DE1256463B - Kultivator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

AOIb

Deutsche Kl.: 45 a-11/00

Nummer: 1 256 463

Aktenzeichen: B 85031 Π1/45 a

Anmeldetag: 17. Dezember 1965

Auslegetag: 14. Dezember 1967

PS

Die Erfindung betrifft einen Kultivator zum Bearbeiten von vorzugsweise landwirtschaftlich nutzbaren Böden mit einem in Horizontalrichtung über den Erdboden beweglichen Fahrzeug und einem damit verbundenen, auf Bearbeitungstiefe in das Erdreich eindringenden Bearbeitungswerkzeug, das eine Angriffsfläche aufweist, die teilweise in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gekehrt ist, einen Winkel mit dieser Richtung einschließt und bei in Fahrt befindlichem Fahrzeug gegen das Erdreich gepreßt wird.

Es sind bereits Kultivatoren bekannt, bei denen das Werkzeug mit dem Fahrzeug über einen langgestreckten Verbindungskörper verbunden ist, an dem ein Schwingungsgenerator angekoppelt ist, der im Verbindungskörper Schwingungen erzeugt, die starke Komponenten senkrecht zur Angriffsfläche aufweisen, wobei alle in den Erdboden eindringenden Elemente _ des Kultivators so gestaltet sind, daß sie in Betrieb das Erdreich fortlaufend aufbrechen und wieder an der ursprünglichen Stelle ablegen. Die bei diesen bekannten Kultivatoren verwendeten Schwingungsfrequenzen liegen dabei in der Größenordnung von einigen Hz bis zu der üblichen Wechselstromfrequenz von__50 Hz. Der Zweck dieser Schwingungsanregung ist, die zur Bodenbearbeitung, etwa zum Durchschneiden des Bodens mit einer Pflugschar, erforderliche Energie zu vermindern. Auf die Güte der Bodenbearbeitung dagegen haben diese »Schüttelschwingungen« des Werkzeugs keinen merklichen JSinfluß.

I Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, einen Kulti-I vator zu schaffen, der eine wesentlich verbesserte I Lockerung und Aufbereitung des bearbeiteten Erd-Jljeichs gewährleistet. Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß der Schwingungsgenerator im Verbindungskörper Schwingungen einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Verbindungskörpers erzeugt und damit in diesem stehende Resonanzschwingungen hervorruft und daß der Generator und das Bearbeitungswerkzeug an solchen Stellen des Resonanzkörpers befestigt sind, die Schwingungsbäuchen der stehenden Wellen entsprechen, derart, daß die Angriffsfläche des Werkzeugs zu einer Schwingungsabstrahlung und einer Fließharmachung des Bodens erregt wird.

Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß die aus Bearbeitungswerkzeug und Verbindungskörper bestehende Einheit zu elastischen Eigenschwingungen erregt wird, wobei sich an der Angriffsfläche des Werkzeugs ein Schwingungsbauch dieser stehenden Wellen bildet, so daß eine starke ,. Wellenabstrahlung senkrecht zur Angriffsfläche in das Kultivator

Anmelder:

Albert George Bodine jun.,

Van Nuys, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt.

München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:
Albert George Bodine jun.,
Van Nuys, Calif. (V. St. A.)

Erdreich erfolgt. Durch diese elastischen Deformationen des Werkzeugs während des Betriebs werden eine Vielzahl von Verbesserungen bezüglich der Bodenaufbereitung erreicht, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben ist. Bei der Erfindung kann eine fortlaufende sinusförmige Wellenform einer Grundfrequenz Anwendung finden, einschließlich eventuell von Oberschwingungen, wobei die Wellenschwingungen bzw. Vibrationen stets fortlaufend und ununterbrochen sind, was die Erfindung wesentlich von den obenerwähnten bekannten Schüttelschwingungen unterscheidet.

Die gemäß der Erfindung auf den Erdboden übertragenen Schwingungen bewirken eine Auflockerung des Erdreichs und dienen außerdem dazu, den Boden zusätzlich aufzubereiten, und zwar durch die Erzeugung einer wünschenswerten Bodenerwärmung auf Grund der Umsetzung der Schwingungsenergie. Ferner werden mit der Erfindung örtliche Mikroschwingungen der einzelnen Bodenteilchen relativ zueinander hervorgerufen. Es hat sich gezeigt, daß durch die auf den Erdboden ausgeübten Schwingungen das körnige Erdreich in einen fließfähigen Zustand versetzt wird. Zusätzlich neben der Auflockerung und Aufheizung des Erdreichs bewirken die Schwingungen eine Aktivierung der pflanzlichen und tierischen Organismen sowie eine Erhöhung der Porosität des Erdreichs.

Grundsätzlich ist noch darauf hinzuweisen, daß in den nachfolgenden Erläuterungen mit dem Ausdruck »elastische bzw. akustische Schwingungen« alle elastischen Vibrationen, ihre Erzeugung und/oder ihre Fortpflanzung verstanden werden sollen, ohne jedeBe-

709 708/95

schränkung auf besondere Frequenzen, beispielsweise Hörfrequenzen od. dgl.

Die Erfindung führt zu einem aus mehreren elastischen Schwingungseffekten zusammengesetzten Vorgang innerhalb des körnigen Materials, das aus Bodenteilchen verschiedener Größe, Dichte, Form und Impedanz besteht, und zwar durch Ankoppeln des Erdreichs an ein elastische Schwingungen ausführendes Bearbeitungswerkzeug. Diese verschiedenen, durch die jeweiligen Teilchen vorgegebenen Parameter führen dazu, daß die vom Werkzeug Schwingungsenergie aufnehmenden Teilchen auf verschiedene Energiehöhen ansprechen, und zwar indem sie sich der Wirkung von elastischen Wellen, d. h. elastischen Vibrationen, unterziehen. Das Ergebnis davon ist eine starke örtliche periodische Relativbewegung der einzelnen Teilchen mit einer wesentlichen Änderung der Schwingungsenergie in bezug auf die verschiedenen Teilchenparameter, derart, daß die Teilchen relativ zueinander reorientiert, bewegt oder vermischt werden.

Wie weiter unten noch näher erläutert, ist der wesentlichste Schwingungsparameter der Bodenteilchen ihre akustische Impedanz unter den von der Erfindung hervorgerufenen Bedingungen. Dabei ist üblicherweise die akustische Impedanz bei Einbringen von schwingfähigen Teilchen in ein »Schwingungsfeld« definiert als das Verhältnis von Schwingungsdruck (Schalldruck) auf die Teilchen zu sich ergebendem Schwingungsvolumenstrom, entsprechend dem Produkt aus Teilchengeschwindigkeit und Querschnittsfläche (Schallschnelle). Die physikalischen Eigenschaften, welche die impedanz eines Bodenteilchens bestimmen, sind seine induktive Reaktanz (Trägheit), seine kapazitive Reaktanz (Elastizitätsmodul) und sein Ohmscher Widerstand (Faktor der Energieaufnahme) als Folge von innerer Reibung. Brüchen des Teilchens oder Verluste bringende Regellosigkeit bezüglich der Vibrationsrichtung. Steiniger Boden ist ein Beispiel für einen Boden mit relativ hoher Impedanz und weicher Lehm ein Beispiel für einen Boden mit relativ geringer Impedanz. Die Impedanz des Bodens kann auch durch Anwendung von Druck beeinflußt werden, beispielsweise durch von außen her ausgeübten Druck. Die drei Faktoren, nämlich induktive Reaktanz, kapazitive Reaktanz und Ohmscher Widerstand, können bei verschiedenen Bodenteilchen in verschiedenem Ausmaß vorhanden sein, und darüber hinaus können die Teilchen akustisch auf ein Schwingungsfeld mit elastischen Vibrationen (zyklische elastische Deformationen) ansprechen oder aber mit unelastischer Vibration' des ganzen Körpers oder schließlich mit einer Kombination beider Fälle, abhängig jeweils von den relativen Größen der drei Faktoren zueinander.

Die Bodenteilchen können diese Ansprecheigenschaften auf akustische Schwingungen entweder als individuelle Einzelteilchen oder aber als kompakte Teilchengruppen besitzen, wie etwa in verfestigtem Erdreich vor oder benachbart dem Bearbeitungswerkzeug, oder auch in Erdklumpen, Schollen u. dgl. Im letzteren Fall hängen die einen Klumpen bildenden Teilchen fest aneinander und können wie oder ähnlich wie eine homogene Masse im ganzen eine Schwingbewegung ausführen oder aber sich örtlich bewegen, im wesentlichen gleichförmig und vergleichbar mit einer homogenen Masse, jedoch mit individu-» eilen Unterschieden der Vibrationsamplitude oder -phase von Teilchen zu Teilchen wie bei einzeln schwingenden Teilchen und außerdem unterschiedliche Impedanz, Dichte, Massenreaktanz bzw. Trägheit. Elastiztätsmodul und inneren Widerstand aufweisen. Die Teilchen können also weit voneinander getrennt oder fest beieinander eine Schwingbewegung ausführen oder große Unterschiede in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit (periodische Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verschiebung) aufweisen, je

ίο nach der jeweiligen Bodenart und Gleichmäßigkeil oder Ungleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften des Bodens. Daraus ist zu ersehen, daß entweder die akustische Impedanz der einzelnen Bodenteilchen oder die Impedanz des zu behandelnden Bodens als Summe einer großen Anzahl von Bodenteilchen betrachtet werden muß, wobei jedoch in jedem Fall die Impedanz als Verhältnis von antreibendem Schwingungsdruck zu sogenanntem Volumenstrom, wie oben bereits erläutert, definiert ist.

zo Im Fall von einzelnen Bodenteilchen sind die akustischen Ansprecheigenschaften proportional sogenannten »zusammengefaßten« Parametern bzw. Konstanten der Einzelteilchen. Auch eine Gruppe von in einem Klumpen zusammenhaftenden Teilchen wird Eigenschaften entsprechend einem »zusammengefaßten« Parameter aufweisen. Auch können diese akustischen Ansprecheigenschaften durch den Boden festgelegt werden, der über einen beträchtlichen Wellen-Fortpfianzungsweg, d. h. einen beträchtlichen Bruchteil einer Wellenlänge oder mehrere Wellenlängen, die Energie überträgt, wobei diese Parameter als sogenannte Verteilungskonstanten der Ausdehnungsdimensionen des Bodens bezeichnet sind.

Das Ergebnis derartiger Schwingungsvorgänge in oder auf dem Erdboden ist eine wesentliche Reorientierung des Bodenaufbaus bzw. der Bodenstruktur, einschließlich einer neuen und wirksamen Art von Aufbereitung des Bodens. Als Ergebnis dieses Verfahrens wird der Boden sehr geeignet für das Wachs- turn von Pflanzen. Der Boden wird sozusagen »weich«.

Der Schwingungseffekt wirkt sich insbesondere auch auf das Auflockern des Bodens aus. Außerdem wird der Boden sehr porös, was bezüglich der Speicherfähigkeit von Feuchtigkeit von großer Bedeutung ist.

Die Erfindung schließt die Anwendung von Schwingungsenergie auf landwirtschaftliche Böden ein, d. h. Böden, die landwirtschaftlich nutzbar sind

5<> und ein Gemisch von Teilchen verschiedener Größen und anderer physikalischen Eigenschaften enthalten.

Die Bodenbeschaffenheit vor der Anwendung des

Schwingungsverfahrens kann locker oder auch fest sein. Insbesondere ist jedoch das Erfindungsverfahren für die Bearbeitung von Böden geeignet, die stark verfestigt sind und deshalb nur sehr geringe landwirtschaftliche Erträge erbringen. Erfindungsgemäß wird der Boden gelockert, entspannt und enthärtet. Die in den Boden geschickte Schwingungsenergie wird außerdem in Wärme umgesetzt, wodurch sich der Boden erwärmt und das organische Wachstum im Boden angeregt wird.

Die Erfindung besteht also darin, daß kräftige elastische Schwingungen bzw. Vibrationen in einem elastischen Schwingungskörper bzw. Resonator erzeugt werden, der mit einer schwingfähigen tragen Masse verbunden ist, wobei die Vibrationen energiereich sind und relativ große Amplituden aufweisen, jedoch

noch innerhalb der elastischen Grenzen des elastischen Schwingungskörpers liegen. Der elastische Schwingkörper enthält ein mit dem Erdboden in Berührung stehendes Bearbeitungswerkzeug oder ist damit verbunden, beispielsweise eine geformte Pflugschar oder Scheibe, die innerhalb ihrer eigenen örtlichen Struktur Schwingungen ausführt oder auch nicht, aber auf jeden Fall eine Oberfläche aufweist, die mit dem Erdreich akustisch gekoppelt ist und Schwingungen ausführt und aussendet. Die Hauptforderung ist dabei, daß ein elastische Schwingungen ausführender Antriebskörper verwendet wird, beispielsweise, in grundsätzlicher, aber wirksamer Form, ein elastischer Stab, der akustisch mit einem schwingenden Sender gekoppelt ist, der mit dem Erdreich im Eingriff steht, was durch eine Kopplungsfläche an einem mit dem Erdreich in Berührung stehenden Ende desselben geschehen kann, welches an der elastischen Schwingung teilnimmt, oder aber auch beispielsweise durch ein besonderes, mit der Erde in Berührung stehendes Element, etwa einer Pflugschar oder einer Scheibe, die durch einen elastische Schwingungen ausführenden Antriebskörper in Vibration versetzt und entweder selbst an der elastischen Schwingung teilnimmt oder als zusammenhängender Teil in Ar! eines starren, am Antriebskörper hängenden Körpers vibriert.

Gemäß der Erfindung kann der elastische Vibrationskörper mit seiner zugehörigen Masse so betrieben werden, daß er in Resonanz schwingt. Die elastischen Massenteile des Systems können »vereinzelt« oder »zusammenhängend« ausgebildet sein. Insbesondere bei den unteren Betriebsfrequenzen können die Vibrationen in einem Körper erzeugt werden, der das elastische Element und die elastischen Massenglieder an der Schwingung als »zusammenhängendes« konstantes System beteiligt, d. h. mit den elastischen Elementen und Massenelementen auf örtliche Bereiche des Systems konzentriert. Bei einem einfachen »zusammengefaßten« konstanten System kann die Elastizität durch eine elastische, Schwingungen zulassende Lagerung eines Vibrationselementes bewirkt werden, das mit einer Masse verbunden ist, wobei dann das System auf Resonanzfrequenz abgestimmt ist. Der elastische Vibrationskörper kann auch, wie oben erwähnt, die Arteines »vereinzelten« konstanten Systems aufweisen, beispielsweise einen langen elastischen Stab, der solche Begrenzungen aufweist und derart in elastische Vibrationen einer solchen Frequenz versetzt wird, daß im Stab stehende elastische Wellen auftreten. Darüber hinaus kann die Frequenz in bestimmten Fällen so bemessen werden, daß eine stehende Resonanzwelle in dem Vibrationskörper auftritt. In einigen Fällen kann das den Erdboden berührende Ende des Werkzeugs, etwa die Randkante eines Stabes, einer Pflugschar oder einer Scheibe bzw. ein Teil davon in Form einer stehenden elastischen Welle in sich selbst schwingen.

