämpfungseinrichtung wirken; dabei ergeben sich aber mit denen bei Vorspannungserzeugung vergleichbare Probleme, nämlich weiche Federcharakteristik, großer Federweg etc.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Lösungen bereitzustellen, die Nachteile bekannter Mittel zu vermeiden, die bei Schwingungserregern zur Erzeugung von Vorspannung und/oder zur Dämpfung verwendet werden, und insbesondere eine bei Schwingungserregern verwendbare Vorrichtung zur Erzeugung von Vorspannung und/oder zur Dämpfung bereitzustellen, die relativ große Kräfte aufzunehmen vermag, im beim Schwingungserregerbetrieb gewünschten Lastbereich und/oder gewünschten Federungsweg eine relative weiche Charakteristik aufweist und von geringem Gewicht ist.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und einen die Vorrichtung umfassenden Schwingungserreger gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Verwendung bei einem Schwingungserreger vorgesehen und umfasst wenigstens ein federelastisches Element, das eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einem ersten Bereich umfasst, der wenigstens näherungsweise durch eine Gleichung der Form K = a + b·W angegeben ist, wobei K die Federkraft (von dem wenigstens einen federelastischen Element) angibt, W den Federweg bzw. die Federverformung angibt und a und b Zahlen größer Null sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, z. B. anwendungsabhängig und/oder abhängig von deren Einbau und/oder Betreib und/oder Einstellung, Vorspannung erzeugen, als Dämpfung wirken oder sowohl Vorspannung erzeugen als auch als Dämpfung wirken. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung (insbesondere zur Veranschaulichung) auch als Vorspann- und/oder Dämpfungsvorrichtung oder Vorrichtung zum wenigstens einem von Vorspannungserzeugung und Dämpfung bezeichnet werden.
Mit anderen Worten beschrieben, trägt man die Kraft-Weg-Kennlinie in einem Koordinatensystem auf, hat die Kennlinie einen Bereich, der wenigstens näherungsweise als linear betrachtet werden kann. Dieser Kennlinienbereich (oder eine Gerade, mit der dieser Kennlinienbereich wenigstens näherungsweise beschrieben werden kann) kann eine positive Steigung haben; für weitere Ausführungsformen kann die Steigung negativ sein. Wenigstens näherungsweise entspricht dieser Kennlinienbereich einem Bereich einer geraden Federkennlinie. Verlängert man (gedanklich) diesen ersten Kennlinienbereich in Richtung zu den Achsen des Koordinatensystem (zeichnet man z. B. die Gerade, mit der dieser Kennlinienbereich wenigstens näherungsweise beschrieben werden kann, in das Koordinatensystem ein), ergibt sich ein Schnittpunkt mit der y-Achse bei einem y-Wert (Kraft) größer null; der Ursprung des Koordinatensystems wird nicht geschnitten.
Die Kraft-Weg-Kennlinie des wenigstens einen federelastischen Elements kann einen zweiten, degressiven Bereich und/oder einen dritten, progressiven Bereich umfassen.
Vorzugsweise liegt der erste Kennlinienbereich zwischen den zweiten und dritten (d. h. degressiven und progressiven) Kennlinienbereichen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen kann das wenigstens eine federelastische Element in dem degressiven Kennlinienbereich geringere Kräfte als in dem progressiven Kennlinienbereich erzeugen. Dann liegt der degressive Kennlinienbereich im Koordina tensystem links vom ersten Kennlinienbereich und der progressive Kennlinienbereich rechts davon.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das wenigstens eine federelastische Element in dem progressiven Kennlinienbereich geringere Kräfte als in dem degressiven Kennlinienbereich erzeugen. Dann liegt der progressive Kennlinienbereich im Koordinatensystem rechts vom ersten Kennlinienbereich und der degressive Kennlinienbereich links davon.
Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine federelastische Element wenigstens eine Feder wenigstens teilweise aus Elastomer und insbesondere zelligem Elastomer. Eine Feder mit oder aus zelligem Elastomer ist insbesondere vorgesehen, weil dieses eine Kraft-Weg-Kennlinie hat, die für kleine Federkräfte bzw. geringen Federweg (Federverformung) degressiv verläuft, dann einen annähernd linear verlaufenden Bereich hat und für große Federkräfte bzw. großen Federweg (Federverformung) progressiv verläuft. Außerdem ist zelliger Elastomer zur Aufnahme großer Kräfte geeignet.
Ergänzend oder alternativ kann eine solche Kraft-Wege-Kennlinie durch Formgebung bei dem wenigstens einen federelastischen Element erreicht werden oder zum Erreichen einer solchen Kraft-Wege-Kennlinie beitragen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das wenigstens eine federelastische Element (statisch) vorgespannt angeordnet. Hierzu kann das wenigstens eine federelastische Element beispielsweise unter Druck, teilweise komprimiert eingebaut sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wenigstens eine erste Einheit (die auch als Vorspann- und/oder Dämpfungseinheit bezeichnet werden kann) aufweisen, die wenigstens ein federelastisches Element umfasst und ausgelegt ist, eine Vorspannkraft in Wirkrichtung des Schwingungserregers zu erzeugen und/oder in Richtungen parallel zur Wirkrichtung zu dämpfen.
