DE102008006748A1

DE102008006748A1 - Unsymmetrischer Schwingungserreger für eine Vibrationsplatte

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Publication number: DE102008006748A1
Application number: DE102008006748A
Authority: DE
Original assignee: Wacker Construction Equipment AG
Current assignee: WACKER NEUSON PRODUKTION GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: DE102008006748B4

Abstract

Ein Schwingungserreger für eine Vibrationsplatte weist drei Unwuchtwellen (3, 4, 5) auf, die miteinander formschlüssig drehbar gekoppelt sind. Jede der Unwuchtwellen (3, 4, 5) weist wenigstens eine Unwuchtmasse (6, 7, 8) auf. Wenigstens zwei der Unwuchtwellen (3, 5) sind Lenk-Unwuchtwellen, wobei die Schwerpunkte der auf den Lenk-Unwuchtwllen vorgesehenen Unwuchtmassen (6, 8) nicht auf einer gemeinsamen, in Fahrtrichtung (X) gerichteten Vertikalebene angeordnet sind. Insbesondere sind die Schwerpunkte der auf den Lenk-Unwuchtwellen vorgesehenen Unwuchtmassen (6, 8) nicht symmetrisch bezüglich einer in Fahrtrichtung (X) gerichteten Längs-Mittelebene (21) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger für eine Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung.
Vibrationsplatten zur Bodenverdichtung sind bekannt. Sie weisen eine den Antrieb umfassende Obermasse und eine relativ dazu federnd bewegliche Untermasse mit einer Bodenkontaktplatte und einem Schwingungserreger auf. Als Schwingungserreger haben sich für umschaltbare Rüttelplatten, die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bewegbar sind, Erreger bewährt, die zwei gegenläufig formschlüssig drehbar gekoppelte Unwuchtwellen aufweisen. Durch die gegenläufige Drehung der Unwuchtwellen kompensieren sich entgegengesetzt gerichtete Kraftkomponenten, während sich gleichgerichtete Kraftkomponenten addieren. Dadurch kann eine gerichtete Schwingung insbesondere in Vertikalrichtung erzeugt werden. Um die Richtung der gerichteten Schwingung z. B. für eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt verändern zu können, ist meist eine Phaseneinstelleinrichtung vorgesehen, durch die der Phasenwinkel der beiden Unwuchtwellen verändert werden kann. Durch Ändern der Phasenlage lässt sich somit die Fahrtrichtung verstellen.
Die Unwuchtwellen tragen jeweils wenigstens eine Unwuchtmasse. Es sind auch Schwingungserreger bekannt, bei denen eine Unwuchtwelle zwei separate Unwuchtmassen trägt, deren Phasenlage zueinander verstellbar ist. Dadurch kann ein Giermoment um eine Hochachse des Schwingungserregers bzw. der Vibrationsplatte erzeugt werden, um die Vibrationsplatte zu lenken. Die betreffende Unwuchtwelle kann auch durch zwei koaxial zueinander stehende Unwuchtwellen gebildet werden, deren Phasenlage zueinander einstellbar ist.
Bei derartigen Schwingungserregern, die auch als Lenkerreger bezeichnet werden, können dementsprechend zwei Teilunwuchtmassen, die um eine gemeinsame Achse rotieren, unabhängig voneinander in ihrer Phasenlage verstellt werden. Eine weitere Unwuchtwelle ist parallel dazu angeordnet und rotiert gegenläufig.
Aus der DE 20 2006 004 707 U1 ist ein Schwingungserreger mit drei parallel nebeneinander angeordneten Unwuchtwellen bekannt. Die beiden äußeren Unwuchtwellen tragen jeweils zwei Teilunwuchtmassen. Die mittlere Unwuchtwelle trägt zwei Teilunwuchtmassen, die zur Verstellung der Phasenlage bezüglich der mittleren Unwuchtwelle durch eine Phaseneinstelleinrichtung verdreht werden können.
Ein anderer Drei-Wellen-Erreger ist aus DE 297 23 617 U1 bekannt.
Die Teilunwuchtmassen, die ein Giermoment um die Hochachse erzeugen und somit zum Lenken der Vibrationsplatte verwendet werden, werden im Folgenden auch als Lenkunwuchten bezeichnet.
Um die Lenkunwuchten verstellen zu können, ist jeweils eine Verstelleinrichtung in Form einer Phaseneinstelleinrichtung erforderlich. Üblicherweise wird diese durch eine Drall- oder Spiralhülse gebildet, die über eine drehentkoppelte Stellstange von einem Hydraulikkolben angetrieben wird. Durch axiales Verfahren des Hydraulikkolbens und der Stellstange wird die Spiralhülse gedreht, so dass sich auch die mit ihr gekoppelte Unwuchtmasse bezüglich der sie tragenden Unwuchtwelle verdreht. Zum Lenken der Vibrationsplatte sind wenigstens zwei derartige Phaseneinstelleinrichtungen bekannt, die jeweils Platz in axialer Verlängerung der ihnen zugeordneten Unwuchtwelle benötigen. Dementsprechend steht für die jeweilige Unwuchtwelle bzw. die von ihr getragene Unwuchtmasse nur noch ein Teil der gesamten Breite der Untermasse der Vibrationsplatte zur Verfügung.