Es soll nun hier eine kurze Erläuterung der Vorgänge bei stehenden Wellen erfolgen. Es soll angenommen werden, daß eine transversale elastische Deformationswelle in einem langgestreckten elastischen Stab mit einer Schwingungsquelle an einem Ende des Stabes auftritt, wobei das andere Ende des Stabes als mit dem Boden in Verbindung stehendes Bearbeitungselemnt dient. Die längs des Stabes von dem Schwingungsquellenende sich fortpflanzenden transversalen elastischen Wellen gelangen dabei zum Bearbeitungsende und werden vom letzteren reflektiert und gelangen wieder zurück zum Quellenende. Die reflektierten Weilen interferieren mit den nach vorwärts wandernden Wellen, derart, daß sie sich gemäß bekannter Prizipien gegenseitig an bestimmte» S Punkten verstärken und an anderen Punkten schwächen bzw. ganz aufheben. Bei bestimmten Frequenzen sind diese kritischen Punkte ortsfest, wobei dann die Punkte der Verstärkung Bereiche maximalei Vibrationsamplitude sind und Geschwindigkeii-,-bauche genannt werden, während die Punkte mil gegenseitiger Auslöschung Gebiete mit minimulei Vibrationsamplitude sind und Schwingungsknoten («der Pseudoknoten. wenn eine bestimmte Restamplitude verbleibt) genannt werden. Das Phänomen von resonierenden stehenden Wellen hängt somit von dei Wellenreflexion sowie der Wellenverstärkung und -sehächung ab.

Das Erreichen einer brauchbaren stehenden Welle in dem elastischen Bearbeitungswerkzeug erfordert

zo zusätzlich die Anwendung von geeigneten Frequenzen für die jeweilige physikalische Geometrie und Dimensionierung des Vibrationsgerätes, unter Betrachtung des erzielbaren Ausmaßes der akustischen Kopplung und des Grades der Impedanzanpassung zwischen dem Vibrationssystem und dem Erdboden.

Theoretisch erfordert ein maximaler Fluß an Schwingungsenergie vom vibrierenden Bearbeitungswerkzeug zum Erdboden zusätzlich zu einer möglichst vollständigen Kopplung zwischen dem Werkzeug und dem Boden durch Ausübung, eines zusätzlichen Drucks auch noch eine exakte Anpassung der Ausgangsimpedanz des Werkzeugs an die akustische Impedanz des Erdbodens. Die Impedanz des Erdbodens ist bereits oben definiert worden, und die Ausgangsimpedanz des Werkzeugs ist das Verhältnis der Amplitude der Oszillationskraft zur Amplitude der Oszillationsschwingung am Werkzeugausgang oder an der mit dem Erdboden gekoppelten Oberfläche. Unter den idealisierten Bedingungen einer perfekten Impedanzanpassung und vollständigen Kopplung würde die gesamte Schwingungsenergie des Werkzeugs in den Boden übertragen werden, so daß keine Schwingungswellen zurückreflektiert und damit keine stehenden Wellen auftreten können. Gemäß der Erfindung jedoch wird eine starke, aber J OO ⁰A. nicht erreichende akustische Kopplung vorgesehen und die Ausgangsimpedanz des Bearbeitungswerkzeugs so gegenüber oder in den Bereich der Größe der Bodenimpedanz gebracht, daß eine vernünftig gute Annäherung an eine ideale Impedanzanpassung erfolgt. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird die Ausgangsimpedanz des schwingenden Bearbeitungswerkzeugs also so bemessen, daß ein gewisser Grad an Fehlanpassung bezüglich der Impedanz des Erdbodens (die höher oder niedriger oder in einem bestimmten Bereich höher und in einem anderen niedriger sein kann) auftritt, womit die akustische Kopplung niedriger wird als theoretisch möglich. Dies wird beispielsweise der Fall sein infolge von Ermüdungserscheinungen des Erdbodens gegenüber zusätzlichen Druckkräften in gewissen Gebieten des Kopplungsfläche. Damit wird ein wesentlicher Teil der Schwingungswelle in das Bearbeitungswerkzeug zurückreflektiert, wo dann dieser Teil der Welle mit der vorschreitenden Welle zusammentrifft und die gewünschte stehende Welle bildet.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Wirksamkeit der akustischen Kopplung

erniedrigt und damit die Stärke der stehenden Wellen erhöht, um so ein gewisses Maß an Kavitation im Erdreich, benachbart zumindest einem Teil der schwingenden akustischen Kopplungsfläche des Kultivatorwerkzeugs, vorzusehen. Diese Kavitation erbringt, wie weiter unten näher erläutert, bestimmte zusätzliche Vorteile.

Ferner ist von Bedeutung, daß das erfindungsgemäße Vibrationssystem eine Ausgangsimpedanz auf-

die einzige Gegenkraft gegen die Vibration der innere Reibungswiderstand R innerhalb des Vibrationssystems, d. h. im Erdboden, der aufgebrochen, zerteilt, in den fließfähigen Zustand versetzt und umgebrachen ist. Die komplexe Impedanz Z (Gegenkraft gegen die Vibration) ist dann gleich X_c — X_m τR. Bei Resonanz jedoch vermindert sich diese Beziehung zu Z = R. Somit kann der Vibrationsgenerator wirksame Vibrationsamplituden und Ausgangsleistungen

weist, die sowohl einen genügenden Grad an ₁₀ erzeugen, im wesentlichen unabhängig von den zu akustischer Kopplung mit dem zu bearbeitenden vibrierenden Massen oder der elastischen Steifheit Boden ergibt als auch einen wesentlichen Fluß an des Systems. Ein geeigneter Generator von angemes-Schwingungsenergie in den Erdboden gewährleistet. sener Größe und periodischer Ausgangsleitung kann Die akustische Kopplung soll und kann nicht, voll- somit leicht das am Boden angreifende Werkzeug und ständig sein, wie vorangehend beschrieben. Die Kopp- i₅ den Teil des Bodens, der akustisch mit dem Werklung muß jedoch eine genügend gute Anpassung der zeug gekoppelt ist, in Schwingungen versetzen, und Ausgangsimpedanz des schwingenden Bearbeitungswerkzeugs an die akustische Impedanz des Erdbodens
gewährleisten, damit ein wesentlicher Teil der
Schwingungsenergie auf den Erdboden übertragen _i0
wird.

Einige Grundlagen der Erfindung können beim
Betrachten der Betriebsweise einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung erläutert werden, bei
welcher der elastischen Schwingungen unterworfene ₂₅ brationssystems ist dabei zu verstehen als eine Güte-Körper bzw. Resonator aus einem langgestreckten zahl analog dem Schwungradeffekt in rotierenden Stab besteht, dessen eines Ende mit bestimmter Be- Systemen oder der Schärfe der Abstimmung in elekarbeitungstiefe in den zu kultivierenden Erdboden tronischen Systemen, Der vibrierende Übertragungseingreif t, während das andere Ende mit einem Oszii- stab ist gemäß den bekannten Grundlagen derart koniator bzw. einem Generator von fortlaufenden ela- ₃₀ struiert, daß er einen relativ hohen Gütefaktor Q aufstischen Schwingungen gekoppelt ist. Der Stab ist da- weist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht

zwar mit hoher zyklischer Beschleunigung, wobei die ansonsten kräfteverzehrenden Massen keinen Widerstand leisten.

Der Schwingungen übertragende Stab, der einer stehenden Resonanzwelle unterworfen ist, trägt zu einem hohen Gütefaktor Q des vibrierenden Schwingungssystems bei und erleichtert die Vibration der vorhandenen Massen. Der Gütefaktor Q des Vi-

bei so gelagert, daß er frei Schwingungen in Form vorbestimmter stehender Wellen ausführen kann, wenn der Generator in einem bestimmten Frequenzbereich arbeitet. Es sind zwei unterschiedliche Fälle denkbar, nämlich longitudinal stehende Wellen und transversale stehende Wellen. Die folgende Erläuterung befaßt sich mit beiden. Für den gezeichneten Fall wird jedoch angenommen, daß der Stab ein

werden, daß ein sehr massiver Stab mit hoher elastischer Steifheit verwendet wird oder in anderen Worten ein Stab mit niedriger Komplianz.

Für einen hohen Gütefaktor Q ist das Verhältnis X_n, zu R, das die mathematische Definition von Q darstellt, groß. Es soll hier jedoch kein Zahlenbeispie! für einen geeigneten Gütefaktor Q angegeben werden, da das erforderliche Q sehr stark von der Art des Be

Steifheit als Reaktanz X_c und die Massenreaktanz mit

gleich

bezeichnet
I

Vibrationsübertragungsglied in Form einer verteilten ₄₀ arbeitungswerkzeugs abhängt und,es keine Notwenkonstanten Anordnung aufweist, wobei die elastische digkeit gibt, einen kritischen Wert für diesen Faktor

anzugeben. Es genügt zu sagen, daß die mechanische Auslegung des Systems derart ist, daß ein Gütefaktor Q so hoch wie praktisch möglich erzielt wird, wobei es dem Fachmann bekannt ist. wie dies zu geschehen hat.

Verschiebung eines elastischen Körpers zur aufgewendeten Kraft Kehrwert der Federkonstante ist. Die Massen reaktanz ist gleich 2 π/Μ, wobei / wiederum

werden. Die Steifheitsreaktanz ist ,_ ,wobei / die Schwingungsfrequenz und

C die Komplianz, d. h. das Verhältnis der linearen

Wie bereits erwähnt, erfordert die Erfindung eine akustische Kopplung des Systems mit dem zu bearbeitenden Erdboden. Eine vorteilhafte Anwendung

die Vibrationsfrequenz und M die effektive Masse ₅₀ der Erfindung sieht einen verminderten Grad an

des elastischen Vibrationssystems darstellt. Wenn der Generator mit einer bestimmten kritischen Frequenz betrieben wird, derart, daß das System resoniert, d. h.

akustischer Kopplung mit dem Erdboden vor, so daß sich der Erdboden gegen die Kopplungsfläche des vibrierenden Bearbeitungswerkzeugs bewegt, derart, daß in einem begrenzten Bereich der Kopplungsstische Steifheit gleich der energievernichtenden ₅₅ fläche ein geringer Grad von Kavitation auftritt, wie Massenreaktanz X_1n und hebt diese auf, wobei X_n, " nun im einzelnen beschrieben werden soll, den Massen des Generators und des vibrierenden _{Eine erste} Förderung zum Erzielen einer akusti-

stehende Resonanzwellen auftreten, so wird die ela-

Übertragungsstabes zugeordnet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist also X₁. gleich X_m bzw.

¹ = 2nfM. infC

so daß die Frequenz / bei Resonanz zu

wird. Bei dieser Resonanzbedingung ist außerdem

sehen Kopplung zwischen einer Schwingungswelle und dem Erdboden besteht darin, daß eine von dieser Quelle angetriebene, elastischen Schwingungen unterworfene Vorrichtung und ein in den Boden eindringendes Werkzeug vorgesehen sind, das eine mit dem Erdboden in Berührung stehende Oberfläche aufweist, welche als akustische Strahlungsquelle und

6g Kopplungsglied dient. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist diese vibrierende Fläche des Werkzeugs nach vorn (nach vorn bezüglich der Bewegungsrichtung des Werkzeugs durch den Boden) und nach

9 10

unten geneigt, wobei eine transversale stehende ist deshalb in einem bestimmten Bereich der Kopp-Welle in dem Werkzeug entlang der Neigungslinie lungsfläche, wenn auch nicht unbedingt bei der Eraufrechterhalten wird. Beispielsweise kann die ge- fmdung, erforderlich, so doch von wesentlichem neigte Werkzeugsfläche die Stirnfläche eines nach Vorteil und entspricht einer bevorzugten Ausfühvorn und nach unten geneigten elastischen Stabes 5 lungsform der Erfindung.

