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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Kreisschwingung
oder einer gerichteten Schwingung nach den Oberbegriffen der unabhängigen
Ansprüche. Solche Vorrichtungen kommen insbesondere bei
Baumaschinen zur Bodenverdichtung zum Einsatz. Es werden gewöhnlich
zwei parallel im gleichen Gehäuse angeordnete Grundwellen verwendet,
auf denen sich jeweils Unwuchtgewichte befinden. Zur Erzeugung einer
gerichteten Schwingung werden die Grundwellen synchron und gegensinnig
beispielsweise mittels direkt kämmender Stirnräder
in Rotation versetzt. Zur stufenlosen Verstellung der Schwingungsamplitude
der Erregerkraft werden die Winkelstellungen der Unwuchtgewichte so
geändert, dass die wirksame Erregerkraft, die sich aus
den Fliehkräften einzelner Unwuchtgewichte zusammensetzt,
stufenlos innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu- oder abnimmt.
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Herkömmlich
werden zur Verstellung der Schwingungsamplitude bzw. Erregerkraft
Wellen verwendet, auf denen sich zum einen drehfest mit der Welle
verbundene und zum anderen drehbar auf ihr gelagerte Unwuchtgewichte
befinden. Zur Verstellung der Winkelstellung werden die drehbar
gelagerten Unwuchtgewichte, meist nur im Stillstand, in ihren Positionen
gegenüber den drehfesten Unwuchtgewichten verstellt und
arretiert.
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Aus
DE 2736264 A1 ist
ein Schwingungserreger mit zwei gegeneinander verschiebbaren Unwuchtkörpern
bekannt, welcher auch eine Verstellung während des Betriebes
ermöglicht. Dazu ist ein erster Unwuchtkörper
in einem Gabelstück um eine Querachse drehbar mittels einer
Schubstange mit einem axial auf der Rotationsachse verschiebbaren Schieber
zum Umlegen des Unwuchtkörpers verbunden. Ein weiterer
Unwuchtkörper steht mit dem ersten Unwuchtkörper mittels
einer Verzahnung in formschlüssiger Verbindung. Wird der
Schieber axial bewegt, so verdrehen sich die beiden Unwuchtkörper entweder
zu- oder voneinander. Auf diese Weise wird die Amplitude der Erregerkraft
variiert. Nachteilig allerdings ist, dass hierbei der axial verschiebbare Schieber
und die Schubstangenverbindung sehr viel Platz auf der Rotationsachse
einnehmen, so dass eine kompakte Bausweise des Schwingungserregers unmöglich
ist.
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Ferner
besteht der Nachteil darin, dass bei dem Schwingungserreger gemäß
DE 2736264 A1 bezüglich
der Anordnung von Unwuchtkörpern kein Spielraum gegeben
ist, da nur immer zwei Unwuchtkörper pro Rotationswelle
angeordnet werden können. Wenn man beispielsweise zwei
weitere Unwuchtkörper auf der gleichen Rotationsachse anordnen
wollte, müsste ein weiterer Schieber mit einer weiteren
Schubstange auf der anderen Stirnseite der Welle angeordnet werden,
wodurch der Bauraum noch weiter vergrößert werden
würde. Ferner stellt die Schubstange als Verbindungsteil
zum Verstellelement ein empfindliches Bauteil dar. Außerdem
ist aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Schubstange und aufgrund
der Form der Unwuchtköper selbst bei komplett umgelegten
Unwuchtkörpern keine „Nulleinstellung” der
Erregerkraft möglich, so dass die Maschine ständig
eine Unwucht und somit eine gerichtete Schwingung erzeugt, solange
sich die Welle dreht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art anzugeben, die die Nachteile des bekannten
Standes der Technik überwindet. Insbesondere ist es die Aufgabe
der Erfindung, eine sehr kompakte Bauweise für eine Vorrichtung
zur Erzeugung einer Kreisschwingung oder einer gerichteten Schwingung
zu ermöglichen, wobei die Schwingungsamplitude der Erregerkraft
zuverlässig und bequem zwischen einem minimalen Wert, welcher
Null sein kann aber nicht sein muss, und einem maximalen Wert stufenlos
verstellbar ist. Zusätzlich ist es Aufgabe der Erfindung,
eine Vorrichtung anzugeben, bei der eine modulare Erweiterung der
Grundwelle mit zusätzlichen Unwuchtgewichten einfach, kostengünstig
und ebenfalls kompakt möglich ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand
der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen
Ansprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung weist Unwuchtgewichte
auf, die um die jeweilige Grundwelle drehbar auf dieser gelagert
sind. Zudem weist sie eine Kopplung auf, welche ein mit der Grundwelle drehfest
verbundenes Übertragungsmittel umfasst. Dieses Übertragungsmittel
ist so beschaffen, dass es zum einen als Mitnehmer auf die Unwuchtgewichte wirkt
und zum ande ren bei Verstellung der Schwingungsamplitude der Erregerkraft
eine gegensinnige Verdrehung der Unwuchtgewichte bewirkt.