So zeigt DE 20 2006 004 707 U1 , dass die für Unwuchtmassen nutzbare Breite des Schwingungserregers erheblich durch die nach beiden Seiten ausragenden Verstellkolben der Phaseneinstelleinrichtung eingeschränkt wird. Die Lenkunwuchten müssen zudem relativ nahe zueinander platziert werden, um den verbleibenden Platz ausnutzen zu können. Dementsprechend sind die Lenkunwuchten nahe der Gierachse angeordnet und bewirken aufgrund des entsprechend kleinen Hebels nur geringe Giermomente, die zum Drehen der Maschine um die Hochachse (Gierachse) genutzt werden können. Die Vibrationsplatte dreht sich damit im Betrieb nur langsam.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserreger für eine Vibrationsplatte anzugeben, mit dem ein möglichst starkes Drehmoment (Lenkmoment) um die Hochachse erzeugt werden kann. Gleichzeitig soll sich die Vibrationsplatte bei Geradeausfahrt symmetrisch verhalten können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwingungserreger nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Schwingungserreger für eine Vibrationsplatte weist wenigstens drei parallel oder winklig zueinander angeordnete Unwuchtwellen auf, die miteinander mit de finierter Phasenlage, z. B. formschlüssig drehbar derart gekoppelt sind, dass jeweils zwei miteinander gekoppelte Unwuchtwellen gegenläufig drehbar sind. Dabei weist jede der Unwuchtwellen wenigstens eine Unwuchtmasse auf. Wenigstens zwei der Unwuchtwellen sind so genannte Lenk-Unwuchtwellen, wobei jeweils der Schwerpunkt einer auf einer Lenk-Unwuchtwelle vorgesehenen Unwuchtmasse versetzt zu einer in Fahrtrichtung gerichteten Längs-Mittelebene angeordnet ist und wobei die Schwerpunkte der auf den Lenk-Unwuchtwellen vorgesehenen Unwuchtmassen nicht auf einer gemeinsamen, in Fahrtrichtung gerichteten Vertikalebene angeordnet sind. Die Phasenlage einer jeweiligen Unwuchtmasse ist bezüglich der sie tragenden Lenk-Unwuchtwelle durch eine jeweilige Phaseneinstelleinrichtung einstellbar. Die Drehachsen von wenigstens zwei der Lenk-Unwuchtwellen sind dabei nicht zueinander fluchtend angeordnet.
Der Schwingungserreger weist somit wenigstens drei Unwuchtwellen auf, von denen zwei als Lenk-Unwuchtwellen dienen. Diese Lenk-Unwuchtwellen tragen Unwuchtmassen (Lenk-Unwuchten), wobei die Schwerpunkte der wenigstens zwei Lenk-Unwuchten nicht auf einer gemeinsamen, in Fahrtrichtung gerichteten Vertikalebene angeordnet sind.
Die Anordnung mit drei Unwuchtwellen bzw. zwei Lenk-Unwuchtwellen stellt dabei eine "Minimal"-Konfiguration dar. Es ist ohne weiteres möglich, auch weitere Unwuchtwellen bzw. Lenk-Unwuchtwellen vorzusehen, wenn dies für die Ausgestaltung des Schwingungserregers zweckmäßig ist. Im Kern müssen jedoch stets drei Unwuchtwellen vorhanden sein, die die oben genannten Bedingungen erfüllen.
Da sich die Unwuchtmassen im Betrieb drehen, ändert sich zwangsläufig die Position ihres Schwerpunkts und beschreibt eine Kreisbahn. Wenn daher von der Position des Schwerpunkts einer Unwuchtmasse die Rede ist, ist darunter die gesamte Kreisbahn des Schwerpunkts bzw. gar der Mittelpunkt dieser Kreisbahn zu verstehen. Die jeweilige aktuelle Position des Schwerpunkts auf dieser Kreisbahn, also die Winkelstellung des Schwerpunkts spielt keine Rolle, soweit nicht ausdrücklich anders erläutert. Ebenso gilt, wenn nachfolgend von einer Anordnung der Unwuchtmassen die Rede ist, dass damit die Lage der Kreisbahn des Schwerpunkts zu verstehen ist. Diese Vereinfachungen sollen dem leichteren Verständnis dienen.
Die obige Definition, dass die Schwerpunkte der auf den Lenk-Unwuchtwellen vorgesehenen Unwuchtmassen nicht auf einer gemeinsamen, in Fahrtrichtung gerichteten Vertikalebene angeordnet sind, ist demzufolge so zu verstehen, dass die jeweiligen Kreisbahnen der Schwerpunkte bzw. die Mittelpunkte dieser Kreisbahnen nicht auf einer gemeinsamen, in Fahrtrichtung gerichteten Vertikalebene angeordnet sind.