Die erste Einheit wenigstens zwei, vorzugsweise vier parallel zu einander angeordnete federelastische Elemente umfassen, insbesondere solche aus zelligem Elastomer.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann (auch) wenigstens eine zweite Einheit (die auch als Vorspann- und/oder Dämpfungseinheit bezeichnet werden kann) aufweisen, die wenigstens ein federelastisches Element umfasst und ausgelegt ist, eine Vorspannkraft entgegengesetzt zur Wirkrichtung des Schwingungserregers zu erzeugen und/oder In Richtung parallel zur Wirkrichtung zu dämpfen.
Die zweite Einheit kann wenigstens zwei, vorzugsweise vier parallel zu einander angeordnete federelastische Elemente umfassen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen kann das wenigstens eine federelastische Element zwischen einem Anlagebereich und einem Haltebereich gehalten sein.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können wenigstens zwei federelastische Elemente vorhanden sein, wobei wenigstens ein federelastisches Element zwischen einem ersten Anlagebereich und einem ersten Haltebereich gehalten sein kann, während wenigstens ein anderes federelastisches Element zwischen einem zweiten Anlagebereich und einem zweiten Haltebereich gehalten sein kann.
Die Anlage- und Haltebereiche können relativ zu einander in einer Richtung parallel zur Wirkrichtung des Schwingungserregers bewegbar angeordnet sein. Im Fall von ersten und zweiten Anlage- und Haltebereichen können die ersten Anlage- und Haltebereiche und/oder die zweiten Anlage- und Haltebereiche und/oder der erste Haltebereich und der zweite Anlagebereich und/oder der zweite Haltebereich und der erste Anlagebereich relativ zu einander in Richtung parallel zur Wirkrichtung bewegbar sein.
Vorzugsweise ist ein Betätigungselement vorhanden, das ausgelegt ist, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Vorspannkraft zu betätigen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass mittels des Betätigungselements das wenigstens eine federelastische Element komprimiert und/oder expandiert werden kann.
Dabei können das Betätigungselement und die erste und/oder die zweite Einheit gekoppelt sein, vorzugsweise in Wirkverbindung stehen.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Begriff "Kopplung" und damit vergleichbare Formulierungen, wie "gekoppelt", umfassen, dass zwei Bauteile unmittelbar, direkt miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels einer oder mehreren Schraub-, Klemm-, Kleb-, Schweißverbindungen und/oder form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen. Der Begriff "Kopplung" und damit vergleichbare Formulierungen, wie "gekoppelt", umfassen aber auch, dass zwei Bauteile mittelbar miteinander verbunden sind, beispielsweise mit einem dazwischen angeordneten Verbindungsmittel.
Dem gegenüber soll mit dem Begriff "Verbindung" und mit damit vergleichbaren Formulierungen, wie "verbunden" angegeben werden, dass zwei Bauteile, z. B. wie oben beispielhaft ausgeführt, unmittelbar, direkt miteinander verbunden sind.
Alternativ und/oder ergänzend kann das Betätigungselement und der (gegebenenfalls wenigstens eine) Haltebereich gekoppelt sein, vorzugsweise in Wirkverbindung stehen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Betätigungselement und der (oder der erste und/oder der zweite) Haltebereich derart miteinander verbunden sind, dass ein dazwischen angeordnetes federelastisches Element vorgespannt gehalten werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Kopplungselement (z. B. in Form eines Arms).
Das Kopplungselement kann ausgeführt sein, um Kräfte einzuleiten, die das wenigstens eine federelastische Element vorspannen.
Hierfür können das Kopplungselement und das Betätigungselement gekoppelt sein, vorzugsweise in Wirkverbindung stehen.
Ergänzend oder alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen oder mehrere Aktuatoren umfassen, die das wenigstens eine federelastische Element vorzuspannen vermögen. Zum Vorspannen des wenigstens einen federelastischen Elements kann der wenigstens eine Aktuator aktiviert oder deaktiviert werden; dies kann z. B. von dem Aktuatortyp und/oder der jeweiligen Kopplung mit dem wenigstens einen federelastischen Element abhängen. Als Aktuator können elektromechanische, mechatronische, hydraulische, pneumatische, piezoelektrische, mechanische, ... Aktuatoren verwendet werden.
Ferner kann das Kopplungselement ausgelegt sein, mit einer Führungseinrichtung (beispielsweise ein zur Anordnung an einem Mäkler vorgesehener Schlitten) für den Schwingungserreger gekoppelt zu werden bzw. zusammenzuwirken.
Um die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Schwingungserreger zu verwenden, kann es vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Trägerstruktur umfasst, die zur Kopplung mit dem Schwingungserreger ausgelegt ist.