sein, der elastischen Schwingungen in Querrichtung Die Kopplungsfläche befindet sich im allgemeinen unterworfen ist. Die geneigte Werkzeugfläche vibriert bzw. bei einer bevorzugten Ausführungsform der dann senkrecht zur Neigungsrichtung und mit einer Erfindung an einem in den Boden eindringenden Bewegungskomponente in Richtung der Vorwärts- Werkzeug, welches mit einer stehenden Transversalbewegung des Werkzeugs durch den Boden. Die io welle vibriert, wobei das untere Ende der Kopplungsgeneigte Werkzeugfläche wird bei einer langsamen fläche mit einem Geschwindigkeitsbauch der stehen-Vorwärtsbewegung eines das Werkzeug schleppenden den Welle zusammenfällt, d. h. mit einem Bereich der Fahrzeugs gegen das unterhalb der Erdbodenober- stehenden Welle, an dem die Vibrationsamplitude ein fläche befindliche Erdreich gepreßt. Auf diese Weise Maximum aufweist. Hier können die Hilfskraft (Anwird die schwingende akustische Kopplungsfläche 15 preßkraft) und die Vibrationsamplitude relativ groß gegen den Untergrund mit einer beträchtlichen sein, um ein beträchtliches Maß an akustischer Kopp-Druckkraft gepreßt, womit eine wirkungsvolle aku- lung hervorzurufen. Auf diese Weise werden die stische Kopplung mit dem Erdboden erfolgt. Schwingungsanregung, die Fluidisierung des Bodens Um gemäß der Erfindung eine sehr gute und und seine seitliche Bewegung bewirkt. Da die Ampligleichmäßige akustische Kopplung zu erhalten, wird 20 tude des unteren Schwingungsbauches im allgemeinen die vibrierende akustische Kopplungsfläche derart ein Maximum darstellt, kann es vorkommen, daß die gegen den Untergrund gedruckt, daß der Boden in Hilfskraft, auch wenn sie groß ist, in verschiedenen einen akustischen Fließzustand übergeht und sich vor Böden doch nicht genügend ist zum Erzielen einer der Kopplungsfläche seitlich verschiebt. Damit wird Kopplung, so daß dann in manchen Fällen an dieser erreicht, daß erfindungsgemäß infolge der frequenz- 25 Stelle eine Kavitation auftritt. An einer höheren abhängigen Schwingungseigenschaften und der erhal- Stelle des Werkzeugs, d. h. eine bestimmte Strecke tenen Vibrationsamplituden der Boden gelockert oberhalb des Geschwindigkeitsbauches, ist die Vibra- und in eine Art von dynamischem Schwebezustand tionsamplitude etwas geringer, und die Hilfskraft versetzt wird und beinahe wie Wasser wegfließt. Dies kann ebenfalls etwas geringer sein. Es kann dann stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar. 30 auch in diesem Bereich in einem begrenzten Ausmaß Die beschriebenen zeitlichen Verschiebungen des eine Kavitation auftreten, und zwar auf Grund eines Erdreichs unter den angegebenen Bedingungen er- relativ größeren Abfalls der Hilfskraft. Die Anregung geben unter bestimmten Umständen einen gewissen und die Beweglichkeit des Bodens werden dadurch Grad an Kavitation des fließbaren Bodens, womit beträchtlich erhöht, und der Boden neigt dazu, ah lediglich gesagt werden soll, daß eine periodische 35 der Vibrationsfläche des Werkzeugs nach oben zu Trennung der vibrierenden Kopplungsfläche vom fließen in Richtung zu einem Schwingungsknoten. Untergrund stattfindet. Dies kann nun örtlich be- Wenn die Kavitation zu stark ist, Überhand nimmt grenzt der Fall sein, und zwar da, wo infolge des oder gar ausschließlich nur noch Kavitation auftritt, nach vorn gerichteten Anpreßdrucks der Boden un- wie es etwa bei ungenügender Hilfskraft möglich ist, fähig wird, in Phase mit der Vibrationsamplitude der 40 so wird die akustische Kopplung sehr stark bzw. zu Kopplungsfläche und im gleichen Ausmaß wie die stark vermindert oder geht sogar ganz verloren, was Amplitude elastisch zurückzufedern. Dies kann aus ver- eine Beeinträchtigung der erzielbaren Leistung zur schiedenen Gründen der Fall sein. So kann beispiels- Folge hat.

weise der Boden in einer geringen Tiefe des Werk- Bei dem beschriebenen Vorgang hängt das Auszeugs unfähig sein, der Vibrationskraft zusammen 45 maß der Förderung von Erdreich nach oben bzw. mit der zusätzlichen Anpreßkraft zu widerstehen und entlang der vibrierenden Kopplungsfläche von der jedamit vollständig seine elastische Federwirkung ver- weiligen Bodenart ab. Bei tonartigen Böden tritt oft lieren. Sehr nahe der Oberfläche wird der Boden eine Art von starker Verdrängung auf.
selbstverständlich lediglich zerbröckeln, mit der Folge Bevorzugt wird somit ein bestimmtes Ausmaß an eines vollständigen Verlustes an Kopplung. Wo also 50 akustischer Kopplung zwischen der vibrierenden einerseits die Zusatzkraft (Anpreßkraft) von beträcht- Fläche des Werkzeugs und dem Erdreich angestrebt, licher Größe ist und andererseits eine dieser gegen- wobei beim Vorwärtsbewegen der gesamten Vorüber ungenügende Bodenwiderstandsfähigkeit oder richtung der unterste Bereich der Werkzeugfläche die -elastizität vorliegt, tritt die obenerwähnte Kavitation stärkste Berührung mit dem Boden aufweist, da- bzw. eine Grenzkavitation (incipient cavitation) auf. 55 gegen eine geringere Kopplung mit dem Boden in Dies bedeutet einen Verlust an akustischer Kopplung, Richtung zur Bodenoberfläche hin auftritt. Das an aber andererseits auch einen Anstieg des Ausmaßes der geneigten bzw. gebogenen Kopplungsfläche nach der Fließbarmachung des Bodens und des seitlichen oben steigende Erdreich ist dann in immer geringe-Wegfließens einschließlich eines Fließens in Art rem Maße akustisch mit dieser Fläche gekoppelt, eines Hinaufkriechens an der geneigten Vibrations- 60 entsprechend der Bewegung nach oben. Dies kommt fläche des Werkzeugs. Die Kopplung wird also in zum Teil von der progressiven Verminderung nach wesentlichem Ausmaß vermindert, welcher Eeffekt oben des Widerstands des Bodens gegenüber der als nachteilig ausgelegt werden könnte, wenn nicht Hilfskraft und der Amplitude des vibrierenden Werkdie zugleich auftretende Kavitation den Vorteil einer zeugs und zum Teil von der Neigung bzw. Krümmung weiteren Fluidisierung und Beweglichmachung des 65 der Kopplungsfläche des Werkzeugs. An einem beBodens erbringen würde. Die Kavitation vermindert stimmten Bereich des Werkzeugs kann eine Kavitaaußerdem vorteilhaft die Reibung der einzelnen tion oder eine teilweise oder beginnende Kavitation Bodenteilchen aneinander. Eine begrenzte Kavitation sehr erwünscht sein und wird dann vorzugsweise ab-

sichtlich hervorgerufen. Dies kann meist durch entsprechendes Regulieren der zyklischen Kraft bzw. Leistung erreicht werden, mit welcher der Oszillator angetrieben wird. Wenn ein bestimmter Grad an Kavitation erreicht ist, erhöht sich die Beweglichkeit des Erdreichs, wie oben erwähnt.

Die Impedanz des Bearbeitungswerkzeugs ist am am Boden befindlichen Schwingungsbauch am geringsten und nimmt fortschreitend in Richtung nach oben zum Schwingungsknoten hin zu. Damit ist aber die Impedanzanpassung an den Boden entlang der Kopplungsfläche unterschiedlich. Im Fall einer relativ tiefen Bodenbearbeitung und bei einer Anzahl von bestimmten landwirtschaftlichen Böden, wobei steiniger Boden ein extremes Beispiel ist, kann die minimale Impedanz des Werkzeugs am unteren Schwingungsbauch niedriger sein als die Impedanz des Erdbodens. In einem Bereich weiter oben am Werkzeug, und zwar innerhalb eines geringen Bereichs, kann dann die Impedanz im wesentlichen vollständig an die des Erdbodens angepaßt sein, während schließlich an einer noch höher liegenden Stelle des Werkzeugs in Nähe des Schwingungsknotens die Impedanz des Werkzeugs dann diejenige des Bodens zunehmend übersteigen kann. In weichen, lehmigeren Bodenarten kann dagegen die Impedanz des Werkzeugs an jeder Stelle größer sein als diejenige des Bodens. In allen Fällen jedoch soll das Werkzeug eine Ausgangsimpedanz aufweisen, die genügend an die Impedanz des Bodens angepaßt ist, um eine wirksame Abstrahlung von Schwingungsenergie in den Boden zu gewährleisten.

Derjenige Teil der vibrierenden bzw. elastische Wellen aussenden Fläche des Vibrationswerkzeugs, der in guter Kopplungsverbindung mit dem Erdboden steht, d. h. insbesondere das untere Ende der Fläche, sendet Schwingungswellen bzw. Vibrationen in und durch den Erdboden, derart, daß der Boden aufgebrochen und umgewendet wird und einem starken Schwingungswellenfeld ausgesetzt ist, d. h. einer hohen Energiedichte der Schwingung. Diese hohe Energiedichte hat zur Folge, daß der Boden erfindungsgemäß sehr schnell gründlich durchgearbeitet und in kleine Teilchen aufgebrochen wird.

Da diese vereinzelten Teilchen durch die Schwingungswirkung nach oben gefördert werden, wird eine beträchtliche Durcheinandermischung dieser ungleichmäßig geformten Teilchen erreicht.

Die Schwingungswirkung, die fortlaufend an diesen ungleichmäßigen, einen großen Bereich von unterschiedlichen akustischen Impedanzen aufweisenden Teilchen angreift, führt zu einer verstärkten Durchmischung, Durchknetung und Aufbrechung des Bodens, mit dem Ergebnis, daß »lehmartige Böden« geschaffen werden. Wenn dann diese schwingungsmäßig behandelten Erdmassen sich nach oben in die oberste Bearbeitungsstellung bewegen, so werden sie einer starken Schwingungskavitation am obersten Teil des Werkzeugs unterworfen, womit eine beträchtliche Lockerung und Porosität des Erdreichs erreicht wird.

Die geneigte bzw. gebogene, am Erdboden angreifende Vibrationsfläche des Werkzeugs kann gleichförmig geneigt sein oder — nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung — eine komplexe Krümmung aufweisen, wie es bei üblichen Pflugscharen bekannt ist. Beispielsweise kann das untere Ende des elastischen Vibrationsstabes an einer Pflugschar befestigt sein. Bei komplexer Krümmung, wie es Pflugscharen im allgemeinen sind, wird das sich ändernde Maß der akustischen Kopplung entweder mittels Querwellen oder Längswellen im elastischen Vibrationssystem, das mit dieser gekrümmten Fläche verbunden ist, hervorgerufen.

Wesentlich ist noch die Feststellung, daß der Erfindung drei einstellbare Variable mit gegenseitiger Beeinflussung zugrunde liegen. Diese Variablen sind die Richtung der Abstrahlungsfläche, die Richtung und der Betrag der Hilfskraft (Anpreßdruck) und die Richtung und Leistung des Schwingungsverlaufs der abstrahlenden Oberfläche. In allen Fällen hat der Schwingungsverlauf eine Vektorkomponente senkrecht zur Abstrahlungsfläche, und vorzugsweise ist der Schwingungsverlauf außerdem im wesentlichen senkrecht zur Schwingungsfläche bzw. im Fall von gekrümmten Strahlungsflächen senkrecht zu einem Teil der Strahlungsfläche. Es ist jedoch auch möglich, einen Schwingungsverlauf vorzusehen, der einen beträchtlichen Winkel mit der Normalen der Strahlungsfläche einschließt, wobei jedoch dann die Strahlung wesentlich stärker sein muß, um noch eine Vibration zu erhalten, die eine starke Komponente senkrecht zur Strahlungsfläche aufweist. Die Hilfskraft (Anpressung) hat in den meisten Fällen einen Vektor ebenfalls senkrecht zur Strahlungsfläche. Es ist jedoch wesentlich festzustellen, daß bei Pflugscharen der äußerste Bereich der Führungskante beinahe parallel zur Hilfskraft sein kann. Die Richtung der elastischen Vibration soll in diesem Fall so sein, daß eine Vektorkomponente der Schwingung senkrecht zur Strahlungsfläche verläuft. Diese letztere Bedingung- ist allen Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam.

Bei einer Pflugschar und unter der Annahme von transversalen Vibrationen im an der Pflugschar befestigten Stab ist von Bedeutung, daß das äußerste, in den Boden eindringende Ende der Pflugschar stets so ausgelegt werden kann, daß ein geringer Grad von Kavitation auftritt, da dieses Führungsende der Strahlungsfläche so geformt werden kann, daß die Hilfskraft im wesentlichen parallel dazu ist. Der Teil der Strahlungsfläche an dem senkrecht zur Hilfskraft verlaufenden Endbereich ist deshalb relativ klein. Diese Bedingung vermindert offensichtlich das Auftreten sehr starker Hilfskräfte am Eindringende der Pflugschar. Damit wird aber auch die akustische Kopplung an dieser Stelle vermindert. Die Pflugschar ist im allgemeinen in vertikaler Richtung konkav gekrümmt, etwa in der üblichen Weise, so daß die untere Kante der nach vorn gerichteten Fläche einen stumpfen Winkel mit der Richtung der Hilfskraft einschließt. Dies vermindert ebenfalls die Kopplung in diesem Bereich und führt in ähnlicher Weise zu einer Kavitation. In diesem Fall wird deshalb eine abstrahlende Vibrationsrichtung geschaffen, die mit einem geringen Grad an akustischer Kopplung beginnt, eine gewisse Strecke an der konkav gekrümmten Kopplungsfläche nach oben einen wesentlichen Anstieg des Kopplungsgrades zeigt und dann wieder eine Verminderung, da der Boden sich von dem letzten Berührungsbereich selbst ablöst. Die Unterbodenkavitation ist insbesondere bei leicht bearbeitbaren Böden von Vorteil, bei denen die Notwendigkeit von hohen Energiekonzentrationen zum Zweck des Aufbrechens des Bodens oder einer Stauberzeugung an der Führungskante des Werkzeugs nicht besteht.

Nun soll der weitere Fall betrachtet werden, daß beispielsweise ein nach unten und nach vorn geneigter elastischer Stab, an dessen unterem Ende, wie in den obigen Beispielen, eine Pflugschar befestigt ist, zu elastischen Schwingungen in Längsrichtung des Stabes erregt wird —. an Stelle der obigen Querschwingungen. Außerdem soll der Endbereich der Pflugschar wiederum so geformt sein, daß die horizontale Hilfskraft nahezu parallel dazu verläuft. In diesem Fall ist dann auch die Hilfskraft, welche wiederum von der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs herrührt, horizontal. Die longitudinale stehende Welle in dem Stab erzeugt eine Komponente horizontaler Vibration und eine Komponente vertikaler Vibration. Die Komponente horizontaler Vibration verläuft in der Richtung der Hilfskraft und ist deshalb äußerst wirkungsvoll bezüglich einer akustischen Abstrahlung in den Boden. Am Ende der Pflügschar kann die Kopplung dagegen sehr gering sein, und zwar infolge der wesentlichen Parallelität zwischen diesem Ende und der Hauptrichtung der Hilfskraft. Damit kann eine Kavitation bzw. eine Grenzkavitation an der Spitze erreicht werden, und zwar bei bestimmten Böden bzw. Bodenarten. Dasselbe kann, wenn auch in geringem Ausmaß, entlang der unteren Kante der Pflugschar auftreten, und zwar aus den bereits oben erläuterten Gründen.

Oberhalb des Endes bzw. des unteren Kantenbereichs (wo eine Kavitation auftreten kann) der Pflugschar befindet sich eine konkav gekrümmte Fläche, die progressiv von der Parallelität mit der Richtung der Hilfskraft abgeht und in eine Richtung senkrecht dazu übergehen kann. Die akustische Kopplung der Vibrationsfläche der Pflugschar mit dem Erdboden wird somit von ihrer untersten Kante nach oben fortlaufend verstärkt. Die Kopplung kann ein Maximum in einer Höhe aufweisen, in welche der Neigungswinkel der Pflugscharfläche zu einer starken Übertragung der Hilfskraft auf den Boden führt und außerdem eine beträchtliche Komponente der Vibration in einer Richtung senkrecht zu dieser Fläche verläuft. Die Kopplung nimmt weiterhin wieder langsam ab, je weiter sich die Fläche der Pflugscharen der Bodenoberfläche nähert, so daß dort keine starke Anpreßkraft mehr auf die Erde übertragen wird, so daß die Neigung zur Kavitation wieder zunimmt.