Selbstverständlich können die einzelnen Unwuchtmassen verschiedene Geometrien und Aufbauten aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass eine Unwuchtmasse durch mehrere Teilunwuchten gebildet wird. Der Begriff einer Unwuchtmasse ist daher eher abstrakt zu verstehen. Unwuchtmassen können einstückig mit der Unwuchtwelle ausgebildet sein. Auch ist es möglich, dass eine Unwuchtmasse als separates Teil gefertigt und danach an einer Unwuchtwelle befestigt, z. B. angeschraubt, wird.
Die Schwerpunkte der einzelnen Unwuchtmassen bewegen sich somit auf einer Kreisbahn, die wiederum auf einer in Fahrtrichtung gerichteten, gedachten Vertikalebene liegt. Erfindungsgemäß liegen die Kreisbahnen der verschiedenen Unwuchtmassen auf unterschiedlichen, mithin also in Axialrichtung versetzten Vertikalebenen.
Insbesondere sind die Schwerpunkte bzw. deren Drehpunkte der Lenk-Unwuchtwellen versetzt zu der in Fahrtrichtung gerichteten Längs-Mittelebene angeordnet. Die Längs-Mittelebene ist eine Vertikalebene, die sich in Fahrtrichtung erstreckt und in der Mitte des Schwingungserregers verläuft. Sie wird sich im Normalfall durch den Schwerpunkt des gesamten Schwingungserregers bzw. der gesamten Vibrationsplatte und somit durch die Gierachse erstrecken.
Dieser axiale Versatz der Vertikalebenen bewirkt, dass eine Lenk-Unwucht, in Fahrtrichtung gesehen, weiter links wirkt, während die andere Lenk-Unwucht weiter rechts wirkt. Je nach Einstellung der Lenk-Unwuchten kann somit links oder rechts eine stärker nach vorne gerichtete resultierende Kraft erzeugt werden, die ein Giermoment um die Hochachse des Schwingungserregers und damit der Vibrationsplatte generiert.
Die Schwerpunkte der auf den Lenk-Unwuchtwellen vorgesehenen Unwuchtmassen (Lenk-Unwuchten) können dabei bezüglich der in Fahrtrichtung gerichteten Längs-Mittelebene unsymmetrisch angeordnet sein.
Da die Schwerpunkte der Lenk-Unwuchten nicht symmetrisch bezüglich der Längs-Mittelebene angeordnet sind, bedeutet dies, dass die Lenk-Unwuchten nicht koaxial zueinander drehen. Vielmehr ergibt sich daraus, dass die Lenk-Unwuchten sich um Drehachsen drehen müssen, die in Fahrtrichtung versetzt angeordnet sind. Da die Lenk-Unwuchten versetzt zueinander angeordnet sind, also nicht mehr auf einen gemeinsamen Achse rotieren, kann Platz geschaffen werden, um die jeweils zugehörigen Phaseneinstelleinrichtungen anzuordnen. Somit müssen auch die wenigstens zwei Phaseneinstelleinrichtungen nicht auf einer gemeinsamen Achse angeordnet werden.
Die Lenk-Unwuchtwellen können derart angeordnet sein, dass ihre Drehachsen nicht die im Wesentlichen im Schwerpunkt des Schwingungserregers liegende Gierachse schneiden. Das bedeutet, dass die Lenk-Unwuchtwellen, in Fahrtrichtung gesehen, vor oder hinter der Gierachse angeordnet sind. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn eine der Lenk-Unwuchtwellen vor der Gierachse und die andere Lenk-Unwuchtwelle hinter der Gierachse angeordnet ist. Dadurch wird ein großer Versatz geschaffen, der ausreichend Bauraum für die jeweiligen Phaseneinstelleinrichtungen bietet.
Die Drehachse von einer Unwuchtwelle, die keine Lenk-Unwuchtwelle ist, kann die Gierachse schneiden. Diese Unwuchtwelle, deren Unwuchtmasse meist nicht relativ zu der Unwuchtwelle verstellbar ist, ist somit etwa in der Mitte bzw. auf Höhe des Schwerpunkts des Schwingungserregers angeordnet.
In Fahrtrichtung gesehen kann auf einer Lenk-Unwuchtwelle die Unwuchtmasse links von der Längs-Mittelebene angeordnet sein, während auf einer anderen Lenk-Unwuchtwelle die Unwuchtmasse rechts von der Längs-Mittelebene angeordnet ist. Somit ist bezüglich der Längs-Mittelebene jeweils links und rechts eine Unwuchtmasse vorgesehen, deren Phasenlage einstellbar ist, um die gewünschte Lenkwirkung um die Gierachse zu erzeugen.
Die Unwuchtmassen der Lenk-Unwuchtwellen sollten zweckmäßigerweise zusammengenommen die gleiche Unwuchtwirkung m·r oder mehr erzielen wie die restlichen Unwuchtmassen zusammen. Insbesondere können die Unwuchtmassen der Lenk-Unwuchtwellen die gleiche Masse aufweisen wie die restlichen Unwuchtmassen zusammen. Dadurch kann bei entsprechender Einstellung eine vollständige Kompensation von Kraftkomponenten, z. B. von horizontalen Kraftkomponenten der Unwuchtkräfte erreicht werden.
