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Die Erfindung betrifft eine Vibrationsplatte gemäß Patentanspruch 1.
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Vibrationsplatten zur Bodenverdichtung sind bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Untermasse mit einem Bodenkontaktelement, das über den zu verdichtenden Boden bewegt und mit Schwingungen beaufschlagt wird, die durch einen Schwingungserreger erzeugt werden. Der Schwingungserreger ist meist ein Unwuchtkrafterreger, bei dem z.B. zwei gegenläufig drehbare Unwuchtwellen eine resultierende Kraft erzeugen, die die gewünschte Schwingung herbeiführt.
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Oberhalb von der Untermasse ist eine relativ zur Untermasse bewegliche Obermasse vorgesehen, die einen Antrieb, z.B. einen Verbrennungsmotor, einen Maschinenrahmen und gegebenenfalls eine Deichsel zum Führen der Vibrationsplatte aufweist. Zu der Obermasse werden meist auch noch ein Kraftstofftank, Steuerelemente und - sofern vorhanden - Teile eines Hydrauliksystems gezählt. Die Untermasse und die Obermasse sind über Federelemente, z.B. Gummipuffer, miteinander gekoppelt, um eine Schwingungsentkoppelung zwischen Untermasse und Obermasse zu bewirken. Bei einfacheren, kleineren Vibrationsplatten wird die Antriebsenergie von der Obermasse auf den zu der Untermasse gehörenden Schwingungserreger mithilfe eines Riementriebs übertragen. Bei größeren Vibrationsplatten hingegen treibt der Motor ein Hydrauliksystem an, mit dessen Hilfe der Schwingungserreger hydraulisch angetrieben werden kann.
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Durch die Gummipuffer zwischen Untermasse und Obermasse wird in der Regel eine gute Schwingungsentkopplung erreicht, sodass der Bediener, der die Vibrationsplatte über die Deichsel führt, vor stärkeren Hand-Arm-Vibrationen geschützt werden kann. Jedoch hat sich herausgestellt, dass der zur Obermasse gehörende Verbrennungsmotor eigene Schwingungen erzeugt, die ihrerseits ebenfalls auf die Bedienelemente und die Führungsdeichsel bzw. einen daran vorhandenen Handgriff wirken und somit die Schwingungsbelastung für den Bediener erhöhen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vibrationsplatte dahingehend zu verbessern, dass die Schwingungen, die auf den die Vibrationsplatte führenden Bediener wirken, möglichst gering gehalten werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vibrationsplatte mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Es wird eine Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung angegeben, mit einer Untermasse, die ein Bodenkontaktelement zum Verdichten des Bodens sowie einen mit dem Bodenkontaktelement gekoppelten Schwingungserreger aufweist, mit einer relativ zu der Untermasse beweglichen Antriebs-Obermasse, die einen Antrieb für den Schwingungserreger aufweist, und mit einer relativ zu der Untermasse beweglichen Bedienungs-Obermasse, die eine Führungseinrichtung aufweist, zum Führen der Vibrationsplatte durch einen Bediener, wobei die Antriebs-Obermasse und die Bedienungs-Obermasse getrennt voneinander mit der Untermasse verbunden sind.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Vibrationsplatte mit einer geteilten Obermasse angegeben. Somit sind auf der (gemeinsamen) Untermasse zwei Obermassen-Komponenten vorgesehen, die separat voneinander mit der Untermasse gekoppelt sind. Die beim Stand der Technik vorhandene Obermasse wird dabei in die beiden Obermassen-Komponenten, nämlich die Antriebs-Obermasse und die Bedienungs-Obermasse aufgeteilt, die getrennt voneinander vorgesehen sind.
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Dabei sind die Bezeichnungen „Antriebs-Obermasse“ und „Bedienungs-Obermasse“ nicht einschränkend gemeint. Sie dienen nur zur Kennzeichnung und Unterscheidung der unterschiedlichen Komponenten. Die technisch-funktionale Bedeutung der beiden Obermassen ergibt sich jeweils aus den Ansprüchen sowie der weiteren Beschreibung.
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So wird mit der Antriebs-Obermasse der Teil der Obermasse gemeint, der den Antrieb für den Schwingungserreger aufweist. Hierbei kann es sich z.B. um einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor nebst weiteren Komponenten handeln, die zur Übertragung der Antriebsleistung auf den Schwingungserreger erforderlich sind.
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Die Bedienungs-Obermasse weist insbesondere die Führungseinrichtung auf, mit deren Hilfe der Bediener die Vibrationsplatte führen kann. Zu diesem Zweck kann z.B. eine Führungsdeichsel mit einem Griffbereich vorgesehen sein, an dem der Bediener die Vibrationsplatte mit seinen Händen führen kann.