Im Fall einer Scheibenegge oder eines Pfluges kann der Winkel des Achskörpers derart sein, daß der Führungsteil der gekrümmten Scheibe in den Boden einschneidet und diesen aufschlitzt, in diesem Fall wird dann in dem Achskörper eine Transversalschwingung hervorgerufen, so daß die Scheibe im wesentlichen in ihrer eigenen Ebene schwingt. Die akustische Abstrahlung erfolgt somit vorzugsweise in seitlicher Richtung (relativ zur Vorwärtsbewegung des Traktors), und die akustische Kopplung ist äußerst gering und liegt eventuell unterhalb des Kavitationspegels. Infolge der Krümmung der Scheibe kann die akustische Kopplung dort einen wesentlich höheren Grad erreichen, wo das Erdreich um die Krümmungsfläche herum an dieser entlanggleitet und dabei entlang des Gleitweges einen gewissen Anpreßdruck ausübt.

Eine weitere Möglichkeit der Erfindung besteht darin, in den Erdboden einen Strom aus unter Druck stehendem Fluid einzuleiten, und zwar an der Stelle, an welcher der Boden den Schwingungen ausgesetzt ist und gleichzeitig mit diesen Schwingungen. Die Injektion eines Fluids kann dazu dienen, den aufgebrochenen Boden zu lockern, ein Düngemittel einzubringen, eine allgemeine Bodenbearbeitung und Bodenverbesserung durchzuführen oder auch, bei nicht für landwirtschaftliche Zwecke vorgesehenen Böden, Chemikalien zu injizieren, welche den Boden festigen, etwa um eine Landebahn für Flugzeuge oder einen Parkplatz zu schaffen.

ίο In allen Fällen ist jedoch der in den Boden eindringende Bearbeitungskörper, sei es ein Stab, eine Pflugschar, eine Scheibe od. dgl., so geformt und angeordnet, daß ein fortlaufendes Befreien und Zurückführen des bearbeiteten Bodens, der im wesentlichen an seiner ursprünglichen Stelle verbleibt, erfolgt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen. In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsao weise dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

F i g. 2 einen Teil der Ausführungsform nach Fig. 1, und zwar das untere Ende eines schwingenden Stabes im Eingriff mit dem Erdboden,

F i g. 3 das untere Ende eines schwingenden Stabes der Vorrichtung von F i g. 1 mit Skizze der auf den Stab aufgeprägten stehenden Welle,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Schwingungsgenerator und das obere Ende eines der Schwingungsstäbe der Vorrichtung nach Fig. 1, und zwar entlang der Linie IV-IV von Fig. 5,

F i g. 5 eine Ansicht entlang der Linie V-V von F i g. 4,

F i g. 6 eine Seitenansicht eines Pfluges nach der Erfindung mit Teilansicht des rückseitigen Endes eines Traktors,

F i g. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VIl von Fig. 6,

F i g. 8 eine Ansicht nach Linie VIII-VIIl von Fig. 6,

F i g. 9 eine Seitenansicht einer Pflugschar und der zugehörigen Vibrationslagerung, und zwar als Vergrößerung eines Teils von F i g. 6, wobei einzelne Teile weggebrochen sind,

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X von Fig. 9,

Fig. 11 eine Ansicht nach Linie XI-XI von F i g. 9,

Fig. 12 eine Ansicht entlang der Schnittlinie XII-XII von F i g. 9, wobei einzelne Teile weggebrochen sind,

Fig. 13 eine Seitenansicht, wobei einzelne Teile weggebrochen sind, einer abgewandelten Ausführungsform eines Pflugs nach der Erfindung,
Fig. 14 eine Ansicht des Pfluges von Fig. 13, und zwar bezüglich Fig. 13 von links her gesehen,

F i g. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV von Fig. 13,

Fig. 15a einen Detailschnitt entlang der Linie XVa-XVa von Fig. 13,

Fig. 16 eine Draufsicht auf einen scheibenförmigen Pflug bzw. eine scheibenförmige Ecke nach der Erfindung,

Fig. 17 eine Seitenansicht des Pfluges von F i g. 16, Fig. 18 eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab auf das rückseitige Ende des Pfluges von F i g. 16,

F i g. 19 eine Ansicht nach der Linie XIX-XIX von Fig. 16 und

15 16

F i g. 20 einen Schnitt entlang der Linie XX-XX Durchmesser der Rotoren und inneren Kreise der

von Fig. 19. Umlaufringe und auch die Dicke der Rotoren sind

Die Fig. 1 bis 5 zeigen ein einfaches Ausführungs- gemäß der periodischen Impulskraft gewählt, welche beispiel nach der Erfindung. Diese Ausführungsform dem Stab 53 aufgeprägt und am Ausgangs- bzw. weist einen zweirädrigen Wagen 50 mit einer schwe- 5 Kultivatorende des Stabes erhältlich sein soll, ren Plattform 51 auf, die aus einem Rückteil 52, an Außerdem findet eine derartige Bemessung statt, daß welchem zwei relativ schwere, elastische Kultivator- am Ausgangsende bzw. dem mit dem Untergrund stäbe 53 aus Stahl befestigt sind, und ein Vorderteil eine Kopplung herstellenden Ende des Stabes eine 54 auf, das bei 55 an der Anhängerkupplung 56 eines geeignete Ausgangsimpedanz erreicht wird, d. h. eine nicht gezeichneten Traktors angekoppelt ist. Die io geeignete Impedanzanpassung an das Erdreich, wobei Kupplung 56 kann in der Vertikalrichtung verstellt die Bemessung die einzelnen Proportionen des Stabes werden, um die Plattform 51 um ihre beiden Räder zueinander und zum Stab einschließlich des Geneverschwenken zu können, zum Zweck, einen Ein- ratorkörpers 70 betreffen. Eine Vielzahl von Luftgriff der Stäbe 53 mit dem Boden zu erreichen kanälen bzw. Nuten 92 sind in gegenüberliegende bzw. die Stäbe 53 bis zu einer solchen Bodenfreiheit 15 Seiten jedes der Ringe 87 eingeformt und tangential anheben zu können, wenn die außer Betrieb befind- zu den Kammern 90 gerichtet. Diese Nuten wirken liehe Vorrichtung transportiert werden soll. als Luftdüsen, welche Luft unter Druck in tangentia-

Die Stäbe 53 weisen vorzugsweise einen recht- ler Richtung in die Kammern 90 einleiten, derart, eckigen Querschnitt auf, wobei die breiten Rechteck- daß die Rotoren 91 um den Innenumfang der Ringe seiten zum Zweck einer hohen elastischen Steifheit 20 87 umlaufen, in Art einer Planetenbewegung. Die in Fahrtrichtung parallel zur Fahrtrichtung des Fahr- Rillen 92 in den beiden Umlaufbahnen bildenden zeugs verlaufen. Die Stäbe 53 sind so angeordnet und Ringen 87 sind gemäß F i g. 4 in ähnlicher tangenangetrieben, daß sie unter Bilden von stehenden tialer Richtung eingeformt, so daß die Richtungen Wellen vibrieren, und zwar in Form von transversalen der Luftstrahlen in den beiden Kammern 90 und stehenden Wellen w, wie in den F i g. 1 und 3 an- 25 damit die Richtungen der Umlaufbahnen der Rotoren gedeutet. Zu diesem Zweck sind die Stäbe £3 an 91 gleichsinnig sind. Außerdem sind die Rillen 92 ihren bzw. in der Nähe ihrer Mittelpunkte in Lager- in den Flächen der Ringe 87 an der Rückseite dieser körpern 58 gelagert, die an der Plattform 51 befestigt Ringe gemäß F i g. 4 so geformt, daß sie die Luft sind. Die Stäbe sind so gelagert, daß sie in Richtung tangential mit der gleichen Drehrichtung einführen, nach unten schräg nach vorn verlaufen. Die vorderen 30 wie sie durch die an der Stirnseite der Ringe befindunteren Enden der Stäbe sind vorzugsweise ab- liehen Rillen 92 erfolgt. Somit werden die Rotoren geschrägt, wie bei 60 dargestellt. Die hinteren oberen 91 von allen Druckluftstrahlen in der gleichen UmEnden der Stäbe 53 tragen Vibrationsgeneratoren laufrichtung angetrieben.

bzw. Oszillatoren 62, die fortlaufende elastische Die Außenenden der düsendarstellenden Rillen 92

Schwingungen bzw. Vibrationen erzeugen und diese 35 stehen mit Kanälen 95 in Verbindung, welche rund

auf die Stabenden übertragen. Die Einzelheiten eines um die Bolzen 85 in die Wandungen 72 eingeformt

beispielsweise verwendbaren Schwingungsgenerators sind. Die Druckluft wird in die Kanäle 95 über Boh-

sind in den F i g. 4 und 5 dargestellt. rangen 96 eingeleitet, welche sich nach oben durch

Gemäß den F i g. 4 und 5 weist jeder Vibrations- das obere Ende des Körpers 70 bis zu dem mittleren generator 62 ein zylindrisches Gehäuse 64 auf, in 40 Zwischenraum 97 erstrecken. Dieser Zwischenraum welchem mit Paßsitz ein Generatorkörper 70 unter- 97 wird durch die Generatorabdeckung 65 begrenzt, gebracht ist, der oben eine Deckwand 71 in Form welche auf das obere Ende der zylindrischen Gehäuseeiner kreisscheibe und unten eine Bodenwand 71 α wand 64 aufgeschraubt ist, wie bei 65 α angedeutet, in Form ebenfalls einer Kreisscheibe aufweist, wobei Die Druckluft wird über eine Luftleitung 98, die bei die Ränder dieser Wandungen gegenüber dem 45 99 in die Generatorabdeckung 65 eindringt, zuGehäuse 64 durch O-Ringe 63 abgedichtet sind. Der geführt. Die also in den Zwischenraum 97 eingeleitete Generatorkörper 70 erstreckt sich, wie aus F i g. 4 zu Druckluft strömt über Bohrungen 96 in die Kanäle 95 ersehen, über die gesamte Breite des Gehäuses 64, und dann über die Düsennuten 92 in die Rotorverjüngt sich jedoch gemäß F i g. 5 und bildet eine kammern 90, wo sie, wie bereits erwähnt, die Rotoren brückenartige Zwischenwand 72, welche an beiden 50 91 antreibt. Die verbrauchte Luft verläßt die Kam-Seiten befindliche Luftkammern 73 begrenzt. mern 90 über Auslässe 90 a, die zentral in Körpern

Die Brückenwand 72 ist mit zwei in horizontaler 83 und 85 angeordnet sind. Diese verbrauchte Luft

Richtung in Abstand befindlichen Bohrungen 82 und strömt dann durch die Kammern 73 und daraufhin

Seitenplatten 83 versehen, welche durch Schrauben durch eine Querleitung 100 in der Bodenplatte der

84 mit der Wand 72 verbunden sind. Zylindrische 55 Wandung 72 und weiter zu einem vertikalen Durch-

Bolzen 85 greifen in die Bohrungen 82 ein und sind gang 101, der in einen rohrförmigen Schaft 102 ein-

darin druckdicht mit Hilfe von O-Ringen abgedichtet, geformt ist, welcher sich vom Körper 70 aus nach

Die Innenenden der gegenüberliegenden Bolzen 85 unten erstreckt.

weisen untereinander einen Abstand auf, wobei in Der Schaft 102 ist dicht in das obere Ende des ent-

den Bohrungen 82 zwischen den Bolzen 85 mit Paß- 60 sprechenden Stabes 53 eingesetzt, und zwar in eine

sitz gehärtete Stahlringe 87 eingesetzt sind. Die zylin- rohrförmige Fassung 103, und fest mit dem Stab 53

drische Kammer 90 innerhalb jedes Ringes 87 enthält verschraubt durch die bei 104 angedeuteten Gewinde,

einen zylindrischen Trägheitsrotor 91 aus gehärtetem Der Schaft 102 ist so weit in die Gewinde 104 ein-

Stahl, mit einem Durchmesser, der geringfügig größer geschraubt, bis das obere Ende des Stabes 53 dicht

ist als der Radius des Innendurchmessers des Ringes 65 am Generatorkörper 70 anliegt (F i g. 4).

87 und mit einer geringfügig geringeren Breite als Die rohrförmige Fassung 103 setzt sich unterhalb

die Entfernung zwischen gegenüberliegenden Bolzen des Schaftes 102 als Bohrung 105 in Längsrichtung

85. Der Durchmesser der Rotoren, die relativen innerhalb des Stabes 53 fort, und es stellt ein bevor-

zugtes Merkmal der Erfindung dar, daß diese Bohrung 1Θ5 sich in Längsrichtung des Stabes bis zu einer Auslaßöffnung 106 fortsetzt, die sich in der mit dem Erdboden in Berührung kommenden Kupplungsfläche des Stabes befindet, also im Bereich des entgegengesetzten Stabendes, wo der Stab seinen Lockerungs-,Fluidisierungs-, Umwende- und Durchlüftungsvorgang für den Erdboden bewirkt.