Die Trägerstruktur kann eine jochartige und/oder jochförmige Struktur sein.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung einen Schwingungserreger bereit, der eine Wirkrichtung hat und die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst.
Die Wirkrichtung des Schwingungserregers kann eine Vortriebsrichtung oder eine Austriebsrichtung sein.
Vorzugsweise umfasst der Schwingungserreger wenigstens zwei Erregermodule; solche Ausführungsformen können auch als modulare Schwingungserreger bezeichnet werden.
Vorzugsweise umfasst der Schwingungserreger eine oder mehrere Führungseinrichtungen, mittels der bzw. denen der Schwingungserreger beispielsweise an einem Mäkler, einer Führungsschiene, einem Ausleger einer Baumaschine oder dergleichen geführt, bewegt und/oder positioniert werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Schwingungserreger mittels der wenigstens einen Führungseinrichtung parallel zu der Wirkrichtung bewegt werden kann.
Die wenigstens eine Führungseinrichtung kann mit den wenigstens zwei Erregermodulen gekoppelt sein. Ergänzend oder alternativ kann die wenigstens eine Führungseinrichtung, soweit vorhanden, mit der Verbindungseinrichtung verbunden sein.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Führungseinrichtung wenigstens einen Schlitten.
Zur Übertragung der Vorspannkraft können die erfindungsgemäße Vorrichtung und die wenigstens zwei Erregermodule und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Verbindungsrichtung und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Führungseinrichtung miteinander gekoppelt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Schwingungserregers mit zwei Erregermodulen, der die vorliegende Erfindung umfasst;
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Schwingungserregers mit drei Erregermodulen, der zur Ver wendung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist; und
3 Kraft-Weg-Kennlinien für eine Vorspannvorrichtung gemäß dem Stand der Technik und eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsformen von Schwingungserregern beschrieben, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein können.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Schwingungserregers, der im Ganzen mit 2 bezeichnet ist. Der Schwingungserreger 2 umfasst zwei Erregermodule 4, die der Einfachheit halber vom gleichen Typ dargestellt sind, sich aber unterscheiden können.
Die Erregermodule 4 umfassen jeweils ein eigenes Gehäuse 6, in dem eine drehantreibbare Welle (nicht gezeigt) angeordnet ist, an der eine oder mehrere Unwuchtmassen (nicht gezeigt) befestigt sind.
Des Weiteren umfassen die Erregermodule 4 an ihren Gehäusen 6 jeweils einen Drehantrieb 8 für die jeweilige Welle.
Die Erregermodule 4 sind über eine Verbindungseinrichtung mit einander verbunden. Gemäß 1 umfasst die Verbindungseinrichtung ein plattenförmiges bzw. blechartiges Verbindungselement 10, an dem die darstellungsgemäß unteren Seiten der Gehäuse 6 befestigt sind, beispielsweise mittels einer oder mehreren Schraub-, Klemm-, Kleb-, Schweißverbindungen und/oder form- und/oder kraftschlüssigen Verbindungen.
Die Verbindungseinrichtung umfasst ferner ein weiteres Verbindungselement 12, das, wie dargestellt, ebenfalls plattenförmig bzw. blechartig sein kann. Das Verbindungselement 12 verbindet die darstellungsgemäßen oberen Seiten der Gehäuse 8, beispiels weise in einer mit der für das Verbindungselement 10 genannten Weise.
Die darstellungsgemäße untere Seite des Verbindungselements 10 ist ausgelegt, um mit einem Bereich (z. B. Oberseite von Rammgut) zusammen zu wirken, auf das von dem Schwingungserreger 2 erzeugte Kräfte übertragen werden sollen. Hierfür kann die untere Seite des Verbindungselements 10 wenigstens teilweise als Befestigungsbereich 14 ausgestaltet sein. Der Befestigungsbereich 14 kann beispielsweise verstärkte Bereiche zur Kraftübertragung, Gewindebohrungen, vorstehende Gewindestifte, Stifte und/oder Bolzen zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung und/oder eine oder mehrere unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Klemmeinrichtungen (z. B. Klemmzangen) aufweisen, um beispielsweise mit Rammgut gekoppelt zu werden.
Der Schwingungserreger 2 umfasst ferner eine Führungseinrichtung 16, die mit dem Verbindungselement 10, dem Verbindungselement 12, einem der oder beiden Gehäuse 6 verbunden sein kann. Die Führungseinrichtung 16 ist mittels einem sich ausgehend von der Führungseinrichtung 16 zwischen die Gehäuse 6 erstreckenden armartigen Kopplungselement 18 mittelbar mit den Gehäusen 6 bzw. der Verbindungseinrichtung 10, 12 gekoppelt.