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Wirkungsmäßig zwischen der Antriebs-Obermasse und der Untermasse kann eine Antriebs-Schwingungsentkopplungseinrichtung vorgesehen sein. Entsprechend kann auch - getrennt von der Antriebs-Schwingungsentkopplungseinrichtung - wirkungsmäßig zwischen der Bedienungs-Obermasse und der Untermasse eine Bedienungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung vorgesehen sein. Die beiden Schwingungsentkopplungseinrichtungen sind somit unabhängig bzw. separat voneinander vorgesehen. Auch hier dienen die Bezeichnungen „Antriebs-“ und „Bedienungs-“ lediglich der besseren Unterscheidbarkeit der beiden Schwingungsentkopplungseinrichtungen.
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Mithilfe der beiden Schwingungsentkopplungseinrichtungen ist es somit möglich, sowohl die Antriebs-Obermasse als auch die Bedienungs-Obermasse schwingungsmäßig von der Untermasse zu entkoppeln, sodass nur ein geringer Teil der an der Untermasse gezielt mithilfe des Schwingungserregers erzeugten Schwingungen auf die Antriebs-Obermasse und die Bedienungs-Obermasse übertragen wird. Damit können der auf der Antriebs-Obermasse vorhandene Antriebsmotor einerseits und die Bedienungskomponenten auf der Bedienungs-Obermasse andererseits vor übermäßiger Schwingungseinwirkung geschützt werden. Ebenso wird eine Übertragung von Schwingungen, die beim Betrieb des Antriebsmotors entstehen, auf die Bedienungs-Obermasse erheblich verringert. Dementsprechend wird auch ein Bediener, der mit seinen Händen die Führungseinrichtung an der Bedienungs-Obermasse hält, vor starker Schwingungseinwirkung geschützt.
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Der Antrieb kann einen Antriebsmotor aufweisen, wobei zwischen dem Antriebsmotor und dem Schwingungserreger eine Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen sein kann, zur Übertragung des Drehmoments und damit der Antriebsenergie auf den Schwingungserreger. Die Drehmomentübertragungseinrichtung kann z.B. in Form eines Riementriebs ausgebildet sein, bei dem eine Riemenscheibe an dem Antriebsmotor und eine korrespondierende Riemenscheibe an dem Schwingungserreger vorhanden ist. Zwischen den beiden Riemenscheiben verläuft ein entsprechender umlaufender Riemen in an sich bekannter Weise.
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Dadurch, dass der Antriebsmotor Bestandteil der Antriebs-Obermasse ist und damit nicht Teil der Bedienungs-Obermasse, wirken auch keine Bedienkräfte auf die Drehmomentübertragungseinrichtung, also z.B. auf den Riementrieb. Selbst dann, wenn der Bediener mit relativ großem Krafteinsatz auf die Führungsdeichsel einwirkt, bleibt der Riementrieb vor der Einwirkung dieser Bedienkräfte geschützt. Damit kann z.B. eine Verwindung der Riemenscheiben gegeneinander und damit eine erhöhte Belastung des Riemens vermieden werden. Im Gegensatz dazu kann bei einer Vibrationsplatte gemäß dem Stand der Technik aufgrund der gefederten Lagerung des Antriebsmotors auf der Untermasse eine Verwindung stattfinden, die den Riementrieb belastet und damit seine Lebensdauer erheblich vermindert.
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Die Bedienungs-Obermasse kann zusätzlich zu der Führungseinrichtung wenigstens eine weitere Komponente aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe Schutzeinrichtung zum Schützen des Antriebs, Bedieneinrichtung zum Steuern des Antriebsmotors und/oder des Schwingungserregers, Energiespeicher, Flüssigkeitstank.
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Die Schutzeinrichtung kann z.B. ein Schutzbügel, ein Schutzrahmen oder ein Schutzkäfig sein, der den Antriebsmotor und/oder die Drehmomentübertragungseinrichtung umschließt. Ein derartiger Rahmen stellt eine stabile Konstruktion dar, die den empfindlichen Antrieb, einschließlich dem Motor und zum Beispiel dem Riementrieb, vor äußeren mechanischen Einwirkungen schützen kann. Die Schutzeinrichtung kann z.B. als geschweißter Rohrrahmen gebildet werden, wobei auch weitere Schutz- oder Abdeckbleche an besonders schützenswerten Stellen vorgesehen werden können.