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Das Übertragungsmittel
der Kopplung gemäß der Erfindung übernimmt
im Wesentlichen zwei Funktionen. Zum einen dient es als Mitnehmer
für die benachbart angeordneten Unwuchtgewichte, so dass
diese Unwuchtgewichte im Normalbetrieb, d. h. wenn eine feste Einstellung
für die Schwingungsamplitude der Erregerkraft gewählt
ist, mit der Grundwelle synchron und gleichsinnig rotieren. Zusätzlich bewirkt
das Übertragungsmittel bei gewünschter Änderung
der Winkelstellungen der Unwuchtgewichte, um die Schwingungsamplitude
der Erregerkraft während des Laufes der Vorrichtung zu ändern,
eine gegensinnige Verdrehung der benachbarten Unwuchtgewichte.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden unter
anderem große Vorteile hinsichtlich der Kompaktheit der
gesamten Vorrichtung, Robustheit der Kopplung sowie einfacher und
schneller Verstellungsmöglichkeit erzielt. Ferner können
Herstellungskosten dank der Verwendung einfacher und gleicher Bauteile
reduziert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
soll vorzugsweise zur Erzeugung einer Kreisschwingung mittels einer
Welle oder einer gerichteten Schwingung, also mit mindestens zwei gegensinnig
rotierenden Grundwellen, dienen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die
Kopplung eine Vorrichtung mit Verzahnungsteilen, vorzugsweise mit
Kegelrädern, insbesondere mit mindestens einem Ritzel und
zwei Tellerrädern, umfasst, wobei jeweils ein Unwuchtgewicht
ein Tellerrad aufweist und das Übertragungsmittel das mindestens
eine Ritzel ist, welches mit den beiden Tellerrädern im
Eingriff steht. Tellerräder/Ritzet-Paarungen erweisen sich
als besonders geeignet, um die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten
Merkmale zu erfüllen.
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Es
ist besonders zweckmäßig, dass die Kopplung mehrere
jeweils um einen vorzugsweise gleichen Winkel versetzt angeordnete Übertragungsmittel
aufweist. Vorzugsweise werden aus Gründen der symmetrischen
Kraftverteilung zwei Übertragungsmittel verwendet. Allerdings
können je nach Anwendungsfall auch mehr als zwei Übertragungsmittel
eingesetzt werden.
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Bevorzugt
sind die Übertragungsmittel drehbar auf einem Übertragungsmittelträger
angeordnet und weisen eine Rotationsachse auf, welche die Rotationsachse
der Grundwelle senkrecht schneidet. Durch diese Bedingung werden
die Funktionen des Übertragungsmittels, nämlich
die Mitnehmer-Funktion und die Funktion der Drehsinnumkehr bei Verstellung,
erleichtert. Es sind jedoch auch andere Ausführungen möglich.
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Vorzugsweise
weist die Grundwelle mindestens eine Querbohrung zur Aufnahme des Übertragungsmittelträgers
auf. Mittels der Querbohrung kann der Übertragungsmittelträger
durch die Grundwelle durchgesteckt werden und anschließend
von beiden Seiten mit Übertragungsmittel, insbesondere Kegelräder,
und weiteren Teilen bestückt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind auf dem Übertragungsmittelträger
Mittel, insbesondere Axiallager, zur Aufnahme von Fliehkräften angeordnet,
die durch das Übertragungsmittel erzeugt werden. Es werden
dank der kompakten Ausführung der Übertragungsmittel
ohnehin geringere Fliehkräfte erzeugt als bei herkömmlichen
Vorrichtungen. Dennoch bieten sich kleine Axialkugellager zur Aufnahme
von Fliehkräften an, um die Betriebssicherheit und Leichtgängigkeit
noch weiter zu erhöhen.
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Es
erweist sich als vorteilhaft, dass die Übertragungsmittelträger
schwimmend auf dem Übertragungsmittelträger gelagert
sind. Dadurch sind geringfügige Bewegungen der Übertragungsmittel
entlang der Längsachse des Übertragungsmittelträgers
möglich. Dadurch wird der Übertragungsmittelträger
vor zu großer Belastung infolge von Biegemomenten und Spannungen
bewahrt.
