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Flächenrüttler zum Verdichten von Boden, Beton, Aufschüttungen od.
dgl. Die Erfindung betrifft einen Flächenrüttler zur Verdichtung von Erdboden, Beton,
Aufschüttungen od. dgl., welcher mit einer Grundplatte und einem über dieser angeordneten
Schwingungserzeuger für gerichtete Rüttelkräfte versehen ist und welcher mit einer
vom Schwingungserzeuger unabhängigen Vortriebseinrichtung ausgerüstet ist.
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Bei bekannten Flächenrüttelgeräten dieser Art sind die Rüttelkräfte
senkrecht zur Grundplatte und damit in Richtung der Schwerkraft gerichtet. Dabei
breitet sich die Rüttelenergie nach allen Seiten hin im Boden aus, so daß die Wirkung
der Rüttelung sehr bald nicht mehr ausreicht, um eine effektive Umlagerung der Körner
hervorzurufen.
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Es ist fernerhin auch bekannt, die Schwingungserzeuger bei Rüttlern
derart aufzubauen, daß sich bei dem Kräftediagramm eine schräge Vortriebskomponente
einstellt, um eine selbsttätige Vorwärtsbewegung des Rüttlers hervorzurufen.
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Ferner ist ein Flächenrüttler bekannt, bei dem die Richtung der Rüttelkräfte
senkrecht auf der Richtung der Schwerkraft steht, so daß das Setzen des zu verdichtenden
Materials unter der vollen Wirkung der Schwerkraft erfolgen kann. Um dies zu erreichen,
soll der einzurüttelnde Boden in eine Torsionsschwingung gebracht werden, deren
Achse in der Richtung des größten Drucks liegt. Dieses Gerät ist mit nach unten
über die Grundplatte vorstehenden Stützleisten versehen, die die Rüttelkräfte in
den Baugrund übertragen. Durch die Anwendung von Torsionsschwingungen in einer Ebene
parallel zur Grundplatte und infolge der kreuzförmig angeordneten Stützleisten ist
damit jedoch nur eine Verdichtung an der Stelle möglich, an der das Gerät aufgestellt
ist; zum Weiterbewegen des Gerätes ist ein Umsetzen erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flachrüttelgerät zu
schaffen, bei welchem die Rüttelimpulse wie bei dem zuletzt beschriebenen Gerät
im wesentlichen parallel zur Grundplatte in den Baugrund übertragen werden, das
jedoch ebenso wie die eingangs genannten Geräte über den zu verdichtenden Untergrund
fortbewegt werden kann, um so auch die Leistungsfähigkeit so weit zu steigern, daß
das Gerät den Erfordernissen der Praxis in vollem Umfange gerecht wird.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, den Flächenrüttler der eingangs
beschriebenen Art in der Weise auszubilden, daß der Schwingungserzeuger über der
Grundplatte derart angeordnet ist, daß die Rüttelkräfte parallel zur Grundplatte
und quer zur Vortriebsrichtung des Gerätes gerichtet sind, wobei die Resultierende
aus der maximalen Rüttelkraft und dem Gewicht des Gerätes die Oberfläche des zu
verdichtenden Gutes seitlich von der Grundplatte schneidet, und daß an der Grundplatte
Seitenwände sowie nach unten vorstehende Stützleisten parallel zur Vortriebsrichtung
angeordnet sind, welche die Rüttelkräfte in das zu verdichtende Gut übertragen.
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Aus der Beschreibung des Rüttlers gemäß der Erfindung ergibt sich,
daß ein wesentlicher Grundgedanke die Anwendung von im wesentlichen horizontalen
Schwingungen ist, die in ein und derselben Linie seitlich der schwingenden Kanten
eines Flächenrüttlers wirken, und die Beseitigung anderer, unerwünschter und senkrecht
oder winklig zu diesen schwingenden Kanten gerichteter Schwingungen ist. Da die
unerwünschten Schwingungen beseitigt werden, kann die angewandte Rüttelkraft vielfach
größer gemacht werden als das Gewicht des Gerätes selbst.