Wie oben beschrieben, sind die Düsenrillen 92 so gerichtet, daß die gesamte in die Kammer 90 eintretende Druckluft im gleichen Drehsinn wirkt. Die aus den Rillen 92 austretenden Luftströmezirkulieren in den Kammern 90, beaufschlagen die Rotoren 91 und treiben diese damit in entsprechendem Richtungssinn an, derart, daß die Rotoren mit hoher Umlaufgeschwindigkeit eine Art von Planetenbewegung ausführen, wobei die Rotoren durch die inneren Oberflächen der Ringe 82 geführt sind. Die in die beiden Rotorkammern 90 eingeleitete Drucklufi od. dgl. bewirkt eine Planetenbewegung der beiden Trägheitsrotoren 91, deren jeder eine Zentrifugalkraft auf den entsprechenden Ring 87 ausübt. Die somit an den Ringen angreifenden Drehkraftvektoren werden auf den Körper 70 und schließlich auf die langgestreckten Stäbe 53 übertragen. Die Rotoren 91 sind automatisch derart synchronisiert, das sie miteinander in Phase umlaufen. Die Synchronisation ergibt sich daraus, daß die Rotoren durch den Generatorkörper 70 mit dem elastischen Vibrationsstab 53 miteinander gekoppelt sind, wobei der Stab mit seiner transversalen Resonanzfrequenz betrieben wird. Wenn die Trägheitsrotoren durch die Druckluft mit einer die Resonanzfrequenz des Stabes 53 bezüglich einer transversalen stehenden Resonanzwelle in Vibration versetzt werden, so beginnt der Stab als Folge der ursprünglichen Kraftein Wirkungen des Generators in seitlicher Richtung eine Vibrationsbewegung in Form stehender Wellen. Der am Ende des Stabes 53 befindliche Generatorkörper wird dann ebenfalls zwangläufig zu seitlichen Vibrationen der Frequenz der stehenden Wellen des Stabes 53 unterworfen. Damit beginnen sich die Rotoren 91 automatisch gegenseitig zu synchronisieren, indem sie bezüglich ihrer horizontalen Bewegungskomponenten stets miteinander in Phase sind. Wenn dann die beiden Rotoren zu immer besserer Phasengleichheit gelangen, so wird die stehende Welle im Stab 53 immer energiereicher und kräftiger. Dieser Vorgang verstärkt sich, bis der Stab 53 mit für die gegebene Eingangsleistung maximaler Amplitude schwingt und die Rotoren 51 dann vollständig synchronisiert sind.

Unter den beschriebenen Bedingungen einer Resonanzsynchronisation übt der vibrierende Generator 62 auf das Rückende des Stabes 53 eine alternierende Kraft aus, die seitlich gerichtet ist, d. h. sich in der Ebene der F i g. 2, 3 und 4 befindet, mit dem Erfolg, daß bei dieser Frequenz im Stab transversale stehende Vibrationswellen der Grundfrequenz erzeugt werden. Selbstverständlich ist es dabei notwendig, daß der auf den Vibrationsgenerator gegebene Luftdruck derart ist, daß die Trägheitsrotoren 91 mit gleicher oder zumindest ähnlicher Frequenz umlaufen. Wenn dieser Vorgang eingesetzt hat, tritt ein »Einrasteffekt« der Rotoren 91 auf, d. h. die Rotoren verbleiben synchron zueinander in der ein stabiles Gleichgewicht darstellenden Resonanzfrequenz.

Die in den Stäben 53 aufgebauten stehenden Wellen in Form der Grundwelle der transversalen Resonanzschwingung sind in den F i g. 1 und 3 mit w bezeichnet und entsprechen im wesentlichen 3/2 der Wellenlänge an jeder Seite der im wesentlichen festen Stabaufhängung 58. Geschwindigkeitsbäuche V (Gebiete großer Vibrationsamplitude) treten an den Enden des Stabes sowie an Punkten auf, die davon um eine Wellenlänge nach innen verschoben sind. Geichwindigkeitsknoten N (Gebiete von minimaler Vibrationsamplitude) treten dagegen am Mittelpunkt

ίο bzw. Befestigungspunkt des Stabes und an Punkten auf, die um ein Viertel einer Wellenlänge von den Enden des Stabes nach innen versetzt sind. Die Geschwindigkeitsbäuche am Generator 62 können bezüglich der Amplitude vermindert sein, da der Generator selbst als Ganzes eine Belastung in Form einer starren Masse darstellt. Selbstverständlich können auch transversale harmonische Oberschwingungen Anwendung finden, und zwar in Verbindung mit der Grundwelle oder allein.

Die transversale stehende Welle ist ein Produkt einer fortschreitenden Transversalwelle der elastischen Deformation in Fortpflanzungsrichtung nach unten entlang der Länge des Stabes vom Generatorausgang zum mit dem Erdreich in Berührung stehenden Stabe einerseits und anderseits einer reflektierten Welle der elastischen Deformation in Fortpflanzungsrichtung nach rückwärts. Bei der Frequenz für stehende Resonanzwellen interferieren die Vorwärtswellen mit den Reflexionswellen und löschen sich im wesentlichen an den Knoten aus, während sie sich an den Schwingungsbäuchen gegenseitig verstärken. Bei den Wellen handelt es sich um von elastischen Deformationen herrührende Schwingungen und können alselastische stehende Wellen bezeichnet werden.' Die Wellen stehen in Abhängigkeit von der jeweiligen Reflexion, und sie werden geschwächt, wenn Energie vom Stab nicht nur reflektiert, sondern abgestrahlt wird. Um eine brauchbare Arbeitsweise zu erhalten, muß ein Teil der Energie zwecks Bearbeitung des Bodens abgestrahlt werden und ein anderer Teil der Energie als reflektierte Welle im Stab verbleiben, um stehende Wellen aufrechtzuerhalten, wobei diese Beziehung das charakteristische Merkmal dieses Systems ist.

Die beschriebenen Generatoren geben selbstverständlich auch Komponenten der periodischen Kraftimpulse ab, die im Stab in Längsrichtung verlaufen. Da sich jedoch die Resonanzfrequenz für eine transversale Vibration wesentlich von der Resonanzfrequenz für longitudinal Schwingungen unterscheidet, wobei die transversale Vibration des Stabes durch Resonanz verstärkt wird und zu im wesentlichen seitlichen Bewegungen führt, während der Frequenzbereich für longitudinale Resonanz in einem wesentlieh anderen Bereich liegt und deshalb longitudinale Vibrationen nur in minimalem Ausmaß auftreten und für die hier interessierenden Zwecke vernachlässigt werden können. Bei bestimmten Arten von Bearbeitungswerkzeugen können jedoch longitudinale Vibrationen mit Erfolg verwendet werden, und ein gewisses Maß von longitudinaler Vibration kann auch bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5 von Vorteil sein, und zwar zum Einführen und Herausziehen des Werkzeugs in bzw. aus dem Boden.

Im Betrieb wird der Wagen 50 durch den nicht gezeichneten Traktor langsam nach vorn gezogen, wobei eine derartige Einstellung vorgenommen ist, daß das untere Ende der gekrümmten und abgeschrägten

709 708/95

Stäbe 53 mit gewünschter Eindringtiefe mit dem Boden in Berührung steht. Die Eindringtiefe kann nach Wunsch festgelegt werden, abhängig von der Bodenbeschaffenheit und anderen Faktoren, und ist üblicherweise vergleichbar mit der Eindringtiefe eines Pfluges oder eines anderen Kultivierungsgerätes, wie sie als bekannte Werkzeuge in der Landwirtschaft üblich sind. Es können jedoch auch größere und geringere Eindringtiefen als allgemein üblich bei 'der Erfindung Anwendung finden. Eine größere Tiefe wird teilweise durch die stabile Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, vor allem aber durch die Wirkung der elastischen Schwingungen, welche ein Eindringen der Stäbe erleichtern, den Boden lockern, in den fließfähigen Zustand versetzen und anheben bzw. umwenden. Während des Betriebs schneidet die Kante 53 α an der Spitze des Stabes in den Boden ein und bricht den zu bearbeitenden Teii auf. Eine benachbarte Fläche 53 ft an der Frontseite des in den Boden eindringenden Teils des Stabes, die als Wellenabstrahlfiäche und Kopplungsfläche dient, drückt gegen den davor befindlichen Erdboden.

Die nach vorn gerichtete Fläche 53 b des abgeschrägten Stabes 53, zum Zweck der Vorwärtsbewegung des Stabes durch den Boden, übt einen stetigen Hilfsdruck auf den Boden aus. Dieser Hilfsdruck wirkt sich vor allem in horizontaler Richtung aus, d. h. in der Richtung der Fortbewegung durch den Boden, weist jedoch auch eine Vektorkomponente in Richtung senkrecht zur Schrägfläche des Stabes auf. Die geneigte und nach vorwärts gerichtete Fläche des Stabes vibriert in seitlicher Richtung gemäß den elastischen stehenden Wellen und wie durch den Doppelpfeil d in F i g. 2 angedeutet. Die Richtung dieser Schwingungen verläuft somit in der Ebene der F i g. 2 und senkrecht zur Länge des abgeschrägten Stabes. Eine Komponente dieser Vibration jedoch verläuft in der Hauptrichtung des Hilfsdrucks, in anderen Worten horizontal. Somit ist der maximale Hilfsdruck horizontal gerichtet, mit einer Hauptkomponente senkrecht zum Stab, und die maximale Vibration ist ebenfalls senkrecht zum Stab, mit einer Hauptkomponente in Horizontalrichtung, parallel zur Hauptrichtung des Hilfsdruckes. In dem Bereich, in welchem der Hilfsdruck aufrechterhalten werden kann, d. h. dort, wo genügend Bodenwiderstand auftritt und der Boden nicht zerkrümelt, wird die nach vorn gerichtete Fläche des Stabes in beträchtlichem Ausmaß mit dem Boden gekoppelt und strahlt demgemäß einen beträchtlichen Betrag an Schwingungsenergie in den Boden. Dieser Bereich der akustischen Kopplung mit dem Boden kann bezüglich seines Ausmaßes sowie seiner relativen Fläche und Lage sich verändern, und zwar in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie etwa der Bodenbeschaffenheit, dem Hilfsdruck und der Richtung der am Boden angreifenden Oberfläche des Stabes. Im allgemeinen jedoch wird diese Änderung mit der geraden Neigungscharakteristik des Stabes nach der Ausführungsform von Fig. 1 bis 5 verlaufen, beginnend am untersten Ende des Stabes und sich um einen Betrag von mehreren Zentimetern nach oben im Stab erstreckend. Ein derartiges Gebiet von beträchtlicher akustischer Kopplung mit dem Erdboden ist in Fig. 2 bei α angedeutet und soll für eine bestimmte Bodenart Gültigkeit haben. Innerhalb dieses gezeichneten Gebietes α von angenommener guter bzw. beträchtlicher akustischer Kopplung wird der vibrierende Stab gegen den einen starken Widerstand leistenden Bereich s des zu kultivierenden Bodens gepreßt. Gemäß F i g. 2 muß angenommen werden, daß der Stab einer transversalen stehenden Vibration unterworfen ist, gemäß den Wellenbildnern von Fig. 1 und 3 sowie durch den Doppelpfeil d von F i g. 2, wobei die Vibrationsamplitude am Ende des Stabes in der Größenordnung von etwa 1 mm liegen kann. Innerhalb des akustisch gut gekoppelten Bereiches s, auf

ίο den ein beträchtlicher Hilfsdruck ausgeübt wird, kann der Erdboden zusammen mit der Kopplungsfläche des Stabes elastisch vibrieren, ohne daß an der Zwischenfläche eine Trennung des Materials auftritt. In diesem Gebiet guter akustischer Kopplung ist die Wellenreflexion vermindert, und es tritt eine starke Abstrahlung von Schwingungsenergie auf. Es wird jedoch eine genügende Wellenreflexion von der Unterseite des abgeschrägten Stabendes erhalten, wo praktisch keine akustische Kopplung mit dem Erd-

ao reich auftritt, und auch von dem Bereich der Stirnfläche des Stabes, die sich unmittelbar oberhalb des Bereiches α befindet und schließlich in manchen Fällen innerhalb des Bereiches α (wo gelegentlich oder auf Grund bestimmter Bodenarten Kavitation auftritt), mit dem Erfolg von starken stehenden Wellen im Pfahl. In dem Stabbereich direkt oberhalb des Bereiches α ist der Widerstand des Bodens vermindert und der Hilfsdruck auf den Boden demgemäß ebenfalls. Dies bedeutet eine Verminderung bzw. ein völliges Fehlen einer akustischen Kopplung. Die Kopplungsfläche des Stabes wird dann geringfügig während der Rückwärtsbewegung der periodischen Stabvibration vom Erdreich gelöst, und' es tritt eine geringfügige Kavitation auf, bei welcher der Erdboden nicht genügend elastisch zurückschwingt, um eine gute akustische Kopplung mit dem Stab aufrechtzuerhalten. Innerhalb des Kopplungsbereiches s wird eine Erdreichschicht vor der Kopplungsfläche des Stabes unter dem Einfluß der abgestrahlten Schwingungsvibration und der Vibration der unmittelbar anliegenden, akustisch gekoppelten Oberfläche beweglich werden, dazu neigen, in den fließfähigen Zustand überzugehen und sich seitlich vor der Kopplungsfläche zu verschieben, insbesondere aber auch an der Kopplungsfläche nach oben zu gleiten. Im Bereich c der Kavitation sind die Fließfähigkeit und das Wegfließen des Erdreichs verstärkt, und der Boden, wenn er nicht schon bereits innerhalb des Kopplungsbereiches s aufgelockert worden ist, wird dann in kleine Teilchen zerlegt, die sich relativ zueinander bewegen, gemäß ihrer Beweglichkeit, Teilchengrößen und/oder Impedanzen. Das Erdreich wird also sehr stark bearbeitet, gelockert, gewendet und erweicht sowie belüftet und erwärmt. Diese Effekte können entweder innerhalb oder direkt vor dem Bereich s wesentlicher akustischer Kopplung auftreten oder aber auch innerhalb des Kavitationsbereiches c, ja selbst in beiden Bereichen, und zwar in verschiedenen Ausmaßen gemäß den örtlichen Bodengegebenheiten und der Bodenbeschaffenheit. Üblicherweise werden diese Effekte bei Auftreten einer Kavitation verstärkt. In der Praxis tritt selbstverständlich keine scharf definierbare Grenze zwischen den Bereichen s wesentlicher akustischer Kopplung und c geringerer Kopplung, aber wesentlicher Kavitation auf. Der Vorgang ist vielmehr so,

- daß die Verminderung der Kopplung in Richtung des Stabes nach oben und das Einsetzen einer Kavi-

tation stetig fortschreiten, wobei die Kopplung mit Beginn und stetiger Vergrößerung der Kavitation stetig abnimmt. Der sich bemerkbar machende Effekt ist ein Aufbrechen des Bodens, ein Auflockern an Ort und Stelle, ein Versetzen in fließfähigen Zustand, ein Anheben und ein Umwenden des Erdbodens, zusammen mit weiteren wünschenswerten Effekten, wie etwa einer Durchlüftung und einer Aufheizung, wie bereits oben ausführlich beschrieben.