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Ein
weiterer Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass nur eines
der Unwuchtgewichte mit einer Verstelleinheit verbunden ist. Es
ist also möglich, mit der Verstellung eines einzigen Gewichtes alle
auf der gleichen Grundwelle angeordneten Unwuchtgewichte exakt zu
verstellen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht
vor, dass die Grundwelle mehrere Unwuchtgewichtspaare mit jeweils
zwei Unwuchtgewichten und einer zwischen diesen Unwuchtgewichten
angeordneten Kopplung aufweist. Dabei können sämtliche
Unwuchtgewichte gleiche Größe und Masse besitzen.
Bei gleicher Masse der Unwuchtgewichte heben sich die Stützmomente über den Übertragungsmittelträger
gegenseitig auf. Hierdurch sind die erforderlichen Stütz-
und Verstellkräfte sehr gering. Es können je nach
Anwendungsfall beliebig viele Unwuchtgewichtpaare auf einer Grundwelle
angeordnet werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante werden
die Unwuchtgewichtspaare dadurch in Serie geschaltet, dass jeweils
benachbarte Unwuchtgewichte der Unwuchtgewichtspaare phasengleich
miteinander verbunden werden. In diesem Zusammenhang wird unter
Phasengleichheit verstanden, dass die Winkelstellungen dieser Unwuchtgewichte
bezüglich der Grundwelle gleich sind. Folglich wird unter
Phasendifferenz der Unterschied der Winkelstellungen der Unwuchtgewichte
zueinander verstanden.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Grundwelle eine gerade Anzahl
von Unwuchtgewichtspaaren aufweist, die in Serie geschaltet sind. Werden
beispielsweise zwei, vier oder sechs Unwuchtgewichtpaare (also vier,
sechs oder acht Unwuchtgewichte mit entsprechenden Kopplungen) auf einer
Grundwelle in Serie geschaltet, so wird immer ein kippmomentfreies
Betreiben der Vorrichtung gewährleistet, da die Winkelstellungen
der Unwuchtgewichte links und rechts in Bezug auf den Schwerpunkt
der Grundwelle symmetrisch sind.
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Vorzugweise
weisen die Unwuchtgewichte der erfindungsgemäßen
Vorrichtung Mittel zur Axialspielverringerung und Verringerung des
Zahnflankenspiels auf. Diese Mittel können beispielsweise Federelemente
sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Verstelleinheiten
der beiden parallelen Grundwellen in Wirkverbindung. Dadurch dass die
Verstellhülsen der Verstelleinheiten beispielsweise über
direkt kämmende Stirnräder miteinander synchronisiert
und gegensinnig verdrehbar verbunden sind, können z. B.
bei hydraulischen Verstelleinheiten statt der doppelt wirkenden
Zylinder auch einfach wirkende jeweils für eine Welle verwendet
werden.
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Vorzugsweise
sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ölpumpe
zur Schmierung der Verzahnungen und der Wälzlager vor.
Durch die effiziente Dosierung mittels eines Berieselungsrohres
kann das Ölniveau im Gehäuse reduziert werden.
Dadurch wird der Leistungsverlust aufgrund des „Planschens” der
Unwuchtgewichte im Ölbad verringert.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, die erfindungsgemäße
Vorrichtung mittels eines außerhalb des Gehäuses
befindlichen Schwenkantriebes verschwenkbar auszuführen.
Hierdurch kann bei Bedarf der Wirkwinkel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung angepasst werden.
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Zusätzlich
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zur
Erfassung der momentanen Positionen der Unwuchtgewichte, insbesondere
Sensoren zur Erfassung des relativen Phasenunterschieds der zu verstellenden
Unwuchtgewichte aufweisen. Hierdurch ist es auch möglich,
eine Frequenzverstellung unter Beibehaltung einer bestimmten Fliehkraft zu
realisieren.
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Ein
großer Vorteil der Erfindung besteht in der hohen Kompaktheit.
Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung problemlos nur mit geringem Aufwand auch in bereits
bestehende Serienmaschinen einbauen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen schematisch
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1 eine
perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit teilweise geschnittener Verstellhülse in
Ausgangsstellung;
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2 eine
perspektivische Teilansicht wie 1, jedoch
um einen Winkel verstellt;
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3 eine
perspektivische Teilansicht wie 1, jedoch
um 180° verstellt;
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4 einen
Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung;
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5 einen
Längsschnitt wie 4, jedoch die
Unwuchtgewichte um 180° verstellt;
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6 eine
perspektivische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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7 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante
der Erfindung;
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8 eine
perspektivische Ansicht wie 8, jedoch
um –45° verstellt;
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9 eine
perspektivische Ansicht wie 8, jedoch
um +45° verstellt;
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10 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante
der Erfindung.