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Die mit seitlichen Bordwänden versehene Grundplatte des Gerätes weist
eine langgestreckte rechteckige Form auf und ist am hinteren Ende mit einer gegenüber
der vorderen Bodenfläche tiefer liegenden Glättfläche versehen, die über eine Schrägfläche
in
die vordere Bodenfläche übergeht. Als Stützleisten dienen die
mit ihren Unterkanten mit der Glättfläche bündig liegenden Seitenwände.
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Die an den Längsseiten der Grundplatte im Bereich des vorderen, höher
liegenden Teils der Bodenfläche angebrachten, nach unten vorstehenden Stützleisten
haben vorzugsweise einen keilförmigen Querschnitt und sind am vorderen Ende der
Grundplatte nach oben abgeschrägt.
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Auf der Grundplatte sind am vorderen und hinteren Ende in der Längsmittelebene
zwei Ständer angebracht, an denen seitliche Ballastgewichte tragende Querträger
pendelnd aufgehängt sind. Der Antriebsmotor und der Schwingungserzeuger sind zwischen
den Ständern angeordnet, wobei letztere entweder zwei waagerechte, übereinanderliegende,
oder zwei lotrechte, nebeneinanderliegende Unwuchtwellen aufweisen. Der Schwingungserzeuger
kann aber auch aus einem quer zur Vortriebsrichtung angeordneten Zvlinder und einem
doppelseitig beaufschlagbaren Tandemkolben bestehen.
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Fernerhin sind vorteilhafterweise parallel zur Vortriebsrichtung unter
der Grundplatte mit Düsen versehene Rohre angeordnet, die zum Einbringen von Wasser.
Zementmilch od. dgl. in das zu verdichtende Gut dienen.
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Die Flächenrüttler können auch zum Erzeugen einer Masseverdichtung
entweder durch übereinanderlegen von Mörtelschichten geeigneter Mischung und nachfolgende
Behandlung durch Rüttler oder durch Ausspritzen von flüssigem Mörtel oder Zementbrei
aus den Düsen unter gleichzeitigem Rütteln der Betonzuschlagstoffe bis zum Erreichen
einer vollständig verdichteten Mischung verwendet werden.
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Die zuvor erläuterten Rüttler können zusätzlich auch für das Bewegen
des in Behandlung befindlichen Materials gebaut werden und vorteilhaft für die Behandlung
von Erdreich, Dammbaumaterial, Anschüttungen, Wegen, Rennbahnen usw. angewendet
werden, bei denen eine hohe Dichte des Materials und ein hoher Widerstand gegen
vertikale Belastungen mit Vibrationskräften erforderlich sind.
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Die besten Behandlungsergebnisse mit den Flächenrüttlern gemäß der
Erfindung werden bei gleichzeitigem horizontalem Rütteln und Einbringen einer geeigneten
Flüssigkeit (Wasser, Zementbrei, od. ä.) in das körnige, zu verdichtende Material
erzielt.
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In den Fig. 1 bis 9 der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele
des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, welche nachstehend im einzelnen beschrieben
sind. Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht - teilweise im Schnitt -eines Flächenrüttlers
gemäß der Erfindung, Fig.2 eine Aufsicht des Flächenrüttlers gemäß Fig. 1, Fig.
3 eine rückwärtige Ansicht des Flächenrüttlers gemäß Fig. 1, teilweise im Schnitt,
Fig. =1 eine Vorderansicht des Flächenrüttlers gemäß Fig. 1, von der Teile im Schnitt
gezeigt sind, Fig. 5 einen Querschnitt durch den Schwingungserzeuger des Flächenrüttlers
gemäß Fig. 1 entlang der Linie 5-5 in Fig. 3, Fig.6 einen Schnitt in schematischer
Darstellung durch die Unwuchtwellen des Schwingungserzeugers entlang der Linie 6-6
in Fig. 5.
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Fig.7 eine Seitenansicht des Gerätes in verkleinertem Maßstab in einer
zweiten Ausführungsform, Fig.8 eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
schematisch und teilweise im Querschnitt dargestellt, und Fig. 9 ein Schema der
bei den Flächenrüttlern gemäß Fig. 1, 7 und 8 entwickelten Kräfte.
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In den Fig. 1 bis 5 ist ein Flächenrüttler 10 dargestellt,
welcher entweder selbst durch ein eigenes, besonderes Aggregat angetrieben sein
oder auf der Oberfläche des Bodens, des Erdreiches oder einem ähnlichen Untergrund
11 mittels einer Kette oder eines Drahtseils 12 von einer nicht dargestellten
Zugmaschine od. dgl. bewegt werden kann.