Die Kopplung erfolgt ausgehend von dem Kopplungselement 18 über ein mit diesem verbundenes darstellungsgemäß stangen- bzw. hohlzylinderförmiges Element 20. Das Element 20 wirkt mit einer Vorspann- und/oder Dämpfungsvorrichtung 22 zusammen, die wiederum über eine darstellungsgemäß jochartige Trägerstruktur 24 mit dem Verbindungselement 12 und damit mit den Gehäusen 6 bzw. den Erregermodulen 4 verbunden ist. Aufgrund der weiter unten beschrieben Wirkungs- und/oder Funktionsweise des Elements 20 kann dieses als Betätigungselement für die Vorrichtung 22 bezeichnet werden.
Die Trägerstruktur 24 ist mit der darstellungsgemäss oberen Seite des Verbindungselements 12 beispielsweise auf eine der oben genannten Arten verbunden.
Die Vorrichtung 22 umfasst eine erste Einheit (Vorspann- und/oder Dämpfungseinheit) mit ersten federelastischen Elementen 26, die sich gemäß 1 oberhalb der Trägerstruktur 24 vertikal nach oben erstrecken. Die Vorrichtung 22 umfasst ferner eine zweite Einheit (Vorspann- und/oder Dämpfungseinheit) mit zweiten federelastischen Elementen 28, die sich gemäß 1 unterhalb des sich horizontal erstreckenden Bereichs der Trägerstruktur 24 vertikal nach unten erstrecken.
Die erste federelastischen Elemente 26 sind zwischen einem ersten Anlagebereich 30 der Trägerstruktur 24 und einem ersten Haltebereich 32 gehalten. Der erste Haltebereich 32 kann beispielsweise, wie in 1 veranschaulicht, als Halteplatte ausgestaltet sein.
Der erste Anlagebereich 30 und der erste Haltebereich 32 sind relativ zu einander bewegbar. Bewegungen des ersten Haltebereich 32 auf den ersten Anlagebereich 30 zu (hier, Halteplatte 32 wird in Richtung des Pfeils 40 bewegt) belasten (komprimieren) die ersten federelastischen Elemente 26. Bewegungen des ersten Haltebereichs 32 von dem ersten Anlagebereich 30 weg (hier, Halteplatte 32 wird entgegengesetzt zur Richtung des Pfeils 40 bewegt) entlasten die ersten federelastischen Elemente 26.
Die zweiten federelastischen Elemente 28 sind zwischen einem zweiten Anlagebereich 34 und einem zweiten Haltebereich 36 gehalten. Der zweite Haltebereich 36 kann beispielsweise, wie in 1 veranschaulicht, als Halteplatte ausgestaltet sein.
Der zweite Anlagebereich 34 und der zweite Haltebereich 36 sind relativ zu einander bewegbar. Bewegungen des zweiten Haltebereichs 36 auf den zweiten Anlagebereich 34 zu (hier, Halteplatte 36 wird entgegengesetzt zur Richtung des Pfeils 40 bewegt) belasten (komprimieren) die federelastischen Elemente 28. Bewegungen des zweiten Haltebereichs 36 von dem zweiten Anlagebereich 34 weg (hier, Haltebereich 36 wird in Richtung des Pfeils 40 bewegt) entlasten die zweiten federelastischen Elemente 28.
Die ersten und zweiten federelastischen Elemente 26 und 28 können beispielsweise wendelförmige Federn oder zelliger Elastomer umfassen.
Das über das Kopplungselement 18 mit der Führungseinrichtung 16 gekoppelte Element 20 ist mittels einer ersten Kappe 38 und einer mit dieser vergleichbar ausgeführten, zweiten Kappe (nicht gezeigt) mit den ersten bzw. zweiten Haltebereichen 32 und 36 verbunden.
Die Führungseinrichtung 16 ist beispielsweise an ihrer darstellungsgemäß hinteren Seite als Schlitten oder schlittenartig ausgebildet und ist zur Führung und insbesondere zur Positionierung und zum Verfahren des Schwingungserregers 2 an einer Halterung vorgesehen, die beispielsweise von einem Mäkler oder einem Ausleger einer Baumaschine bereit gestellt wird.
Es ist hier angenommenen, dass es sich bei der Richtung des Pfeils 40 um eine Wirk- oder Vortriebsrichtung handelt, in der beispielsweise Rammgut in Erdreich getrieben (gerammt) werden soll. Bei nicht gezeigten Ausführungsformen kann eine der Richtung des Pfeils 40 entgegengesetzte Wirkrichtung vorgesehen sein, die man als Austriebsrichtung bezeichnen kann, in der beispielsweise in Erdreich befindliches Rammgut aus dem Erdreich gezogen wird.
Mittels der Vorrichtung 22 können Vorspannkräfte sowohl in der Wirkrichtung 40 als auch entgegengesetzt dazu erzeugt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform dienen die federelastischen Elemente 26 dazu, eine Vorspannrichtung in der Wirkrichtung 40 zu erzeugen, während die federelastischen Elemente 28 für eine Vorspannkraft entgegengesetzt zu der Wirkrichtung 40 sorgen.