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1 zeigt
ein erstes Unwuchtgewichtpaar 11 der ersten Grundwelle 10 mit
den Unwuchtgewichten 12, 13. Zwischen den Unwuchtgewichten 12, 13 befindet
sich die Kopplung 40, welche die beiden Tellerräder 43, 44 sowie
die als Ritzel 41, 42 ausgeführte Übertragungsmittel 46 aufweist.
Die Ritzel 41, 42 sind symmetrisch in Bezug auf
die Rotationsachse der Grundwelle 10, um 180° versetzt
und drehbar auf dem Übertragungsmittelträger 45 angeordnet.
Ferner sind Axiallager 48 erkennbar, die zur Aufnahme der durch
die Ritzel 41, 42 erzeugten Fliehkräfte
dienen.
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Die
Verstelleinheit
30 weist eine Verstellhülse
31 auf,
welche mit dem ersten Unwuchtgewicht
12 drehfest mit einer
Axialsicherung, z. B. über Schrauben
36, verbunden
ist. Die innere Wandung der Verstellhülse
31 ist
mit zwei um 180° versetzt angeordneten Wendelnuten
32 versehen.
Der Verstellstift
33, der in einem Langloch
39 in
der Grundwelle
10 geführt ist, greift in die Wendelnuten
32.
Somit führt eine axiale Bewegung des Verstellkolbens
34,
welche bei diesem Ausführungsbeispiel mittels eines einfach wirkenden
Hydraulik-Zylinders ausgeführt wird, zu einer rotierenden
Bewegung der Verstellhülse
31 und somit des Unwuchtgewichtes
12.
Solche Verstelleinheiten sind beispielsweise aus
DE 2409417 A1 bekannt. In
der in
1 gezeigten Winkelstellungen der Unwuchtgewichte
12,
13 ist
das Unwuchtgewicht
13 gegenüber dem Unwuchtgewicht
12 genau
um 180° verdreht. Bei einer Rotation der Grundwelle
10 in
der gezeigten Stellung heben sich die Fliehkraftkomponenten der
Unwuchtgewichte gegenseitig auf, so dass keine Erregerkraft auftritt.
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Anhand
von 1, 2 und 3 wird die erfindungsgemäße
Verstellung der Unwuchtgewichte 12, 13 genauer
beschrieben. Hierzu wird zunächst nur die reine Verstellbewegung
beschrieben, d. h. in diesem Fall wird zum besseren Verständnis
angenommen, dass die Grundwelle 10 steht. Wird auf den Verstellkolben 34 Druck
ausgeübt, so bewegt sich der mit dem Verstellkolben 34 verbundene
Verstellstift 33 axial in Richtung positiver x-Achse, also
in die angezeigte Pfeilrichtung 100. Dadurch verdreht sich die
Verstellhülse samt dem damit verbundenen Unwuchtgewicht 12 in
die Pfeilrichtung 101 und 102, also gegen den
Uhrzeigersinn um die x-Achse, wenn man diese Drehung vom Stößel 35 aus
in Richtung positiver x-Achse betrachtet.
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Das
Tellerrad 43, welches mit dem Unwuchtgewicht 12 fest
verbunden ist, dreht sich ebenso wie das Unwuchtgewicht 12 in
Pfeilrichtung 102. Dadurch werden die Ritzel 41, 42,
welche drehbar auf einem Übertragungsmittelträger 45 angeordnet
sind und mit dem Tellerrad 43 über die Kegelverzahnung im
Eingriff sind, wobei der Übertragungsmittelträger 45 in
einer Querbohrung 49 drehfest mit der Grundwelle 10 verbunden
ist, gedreht. Die Drehung der Ritzel 41, 42 erfolgt
in angezeigte Pfeilrichtungen 103, 104, also im
Uhrzeigersinn, wenn man die Drehung vom Axiallager 48 des
Ritzels 42 in Richtung positiver z-Achse beobachtet. Die
Drehung der Ritzel 41, 42 verursacht die Verdrehung
des Tellerrads 44 und damit auch des Unwuchtgewichtes 13.
Allerdings ist aufgrund der Ausführung der Kopplung 40 mittels
Kegelräder, d. h. mittels Tellerräder 43, 44 und
Ritzel 41, 42, die Drehrichtung des Unwuchtgewichtes 13 (Pfeilrichtung 105)
der Drehrichtung des Unwuchtgewichtes 12 entgegengesetzt.