Die von den Unwuchtmassen bei Rotation erzeugte Kraft bewirkt ein Drehmoment um die Gierachse. Es ist somit auch möglich, mit einer geringeren Unwuchtwir kung, also z. B. einer kleineren Unwuchtmasse bei gleichzeitig bezüglich der Gierachse vergrößertem Hebel (Entfernung des Schwerpunkts der Unwuchtmasse zur Gierachse) das gleiche Dreh- bzw. Lenkmoment zu erreichen, wie mit einer größeren Unwuchtmasse, die näher zur Gierachse angeordnet ist.
Die Unwuchtmassen der Lenk-Unwuchtwellen, die links von der Längs-Mittelebene angeordnet sind, können gemeinsam die gleiche Masse aufweisen, wie die Unwuchtmassen der Lenk-Unwuchtwellen, die rechts von der Längs-Mittelebene angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine Kompensation der nach vorne gerichteten Kraftkomponenten um die Gierachse bewirken, um eine Geradeausfahrt der Vibrationsplatte zu erreichen.
Die Unwuchtmassen der Lenk-Unwuchtwellen, die links von der Längs-Mittelebene angeordnet sind, können gemeinsam die gleiche Unwuchtkraft bzw. -wirkung m·r und/oder das gleiche Drehmoment m·r·a um die Gierachse erzielen, wie die Unwuchtmassen der Lenk-Unwuchtwellen, die rechts von der Längs-Mittelebene angeordnet sind.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind drei Unwuchtwellen vorgesehen, nämlich, in Fahrtrichtung gesehen,

– eine vordere Unwuchtwelle, die eine Lenk-Unwuchtwelle ist und die eine Unwuchtmasse trägt, die auf einer ersten Seite von der Längs-Mittelebene angeordnet ist,
– eine mittlere Unwuchtwelle, die eine Unwuchtmasse trägt, die bezüglich der Längs-Mittelebene symmetrisch angeordnet ist, und
– eine hintere Unwuchtwelle, die eine Lenk-Unwuchtwelle ist und die eine Unwuchtmasse trägt, die auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite von der Längs-Mittelebene angeordnet ist. Wie oben bereits definiert, sind wenigstens drei Unwuchtwellen erforderlich, um die Erfindung zu realisieren. Dementsprechend stellt ein Schwingungserreger mit drei Unwuchtwellen die "Minimalausführung" dar. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehr als drei Unwuchtwellen zu nutzen, um die erfindungsgemäßen Wirkungen zu erreichen.

Bei der hier angegebenen Ausführungsform liegen die drei Unwuchtwellen in einer Ebene parallel zueinander und sind in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet. Die mittlere Unwuchtwelle trägt eine Unwuchtmasse, die in klassischer Weise bezüglich der Längs-Mittelebene und damit der Gierachse symmetrisch angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass z. B. der gesamte Schwingungserreger mit einem mäßigen Versatz gegenüber dem Schwerpunkt der Gesamtmaschine, z. B. ei ner Vibrationsplatte, angeordnet ist. Dieser Versatz, insbesondere in Längsrichtung der Maschine, würde die erfindungsgemäße Funktion nicht einschränken. Die mittlere Unwuchtwelle sollte lediglich kein Moment um die Gierachse erzeugen.
Die vordere Unwuchtwelle und die hintere Unwuchtwelle tragen jeweilige Lenk-Unwuchten, die links bzw. rechts von der Längs-Mittelebene angeordnet sind.
Die mittlere Unwuchtwelle kann durch einen Antrieb von außen angetrieben werden. Dies kann zweckmäßig sein, weil die mittlere Unwuchtwelle keine Phaseneinstelleinrichtung benötigt, so dass der erforderliche Bauraum zum Anschluss des Antriebs vorhanden ist.
Der Antrieb kann im Übrigen auch anders ausgestaltet sein. So ist es möglich, dass alternativ zu der mittleren Unwuchtwelle die vordere oder die hintere Unwuchtwelle angetrieben bzw. mehrere Wellen angetrieben werden. Der Antrieb kann bekanntermaßen durch Riementrieb, Hydraulikmotor, Elektromotor oder eine flexible Welle realisiert werden.
Die vordere Unwuchtwelle und die hintere Unwuchtwelle können formschlüssig drehbar mit der mittleren Unwuchtwelle gekoppelt sein. Die Kopplung kann dabei durch Zahnräder in an sich bekannter Weise erfolgen, wobei die Zahnräder im Wesentlichen in der Längs-Mittelebene angeordnet sein können.
Die Mittelpunkte der Kreisbahnen, die durch die Schwerpunkte der Unwuchtmassen auf den Lenk-Unwuchtwellen bei einer Rotationsbewegung beschrieben werden, können punktsymmetrisch zu der Gierachse angeordnet sein. Dies ergibt sich z. B. dadurch, dass der Mittelpunkt der Kreisbahn der Unwuchtmasse der mittleren Unwuchtwelle mit der Gierachse zusammenfällt, während die Mittelpunkte der Kreisbahnen der vorderen Unwuchtwelle und der hinteren Unwuchtwelle auf einer gedachten Linie liegen, die durch die Gierachse verläuft. Dadurch lässt sich die gewünschte Lenkwirkung präzise und zuverlässig einstellen.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die gedachte Linie durch die Gierachse verläuft. Ebenso genügt es, wenn die gedachte Linie durch die massenbezogene Mitte der mittleren Unwuchtwellenachse verläuft. Diese Mitte kann gegenüber der Gierachse der Gesamtmaschine in Längsrichtung versetzt sein.