Um mittels der federelastischen Elmente 26 eine Vorspannkraft in Wirkrichtung 40 zu erzeugen, kann die Führungseinrichtung 16 relativ zu der Trägerstruktur 24 bzw. damit verbundene Komponenten darstellungsgemäß nach unten bewegt werden. Dabei wird auch das Element 20 sowie die damit verbundene erste Kappe 38 und der erste Haltebereich 32 nach unten bewegt. Dies kompri miert die ersten federelastischen Elemente 26, die dann eine in der Wirkrichtung 40 wirkende Vorspannkraft erzeugen. Diese Vorspannkraft kann verwendet werden, um von den Erregermodulen 4 insgesamt erzeugte, resultierende und in Wirkrichtung 40 wirkende Kräfte zu verstärken. Derartige Vorspannkräfte können insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn mittels des Schwingungserregers Rammgut in Erdreich eingebracht werden soll.
Um mittels der federelastischen Elemente 28 eine Vorspannkraft entgegengesetzt zu der Wirkrichtung zu erzeugen, kann die Führungseinrichtung 16 relativ zu der Trägerstruktur 24 bzw. damit verbundenen Komponenten darstellungsgemäß nach oben bewegt werden. Dabei werden auch das Element 20 sowie die damit verbundene zweite Kappe und zweite Haltebereich 36 nach oben bewegt. Dies komprimiert die zweiten federelastischen Elemente 28, die eine Vorspannkraft entgegengesetzt zu der Wirkrichtung 40 erzeugen. Diese Vorspannkraft kann verwendet werden, um von den Erregermodulen 4 insgesamt bereit gestellte, entgegengesetzt zu der Wirkrichtung 40 wirkende Kräfte zu verstärken. Derartige Vorspannkräfte können insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn mittels des Schwingungserregers Rammgut aus Erdreich entfernt werden soll.
Vorspannkräfte mittels der ersten federelastischen Elemente 26 können auch erzeugt werden, indem eine Einrichtung, mit der die ersten federelastischen Elemente 26 komprimiert werden können, vorgesehen ist. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere hydraulische, pneumatische, piezoelektrische und Federkräfte bereitstellende Aktuatoren umfassen, mit dem bzw. davon z. B. der erste Haltebereich 32 und/oder die erste Kappe 38 in Richtung auf den ersten Anlagebereich 30 hin bewegt werden kann. Eine oder mehrere Aktuatoren können z. B. zwischen ersten federelastischen Elementen 26 angeordnet und/oder mit dem Element 20 baueinheitlich integriert sein.
Vorspannkräfte mittels der zweiten federelastischen Elemente 28 können auch auf vergleichbare Weise erzeugt werden.
Des Weiteren sorgt die Vorrichtung 22 für eine Dämpfung von Kräften, die zwischen der Führungseinrichtung 16 und der Trägerstruktur 24 bzw. damit verbundenen Komponenten übertragen werden können. Dabei ist es nicht erforderlich, die Vorrichtung 22 wie hinsichtlich der Erzeugung von Vorspannung beschrieben zu betätigen. Vielmehr stellt die Vorrichtung eine Dämpfung in der Wirkrichtung und/oder entgegengesetzt dazu bereit.
Wirken z. B. Kräfte ausgehend von der Trägerstruktur 24 entgegengesetzt zu der Wirkrichtung 40 (in 1 nach oben) auf die Vorrichtung 22, werden die ersten federelastischen Elemente 26 komprimiert, wodurch – soweit Kräfte überhaupt noch zu der Führungseinrichtung 16 übertragen werden – die Kräfte gedämpft. Dabei kann es auch zu einer Verlängerung der zweiten federelastischen Elemente 28 kommen, z. B. wenn diese z. B. mit dem zweiten Anlagebereicht 34 und dem zweiten Haltebereich 36 verbunden sind. Dadurch kann eine zusätzliche Dämpfung erreicht werden. Für in der Wirkrichtung auf die Vorrichtung 22 wirkende Kräfte gelten diese Ausführungen entsprechend.
Es kann z. B. abhängig von der Ausgestaltung und/oder Materialbeschaffenheit der ersten und/oder zweiten federelastischen Elemente 26 und 28 vorteilhaft sein, die ersten und/oder zweiten federelastischen Elemente 26 und 28 vorgespannt einzubauen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Dämpfungscharakteristik in und entgegengesetzt zur Wirkrichtung 40 gleich oder unterschiedlich eingestellt und variiert werden kann. Insbesondere kann ein vorgespannter Einbau dazu führen, dass die ersten und/oder zweiten federelastischen Elemente 26 und 28 jeweils in einem gewünschten Bereich ihrer Kraft-Weg-Kennlinien arbeiten.
Die oben unter Bezugnahme auf 1 gemachten Ausführungen gelten für 2 – abgesehen von erläuterten Unterschieden – entsprechend. Auf eine Wiederholung wird daher verzichtet.
Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform sind drei einwellige Erregermodule 4 vorgesehen.