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Es
zeigt sich also, dass mit Hilfe der Kopplung 40 eine sehr
kompakte und einfache Verstellung der Winkelstellungen der Unwuchtgewichte 12, 13 erreicht
wird. Eine Verdrehung des Unwuchtgewichts 12 beispielsweise
um 90° gegenüber seiner Ausgangsstellung bezüglich
der Unwuchtwelle 10 bewirkt eine Verdrehung des Unwuchtgewichts 13 ebenfalls
um 90°, allerdings in die entgegengesetzte Drehrichtung,
so dass sich die Unwuchtgewichte 12, 13 relativ
zu- oder voneinander um 180° verdrehen. Die Wendelnuten 32 der
Verstellhülse 31 sind so ausgelegt, dass sich
die Verstellhülse 31 von einer in 1 gezeigten
Stellung (Einstellung für minimale bzw. keine Erregerkraft)
zu einer in 3 gezeigten Stellung (Einstellung
für maximale Erregerkraft) um genau 90° drehbar
ist. Dadurch können die Unwuchtgewichte jeweils um 90° gegensinnig
relativ auf insgesamt 180° verdrehen. Zwischen den Einstellungen für
minimale und maximale Erregerkraft ist eine beliebige stufenlose
Einstellung möglich.
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Die
Verdrehung der Unwuchtgewichte 12, 13 erfolgt
meist in Betrieb während der Rotation der Grundwelle 10.
Bei einem fest eingestellten Phasenunterschied der Unwuchtgewichte 12, 13 werden
die drehbar mittels Wälzlager 14, 15 gelagerten
Unwuchtgewichte 12 und 13 über die Übertragungsmittel 46,
in diesem Fall über die Verzahnung mit den Ritzeln 41, 42 mitgenommen.
Dabei stehen die Ritzel still. Die Verbindung über die
Verzahnung ist somit als eine statische Verbindung zu betrachten.
Die eingestellten Unwuchtgewichte 12, 13 rotieren
gleichsinnig mit der Grundwelle. Hierbei wird ein großer Vorteil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich. Aufgrund
der Ausführung der Kopplung 40 mittels Tellerräder 43, 44 und
Ritzel 41, 42 stützen sich die bei der
Rotation der Grundwelle 10 auftretenden Massenträgheiten
der Unwuchtgewichte 12, 13 gegenseitig über
die Ritzel 41, 42 ab, so dass keine ungewollte
Verdrehung der Unwuchtgewichte 12, 13 auftreten
kann. Die Kopplung 40 samt der Übertragungsmittel 46 begünstigt
eine Art Selbstarretierung. Es folgt ferner, dass die Übertragungsmittelträger 45 aufgrund
des symmetrischen Eingriffs der Verzahnungsteile in Bezug auf die
Symmetrieachse des Übertragungsmittelträgers 45 nur
minimale Stützkräfte und Stützmomente
aufnehmen müssen, so dass große Vorteile hinsichtlich
Lebensdauer und Robustheit der erfindungsgemäßen
Kopplung 40 erzielt werden. Zudem kann die Verzahnung beispielsweise
als geschmiedete oder gegossene Verzahnungsteile einfach und kostensgünstig
ausgeführt sein.
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Die
Verstellung der Schwingungsamplitude der Erregerkraft in Betrieb
mittels gegensinniger Verdrehung der Unwuchtgewichte 12, 13 ist
als eine Superposition der Teilbewegungen „Rotation der
Unwuchtgewichte 12, 13 mit der Drehzahl der Unwuchtwelle 10” und „gegensinnige
Verdrehung der Unwuchtgewichte 12, 13 um einen
gewünschten Winkelbetrag” zu betrachten.
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3 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in
einer Stellung, bei der die Erregerkraft maximal ist, da die Unwuchtgewichte 12, 13 bezüglich der
Grundwelle 10 gleiche Winkelstellungen aufweisen.
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4 zeigt
einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind zwei Unwuchtgewichtpaare 11, 21 mit den Unwuchtgewichten 12, 13 und 22, 23 auf
der Grundwelle 10 über die Wälzlager 14, 15, 24, 25 drehbar
angeordnet. Jedes Unwuchtgewichtpaar 11, 21 weist
eine Kopplung 40 bzw. 50 auf. Zusätzlich werden
die benachbarten Unwuchtgewichte 13, 22 der Unwuchtgewichtpaare 11, 21 mittels
eines formschlüssigen Verbindungselements 19 phasengleich verbunden.
Hierdurch wird eine Serienschaltung der Unwuchtgewichtspaare 11, 21 ermöglicht,
so dass nur eine einzige Verstelleinrichtung 30 mit nur
einem einzigen Unwuchtgewicht 12 verbunden sein muss, um
eine gleichzeitige Verstellung aller auf der Unwuchtwelle 10 befindlichen
Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 zu
ermöglichen. Alle Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 sind
zweckmäßigerweise gleich groß und gleich
schwer. Ebenso sind auch die Kopplungen 40 und 50 gleich.