Die Impedanzanpassung zwischen der Kopplungsfläche des Stabes und derjenigen des Erdbodens ist von wesentlicher Bedeutung, und es können verschiedene Bedingungen erreicht werden. Unter der Annahme eines langen Stabes 53, der tief in das Erdreich eindringt, und beträchtlicher Bodenfestigkeit, beispielsweise eines steinigen Untergrunds (»hard pan«) od. dgl. in der vom Stabende erreichten Höhe, kann die Bodenimpedanz die Impedanz des Stabes an dessen unterem Ende (Geschwindigkeitsbauch) übersteigen. Dies wird jedoch in jedem gegebenen Fall von der Geometrie des Stabes und dessen Größe, der Antriebskraft bzw. Antriebsleistung und der Bodenart abhängen. Unter Annahme, daß die Impedanz des Bodens die Impedanz des Stabes an dessen Geschwindigkeitsbauch bzw. unterem Ende übersteigt, so wird die Impedanzanpassung stetig näher und näher in Richtung des Stabes nach oben werden. Die Gründe dafür sind, daß die Stabimpedanz in Richtung weg vom Geschwindigkeitsbauch und hin zum Geschwindigkeitsknoten stark ansteigt und daß die Bodenimpedanz um so mehr abnimmt, je mehr man sich der Oberfläche des Bodens nähert. Der letztere Effekt kann auf einem, mehreren oder allen der angeführten verschiedenen Gründe beruhen, nämlich daß die Weichheit des Bodens in Nähe der Bodenoberfläche am größten ist, daß in der Nähe der Oberfläche der Boden dem Hilfsdruck nicht mehr genügend Widerstand entgegensetzt, in größeren Tiefen größere Hilfsdrücke auftreten und der aus seiner ursprünglichen Lage gebrachte, einer Schwingungsbehandlung unterworfene, angehobene und umgewendete Boden bezüglich seiner Weichheit verbessert wird. An einer bestimmten Stelle oberhalb des Stabendes wird dann die Stabimpedanz sehr gut an die Bodenimpedanz angepaßt sein. Oberhalb dieses Stabpunktes jedoch wird dann die Stabimpedanz die Bodenimpedanz übertreffen. Bei geringerer Bearbeitungstiefe oder weicheren oder mehr lehmigen Böden bzw. beidem kann die Impedanz des Stabes an jeder Stelle die Impedanz des Bodens übertreffen, wobei dann der Grad der Impedanzanpassung progressiv vom unteren Stabende ausgehend nach oben immer geringer wird. Wie bereits erwähnt, muß jedoch die Stabimpedanz in allen Fällen genügend nahe der Bodenimpedanz sein, um sicherzustellen, daß eine noch genügende akustische Kopplung mit dem Boden auftritt und damit eine merkbare Schwingungsenergie vom Stab in den Boden übergeht. Dem Fachmann bereitet es nach diesen Ausführungen keinerlei Schwierigkeiten mehr, die gewünschte Ausgangsimpedanz am Ende des Stabes vorzusehen, derart, daß im gewünschten Gebiet eine Impedanzanpassung an den Boden erfolgt. Ein Vibrationsgenerator und ein Stab mit etwa den relativen Proportionen von F i g. 1 bis 5 wird eine geeignete Ausgangsimpedanz aufweisen, um den elastischen Stab zu Vibrationen zu erregen, wenn dieser akustisch mit dem Boden gekoppelt ist. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß das Zubehör für Generator und Stab nur geringen oder gar keinen Einfluß auf die Ausgangsimpedanz besitzt, die eine Funktion des Verhältnisses von Oszillationskraft zu Oszillationsge- § schwindigkeit am Kopplungsende des Stabes ist. Deshalb kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in verschiedenen Größen gebaut werden, ohne daß es erforderlich wäre, die Ausgangsimpedanz zu ändern. Die Änderung der Stabfrequenz, die sich mit den

ίο.· Abmessungen ändert, ist ein nur geringer Faktor, Es ist somit offensichtlich, daß bezüglich der Ausgangsimpedanz keine kritischen Größen oder Amessungen für die Vorrichtung nach den F i g. 1 bis 5 erforderlich ist.

^X5 Die obigen Ausführungen zeigen außerdem, daß die Erfindung, insbesondere bei Böden mit ursprünglich relativ hoher akustischer Impedanz, zu einer Verminderung der akustischen Impedanz des Bodens führt. Es ist nun offensichtlich, daß ein Boden mit

ao niedriger akustischer Impedanz wesentlich besser für landwirtschaftliche Zwecke geeignet ist als ein Boden mit relativ hoher akustischer Impedanz.

In den F i g. 6 bis 12 ist eine verbesserte Ausführungform der Erfindung dargestellt, und zwar in An-

^a5 wendung auf einen modernen Pflug mit Streichblech. Viele Einzelheiten dieses Pflugs können übliche Teile sein und sind deshalb nicht gezeichnet und nicht im einzelnen beschrieben. Der Pflug ist im ganzen mit 120 bezeichnet und weist einen Rahmen 121 auf, der mittels einer geeigneten Anhängerkupplung 122 an einem teilweise gezeichneten Traktor T befestigt ist, dessen Hinterräder in F i g. 6 mit 124 bezeichnet sind. Die Oberfläche des Erdbodens ist mit 125 bezeichnet, und in diesen Boden dringen zwei übliche Pflugscharen 126 ein, die mit üblichen Streichblenden 127' versehen sind. Die Pflugscharen 126 sind an Rumpfstücken 128 (Fig. 12) befestigt, welche an Stegen 129 sitzen, die ihrerseits an den unteren Enden von Schenkeln bzw. Schienen 130 aus hoch- elastischem Material, etwa aus Stahl, befestigt sind. Die Vorderenden bzw. Spitzen der Pflugscharen sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie an einem bestimmten Punkt unter Bilden eines scharfen Winkels konvergieren, wie am besten aus F i g. 12 hervorgeht, so daß sie im spitzen Bereich nahezu parallele Seitenflächen aufweisen. Die Pflugscharen sind außerdem im wesentlichen konkav gekrümmt, und zwar ausgehend von der Spitze und der vorderen unteren Schneidkante 126 a aus nach oben. Die Streichbleche 127 sind in üblicher Weise etwas verdrillt, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Die elastischen Schenkel bzw. Schienen 130 erstrecken sich schräg nach unten und nach vorn bis zu den Pflugscharen, und zwar mit einem Winkel, der bei dem typischen Beispiel nach den F i g. 6 bis 12 etwa in der Größenordnung von 45° liegt. Die Größe dieses Winkels ist jedoch nicht von Bedeutung. Die Schienen 130 haben vorzugsweise die Form von flachen, langgestreckten Platte'* rechteckigen Querschnitts, wobei ihre Seitenflächen in vertikalen Ebenen liegen, und zwar in Längsrichtung des Pflugs, womit eine beträchtliche elastische Steifheit gegenüber seitlichen Biegungen in der vertikalen Ebene erreicht wird.

Bei dem gezeichneten einfachen Pflug sind zwei Pflugscharen 126 vorgesehen, und zwar eine hinter der anderen mit seitlicher Versetzung, wie es üblich ist.

Der spezielle hier gezeigte Rahmen weist zwei

longitudinal Rahmenschienen 131 und 132 aus Stahl auf.

Die Schiene 131 besteht aus einem rückseitigen Haupt- oder Längsteil 131a, einem Querteil 131 b und einem kurzen, sich nach vorn bzw. in Längsrichtung erstreckenden Teil 131c. Die Schiene 132 besteht aus einem kurzen hinteren Teil 132 a in der Nähe und mit Abstand von dem Rückende des Schienenteils 131a, einem Diagonalteil 132 b, der sich quer über die Rahmenbreite vom Teil 132a aus erstreckt, und einem Teil 132 c, das vom Teil 132 b nach vorn abgeht und am Rahmenteil 131 c anliegt.

Eine Abstandhalterplatte 133 mit einer Dicke entsprechend derjenigen des Schenkels 130 ist zwischen den Schienenteilen 131a und 132a angeordnet, zu dem Zweck, einen Schlitz 133 a zwischen den hinteren Enden der Körper 131 α und 132α (Fig. 7) zu bilden. Zwei im wesentlichen dreieckige Montierplatten 134 und 135 liegen an den Außenoberflächen der Körper 131a und 132 a an. Die Körper 131a, 132 a, 134 und 135 werden durch Bolzen 136 zusammengehalten.

Auf ähnliche Weise sind zwei im wesentlichen dreieckige Montierplatten 138 und 139, weiche exakt den Platten 134 und 135 entsprechen, mit Abstand untereinander am Rückteil des Rahmenteils 132 c¹ angebracht, wobei die Platte 139 an letzterem angreift. Diese Platten sind voneinander durch eine Abstandhalterplatte 140 getrennt, wobei der Abstand gleich der Dicke des Pflugschenkels 130 ist. Die Anordnung wird durch Bolzen 141 zusammengehalten. Die Abstandhalterplatte 140 bezweckt, einen Schlitz 142 zwischen den Rückteilen der Platten 138 und 139 zu bilden.

Die Montierplatten 138 und 139 haben nach unten und nach hinten vorstehende Ösenflansche 144, die zwischen sich den Mittelteil der vorderen Pflugschiene 133 aufnehmen, wobei die Pflugschiene durch einen Stift 145 an den Platten 138 und 139 befestigt ist. wobei der Stift 145 die Ösen 144 und die Schiene 130 durchsetzt. Ein federnder Gummipuffer 147 ist im Schlitz 142 untergebracht und darin befestigt und ist derart geformt, daß er an zwei Stufen oder Anschlägen 148 und 149 der Schiene 130 angreift. Der Zweck dieses Puffers ist, eine Drehbewegung der Schiene 130 um den Befestigungsstift 145 zu verhindern bzw. zu begrenzen.

Eine ähnliche Anordnung ist zur Befestigung der hinteren Pflugschiene 130 an den Montierplatten 134 und 135 gewählt.

Die oberen Enden der Pflugschienen 130 sind mit T-förmigen Köpfen 150 versehen, an welchen Oszillatoren bzw. Vibrationsgeneratoren 152 befestigt sind, welche über Wellen 153 mit Universalgelenken 154 durch hydraulische Motoren 155 angetrieben werden, welche auf der Plattform 156 sitzen, welche mittels der Plattenpaare 134, 135 bzw. 138, 139 gelagert sind. Der Oszillator 152 und der hydraulische Motor 155 sind vorzugsweise durch Verstrebungen 157 verbunden. Die hydraulischen Motoren sind mit Zuführungs- und Rückführleitungen 158 und 159 für ein Druckfluid versehen, die von einer geeigneten Pruckluftquelle und einem Kessel herführen, wobei die auf den Traktor befindliche Druckluftquelle nicht gezeichnet ist.

Der Pflug wird durch geeignet gelagerte Räder 160 und 161 sowie ein Hinterrad 162 sowie weitere übliche Zubehörteile vervollständigt, deren Beschreibung hier nicht erforderlich ist.

Vom Oszillator wird eine Wechselkraft auf das obere Ende des Schenkels 130 übertragen, der die Pflugschar 126 an seinem unteren Ende trägt. Eine Komponente dieser Wechselkraft ist entlang der langen Achse des Schenkels 130 gerichtet, und eine weitere Komponente weist eine Richtung quer zum Schenkel auf. Wie bereits dargelegt, ist der Schenkel

ι» 130 im wesentlichen an seinem Mittelpunkt an einem festen Lagerstift 145 befestigt, so daß der Schenkel 130 in der Mitte im wesentlichen ortsfest ist. Dabei verbleibt aber dem Schenkel ein Freiheitsgrad für elastische Verlängerungen und Kontraktionen in seinen beiden Hälften oberhalb und unterhalb des Lagerstiftes 145. Außerdem kann der Schenkel 130 elastische seitliche Biegeschwingungen ausführen.

Gemäß einer ersten, bevorzugten Betriebsweise wird der Vibrationsgenerator 152 durch den hydraulischen Motor 155 mit einer Umdrehungszahl pro Sekunde angetrieben, welche der Grundfrequenz einer longitudinalen stehenden Welle bei einem sogenannten frei schwingenden Stab entspricht, um eine stehende Welle entsprechend der halben Wellenlänge

²S zu erhalten, wie in F i g. 9 durch die stehende Welle si angedeutet ist. Die kritische Frequenz für eine longitudinale stehende Welle mit halber Wellenlänge

entspricht - , wobei S die Fortpflanzungsgeschwin-

digkeit der Schwingung in dem Material des Schenkels bzw. des Stabes ist und L seiner Länge entspricht. Bei einer solchen stehenden Welle mit halber Wellenlänge dehnen sich das obere und das untere Halbteil des Stabes abwechselnd aus und ziehen sich wieder zusammen, und zwar mit der Frequenz des Schwingungsgenerators. Bei einer Stablänge in der Größenordnung von etwa 180 cm liegt dann die Resonanzfrequenz in der Größenordnung von etwa über 1000 Hz.

Die Pflugschar am unteren Ende des Stabes 130 ist demgemäß Vibrationsschwingungen einer Frequenz unterworfen, die, als Beispiel, geringfügig über 1000 Hz liegt, die Amplitude der Vibration der Pflugschar liegt dabei etwa in der Größenordnung von 1 mm.

Der hier beispielsweise beschriebene Schwingungsgenerator 152 übt auf das obere Ende des Stabes 130 nicht nur eine in Längsrichtung des Stabes gerichtete Schwingkraft aus, sondern auch eine Schwingkraft quer zur Längsrichtung des Stabes. Die Resonanzfrequenz für einen Betrieb mit stehenden Wellen in Querrichtung unterscheidet sich jedoch im allgemeinen beträchtlich von der Resonanzfrequenz für longitudinale stehende Wellen, so daß bezüglich der Querschwingungen kein Resonanzfall eintritt. Unter diesen Umständen tritt zwar eine gewisse Quervibration im Stab auf, sie ist jedoch minimal und kann vernachlässigt werden. Gewünschtenfalls kann jedoch selbstverständlich am Ende des Stabes 130 auch ein Schwingungsgenerator angebracht werden, der ausschließlich eine Wechselkraft in Längsrichtung des Stabes erzeugt, womit überhaupt keine Querschwingungen im Stab auftreten. Selbstverständlich ist auch der umgekehrte Fall möglich. Ein Beispiel für einen Generator, der die Erzeugung von Querkomponenten der Vibration vollständig vermeidet, ist der Generator 50 von F i g. 7 bis 9 des USA.-Patents 3 030 715 des Erfinders.