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Als Bedieneinrichtung kann z.B. ein Hebel oder ein Schalter dienen. Zum Beispiel kann ein Starterknopf vorgesehen sein, zum Starten des Antriebsmotors. Mit einem Bedienhebel als Bedieneinrichtung kann die Drehzahl des Antriebsmotors in geeigneter Weise eingestellt werden. Auch ist es möglich, zum Beispiel die Drehrichtung des Schwingungserregers zu verändern, wenn die Kombination aus Antrieb und Schwingungserreger entsprechend geeignet ist.
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Der Energiespeicher kann Energie für den Antriebsmotor speichern, und dementsprechend als Kraftstofftank, Batterie (Akku) etc. ausgebildet sein. Ebenfalls kann auch eine Starterbatterie oder ein Hydrauliktank als Energiespeicher vorgesehen sein. Falls erforderlich, kann an der Bedienungs-Obermasse wenigstens ein Flüssigkeitstank vorhanden sein, z.B. ein Kraftstofftank, ein Hydrauliktank, ein Wassertank.
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Die Antriebs-Schwingungsentkopplungseinrichtung und/oder die Bedienungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung können eine Federeinrichtung aufweisen. Die Federeinrichtung dient dazu, eine Übertragung von Schwingungen von einem Schwingungserzeuger (z.B. dem Schwingungserreger oder auch dem Antriebsmotor) auf andere Komponenten zu verhindern oder jedenfalls zu verringern. Besonders schützenswert ist dabei die Führungseinrichtung, an der der Bediener die Vibrationsplatte führen kann, und zwar dort insbesondere der Griffbereich, an dem der Bediener die Vibrationsplatte bei bestimmungsgemäßem Gebrauch mit seinen Händen greift und führt. Für diesen Zweck ist eine Federeinrichtung besonders geeignet, da sie prinzipbedingt eine Relativbewegung der mittels der Federeinrichtung verbundenen Teile zulässt und so nur einen Teil der Schwingungen bzw. einen geringen Anteil der Schwingungen überträgt.
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Die Federeinrichtung kann zusätzlich auch Dämpfungseigenschaften aufweisen, um durch eine Dämpfungswirkung Schwingungsenergie aufzunehmen und zu dissipieren.
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Als Federeinrichtungen haben sich z.B. Gummipuffer, insbesondere so genannte Topfpuffer mit Gummielementen, die zwischen Metallplatten eingesetzt sind, bewährt.
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Die Bedienungs-Obermasse kann einen Trägerbereich zum Tragen der Führungseinrichtung aufweisen, wobei die Führungseinrichtung relativ zu dem Trägerbereich beweglich ist. In diesem Fall ist die zur Bedienungs-Obermasse gehörende Führungseinrichtung ihrerseits nochmals relativ beweglich zur restlichen Bedienungs-Obermasse, nämlich zu dem dort vorgesehenen Trägerbereich der Bedienungs-Obermasse gelagert. Durch diese zusätzliche relative Beweglichkeit kann eine weitere Schwingungsentkopplung erreicht werden, die nochmals eine Verringerung der auf die Führungseinrichtung und damit auf den Bediener wirkenden Schwingungen ermöglicht.
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Wirkungsmäßig zwischen der Führungseinrichtung und dem Trägerbereich der Bedienungs-Obermasse kann eine Führungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung vorgesehen sein. Die Führungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung kann ebenfalls als Federeinrichtung ausgebildet sein und zum Beispiel durch einen Gummipuffer oder einen Topfpuffer realisiert werden.
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Auf diese Weise können bei der beschriebenen Vibrationsplatte insgesamt drei Schwingungsentkopplungseinrichtungen vorhanden sein, nämlich die Antriebs-Schwingungsentkopplungseinrichtung, die Bedienungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung und die Führungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung, wobei die beiden letzteren in Bezug auf die Schwingungsübertragung zwischen dem Schwingungserreger an der Bodenkontaktplatte und dem Griffbereich für den Bediener in Reihe geschaltet sind. So kann eine besonders wirksame Schwingungsentkopplung erreicht werden.
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Bei einer Variante weist die Führungseinrichtung eine Führungsdeichsel auf. Die Führungsdeichsel dient dem Bediener beim bestimmungsgemäßen Gebrauch zum Greifen und Führen der Vibrationsplatte. Dementsprechend ist es zweckmäßig, wenn die Führungsdeichsel auch einen Handgriff aufweist.
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Die Führungsdeichsel kann an beliebiger Stelle an der Bedienungs-Obermasse angebracht werden.