Die Unwuchtmassen der Lenk-Unwuchtwellen können so weit wie möglich entfernt von der Längs-Mittelebene angeordnet sein. Dadurch entstehen besonders große Hebelarme, die entsprechend große Lenkmomente um die Gierachse ermöglichen. Die Grenzen der Entfernung der Unwuchtmassen von der Längs-Mittelebene sind konstruktiv bedingt und hängen von der möglichen Gesamtbreite des Schwingungserregers und des Erregergehäuses ab. Die Außenlage dieser Lenk-Unwuchten wird jedoch nicht durch die Position und der Bauraumanspruch der jeweiligen Phaseneinstelleinrichtung bestimmt, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. In der von der Längs-Mittelebene nach außen gesehenen axialen Verlängerung der Drehachse einer jeweiligen Lenk-Unwucht ist keine Phaseneinstelleinrichtung vorgesehen. Beim Stand der Technik hingegen war es erforderlich, zumindest bei einer der Lenk-Unwuchten in dieser Verlängerung außen noch eine Phaseneinstelleinrichtung zu platzieren, wodurch die betreffende Lenk-Unwucht weiter nach innen, in Richtung der Längs-Mittelebene verlagert werden muss.
Die Phaseneinstelleinrichtung kann im Wesentlichen axial zu der ihr zugeordneten Unwuchtwelle angeordnet sein. Dabei kann es anzustreben sein, die Phaseneinstelleinrichtung bezüglich der Längs-Mittelebene auf der der Position der jeweiligen Lenk-Unwucht gegenüberliegenden Seite der Längs-Mittelebene vorzusehen.
Die Unwuchtwellen können parallel, aber auch winklig zueinander stehen. Die parallele Anordnung sämtlicher Unwuchtwellen ist in der Praxis allgemein üblich. Eine winklige Anordnung von wenigstens einem Teil der Unwuchtwellen zueinander kann jedoch vorteilhaft sein. Z. B. ist es möglich, die Lenk-Unwuchtwellen parallel zueinander anzuordnen, während die dritte Unwuchtwelle bzw. die restlichen Unwuchtwellen winklig dazu stehen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der beigleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 in Draufsicht einen Schnitt durch eine Vibrationsplatte mit Schwingungserreger;
2 eine seitliche Schnittdarstellung entlang der mit Pfeilen in 1 gekennzeichneten strichpunktierten Linie;
3 in schematischer Draufsicht die Anordnung der Unwuchtmassen in dem Schwingungserreger; und
4 in schematischer Draufsicht eine andere Anordnung von Unwuchtwellen in einem Schwingungserreger.
Da die 1 und 2 die gleiche Vibrationsplatte zeigen, werden sie nachfolgend gemeinsam beschrieben.
Auf einer Bodenkontaktplatte 1 einer Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung ist ein Schwingungserreger mit einem Gehäuse 2 angeordnet. Der Schwingungserreger weist, in Fahrtrichtung X gesehen, eine vordere Unwuchtwelle 3, eine mittlere Unwuchtwelle 4 und eine hintere Unwuchtwelle 5 auf. Die vordere Unwuchtwelle 3 und die hintere Unwuchtwelle 5 sind hohl ausgeführt, während die mittlere Unwuchtwelle 4 massiv ist.
Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform sind die Unwuchtwellen teilweise als Hohlwellen ausgeführt und können wenigstens teilweise auf einer gemeinsamen Welle gelagert sein. Der in den 1 und 2 gezeigte Schwingungserreger dient lediglich der Erläuterung der Erfindung. Selbstverständlich sind weitere Anordnungen von Unwuchtwellen möglich.
Jede der Unwuchtwellen 3, 4, 5 weist eine Unwuchtmasse auf, nämlich die vordere Unwuchtwelle 3 eine Unwuchtmasse 6, die mittlere Unwuchtwelle 4 eine Unwuchtmasse 7 und die hintere Unwuchtwelle 5 eine Unwuchtmasse 8. Die Unwuchtmassen 6, 8 der vorderen bzw. hinteren Unwuchtwelle 3, 5 können auch als Lenk-Unwuchten bezeichnet werden.
Die mittlere Unwuchtwelle 4 wird über eine Antriebsscheibe 9 drehend angetrieben. Der Antrieb erfolgt z. B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Riementriebs durch einen auf der ebenfalls nicht gezeigten Obermasse der Vibrationsplatte vorgesehenen Antriebsmotor in bekannter Weise. Über Zahnräder 10 wird die Drehbewegung von der mittleren Unwuchtwelle 4 auf die vordere Unwuchtwelle 3 und die hintere Unwuchtwelle 5 übertragen, so dass die Unwuchtwellen 3, 4, 5 miteinander formschlüssig drehbar gekoppelt sind und sich mit gleicher Drehzahl gegenläufig drehen. Insbesondere dreht sich die mittlere Unwuchtwelle 4 gegenläufig zu der vorderen und der hinteren Unwuchtwelle 3, 5.