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Um
von den in 4 gezeigten Winkelstellungen
der Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 (minimale
bzw. keine Erregerkraft) zu den in 5 gezeigten Winkelstellungen
der Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 (maximale
Erregerkraft) zu gelangen, wird die Verstellhülse 31 der
Verstelleinheit 30, wie bereits in Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben,
um 90° verdreht. Die Kopplung 40 bewirkt eine
gegensinnige Verdrehung der Unwuchtgewichte 12, 13 um
jeweils 90°, so dass die relative Verdrehung der Unwuchtgewichte 12, 13 insgesamt
180° beträgt. Zusammen mit dem Unwuchtgewicht 13 verdreht
sich das mit ihm phasengleich und formschlüssig verbundene
Unwuchtgewicht 22 des zweiten Unwuchtgewichtpaares 21 um
den gleichen Winkelbetrag. Die Kopplung 50 führt
zu einer gegensinnigen Verdrehung des Unwuchtgewichtes 23 im
Vergleich zu den Unwuchtgewichten 22, 13. Insgesamt
last sich also festhalten, dass durch die Serienschaltung der Unwuchtgewichtpaare 11, 21 die
inneren Unwuchtgewichte 13, 22 phasengleich gehalten
werden und bei Verstellung in die entgegengesetzte Richtung drehen als
die äußeren Unwuchtgewichte 12, 23,
die ihrerseits mittels der Kopplungen 40, 50 und
des Verbindungselements 19 phasengleich gehalten werden.
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Ein
großer Vorteil bei der Anordnung einer geraden Anzahl von
in Serie geschalteten Unwuchtgewichtspaaren 11, 21 auf
einer Grundwelle 10 liegt darin, dass die Wälzlager 28, 29 der
Unwuchtwelle 10 dank der annähernd symmetrischen
Auslegung der Unwuchtwelle 10 in Bezug auf die Mitte der
Unwuchtwelle 10 nicht durch unerwünschte „Kippmomente” belastet
werden.
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6 zeigt
eine perspektivische Gesamtansicht einer Ausführungsform
der Erfindung. Ein hydraulischer Antrieb 90 mit der Antriebswelle 91 treibt eine
der beiden Grundwellen 10 oder 60 über
Stirnräder (hier nicht dargestellt) direkt an. Über
das Stirnradpaar 82, 83 findet die Synchronisierung
und Drehsinnumkehr statt, so dass die Unwuchtwellen 10, 60 in
Betrieb mit gleicher Drehzahl, jedoch gegensinnig rotieren. Die
Grundwellen 10, 60 weisen die gleichen Bestandteile
auf. Auch die Funktionsweisen beider Grundwellen 10, 60 stimmen überein.
Das Stirnrad 80 ist über Verbindungselemente,
wie z. B. Schrauben/Mutter, fest mit dem ersten Unwuchtgewicht 12 der
Grundwelle 10 verbunden und somit auch mit der Verstellhülse 31 der
Verstelleinheit 30. Ebenso ist das Stirnrad 81 mit
dem Unwuchtgewicht 62 der Grundwelle 60 und mit
der Verstellhülse der Verstelleinheit 70 verbunden. Über
das Stirnräderpaar lässt sich auch die Verstellbewegung
der Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 der
Grundwelle 10 mit der Verstellbewegung der Unwuchtgewichte 62, 63, 65, 66 der Grundwelle 60 synchronisieren
und im Drehsinn umkehren.
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Dadurch
lassen sich die hydraulischen Ansteuerungen 37 beider Verstelleinheiten 30, 70 so kombinieren,
dass jeweils statt der doppelt wirkenden nur einfach wirkende Hydraulikzylinder
verwendet werden können. Wird beispielsweise der Verstellstift 33 der
Verstelleinheit 30 in die positive x-Richtung (4) „hineingedrückt”,
so wird über die gegensinnige Synchronisierung mittels
der Stirnräder 80, 81 der Verstellstift
(hier nicht dargestellt) der Verstelleinheit 70 entsprechend
in die negative x-Richtung „herausgedrückt”.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die
Schwingungsamplitude der Erregerkraft einfach und schnell durch
die Verdrehung der Unwuchtgewichte von einem Minimalwert, also 0
kN auf einen Maximalwert, beispielsweise 174 kN, stufenlos und während
des Rotierens der Welle verstellt werden. Dabei hat es sich als
besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 sowie 62, 63, 65, 66 in
Betrieb bis zum Erreichen der Nenndrehzahl der Grundwellen 10, 60 in
den in 1, 4 oder 6 gezeigten
Winkelstellungen bleiben. Bei diesen Winkelstellungen wird keine
gerichtete Schwingung erzeugt. Nach dem Erreichen der Nenndrehzahl
können die Unwuchtgewichte so verdreht werden, bis ein
gewünschter Betrag der Schwingungsamplitude der Erregerkraft
erreicht ist. Hierdurch lässt sich ein „sanftes” Anfahren
ermöglichen. Da der Antriebsmotor der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1,
beispielsweise ein Dieselmotor, konstant bei Nenndrehzahl betrieben
werden kann und nur die Verstellung der Erregerkraft einen Einfluss
auf den Motorbetrieb ausübt, kann der Antriebsmotor effizient
und verbrauchsoptimiert betrieben werden. Das Anfahrverhalten wird
insgesamt besser.