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Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind auf einer Grundplatte
13 ein Antriebsmotor 14 und ein in einem Gehäuse 16 untergebrachter,
parallel zur Grundplatte und quer zur Vortriebsrichtung des Flächenrüttlers gerichtete,
Rüttelimpulse erzeugende Schwingungserzeuger 15 angebracht.
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Der Antriebsmotor 14 ist fest auf Tragschienen 30,
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verankert, welche von dem Gehäuse 16 getragen werden. Ankerschrauben 32,
33, 34 und 35 spannen das Gehäuse 16 des Schwingungserzeugers 15 mit der Grundplatte
13 fest zusammen.
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Die Grundplatte 13 hat eine langgestreckte, rechteckige Form.
An ihren beiden Seiten befinden sich Seitenwände 57 und 58, die an ihrem oberen
Rand durch Profile verstärkt und versteift sind und einen Teil des die Grundplatte
13 umgebenden Rahmens bilden.
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Die Bodenfläche der Grundplatte 13 ist zweistufig ausgebildet,
wie dies insbesondere aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht. Im Bereich des hinteren Endes
befindet sich unterhalb der Grundplatte 13 eine parallel zu dieser, jedoch
tiefer liegende Bodenplatte, die eine Glättfläche 38 bildet und deren vorderer Teil
als Schrägfläche 38a zur Überbrückung der Stufe zwischen der Grundplatte
13 und der Glättfläche 38 aufwärts geneigt ist, so daß die Vorderkante an
den vorderen Teil der Grundplatte 13 anschließt.
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Die an der Grundplatte an den beiden Längsseiten angebrachten Seitenwände
57, 58 erstrecken sich bis zur Glättfläche 38. Sie ragen im vorderen Bereich
der Grundplatte 13, also vor der Glättfläche 38, als Stützleisten 36, 37
nach unten über die Grundplatte 13 vor und sind dort als keilförmige Schneiden ausgebildet,
wobei deren geneigte Wandflächen an der Innenseite einander zugekehrt liegen. Am
vorderen Ende des Flächenrüttlers verlaufen die unteren Kanten der Stützleisten
36, 37 schräg nach oben zur Grundplatte 13.
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Wenn der Flächenrüttler in Richtung des Pfeiles A bewegt wird, so
schneidet die Grundplatte 13 mit den vorderen keilförmigen Stützleisten
36 und 37
in den Untergrund 11 ein und glättet und verdichtet
dann den Untergrund 11 mittels der tiefer liegenden hinteren Glättfläche 38 der
Bodenplatte, wie dies noch näher erläutert wird.
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Auf der Grundplatte 13 sind ferner längs der Mittellinie zwei
Ständer 39 und 40 angeordnet, zwischen denen sich das Motorgehäuse
14 und das Gehäuse 16 des Schwingungserzeugers befinden. Die Ständer
39 und 40 tragen an ihrem oberen Ende Lager 41 bzw.
42 für die Aufnahme von Zapfen 43
bzw. 44 an Querträgern
45 und 46, an deren äußeren Enden 47, 48 auswechselbare Ballastgewichte
49 bzw. 50 befestigt sind. Die Ballastgewichte 49, 50 sind
an den Enden 47, 48 der Querträger 45, 46 mittels
Schraubenbolzen
51, 52 unter Zwischenlage von Gummi- oder anderen elastisch nachgiebigen Abstandsklötzen
53, 54 befestigt. Dadurch, daß die Ballastgewichte 49 und 50 abgefedert an
den Querträgem 45 und 46 angehängt sind, nehmen diese nicht aktiv
an den seitlichen Schwingungen teil, die der Flächenrüttler ausführt.
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Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, sind die vorderen keilförmigen
Stützleisten 36 und 37 und der hintere, ebnende Teil der Grundplatte hohl ausgebildet,
um in den entsprechenden Hohlräumen Rohre 55, 56 unterbringen zu können, mittels
welcher Wasser oder andere bestimmte Flüssigkeiten aus einem nicht dargestellten
Behälter od. dgl. in den zu verdichtenden Boden eingebracht werden können. Die Rohre
55 und 56 können aus Metall oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff, wie z.