Die Phasenlage der Unwuchtmassen 6, 8 auf der vorderen Unwuchtwelle 3 und der hinteren Unwuchtwelle 5 kann mit Hilfe einer jeweils zugeordneten Phaseneinstelleinrichtung 11 eingestellt werden. Dadurch wird die Phasenlage der jewei ligen Unwuchtmasse 6, 8 bezüglich der jeweils anderen Unwuchtmassen eingestellt. Es ist möglich, dass die Phasenlage einer einzelnen Unwuchtmasse bezüglich der sie tragenden Unwuchtwelle verstellt wird. Ebenso kann aber auch – wie in 1 gezeigt – die Unwuchtmasse mit der sie tragenden Unwuchtwelle fest verbunden sein und die Phasenlage dieser Unwuchtwelle bezüglich der anderen Unwuchtwellen bzw. Unwuchtmassen eingestellt werden.
Die Phaseneinstelleinrichtungen 11 sind in an sich bekannter Weise aufgebaut. Sie weisen jeweils eine Kolben-Zylindereinheit 12 auf, mit der eine Stellstange 13 axial verschiebbar ist. Die Ansteuerung der Kolben-Zylindereinheit 12 erfolgt über Hydraulikleitungen 12a, die mit einem vom Bediener betätigbaren Bedienhebel oder einem Fernsteuerungsempfänger verbunden sind. Die Stellstange 13 trägt einen Querbolzen 14, der in Längsnuten 15 der zugehörigen Unwuchtwelle 3, 5 geführt ist und bis in eine Spiralnut 16 reicht. Durch axiales Verstellen der Stellstange 13 verdreht sich eine die Spiralnut 16 tragende Drallhülse 17 relativ zu der sie tragenden Unwuchtwelle 3, 5 und bewirkt die Änderung der Phasenlage. Dadurch lässt sich die Phasenlage der jeweiligen Unwuchtwelle 3, 5 und der zugehörigen Unwuchtmasse 6, 8 relativ zu dem mit der mittleren Unwuchtwelle 4 gekoppelten Zahnrad 10 einstellen.
Alternativ kann die Phaseneinstelleinrichtung auch durch eine Außenschrägverzahnung oder durch eine regelungstechnische Kopplung der Wellen durchgeführt werden.
Wie 3 zeigt, sind die Unwuchtmassen 6, 8 der als Lenk-Unwuchtwellen dienenden vorderen Unwuchtwelle 3 und hinteren Unwuchtwelle 5 derart angeordnet, dass ihre Schwerpunkte bzw. die Mittelpunkte 18 von Kreisbahnen, die die Schwerpunkte bei Rotation der jeweiligen Unwuchtmasse 6, 8 bilden, auf einer Linie 19 diagonal gegenüber liegen.
Insbesondere liegen die Mittelpunkte 18 auf einer Diagonalen 19, die durch eine Hoch- bzw. Gierachse 20 des Schwingungserregers bzw. der Vibrationsplatte verläuft. Die Gierachse 20 kann somit die Drehachse der mittleren Unwuchtwelle 4 schneiden.
Die Mittelpunkte 18 sind von der Längs-Mittelebene 21 um die Abstände a₁ bzw. a₂ beabstandet. Die Abstände a₁ und a₂ bestimmen die Hebelarme, mit denen jeweils das Drehmoment um die Gierachse 20 erzeugt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform ist es möglich, dass die Diagonale 19 nicht durch die Gierachse 20 der Vibrationsplatte verläuft, sondern in Längsrichtung der Vibrationsplatte etwas versetzt ist. Es kommt dabei lediglich darauf an, dass die Diagonale 19 durch den massenmäßigen Mittelpunkt bzw. Schwerpunkt der mittleren Unwuchtwelle 4 verläuft. In diesem Fall schneidet die Gierachse 20 die Drehachse der mittleren Unwuchtwelle 4 nicht.
In Fahrtrichtung X wird eine Längs-Mittelebene 21 definiert, die sich als Vertikalebene durch die Gierachse 20 vertikal zum Boden erstreckt. Wie aus den 1 und 3 ersichtlich, befindet sich die Unwuchtmasse 6 der vorderen Unwuchtwelle 3 links von der Längs-Mittelebene 21, während die Unwuchtmasse 8 der hinteren Unwuchtwelle 5 rechts von der Längs-Mittelebene angeordnet ist.
Die Schwerpunkte der Unwuchtmassen 6, 8 der Lenk-Unwuchtwellen 3, 5 rotieren jeweils auf eigenen Vertikalebenen. So rotiert die Unwuchtmasse 6 auf einer durch einen Strich in der Draufsicht von 3 gekennzeichneten Vertikalebene 6B, während die Unwuchtmasse 8 mit ihrer Kreisbahn in einer Vertikalebene 8B rotiert. Wie in 3 ersichtlich, unterscheiden sich die Vertikalebenen 6B und 8B voneinander und sind bezüglich der Längs-Mittelebene 21 um einen bestimmten Abstand symmetrisch versetzt.