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Bei einer besonderen Variante kann die Führungseinrichtung eine Führungsdeichsel aufweisen, die an einer in dem Trägerbereich vorgesehenen Ankopplungsstelle an der Bedienungs-Obermasse befestigt ist, wobei die Bedienungs-Obermasse einen Schutzrahmen aufweist, und wobei die Ankopplungsstelle an einer Oberseite des Schutzrahmens vorgesehen ist. Der Zweck eines Schutzrahmens wurde oben bereits erläutert. Insbesondere dient er zum Schutz des Antriebs. Mit der Ankopplung der Führungsdeichsel an der Oberseite des Schutzrahmens wird ermöglicht, dass die Deichsel verhältnismäßig kurz ist. Üblicherweise wird beim Stand der Technik die Deichsel in der Nähe der Bodenkontaktplatte, also in einem unteren Bereich angebracht. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass mit einer Anbringung der Führungsdeichsel im oberen Bereich des Schutzrahmens, also z.B. auf Höhe des Antriebs oder oberhalb des Antriebs, eine besonders wirkungsvolle Schwingungsentkopplung erreicht werden kann.
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Auch bei dieser Variante ist es möglich, zwischen dem Schutzrahmen und der Führungsdeichsel eine Führungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung, wie z.B. einen Gummipuffer bzw. einen Topfpuffer, vorzusehen.
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Die Führungseinrichtung kann eine kurze Führungsdeichsel aufweisen, deren Hebellänge zwischen der Ankopplungsstelle und einem Griffbereich für den Bediener z.B. kürzer als 100 cm, insbesondere kürzer als 70 cm ist. Die kurze Führungsdeichsel ermöglicht eine präzise Führung der Vibrationsplatte und gleichzeitig eine gute Schwingungsentkopplung.
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine erfindungsgemäße Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung in schematischer Seitenansicht; und
- 2 eine Variante der Vibrationsplatte von 1.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vibrationsplatte in Seitenansicht.
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Die Vibrationsplatte weist - in einer Grobeinteilung - eine Untermasse 1, eine Antriebs-Obermasse 2 und eine Bedienungs-Obermasse 3 auf.
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Zu der Untermasse 1 gehört eine den Boden verdichtende Bodenkontaktplatte 4 und ein die Bodenkontaktplatte 4 mit Schwingungen beaufschlagender Schwingungserreger 5. Der Schwingungserreger 5 kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein und z.B. eine oder zwei rotierende Wellen aufweisen, die jeweils eine Unwuchtmasse tragen. Durch die Rotation der einen oder der beiden Wellen werden starke Schwingungen erzeugt, die im Wesentlichen auf die Bodenkontaktplatte 4 wirken und dadurch zur Verdichtung des darunter befindlichen Untergrunds (Bodens) genutzt werden.
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Die Untermasse 1 umfasst weiterhin Teilkomponenten 6 eines als Drehmomentübertragungseinrichtung dienenden Riementriebs 7.
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Die Antriebs-Obermasse 2 umfasst ihrerseits unter anderem einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor 8 sowie korrespondierende Teilkomponenten 9 des Riementriebs 7.
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Somit kann zwischen dem Antriebsmotor 8 und dem Schwingungserreger 5 mithilfe des Riementriebs 7 die nötige Antriebsleistung übertragen werden. Zu diesem Zweck weist die Teilkomponente 9 eine erste Riemenscheibe auf und die Teilkomponente 6 eine zweite Riemenscheibe, zwischen denen ein Antriebsriemen 10 umläuft.
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Der Antriebsmotor 8 kann bei einer anderen Variante auch durch einen nicht dargestellten Elektromotor gebildet sein. Der Antriebsmotor 8 wird von einer Motorhalterung 11 gehalten, die ihrerseits über als eine Antriebs-Schwingungsentkopplungseinrichtung dienende Federn 12 auf der Untermasse 1, insbesondere auf der Bodenkontaktplatte 4 gelagert ist. Die Federn 12 können z.B. als Gummipuffer ausgebildet sein. Es kann von Vorteil sein, wenn die Federn 12 nicht nur Federeigenschaften sondern auch Dämpfungseigenschaften aufweisen, um eine wirksame Schwingungsentkopplung zwischen der (stark schwingenden) Bodenkontaktplatte 4 und der Motorhalterung 11 und damit dem Antriebsmotor 8 zu bewirken. Der Antriebsmotor 8 und die Motorhalterung 11 sind somit ihrerseits relativ zu der Bodenkontaktplatte 4 beweglich gelagert.