B. verstärktem Gummi od. dgl., bestehen. An den vorderen Enden sind die Rohre 55,
56 mit Düsen 55 a und 56 n versehen, aus welchen die Flüssigkeit aus den
Rohren 55, 56 austreten kann, um den Untergrund 11 in einem gewünschten Ausmaß
zu benetzen oder zu tränken, soweit dies zum Verdichten des Bodens mittels des Flachrüttelgerätes
erforderlich ist.
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Der Aufbau des Schwingungserzeugers 15 des Gerätes ergibt sich aus
Fig. 5. Parallel zur Vortriebsrichtung des Flächenrüttlers und übereinander sind
innerhalb des Gehäuses 16 in einem Rahmen 22
zwei Unwuchtwellen 20,
21 mittels Lager 59, 60 gelagert und an ihren Wellenenden 19, 28 bzw. 23, 29 mit
schrägverzahnten Zahnrädern 24, 26 bzw. 25, 27 versehen. Die Zahnräder
24 und 25 sowie 26 und und 27 stehen miteinander im
Eingriff, #o daß die Unwuchtwellen 20, 21 synchron und gegenläufig umlaufen. Daher
ist die Anordnung der exzentrischen Gewichte so getroffen, daß sich die lotrechten
Komponenten der Erregerkräfte aufheben. Ein Riementrieb 17 verbindet die
Unwuchtwelle 20 an ihrem Wellenende 19 mit der Motorwelle 18 des Antriebsmotors
14.
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Wie aus Fig.6 hervorgeht, heben sich die vertikalen Kraftkomponenten
61, 62, die bei dem gleichmäßigen Drehen der Unwuchtwellen 20, 21 entstehen, gegenseitig
auf, wenn diese in Richtung der Pfeile B und C gedreht werden, da sie sich in entgegengesetzter
Richtung voneinander erstrecken, während die horizontalen Teilkräfte 63, 64 einerseits
und 65, 66 andererseits so gerichtet sind, daß sie zusammen mit dem Gewicht des
Flächenrüttlers 10 einschließlich ihrer Ballastgewichte 49, 50, wie durch die Komponente
67 (Fig. 9) angedeutet, entsprechende Kraftkomponenten 68, 69 erzeugen. die seitliche
Kräfte auf den Aufbau der Grundplatte selbst und, wie aus Fig. 9 ersichtlich, seitlich
darüber hinaus zur Wirkung kommen lassen. Diese resultierenden seitlichen Kräfte
bilden jedesmal, wenn die horizontalen Schwingkraftkomponenten ihren maximalen Wert
erreichen, gegen die horizontal gerichteten Kräfte 63, 64 und 65, 66 einen Winkel
von ungefähr 30- oder weniger. Natürlich müssen die Werte dieser Kraftkomponenten.
wenn die horizontalen dynamischen Schwingkraftkomponenten abwechselnd von einem
maximalen Wert zum anderen maximalen Wert in entgegengesetzter Richtung übergehen
und so in ein und derselben Kraftwirkungslinie verbleiben. durch den Wert Null hindurchgehen.
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Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Flächenrüttlers ist folgende:
Wenn die Unwuchtwellen 20, 21 in Richtung der Pfeile B bzw. C bewegt werden,
bewirken die vorerwähnten Schwingungen, daß die sich nach vorn erstreckenden keilförmigen
Stützleisten 36 und 37 der unteren Teile der Seitenwände 57, 58 genügend tief in
den Untergrund 11 eindringen.
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Ein intensives Verdichten des Bodenabschnittes unter der Grundplatte
13 findet durch die erzeugten horizontalen Schwingungen statt, die ein Schwingen
der Grundplatte von einer Seitenkante zu anderen entsprechend den Pfeilen t" verursachen.
Diese resultierenden Schwingkräfte werden auch außerhalb des Berührungsbereiches
zwischen dem Rüttler und dem entsprechenden Bodenabschnitt wirksam. Wenn gleichzeitig
mit der Ausübung der Kräfte 68, 69 Wasser oder eine andere Flüssigkeit od. dgl.
durch die Düsen 55a, 56a auf den unter der Grundplatte 13 liegenden Boden- oder
Erdreichabschnitt gebracht wird, so wird die Bodenverdichtung noch weiter verstärkt.