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Genauso
werden beim Ausstellen oder Reversieren der Maschine mit erfindungsgemäßer
Vorrichtung 1 die Unwuchtgewichte zunächst bei
Nenndrehzahl in die „Nullstellung” verdreht, so
dass keine Erregerkräfte erzeugt werden und anschließend
die Maschine abgestellt bzw. reversiert. Durch den ständigen
Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei
Nenndrehzahl werden unerwünschte Resonanzbereiche vermieden.
Dadurch tritt kein „Taumeln” des Walzkörpers
auf. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung für
bodenverdichtende Maschinen verwendet, so lassen sich beispielsweise
unerwünschte Querrillen vermeiden, so dass sich insgesamt
die Qualität der Verdichtung verbessern lässt.
Die Möglichkeit der schnellen und bequemen Anpassung der Erregerkraft
an die lokalen Gegebenheiten trägt ebenso zur Verbesserung
bei. Aufgrund der Kompaktheit lässt sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung 1 auch in bereits bestehende Serienmaschinen
problemlos einbauen. Durch die Anpassung der Verdichtungsleistung
an den Untergrund wird eine Lärmreduzierung sowohl für
die Umgebung als auch für den Fahrer erreicht. Ferner wird
die Schwingungsbelastung der Maschinenstruktur erheblich verringert.
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7 bis 9 zeigen
eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung.
Im Unterschied zu den in 4 bis 6 gezeigten
Beispielen sind die beiden benachbarten Unwuchtgewichte 13, 22 der
Unwuchtgewichtpaare 11 und 21 nicht phasengleich
und fest miteinander verbunden, sondern mittels einer zusätzlichen
Kopplung 150, welche im Wesentlichen den Kopplungen 40, 50 entspricht, gegeneinander
verdrehbar angeordnet. Ferner weist die zweite Grundwelle 60 ein
Unwuchtgewicht 160 auf, welches drehfest auf der zweiten
Grundwelle 60 angeordnet ist. Durch die Verbindung aller
benachbarten Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 mittels
Kopplungen 40, 150, 50 wird die Maschine,
welche mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1)
ausgestattet ist, fahr- und lenkbar gemacht. Solche Maschinen können
beispielsweise Vibrationsplatten zur Bodenverdichtung sein.
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7 zeigt
eine Einstellung der Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 für
die „Geradeausfahrt” in die angezeigte Pfeilrichtung 170.
Hierbei nehmen die Unwuchtgewichte 12, 23 in der
y-z-Ebene einen Winkel von +45° bezüglich der
positiven z-Achse ein. Die Unwuchtgewichte 13, 22 weisen
einen Winkel von –45° bezüglich der z-Achse
auf. Bei einer synchron gegensinnigen Rotation der Grundwellen 10, 60 in den
gezeigten Winkelstellungen wird neben der Vertikalkomponente der
Erregerkraft eine Horizontalkomponente erzeugt, wodurch sich die
Vorrichtung in die gezeigte Laufrichtung, nämlich in die
positive y-Achse, geradeaus bewegt. Der Betrag der Horizontalkomponente
ist in einem Bereich verstellbar, so dass die Fahrtgeschwindigkeit
optimal angepasst werden kann. Wird die Vorrichtung für
eine Vibrationsplatte verwendet, so ist kein separater Antrieb für
die Vor- oder Rückwärtsbewegung der Vibrationsplatte
notwendig.