Die Erregermodule 4 von 2 umfassen ein darstellungsgemäß oberes und ein darstellungsgemäß unteres Erregermodul 4 und ein dazwischen angeordnetes Erregermodul 4. Die oberen und unteren Erregermodule 4 haben zusammen das gleiche statische Moment wie das dazwischen liegende Erregermodul 4; dies ist in 2 durch die entsprechend unterschiedlich groß dargestellten Unwuchtmassen 42 bzw. 44 veranschaulicht.
Die oberen und unteren Erregermodule 4 sind so angeordnet, dass sich deren Wellen 46 parallel zu einander in einer Ebene 48 erstrecken, die parallel zu einer Wirkrichtung 40 verläuft. Die Welle 50 des mittleren Erregermoduls 4 ist ebenfalls parallel zu den Wellen 46 angeordnet, liegt aber nicht in der Ebene 48.
Die oberen und unteren Erregermodule 4 sind mit ihren Gehäusen 6 mit den darstellungsgemäß oberen bzw. unteren Seiten des Gehäuses 6 des mittleren Erregermoduls 4 verbunden. Des Weiteren ist eine Verbindungseinrichtung vorhanden, die einen z. B. im Querschnitt U- oder C-förmigen Arm oder Träger 52 umfasst. Verbindungen der Erregermodule 4 miteinander und/oder mit dem Arm bzw. Träger 52 können auf die oben genannten Arten realisiert sein.
An der darstellungsgemäß unteren Seite des unteren Erregermoduls 4 ist ein Befestigungsbereich 14 vorgesehen, an dem wiederum eine Einrichtung 54 angebracht ist, die mit einem Bereich (z. B. Oberseide von Rammgut), auf den resultierende Kräfte des Schwingungserregers übertragen werden sollen, gekoppelt werden kann. Die Halteeinrichtung 54 kann beispielsweise eine oder mehrere Klemmzangen umfassen, um beispielsweise Rammgut zu halten. Alternativ und/oder ergänzend kann beispielsweise Rammgut unmittelbar mit dem Befestigungsbereich 14 verbunden werden.
Der Arm 52 ist mittels eines oder mehrerer erster federelastischer Elemente 26 und mittels eines oder mehrerer zweiter federelastische Elemente 28 mit einer Führungseinrichtung 16 verbunden. Die federelastischen Elemente 26 und 28 stellen Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ersten und zwei ten Einheiten sein, die die federelastischen Elemente 26 bzw. 28 umfassen.
Die Führungseinrichtung 16 kann beispielsweise als Schlitten ausgeführt sein, der mit einem entsprechenden Bereich eines Mäklers zusammen zu wirken vermag.
Im Folgenden sind Eigenschaften, Wirkung und Funktion der Vorrichtung 22 detaillierter beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 22 umfasst federelastische Elmente 26 und federelastische Elemente 28, die darstellungsgemäß jeweils vier Federn aus zelligem Elastomer umfassen. Zum Aufbau der einzelnen Federn können, wie in 1 veranschaulicht, scheibenförmige oder tablettenartige Federelemente übereinander angeordnet sein.
Die Federn haben (gemeinsam oder wenigstens teilweise einzeln betrachtet) eine Kraft-Weg-Kennlinie K_erf, die wie in 3 veranschaulicht, bei kleinen Kräften bzw. geringem Federweg degressiv verläuft, dann einen Bereich hat, der wenigstens näherungsweise linear ist oder als linear betrachtet werden kann, und bei größeren Kräften bzw. größeren Federwegen progressiv verläuft.
Eine solche Kraft-Weg-Kennlinie kann erreicht werden, indem die Federn beispielsweise aus zelligem Elastomer bestehen oder einem solchen Umfang umfassen, dass die resultierende Kraft-Weg-Kennlinie von der in 3 gezeigten Art ist. Im letzteren Fall können z. B. Federn verwendet werden, die federelastische Komponenten/Materialien mit linearer Kraft-Weg-Kennlinie und solche mit einer Kraft-Weg-Kennlinie der Art von 3 umfassen. Dies kann z. B. durch eine Kombination von Wendelfeder- und Elastomerfederanteilen erreicht werden.
Der annähernd linear verlaufende Kennlinienbereich gibt eine weiche Federcharakteristik an, verläuft jedoch, wenn man ihn gedanklich in Richtung zu den Achsen des Koordinatensystems in 3 verlängert, nicht durch den Koordinatenursprung. Dies ist in 3 durch die gestrichelte Linie/Gerade N angegeben.
In 3 ist der nahezu lineare Kennlinienbereich mit B1, ist der degressive Bereich mit B2 und ist der progressive Bereich mit B3 angegeben.
Zum Vergleich ist in 3 eine Kraft-Weg-Kennlinie K_sdt für ein beim Stand der Technik übliches Federbauteil zur Erzeugung von Vorspannkräften (z. B. Schwingmetallschiene) gezeigt.