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Zusätzlich und getrennt zu der Antriebs-Obermasse 2 ist die Bedienungs-Obermasse 3 vorgesehen. Die Bedienungs-Obermasse 3 weist einen Schutzrahmen 13 auf, der z.B. durch ein geschweißtes Rohrgerüst gebildet sein kann. Zudem können in dem Rohrgerüst auch Blechplatten verschweißt sein, zur zusätzlichen Stabilisierung und insbesondere zum Schutz des Antriebsmotors 8 und des Riementriebs 7.
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Die Bedienungs-Obermasse 3 ist mit dem Schutzrahmen 13 über als eine Bedienungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung dienende Federn 14 relativ zu der Untermasse 1 und damit insbesondere relativ zu der Bodenkontaktplatte 4 beweglich gelagert. Die Federn 14 können ebenfalls wie die oben beschriebenen Federn 12 als Gummipuffer bzw. Topfpuffer ausgebildet sein. Auch sie sollten neben Federeigenschaften idealerweise auch Dämpfungseigenschaften aufweisen, um eine gute Schwingungsentkopplung zu erreichen.
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An der Bedienungs-Obermasse ist weiterhin eine Führungsdeichsel 15 angekoppelt, an deren oberem Ende ein Griffbereich 16 vorgesehen ist, an dem der Bediener die Führungsdeichsel 15 greifen und damit die Vibrationsplatte bei bestimmungsgemäßem Gebrauch führen kann.
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Die Führungsdeichsel 15 kann direkt an dem Schutzrahmen 13 befestigt sein. Ebenso ist es aber auch möglich, dass an einer Ankopplungsstelle 17 eine Beweglichkeit zwischen der Führungsdeichsel 15 und dem Schutzrahmen 13 vorgesehen ist, um dadurch eine weitere Schwingungsentkopplung zu bewirken. Dadurch wird eine Führungs-Schwingungsentkopplungseinrichtung gebildet. Besonders wirksam kann die Schwingungsentkopplung an dieser Stelle erfolgen, wenn auch an der Ankopplungsstelle 17 eine oder mehrere Federn 18 - z.B. in Form von Gummi- oder Topfpuffern - vorhanden sind, die die Ankopplungsstelle 17 des Schutzrahmens 13 mit der Führungsdeichsel 15 koppeln.
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Durch die Trennung von Antriebs-Obermasse 2 und Bedienungs-Obermasse 3 werden kaum Schwingungen, die durch den Betrieb des als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors 8 entstehen, auf die Bedienungs-Obermasse 3 und damit auf den die Bedienungs-Obermasse berührenden Bediener übertragen.
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In Bezug auf den Schwingungserreger 5 und die damit unmittelbar für die Bodenkontaktplatte 4 erregten Schwingungen sind somit zwei Schwingungsentkopplungseinrichtungen in Reihe auf dem Weg bis zum Griffbereich 16 für den Bediener vorgesehen, sodass die tatsächlich auf den Griffbereich 16 wirkenden und damit für den Bediener als Hand-Arm-Vibrationen wahrnehmbaren Schwingungen gegenüber den am Schwingungserreger 5 und am Verbrennungsmotor 8 erzeugten Schwingungen erheblich reduziert sind.
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2 zeigt eine Variante zu der Vibrationsplatte von 1.
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Dabei ist der innere Aufbau mit der Untermasse 1 und der Antriebs-Obermasse 2 unverändert.
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Auch der Schutzrahmen 13 ist für die Bedienungs-Obermasse 3 vorgesehen.
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Jedoch weist die Bedienungs-Obermasse 3 eine gekürzte Führungsdeichsel 19 auf, die - im Gegensatz zu der Variante von 1 - an einer Oberseite bzw. in einem oberen Bereich des Schutzrahmens 13 an der dementsprechend nach oben versetzten Ankopplungsstelle 17 angebracht ist. Auch hier können eine oder mehrere Federn 18 vorgesehen sein, um eine Beweglichkeit zwischen der gekürzten Führungsdeichsel 19 und dem restlichen Schutzrahmen 13 zu erreichen.
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Die Hebellänge L der gekürzten Führungsdeichsel 19, also der Abstand zwischen der Ankopplungsstelle 17 und dem Griffbereich 16 für den Bediener ist somit kürzer als die einer üblichen Führungsdeichsel, die wie die Führungsdeichsel 15 (vgl. 1) im unteren Bereich der Bedienungs-Obermasse 3 befestigt ist. Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass bei einer derart gekürzten Führungsdeichsel 19 die auf dem Bediener am Griffbereich 16 wirkenden Hand-Arm-Vibrationen nochmals verringert werden können.