Der Schwingungserreger weist somit eine Art diagonalen Grundriss auf.
Die mittlere Unwuchtwelle 4 erzeugt mit ihrer Unwuchtmasse 7 in etwa so viel Fliehkraft wie die beiden anderen Unwuchtwellen 3, 5 zusammen, die ihrerseits jeweils etwa die gleiche Fliehkraftwirkung (m·r) erzeugen sollten.
Diese unsymmetrische Anordnung erzeugt dennoch bei Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt eine Schwingung ohne seitliche Taumelbewegung, da die vordere Unwuchtwelle 3 und die hintere Unwuchtwelle 5 dann immer in der gleichen Phasenlage gegensinnig zur mittleren Unwuchtwelle 4 drehen. Dabei liefert die Vektoraddition dieser beiden Fliehkräfte eine umlaufende Kraft mit konstantem Betrag, die genau in der Mitte der mittleren Unwuchtwelle 4, also im Bereich der Gierachse 20 wirkt. Lediglich die Nickbewegung, die durch den Versatz von Untermassenschwerpunkt und Erregermittelpunkt erzeugt wird, verursacht zusammen mit der Konzentration der Massen auf der Untermasse auf der Diagonalen 19 eine geringfügige Drehung um diese Diagonale 19. Die dadurch verursachte Ungleichförmigkeit der Kontaktkräfte auf den Boden ist jedoch gering und dadurch vernachlässigbar.
Werden die linke Unwuchtmasse 6 der vorderen Unwuchtwelle 3 und die rechte Unwuchtmasse 8 der hinteren Unwuchtwelle 5 ungleichsinnig hinsichtlich ihrer Phasenlage verstellt, dann dreht sich die gesamte Vibrationsplatte um ihre Gierachse 20. Da die beiden Lenk-Unwuchten (Unwuchtmassen 6, 8) in Querrichtung einen größtmöglichen Abstand zur Hochachse 20 aufweisen, dreht sich die Vibrationsplatte relativ schnell. Damit reagiert eine Vibrationsplatte mit dem hier beschriebenen Schwingungserregersystem deutlich schneller auf Bedienerbefehle und macht bei ferngesteuerten Vibrationsplatten das Verhalten der Vibrationsplatte für den Bediener besser vorhersehbar, als dies bei Vibrationsplatten nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Jede der Unwuchtmassen 6, 7, 8 kann auch auf mehrere Teil-Unwuchtmassen an der selben Welle aufgeteilt werden. Die Fliehkraft einer der beschriebenen Wellen 3, 4, 5 kann auch durch mehrere gleichsinnig drehende und parallel angeordnete Teil-Unwuchtwellen erzeugt werden.
Es wird demgemäß ein nicht ebenen-symmetrischer Erreger angegeben, dessen deutlich einseitig angebrachte Unwuchten, die jeweils in ihrer Phasenlage zu den übrigen Unwuchtmassen verstellbar sind, trotzdem eine um die Mittel-Längsebene symmetrische Schwingung erzeugen können, wenn der Summenvektor der Fliehkraft der asymmetrisch angeordneten Unwuchtmassen in der Längs-Mittelebene 21 zu liegen kommt.
4 zeigt eine Variante zu der Anordnung von 3. Dabei sind die vordere Unwuchtwelle 3 und die hintere Unwuchtwelle 5 parallel zueinander angeordnet, während die mittlere Unwuchtwelle 4 mit einem Winkel α zu den restlichen Unwuchtwellen 3, 5 angeordnet ist.
Zur Übertragung der Antriebsenergie trägt die mittlere Unwuchtwelle 4 ein Doppelkegelrad 22. Die Unwuchtwellen 3 und 5 tragen jeweils ein Kegelrad 23, das mit dem in der Mitte angeordneten Doppelkegelrad 22 kämmt.
Bei dieser Anordnung können die Durchmesser der die Wellen 3, 4, 5 koppelnden Zahnräder 22, 23 kleiner sein, so dass die Unwuchtmassen 6, 8 näher zu der Bodenkontaktplatte angeordnet werden können, die den gesamten Schwingungserreger trägt.
Die Drehachsen der Unwuchtwellen 3, 4, 5 stehen mit einem Winkel von α/2 zur Bewegungsrichtung X.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Unwuchtwellen 3, 4, 5 in beliebigen Winkeln zueinander anzuordnen, wenn dies Vorteile bringt bzw. technisch sinnvoll ist.