Es kann vorteilhaft sein, die federelastischen Elemente 26 und/oder die federelastischen Elemente 28 zwischen den Anlage- und Haltebereichen 30 und 32 bzw. 34 und 36 statisch vorgespannt einzubauen. Dadurch kann z. B. bei Anwendungen, bei denen Kräfte (z. B. von den Erregermodulen 4 und/oder der Führungseinrichtung 16) auf die Vorrichtung 22 übertragen werden, deren Verformung unter Belastung begrenzt werden. Allerdings ist auch vorgesehen, die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht statisch vorgespannt zu verwenden.
Insbesondere ist es vorgesehen, die federelastischen Elemente 26 und/oder die federelastischen Elemente 28 so statisch vorgespannt bzw. verformt einzubauen, dass sich (jeweils) aufgrund des vorgespannten Einbaus resultierende Federkräfte ergeben, die am in 3 linken Anfang des nahezu linearen Bereichs 31 liegt. Eine weitere Verformung (Kompression) führt dann zu Federkräften bzw. Federwegen gemäß dem näherungsweise linear verlaufenden Bereich 31.
Gemäß 3 ist angenommen, dass zum vorgespannten Einbau eine Federverformung mit einem Federweg von x_v bewirkt wird, indem eine einbaubedingte, statische Vorspannkraft Fr aufgebracht wird.
Geht man, wie in 3 veranschaulicht, von einer maximalen (z. B. maximal zulässigen und/oder gewünschten) Federbelastung von F_max aus, ergibt sich gemäß der Kennlinie K_erf ein maximaler Federweg von S_max,erf. Dem gegenüber ergibt sich nach der Kenn linie K_sdt gemäß dem Stand der Technik ohne statische Vorspannung ein maximaler Federweg von s_max,sdt,ov und mit statischer Vorspannung gleicher Federverformung x_v ein maximaler Federweg von s_max,sdt,mv die beide (deutlich) größer als der Federweg s_max,erf sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 22 besteht darin, dass vom Schwingungserreger 2 erzeugte Vibrationen bzw. Schwingungen zu gegenüber dem Stand der Technik verringerten Kräften führen, die beispielsweise zu der Führungseinrichtung 16 und von dort beispielsweise zu einem Mäkler übertragen werden. Nimmt man beispielsweise, wie in 3 veranschaulicht, an, dass Schwingungen und/oder Vibrationen des Schwingungserregers dazu führen, dass sich eine Feder um einen Federweg von Δs bewegt, ergibt sich gemäß der Kennlinie K_erf eine von der Vorrichtung 22 übertragene bzw. übertragbare Kraftdifferenz von ΔF_erf. Dem gegenüber ergibt sich beim gleichen Federweg von Δs für die Kennlinie K_sdt eine Kraftdifferenz ΔF_sdt, die größer als die Kraftdifferenz ΔF_erf ist. Im Ergebnis wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 22 unter anderem – verglichen mit dem Stand der Technik – eine weichere Federcharakteristik bei geringerem Federweb bzw. umgekehrt erreicht.
Die maximale Federkraft F_max gibt die maximale Federkraft bzw. den maximalen Federweg x_max an, bei dem die Vorrichtung 22 in (nahezu) linearen Kennlinienbereich B1 arbeitet. Allerdings können mit der Vorrichtung 22 auch höhere Kräfte bzw. größere Federwege realisiert werden; dann arbeitet die Vorrichtung 22 im progressiven Kennlinienbereich 83. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn die Vorrichtung 22 von der Führungseinrichtung 16 mit einer Kraft größer als F_max beaufschlagt wird; dies kann auch auftreten, wenn die Vorrichtung 22 durch resultierende Kräfte der Erregermodule 4 mit einer Kraft größer als F_max beaufschlagt wird.
In solchen Fällen hat die Vorrichtung 22 weiterhin federelastische Eigenschaften, die nun aber dem Kennliniebereich B3 folgen. Demnach ergibt sich eine – verglichen mit dem Kennlinien bereich 21 – progressiv steifere Federcharakteristik bei geringerem Federweg bzw. umgekehrt.
Dies hat den Vorteil, dass auch bei Kräften größer F_max bzw. Federwegen größer x_max weiterhin für eine Federung gesorgt ist; im Gegensatz dazu würden vergleichbare Verhältnisse beim Stand der Technik im Allgemeinen dazu führen, dass – insbesondere um Beschädigungen der Federn zu vermeiden – ein oder mehrere mechanische Anschläge erreicht werden, wodurch keine federelastischen Eigenschaften mehr bereitgestellt werden (können), sondern sich ein steifes System ergibt. Letztes gilt auch für Fälle, in denen Federn gemäß dem Stand der Technik am "Ende" ihrer Kennlinie ankommen bzw. maximal komprimiert sind; ein Zustand, der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht oder nahezu nicht eintreten kann (wegen des progressiven Kennlinienbereichs).