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Wenn die Grundplatte 13 in Richtung des Pfeiles A über die Erde oder
den Untergrund 11 bewegt wird. so arbeitet sich diese schwingenderweise mit ihren
keilförmigen Stützleisten 36, 37 in entgegengesetzte!! seitlichen oder Querrichtungen
in das Bodenmateriai hinein, und es werden unter dem kleinstmöglichen Winkel Schwingungen
auf den Boden wirksam. während die hintere Glättfläche 38 bestrebt ist. den sich
unter dieser befindenden Boden llcr weiter zu verdichten und zu glätten.
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Auf diese Weise wird ein beachtliches Verdichten von verhältnismäßig
starken oder übereinanderiiegenden Schichten aus feinem und grobem Material erreicht,
wobei die Schichten ineinander eindringen und am Ende der Behandlung eine dichte
Mischung von im wesentlichen einheitlichem Material bilden.
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W.--rin die Bodenbehandlung mit dem Flächenrüttler bei Erddämmen angewendet
wird, die in Schichtanordnung gebaut werden. so können zwei oder mehr übereinanderliegende
Schichten dieser Anordnung aus Material gebildet werden, welches völlig verschiedene
Korngrößen und Schichtstärken aufweist; bei der Behandlung erfolgt ein vollständiges
Eindringen der feinen Körner zwischen die groben Körner, so daß ein vollständig
gleichmäßiger und fester Damm entsteht.
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In Fig. 7 ist ein Flächenrüttler 80u dargestellt, auf dessen Grundplatte
13u ein Gestell 70 befestigt ist, welches einen Antriebsmotor 71 und einen
Schwinaungserzeuger 72 trägt. Wie schematisch dargestellt ist, treibt die Motorwelle
73 mittels eins Getriebes 74 die im Gestell 70 in Lagern 77, 78 und 77a, 78u gelagerten
Unwuchtwellen 75, 76 an. Die Unwuchtwellen 75 und 76 stehen bei dieser Ausführungsform
senkrecht zu der Ebene der Grundplatte 13a und in Vortriebsrichtung des Flächenrüttlers
80a hintereinander, so daß die Exz.ntergewichte 79, 80 an sich, wenn sie sich gleichmäßig
und miteinander in Phase in entgegengesetzter Richtung drehen, die Entwicklung von
seitlichen und gegen die in Bearbeitung befindliche Oberfläche gerichteten geneigten
Kräften, ähnlich den Kräften 68, 69 (Fig. 9), verursachen, während in der gezeigten
Lage sowohl die Kräfte in Längsrichtung des Gerätes und parallel zu den schwingenden
Kanten als auch die durch die Gewichte 79. 80 hervorgerufenen Kräfte neutralisiert
werden. Es werden also auf die Grundplatte 13u nur ähnliche Kräfte übertragen wie
bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 bis 5, welche durch die Pfeile
W angedeutet sind.
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Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen Flächenrüttler mit der
Grundplatte 13 b, auf dem sich ein Gestell befindet, welches einen Schwingungserzeuger
90a trägt. Der Schwingungserzeuger 90 a besteht aus einem parallel zur Grundplatte
13 und quer zur Vortriebsrichtung des Flächenrüttlers angeordneten Zylinder 90,
in dem ein Tandemkolben 91, 92 hin und her bewegt wird, um die erforderlichen Rüttelkräfte
zu erzeugen. Durch ventilgesteuerte Rohrleitungen 91 a, 92 a wird
der Kolben 91, 92 mit einem abwechselnd unter Druck stehenden Medium beaufschlagt,
um den Kolben 91, 92 entsprechend den Pfeilen D hin und her zu bewegen. Im übrigen
stimmen die Arbeitsweise und Wirkung der Schwingungserzeuger 15, 72 (Fig.
7) und 90 a (Fig. 8) und der Rüttler im wesentlichen überein.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, die Flächenrüttler mit mehr
als zwei schwingenden Kanten und keilförmigen Stützleisten 36, 37 zu versehen und
fernerhin die hintere, tiefer liegende Glättfläche 38 ganz wegfallen zu lassen,
wenn ein besonderes Glätten des Bodens, einer Betonschicht od. dgl. nicht gewünscht
wird.