Wie in 3, so sind auch in 4 die Abstände a₁ und a₂ eingezeichnet, um die die Mittelpunkte 18 jeweils von der Längs-Mittelachse 21 beabstandet sind und dadurch ein Drehmoment (Giermoment) um die Gierachse 20 erzeugen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006004707 U1 [0005, 0009]
- DE 29723617 U1 [0006]

Claims

Schwingungserreger für eine Vibrationsplatte, wobei – wenigstens drei Unwuchtwellen (3, 4, 5) vorgesehen sind, die mit einer definierten Phasenlage drehbar derart miteinander gekoppelt sind, dass jeweils zwei miteinander gekoppelte Unwuchtwellen (3, 4, 5) gegenläufig drehbar sind; – jede der Unwuchtwellen (3, 4, 5) wenigstens eine Unwuchtmasse (6, 7, 8) aufweist; – wenigstens zwei der Unwuchtwellen Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) sind, wobei jeweils der Mittelpunkt (18) einer theoretischen Kreisbahn, die durch den rotierenden Schwerpunkt einer auf einer Lenk-Unwuchtwelle vorgesehenen Unwuchtmasse (6, 8) gebildet wird, versetzt zu einer in Fahrtrichtung (X) gerichteten Längs-Mittelebene (21) angeordnet ist und wobei die Mittelpunkte (18) der Kreisbahnen der rotierenden Schwerpunkte der auf den Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) vorgesehenen Unwuchtmassen (6, 8) nicht auf einer gemeinsamen, in Fahrtrichtung (X) gerichteten Vertikalebene (6B, 8B) angeordnet sind; – die Phasenlage einer jeweiligen Unwuchtmasse (6, 8) einer Lenk-Unwuchtwelle (3, 5) durch eine jeweilige Phaseneinstelleinrichtung (11) einstellbar ist; – die Drehachsen von wenigstens zwei der Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) nicht zueinander fluchtend angeordnet sind.
Schwingungserreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwellen (3, 4, 5) parallel zueinander angeordnet sind.
Schwingungserreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Unwuchtwellen (4) winklig zu den anderen Unwuchtwellen (3, 5) steht.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte bzw. Schwerpunkte der auf den Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) vorgesehenen Unwuchtmassen (6, 8) nicht symmetrisch bezüglich der in Fahrtrichtung (X) gerichteten Längs-Mittelebene (21) angeordnet sind.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) derart angeordnet sind, dass ihre Drehachsen nicht eine im Wesentlichen im Schwerpunkt des Schwingungserregers liegende Gierachse (20) schneiden.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse von einer Unwuchtwelle (4), die keine Lenk-Unwuchtwelle (3, 5) ist, die Gierachse (20) schneidet.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, in Fahrtrichtung (X) gesehen, auf einer Lenk-Unwuchtwelle (3) die Unwuchtmasse (6) links von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet ist und auf einer anderen Lenk-Unwuchtwelle (5) die Unwuchtmasse (8) rechts von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet ist.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (6, 8) der Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) gemeinsam die gleiche oder mehr Unwuchtwirkung (m·r) erzielen wie die restlichen Unwuchtmassen (7).
Schwingungserreger nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (6) der Lenk-Unwuchtwellen (3), die links von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet sind, gemeinsam die gleiche Masse aufweisen, wie die Unwuchtmassen (8) der Lenk-Unwuchtwellen (5), die rechts von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet sind.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (6) der Lenk-Unwuchtwellen (3), die links von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet sind, gemeinsam die gleiche Unwuchtkraft (m·r) und/oder das gleiche Drehmoment (m·r·a) um die Gierachse (20) erzielen, wie die Unwuchtmassen (8) der Lenk-Unwuchtwellen (5), die rechts von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet sind.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass drei Unwuchtwellen (3, 4, 5) vorgesehen sind, nämlich, in Fahrtrichtung (X) gesehen, – eine vordere Unwuchtwelle (3), die eine Lenk-Unwuchtwelle ist und die eine Unwuchtmasse (6) trägt, die auf einer ersten Seite von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet ist, – eine mittlere Unwuchtwelle (4), die eine Unwuchtmasse (7) trägt, die bezüglich der Längs-Mittelebene (21) symmetrisch angeordnet ist, und – eine hintere Unwuchtwelle (5), die eine Lenk-Unwuchtwelle ist und die eine Unwuchtmasse (8) trägt, die auf einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet ist.
Schwingungserreger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Unwuchtwelle (4) durch einen Antrieb (9) von außen angetrieben ist.
Schwingungserreger nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Unwuchtwelle (3) und die hintere Unwuchtwelle (5) formschlüssig gegenläufig drehbar mit der mittleren Unwuchtwelle (4) gekoppelt sind.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwellen (3, 4, 5) durch Zahnräder (10; 22, 23) gekoppelt sind, die im Wesentlichen in der Längs-Mittelebene (21) angeordnet sind.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte (18) der Kreisbahnen, die durch die Schwerpunkte der Unwuchtmassen (6, 8) auf den Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) bei einer Rotationsbewegung um die Drehachsen der Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) beschrieben werden, punktsymmetrisch zu der Gierachse (20) angeordnet sind.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (6, 8) der Lenk-Unwuchtwellen (3, 5) so weit wie möglich entfernt von der Längs-Mittelebene (21) angeordnet sind.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Phaseneinstelleinrichtung (11) im wesentlichen achsial zu der ihr zugeordneten Unwuchtwelle (3, 5) angeordnet ist.
Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unwuchtmasse (6, 7, 8) durch mehrere räumlich oder konstruktiv getrennte Teil-Unwuchtmassen gebildet wird.