Für den Fall, daß ein Betrieb des Pflugs mit stehenden Transversalwellen gewünscht ist, wird der Generator 152 einfach mit einer Frequenz betrieben, die der fundamentalen Resonanzfrequenz der Querschwingungen entspricht, an Stelle der fundamentalen Resonanzfrequenz für Longitudinalschwingungen. In dem Stab bzw. dem Schenkel 130 des Pflugs von F i g. 6 bis 12 können Querschwingungen entsprechend einer stehenden Welle mit einer vollständigen oder einer halben Wellenlänge einfach dadurch erzeugt werden, daß der Generator 152 mit der für diese Wellen erforderlichen höheren Frequenz angetrieben wird. Damit ist dann selbstverständlich die longitudinale Vibration bezüglich der Amplitude und der Leistung beträchtlich vermindert, da die An-' regung außerhalb der longitudinalen Resonanzfrequenz erfolgt.

Bei Auftreten einer transversalen stehenden Welle in den Stäben 130 werden die Pflugscharen im allgemeinen mehr oder weniger als Ganzes schwingen, und zwar in einer Richtung senkrecht zur Ebene von Fig. 9.

Der sich vorwärts bewegende Traktor T führt zu einer Hilfskraft, die horizontal nach vorwärts von der Pflugschar auf das Erdreich ausgeübt wird. Die Vibration der Pflugschar erfolgt in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Stabes 130. Wie bereits weiter oben erläutert, sind die die Eindringspitze der Pflugschar bildenden Flächen nahezu parallel zur Richtung der Hilfskraft, womit in diesem Bereich zumindest die Tendenz für niedrige akustische Kopplung und geringe Kavitation auftritt. Auch die Kopplungswirkung entlang bzw. benachbart der untersten Kante 126« der Pflugschar kann so gering sein, dai3 ein bestimmtes Maß an Kavitation auftritt. Oberhalb der Kante 126a, d.h. in dem Bereich, in welchen die Pflugschar aus der Horizontalen in die Vertikale übergeht und sich der Normalen zur Richtung der Hilfskraft nähert, wird die Kopplung fortschreitend besser. Schließlich nimmt jedoch die Kopplung wieder ab, und bei Annäherung an die Oberfläche des Bodens kann wiederum eine gemäßigte Kavitation auftreten, wie ebenfalls oben bereits ausführlich erklärt.

Im Fall einer longitudinalen stehenden Welle in den Stäben 130, etwa entsprechend dem Diagramm si von F i g. 9, wird die Pflugschar in einer Richtung längs der Länge der Stäbe vibrieren und deshalb entlang einer Diagonalen, die einen wesentlichen Winkel mit der Vertikalen einschließt. Die Pflugschar hat also eine Komponente vertikaler Vibration und eine Komponente horizontaler Vibration. Die Verhältnisse bezüglich der Hilfskraft sind bei der Pflugschar genau die gleichen wie im Fall der im vorigen Absatz beschriebenen Transversal vibrationen. Auf Grund dieser besonderen Verteilung der Hilfskraft ergeben sich auch hier eine verminderte akustische Kopplung und eine mäßige Kavitation an der Spitze der Pflugschar und in manchen Fällen auch, wenn auch in begrenztem Ausmaß, knapp oberhalb der Unterkante 126 a. In dem Bereich darüber jedoch, in welchem die gekrümmte Pflugscharfläche steil ansteigt und von der Parallelität mit der Hilfskraft abgeht und wo außerdem noch eine solche Entfernung von der Oberfläche des Bodens besteht, daß das Erdreich die Hilfskraft aufnehmen kann, tritt jedoch eine gute akustische Kopplung zwischen der Pflugscharfläche und dem Erdboden auf, wobei die Horizontalkomponente der Vibration der Pflugschar zu einer starken Schwingungsabstrahlung in das Erdreich führt. In einem noch höheren Bereich der Pflugschar kann die Hilfskraft vom Erdreich nicht mehr aufgenommen werden, und es tritt deshalb Kavitation auf mit den oben beschriebenen Folgen. Damit wird eine gründliche Schwingungsbearbeitung des Erdreichs erzielt, wie ebenfalls oben bereits erläutert. F i g. 9 zeigt ein nicht unbedingt erforderliches, aber bevorzugtes Merkmal der Erfindung, das bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 12 oder aber auch bei jeder anderen Ausführungsform der Erfindung angewendet werden kann. Dieses Merkmal besteht aus einer Leitung 195, die unmittelbar hinter dem Schenkel 130 der Pflugschar angebracht ist. Die Leitung 195 wird durch eine Klammer 196 festgehalten, die am Ösenflansch 144 befestigt ist. Der Zweck der Leitung 195 ist, eine Flüssigkeit nach unten in den Boden zu führen, und zwar im Bereich der Pflugschar. Die Leitung 195 wird durch eine Leitung 197 gespeist, die von einer nicht gezeichneten Flüssigkeitsquelle herführt. Eine derartige Leitung kann für die verschiedensten Zwecke Anwendung finden, beispielsweise für die Einführung von flüssi-

²S gem Düngemittel oder Chemikalien in das Erdreich oder auch zur Injektion von den bodenverfestigenden Chemikalien. In manchen Fällen kann so vorgegangen werden, daß der Boden gepflügt und zugleich mit einer den Boden verfestigenden Chemikalie versetzt und vermischt wird, womit auf einfache und billige Weise eine Landefläche für Flugzeuge, ein Parkplatz für Autos u. dgl. hergestellt wird.

In den Fig. 13 bis 15 ist eine Abwandlungsform des Pfluges von F i g. 6 bis 12 in Ausschnitten dargestellt. Dabei kann der Pflugrahmen, der im Ganzen mit 200 bezeichnet ist, im wesentlichen demjenigen nach den F i g. 6 bis 12 entsprechen. Der Rahmen enthält eine sich in Längsrichtung erstreckende Schiene 201. Eine Pflugschar 202, die im wesentliehen der oben beschriebenen Pflugschar 126 entspricht und ein Streichblech 203 aufweist, ist über ein Rumpfstück 204 an einem Steg 205 befestigt, der seinerseits am unteren Ende eines elastischen Stabes bzw. Schenkels 206 befestigt ist, wobei der Stab 206 vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt (F i g. 19) aufweist. Der Stab 206 ist oberhalb seines unteren Endes (an einem Knoten der transversalen stehenden Wellen, wie später erläutert) an einem Lagerstift 208 schwenkbar befestigt, der zwischen zwei in der Horizontalen getrennten, vertikal angeordneten Befestigungsplatten 209 und 210, die am Rahmen 201 befestigt sind, angeordnet und durch diese getragen ist.

Der Stab bzw. Schenkel 206 erstreckt sich teilweise zwischen den Platten 209 und 210, die hinter dem Stab 206 durch eine Abstandhalterplatte 212 voneinander in Abstand gehalten sind, wobei der Abstand genügend groß gewählt ist, um eine freie Vibrationsbewegung des Schenkels 206 in einer transversalen Ebene, d. h. parallel zu den Platten 209 und 210 zu ermöglichen. Die Längsachse des derart befestigten und angeordneten Schenkels 206 erstreckt sich von der am unteren Ende befindlichen Pflugschar 202 aus nach oben und etwas nach hinten, und zwar bis zu einer Höhe von etwa 1 m (einigen Fuß) oberhalb des Rahmens 201, wie später nochmals erläutert. Der Winkel des Schenkels 206 zur Vertikalen beträgt bei dem in den F i g. 7 bis 19 dargestellten Ausführungs-

709 708/95

beispiel etwa 10°, jedoch stellt diese Neigung keinen kritischen Wert dar und kann geringer oder auch beträchtlich größer sein.

Der Schenkel 206 ist in seiner gezeichneten Betriebsstellung gegen eine Drehung um den Lagerzapfen 208 in Richtung des Uhrzeigers federnd abgesichert, für den Fall, daß die Pflugschar auf einen besonderen Bodenwiderstand, einen großen Stein oder einen unbeweglichen Felsbrocken auftrifft. Zu diesem Zweck ist die Hinterseite des Schenkels 206 mit einer sich nach oben öffnenden Einkerbung 214 versehen, in welche ein Bolzen 215 (F i g. 15 a) eingreift, welcher an einem Arm 216 sitzt, der drehbar bei 217 an der Lagerplatte 209 befestigt ist. Der Arm 216 wird in seiner normalen untersten Stellung gegen einen Anschlagstift 218 an der Platte 209 federnd festgehalten, und zwar mittels einer Schraubenfeder 219, die zwischen dem Mittelpunkt des Arms 216 und einem Ankerstift 220 an der Platte 209 eingespannt ist. Der vom Arm 216 getragene Bolzen 215 erstreckt sich seitlich durch einen vertikalen Längsschlitz 222 in der Platte 209, um so stets die Kerbe 214 des Schenkels 206 zu überlagern. Wie erwähnt, befinden sich die beschriebenen Einzelteile üblicherweise in der Stellung von Fig. 13, wobei in dieser Stellung die Feder 219 den Bolzen 215 nach unten in die Kerbe 214 der Rückseite des Schenkels 206 preßt. Im Fall eines wesentlichen Gegendruckes des Erdbodens gegen die sich nach vorn bewegende Pflugschar 202 kann ein Rückstoß einer solchen Größe auftreten, daß eine bestimmte, federnde Nachgiebigkeit wünschenswert ist. In diesem Fall wird dann der Schenkel 206 in Richtung des Uhrzeigers um eine kurze Entfernung verschwenkt, wobei die Kerbe 214 den Bolzen 215 und den Arm 216 um ein kurzes Stück gegen die Kraft der Feder 219 verschwenkt. Der steigende Widerstand der Feder 219 gegen das Anheben des Arms 216 zusammen mit der Tatsache, daß die Pflugschar normalerweise nur momentan derart starken Belastungen ausgesetzt wird, führt dazu, daß in den meisten Fällen der Schenkel 206 dann sofort wieder in die ursprüngliche Stellung von F i g. 13 zurückschwenkt. Wenn jedoch die Pflugschar mit einem großen oder völlig unbeweglichen Felsbrocken in Eingriff kommt, so kann der Schenkel 206 um einen noch größeren Winkel im Uhrzeigersinn verschwenken, und zwar bis der Bolzen 215 außer Eingriff kömmt. Die Rückseite der Kerbe 214 ist deshalb so geformt, daß dann, wenn der Schenkel 206 sehr stark in Uhrzeigerrichtung verschwenkt, der Bolzen 215 nach oben und aus der Kerbe 214 herausgedrückt wird, womit dann der Schenkel 206 freigegeben ist und um einen beträchtlichen Winkel verschwenken kann, wobei der Verschwenkwinkel so groß ist, daß durch den Pflug alle denkbaren Hindernisse überwunden werden können.

In dem Schenkel 206 wird eine transversale stehende Welle erzeugt, wie sie durch das Diagramm st in F i g. 13 gezeigt ist. Ein Teil des Schenkels 206 ist dabei in F i g. 13 weggebrochen, und es ist selbstverständlich, daß die erforderliche Schenkellänge in weiten Grenzen wählbar ist, so weitgehend als sichergestellt ist, daß die stehende Welle einen Schwingungsbauch am Bodenende und einen weiteren Schwingungsbauch am oberen Ende bei Betriebsfrequenz aufweist. Die einzige grundsätzliche Forderung ist also, daß der Schenkel mit einer derartigen Querschwingungsfrequenz angetrieben wird, daß ein Geschwindigkeitsbauch an jedem Schenkelende und ein Geschwindigkeitsknoten in seiner Mitte entsteht.

Zum Erzeugen der stehenden Welle im Schenkel 206 ist ein Schwingungsgenerator 220 a vorgesehen, der in diesem Fall am unteren Ende des Schenkels 206 befestigt ist. Beispielsweise kann der Generator 220 a den gleichen Aufbau haben wie der Generator 102 nach den F i g. 6 bis 12 und wird durch eine Welle 221 und ein Universalgelenk 222 a von einem hydraulischen Motor 223 angetrieben, der im wesentlichen dem hydraulischen Motor 155 von F i g. 9 entspricht.

Wie aus den Fig. 13 und 14 zu ersehen, sind der

'5 Generator 220 a und der Motor 223 am Schenkel 206 so befestigt, daß sich ihre Achsen in Längsrichtung des Schenkels 206 erstrecken, wobei der Generator 220 a am unteren Teil und der Motor 223 am oberen Teil des Schenkels angeordnet ist. Der hydraulische Motor 223 ist mit hydraulischen Zuführ- und Rückführleitungen 234 bzw. 235 versehen, die zu einer Speisequelle für Druckfluid bzw. zu einem Rücklaufreservoir führen. Die Speisequelle für das Druckfluid ist selbstverständlich steuerbar, so daß die Drehzahl des Motors 223 und damit die Ausgangsfrequenz des Vibrationsgenerators geregelt werden können.

Aus den obigen Erläuterungen über den Aufbau des Generators 152 ergibt sich, daß auch der Generator 220 α eine Wechselkraft auf das untere Ende des Schenkels 206 überträgt, wobei eine Kraftkomponente senkrecht zur Ebene der Fig. 13 und die andere Komponente in der Ebene von Fig. 13 und senkrecht zur Längsachse des Schenkels liegt. Der Generator 220a wird durch Regulieren der Zuführung an hydraulischem Fluid zum Motor 223 derart betrieben, daß er eine Frequenz entsprechend der Resonanzfrequenz des Schenkels 206 bezüglich transversaler stehender Wellen aufweist, wie das Diagramm in Fig. 13 bei st andeutet. Ein Merkmal der stehenden Wellen ist, daß sich ein Schwingungsknoten N der stehenden Welle in Höhe des Lagerstiftes 208 für den Schenkel 206 befindet, und ein Schwingungsbauch V am Befestigungspunkt des Generators 220 a am Schekel 206. Die in der Ebene von Fig. 13 liegende Komponente der vom Generator 220 a auf den Schenkel 206 übertragenen Wechselkraft ruft dann im Schenkel eine stehende Resonanzwelle hervor, wie sie bei st dargestellt ist. Die senkrecht zur Ebene von F i g. 17 liegende Komponente der vom Generator 220 a abgegebenen Kraft weist dann eine Frequenz auf, die infolge des rechteckigen Querschnitts des Schenkels weit außerhalb der Resonanzfrequenz für seitliche Biegeschwingungen liegt, so daß diese Kraftkomponente nur einen vernachlässigbaren Anteil an transversalen Schwingungen in Richtung senkrecht zum Schenkel 206 hervorzurufen vermag.

Der Betrieb der Vorrichtung nach den F i g. 13 bis 15 a entspricht im wesentlichen demjenigen nas.n dem Ausführungsbeispiel der F i g. 9 bis 12, wenn der Generator mit einer Frequenz betrieben wird, die transversale Wellen im Schenkel erzeugen.