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8 zeigt
eine Einstellung der Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 für
die „Kurvenfahrt nach links” in die angezeigte
Pfeilrichtung 180. Hierfür wird das erste Unwuchtgewicht 12 über
die bekannte Verstelleinrichtung 30, die mit dem Unwuchtgewicht 12 fest verbunden
ist, ausgehend von der in 7 gezeigten Winkelstellung
um –45° bezüglich der positiven z-Achse
gedreht, so dass die Unwuchtkraft des Unwuchtgewichtes 12 parallel
zur z-Achse in Richtung der positiven z-Achse zeigt. Die Kopplung 40 bewirkt eine
gegensinnige Verdrehung des Unwuchtgewichtes 13 in Bezug
auf das Unwuchtgewicht 12, so dass die Unwuchtgewichte 12, 13 phasengleich
sind. Die Kopplungen 150, 50 führen jeweils
zur gegensinnigen Verdrehung der benachbarten Unwuchtgewichte 13, 22 bzw. 22, 23,
so dass die Unwuchtgewichte die in 8 gezeigten
Winkelstellungen einnehmen. Die Kraftvektoren des „linken” Unwuchtgewichtpaares 21 mit
den Unwuchtgewichten 22, 23 weisen in die entgegengesetzte
Richtung, so dass sie sich aufheben. Die Kraftvektoren des „rechten” Unwuchtgewichtpaares 11 mit
den Unwuchtgewichten 12, 13 dagegen weisen in
die gleiche Richtung, so dass sie aufsummiert werden. Im Betrieb
wird eine resultierende Erregerkraft gebildet, wodurch neben der
gerichteten Schwingung in Richtung der vertikalen z-Achse auch eine
horizontale Komponente erzeugt wird, welche eine Kurvenfahrt nach
links, also in Richtung der positiven x-Achse ermöglicht.
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9 zeigt
eine Einstellung der Unwuchtgewichte 12, 13, 22, 23 für
die „Kurvenfahrt nach rechts” in die angezeigte
Pfeilrichtung 190. Hierfür wird das erste Unwuchtgewicht 12 über
die bekannte Verstelleinrichtung 30, die mit dem Unwuchtgewicht 12 fest verbunden
ist, ausgehend von der in 7 gezeigten Winkelstellung
um +45° bezüglich der positiven z-Achse gedreht,
so dass die Unwuchtkraft des Unwuchtgewichtes 12 parallel
zur y-Achse in Richtung der positiven y-Achse zeigt. Dies führt
aufgrund der Kopplung 40 zu einer gegensinnigen Verdrehung
des Unwuchtgewichtgewichtes 13 um –45°.
Das Unwuchtgewicht 22 wird aufgrund der Kopplung 150 um +45° gedreht,
also in die gleiche Drehrichtung wie das Unwuchtgewicht 12.
Die Kopplung 50 führt zu einer Verdrehung des
Unwuchtgewichtes 23 um –45°. Im Vergleich
zu der in 8 gezeigten Einstellung sind
die Kraftvektoren des „linken” Unwuchtgewichtpaares 21 mit
den Unwuchtgewichten 22, 23 gleichgerichtet und
die Kraftvektoren des „rechten” Unwuchtgewichtpaares 11 mit
den Unwuchtgewichten 12, 13 entgegen gerichtet.
Hierdurch wird im Betrieb die Kurvenfahrt nach rechts, also in Richtung
der negativen x-Achse, ermöglicht.
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Mit
Hilfe des in 7 bis 9 gezeigten, erfindungsgemäßen
Beispiels kann auf einfache und kompakte Weise eine fahr- und lenkbare
Maschine, insbesondere Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung, realisiert
werden, wobei die Fahrgeschwindigkeit und die Amplitude der Erregerkraft
je nach Bedarf optimal angepasst werden können.
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10 zeigt
eine besonders kompakte und einfache Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die erste Grundwelle 10 umfasst nur
ein Unwuchtgewichtpaar 11 mit den drehbar gelagerten Unwuchtgewichten 12, 13 und
eine zwischen den Unwuchtgewichten 12, 13 angeordnete Kopplung 40 sowie
eine Verstelleinrichtung 30, welche mit dem ersten Unwuchtgewicht 12 verbunden ist.
Mit der ersten Grundwelle 10 ist eine zweite Grundwelle 60 formschlüssig
gekoppelt, wobei die zweite Unwuchtwelle ein drehfest auf ihr angeordnetes
Unwuchtgewicht 160 aufweist. Die Verstellung der Winkelstellungen
der Unwuchtgewichte 12, 13 erfolgt auf bisher
beschriebene, erfindungsgemäße Weise. Durch diese
Anordnung der Unwuchtgewichte kann im Betrieb, also bei der synchron
gegensinnigen Rotation der Grundwellen 10, 60,
ein kontrollierbares „Taumeln” infolge des auftretenden
Kippmoments eingestellt werden, wenn die Unwuchtgewichte nicht phasengleich
sind. Dadurch kann die Maschine, beispielsweise eine Vibrationsplatte,
eine Kurvenfahrt nach rechts oder links ausführen. Nach
erfolgter Kurvenfahrt kann während des Betriebes dann wieder
auf einfache und bequeme Weise in den Normalbetrieb gewechselt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2736264
A1 [0003, 0004]
- - DE 2409417 A1 [0038]