Ein weiterer Vorteil ist, dass beim Betrieb im Kennlinienbereich 23 von den Erregermodulen erzeugte Schwingungen und/oder Vibrationen vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung schwächer gedämpft auf die Führungsvorrichtung bzw. einen Mäkler übertragen werden. Dies kann durch Sensoren und/oder von einer Bedienperson detektiert bzw. wahrgenommen werden; daraufhin kann der Betrieb des Schwingungserregers so gewählt werden, dass der Kennlinienbereich 23 verlassen wird.

Claims

Vorrichtung für einen Schwingungserreger (2) mit wenigstens einem federelastischen Element (26, 28), das eine Kraft-Weg-Kennlinie (K_erf) mit einem ersten Bereich (31) umfasst, der wenigstens näherungsweise durch eine Gleichung der Form K = a + b·Wangegeben ist, wobei K die Federkraft von dem wenigstens einen federelastischen Element (26, 28) angibt, W den Federweg angibt und a und b Zahlen größer Null sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kraft-Weg-Kennlinie (K_erf) des wenigstens einen federelastischen Elements (26, 28) einen zweiten, degressiven Bereich (32) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kraft-Weg-Kennlinie (K_erf) des wenigstens einen federelastischen Elements (26, 28) einen dritten, progressiven Bereich (33) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, bei der der erste Kennlinienbereich (31) zwischen dem zweiten und dem dritten Kennlinienbereich (32, 33) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 3 oder nach Anspruch 4, bei der das wenigstens eine federelastische Element (26, 28) in dem zweiten, degressiven Kennlinienbereich (32) geringere Kräfte als in dem dritten, progressiven Kennlinienbereich (33) zu erzeugen vermag.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 3 oder nach Anspruch 4, bei der das wenigstens eine federelastische Element (26, 28) in dem dritten, progressiven Kennlinienbe reich (23) geringere Kräfte als in dem zweiten, degressiven Kennlinienbereich (22) zu erzeugen vermag.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das wenigstens eine federelastische Element (26, 28) wenigstens eine Feder wenigstens teilweise aus zelligem Elastomer umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das wenigstens eine federelastische Element statisch vorgespannt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit wenigstens einer ersten Einheit, die wenigstens ein federelastisches Element (26, 28) umfasst und ausgelegt ist, eine Vorspannkraft in Wirkrichtung (40) des Schwingungserregers (2) zu erzeugen und/oder in Richtung parallel zur Wirkrichtung (40) zu dämpfen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die erste Einheit wenigstens zwei parallel zu einander angeordnete federelastische Elemente (26, 28) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit wenigstens einer zweiten Einheit, die wenigstens ein federelastisches Element (26, 28) umfasst und ausgelegt ist, eine Vorspannkraft entgegengesetzt zur Wirkrichtung des Schwingungserregers (2) zu erzeugen und/oder in Richtung parallel zur Wirkrichtung (40) zu dämpfen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die zweite Einheit wenigstens zwei parallel zu einander angeordnete federelastische Elemente (26, 28) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das wenigstens eine federelastische Element (26, 28) zwischen einem Anlagebereich (30; 34) und einem Haltebereich (32; 36) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der Anlagebereich (30; 34) und der Haltebereich (32; 36) relativ zu einander in einer Richtung parallel zur Wirkrichtung des Schwingungserregers (2) bewegbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Betätigungselement (20), das ausgelegt ist, die Vorrichtung zur Erzeugung einer Vorspannkraft zu betätigen.
Vorrichtung nach Anspruch 15 soweit von einem der Ansprüche 9 bis 12 abhängig, bei der das Betätigungselement (20) und mit wenigstens einer der wenigstens einen Vorspanneinheit gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei dem Betätigungselement (20) und der Haltebereich (32, 34) miteinander gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Betätigungselement (20) und der Haltebereich (32, 36) so gekoppelt sind, dass ein dazwischen angeordnetes federelastisches Element vorgespannt gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Kopplungselement (18), der ausgeführt, um Kräfte zur Betätigung der Vorrichtung einzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 19 sowie von einem der Ansprüche 15 bis 18, bei der das Kopplungselement (18) und das Betätigungselement (20) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei der das Kopplungselement (18) ausgelegt ist, um mit einer Führungseinrichtung (16) für den Schwingungserreger (2) gekoppelt zu werden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Trägerstruktur (24) zur Kopplung mit dem Schwingungserreger (2).
Vorrichtung nach Anspruch 22, bei die Trägerstruktur (24) eine jochartige und/oder jochförmiger Struktur ist.
Schwingungserreger mit einer Wirkrichtung und der Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
Schwingungserreger nach Anspruch 24, bei dem die Wirkrichtung (40) eine Vortriebsrichtung ist.
Schwingungserreger nach Anspruch 24, bei dem die Wirkrichtung (40) eine Austriebsrichtung ist.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 24 bis 26, mit wenigstens zwei Erregermodulen (4).
Schwingungserreger nach Anspruch 27, bei dem die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 und die wenigstens zwei Erregermodule (4) miteinander gekoppelt sind.