Die Fig. 16 bis 20 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar in Anwendung auf einen Tellerpflug bzw. eine Scheibenegge. Mit 250 ist ein Rahmen bezeichnet, der trapezförmig

( ausgebildet ist. Der Rahmen besteht aus einer kurzen und einer langen äußeren Längsschiene 251 bzw. 252

in Form von Winkeleisen sowie schräg verlaufenden hinteren und vorderen Verbindungsschienen 254 und 255, die ebenfalls Winkeleisen sind. Außerdem weist der Rahmen 250 eine Quertraverse 258 in Form eines Winkeleisens auf, welche die Längsschienen 251 und 252 miteinander verbindet. Außerdem können zusätzliche Verstrebungen vorgesehen sein, um einen verwindungssteifen Rahmen zu erhalten, wobei die Erläuterung von Einzelheiten nicht erforderlich ist, da diese Maßnahmen jedem Fachmann bekannt sind.

An der Vorderschiene 254 ist eine Anhängerkupplung 260 vorgesehen, die schwenkbar mit einer Schleppstange 261 eines nicht gezeigten Traktors verbunden ist. Der gesamte Rahmen läuft auf Rädern 264, die drehbar auf geeigneten Achsen eines Fahrgestells 266 sitzen, wobei das Fahrgestell schwenkbar bei 267 an Bügeln 268 angelenkt ist, welche an der Rahmentraverse 258 befestigt sind und von dieser abstehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Drehlagerung bei 267 eine Welle 270 auf, die in den Bügeln 268 gelagert und fest mit dem Fahrgestell 266 verbunden ist. Die Welle 270 trägt einen Arm 271, an welchem bei 271 α eine Kolbenwelle 272 angelenkt ist, welche von einem nichtgezeichneten Kolben absteht, der in einem hydraulischen Zylinder 274 untergebracht ist, der bei 275 an einem Bügel 276 schwenkbar angelenkt ist, wobei der Bügel 276 an der vorderen Rahmenschiene 254 sitzt. Es ist offensichtlich, daß durch eine hydraulische Hebevorrichtung das Fahrgestell 266 und der Arm 271 in Art eines Winkelhebels um den Zapfen 267 verschwenkbar sind, zum Zweck des Anhebens und Absenkens der Räder 264. Somit können Räder so weit abgesenkt werden, daß sie dem Hauptrahmen genügend Bodenfreiheit geben, derart, daß sich die Pflugteller vom Erdboden abheben. Andererseits können die Räder relativ zum Rahmen 250 so weit angehoben werden, daß der gewünschte Eingriff der Pflugteller in den Boden erreicht wird. Für den hydraulischen Hebevorgang sind der Zylinder 274 sowie die hydraulischen Leitungen 278 und 279 vorgesehen, wobei letztere über geeignete Steuerventile zu einer Druckluftquelle und einem Rücklaufreservoir führen, womit der Pflug bzw. die Egge wunschgemäß angehoben bzw. gesenkt werden kann.

Eine Vielzahl von vorzugsweise konkaven Scheiben 280 sind mit axialem Abstand zueinander an an zwei horizontalen Wellen 281 und 282 angebracht, die aus elastischem Material, etwa Stahl, bestehen. Die Welle 281 befindet sich unmittelbar hinter und unter der vorderen Rahmenschiene 254 und die Welle 282 unmittelbar vor und unter der hinteren Rahmenschiene 255. Die Wellen 281 und 282 sind zum Zweck der Gewichtsersparnis vorzugsweise hohl, wie in Fi g. 20 gezeigt. Die Scheiben 280 sind an den Wellen 281 und 282 in üblicher Weise befestigt."

Beim Betrieb dieser Scheibenegge werden transversale stehende Wellen in den Wellen 281 und 282 erzeugt, wie für die Welle 282 durch das Diagramm st' in Fi g. 19 angedeutet. Die stehende Querwelle st' entspricht in diesem Fall einer vollen Wellenlänge, mit Geschwindigkeitsbäuchen V an den beiden Enden, einem Geschwindigkeitsbauch V in der Mitte und mit Schwingungsknoten N an Stellen, die um eine Viertelwellenlänge von den beiden Enden entfernt sind. Die Knotenpunkte sind wiederum geeignete Stellen zum Befestigen der Welle 282 am Rahmen, und zu diesem Zweck sind Hängelager 285 an der vorderen und an der hinteren Rahmenschiene 254 bzw. 255 befestigt, in welchen die Wellen 281 und 282 an den beschriebenen Knotenpunkten gelagert sind.

Die gewünschten stehenden Querwellen in den Rohren bzw. Wellen 281 und 282 können dadurch hervorgerufen werden, daß den Wellen an irgendeinem der Geschwindigkeitsbäuche der Welle, einschließlich des Endpunktes V Vibrationen aufgeprägt werden. Vorzugsweise jedoch, und dies ist auch in der Zeichnung dargestellt, werden die Vibrationen den Wellen 281 und 282 an den Geschwindigkeitsbauchen V in der Mitte der Wellen 281 und 282 aufgeprägt. Zu diesem Zweck umgibt jede der beiden Wellen 281 und 282 im Mittelbereich ein axial ortsfestes Ringlager 290, das sich an einem Ausleger 291 befindet, welcher sich von der Unterseite der Befestigungsplatte 292 aus nach unten erstreckt und an dieser befestigt ist. Außerdem ist an der Befestigungsplatte 292, und zwar direkt oberhalb des Auslegers 291, ein Vibrationsgenerator 294 befestigt. Dieser Vibrationsgenerator weist wiederum beispielsweise den gleichen Aufbau auf wie der Generator 152 nach den F i g. 6 bis 12. Somit wird also der Generator 294 durch eine Welle 295 und Universalgelenke 296 von einem hydraulischen Motor 297 beirieben, der am entgegengesetzten Ende der Befestigungsplatte 292 sitzt. Letztere ist am Motorende durch Gummilager 298 gegen ein Sims 299 abgestützt, das von der entsprechenden Rahmenscheibe 254 bzw. 255 absteht. Der hydraulische Motor 297 wird über eine Zuführungsleitung 300 mit Druckluft versorgt und gibt das verbrauchte Druckfluid durch die Rücklaufleitung 301 wieder ab, wobei diese Leitungen mit einer geeigneten Druckluftquelle und einem Rücklaufreservoir verbunden sind, welche sich auf dem nicht gezeigten Traktor befinden.

Der hydraulische Motor 297 wird mit einer Geschwindigkeit angetrieben, welche genügt, um den Schwingungsvibrator 294 zu Schwingungen einer Frequenz zu erregen, welche der Resonanzfrequenz der Welle 282 bzw. der Welle 281 entspricht, womit stehende Resonanz/wellen in der Welle 282 entstehen, beispielsweise in Querrichtung, wie durch das Wellendiagramm st' in F i g. 19 dargestellt ist. Wie bei den Pflugvibratoren bereits beschrieben, gibt der Vibrator 294 eine Wechselkraft auf das Ende der Befestigungsplatte 292 und damit auf das obere Ende des Auslegers 291, welcher seinerseits die Vibration über, den Arm 291 und das Ringlager 290 auf den Mittelbereich der Welle 282, d. h. auf den Bereich des Schwingungsbauches V übermittelt. Die

5£ vom Schwingungsgenerator abgehende Wechselkraft weist Komponenten in zwei zueinander senkrechten Richtungen auf. Diese beiden Komponenten befinden sich in sogenannter Quadratur, d. h. sind um 90° gegeneinander phasenverschoben. In anderen Worten, die eine Komponente entspricht der Maximalamplitude, und die andere befindet sich dann um eine Viertelschwingung von dieser entfernt. Der Gesamteffekt äußert sich in einem resultierenden Kraftvektor auf die Welle 282, die sich konstant um

⁶S ihre longitudinal Achse dreht. Zugleich aber ist darauf hinzuweisen, daß dieser Drehkraftvektor die Resultierende von zwei Komponenten einer Oszillationskraft darstellt, welche miteinander einen rech-

ten Winkel einschließen und an der Welle 282 angreifen, eine Komponente entlang einer Vertikalachse, jedoch mit einer Phasenverschiebung von 90°. Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung können Schwingungsgeneratoren Anwendung finden, deren Schwingungsausgangskräfte nur entlang einer einzigen Richtung verlaufen, wobei dann diese Schwingungskräfte an der Welle 282 nur in vertikaler Richtung oder nur in horizontaler Richtung angreifen und zu stehenden Querwellen führen, die entweder nur in der vertikalen Ebene oder nur in der horizontalen Ebene verlaufen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch finden beide Komponenten Anwendung, was zu einer rotierenden stehenden Querwelle führt, wie nachfolgend im einzelnen erläutert.

Die Rotationskraft, d. h. , der rotierende Kraftvektor, welche in dem Vibrationsgenerator 294 erzeugt und der Welle 282 im wesentlichen in der Mitte aufgeprägt wird, weist eine Frequenz auf, erhalten durch geeignete Geschwindigkeitsregulierung des Motors 297, welche der Frequenz einer stehenden Resonanzquelle des elastischen Stabes 282 gleich ist oder nahekommt. Selbstverständlich ist das Verhalten der stehenden Welle des Wellenrohrs 282 etwas durch die an der Welle befestigten Scheiben verändert, für die Zwecke der Erläuterung können jedoch die Einwirkungen durch diese Scheiben vernachlässigt werden. Unter dem Einfluß der auf die Mitte der Welle 282 aufgeprägten Schwingungskraft dreht sich die Welle 282 nicht im ganzen, sondern Teile der Welle, die von dem Knotenpunkt bzw. den Knotenpunkten der stehenden Querwelle entfernt sind, führen entsprechend elastischer Biegungen dieser Wellenteile Kreisbewegungen um ihre Ruhelage aus. Die Knotenpunkte N, an welchen die Welle 282 durch die Lager 285 gehaltert ist, -sind um eine Strecke entsprechend einer Viertelwellenlänge von den Wellenenden entfernt. Ein Geschwindigkeitsbauch V tritt an beiden Wellenenden auf und ein weiterer Geschwindigkeitsbauch V im Bereich der Wellenmitte, wo die Welle von der über den Arm 291 übertragenen Wechselkraft angetrieben wird. Somit wird eine stehende Welle st' erhalten, die eine harmonische Querschwingung darstellt und, genauer gesagt, die Resultierende von zwei Komponenten einer linearen harmonischen Querschwingung ist, wobei die Komponenten miteinander einen Winkel von 90° einschließen und um 90° phasenverschoben sind. Die resultierende, auf die Wellenmitte gegebene Rotationskraft pflanzt sich entlang der Welle 282 mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von elastischen Querwellen fort. Die Schwingungen werden an den Enden der Welle reflektiert, und durch Interferenz mit einer nachfolgenden Welle entsteht in der üblichen Weise eine stehende Welle. Die Wirkung dieses Vorganges ist, daß verschiedene Abschnitte der Welle 282 zwischen und außerhalb der Befestigungslager 285 einer elastischen Biegung unterworfen sind, wobei sich die Schwingungsamplituden entlang der Welle ändern, mit einem Minimum an den Knotenpunkten und mit Maxima an den Geschwindigkeitsbäuchen V und V.

Die an der Schwingwelle 282 befestigten Tellerscheiben werden jeweils im ganzen einer Bewegung unterworfen. Diese Bewegungen sind komplexe, überlagerte Bewegungen, aber es ist offensichtlich, daß sie Vibrationskomponenten senkrecht zur Scheibenoberfläche und im allgemeinen vorzugsweise in seitlicher Richtung aufweisen. Die Scheibenbewegung kann als Rotationsschwingung bezeichnet werden, mit beträchtlichen bzw. starken Komponenten einer Vibrationsbewegung senkrecht zur Scheibenfläche. Diese senkrechten Komponenten der Vibration stellen eine wirksame Kopplung mit dem Erdreich dar, welches an den Oberflächen der Scheiben anliegt. Die Scheiben sind dabei so orientiert, daß ihre Führungskanten in den Boden messerartig einschneiden, wonach der Boden sich entlang der Oberflächen der Scheiben bewegt, welche gegen den Boden vibrieren. Wie oben angenommen, befindet sich die Richtung der am Erdreich angreifenden Vibrationen und somit die Richtung der akustischen Abstrahlung in einer Richtung, die vorzugsweise eine Querrichtung ist, und zwar bezüglich der Vorwärtsrichtung des Traktors.

Wie am besten aus Fig. 16 zu ersehen, weisen die Scheibenwellen 281 und 282 entgegengesetzte Winkel relativ zur Fahrtrichtung auf. Außerdem sind die Scheiben auf den beiden Wellen so angeordnet, daß ihre konkaven Seiten alle nach einer Richtung zeigen. Damit sind die vordere und die hintere Scheibengruppe bezüglich der Fahrtrichtung unterschiedlich orientiert. Die Art und das Ausmaß der akustischen Kopplung mit dem Boden ist somit für die beiden Fälle unterschiedlich.

Betrachtet man zuerst die vordere Scheibengruppe, so ist zu sehen, daß deren Führungskanten, insbesondere in und nahe der Horizontalebene der Scheibenwelle 281, nahezu parallel zur Fahrtrichtung des Gerätes sind. Die Neigung der Scheiben nimmt in Richtung nach hinten infolge ihrer Krümmung zu und erreicht im hinteren Teil der Scheiben eine beträchtliehe Größe. Im Fall der hinteren Scheibengruppe ist dies gerade umgekehrt, wobei dann die Neigung relativ zur Fahrtrichtung an den Vorderteilen der Scheiben relativ groß ist und in Richtung nach hinten abnimmt, wobei dann die Flächen dieser Scheiben am hinteren letzten Teil sich der Parallelität mit der Fahrtrichtung nähert.

In der vorderen Scheibengruppe sind die einzelnen Scheiben vorteilhafterweise so orientiert, daß sie !eicht in den Boden einschneiden und diesen aufschlitzen, als Folge davon, daß ihre vorderen Abschnitte nahezu parallel zur Fahrtrichtung verlaufen. Wenn die Scheiben in den Boden eindringen, so gleitet das Erdreich entlang der Scheibenflächen nach hinten, und das Erdreich wird an den konkaven Scheibenflächen seitlich weggedrückt, womit ein gewisses Maß an Kompression bzw. Verdichtung des Erdreichs auftritt. Es wird also eine seitliche Hilfskraft auf das Erdreich ausgeübt. Infolge der Abwesenheit einer wesentlichen Hilfskraft an den Führungskanten der vorderen Scheiben erfolgt somit dort nur eine geringe akustische Kopplung, die Kopplungsbedingung ist vielmehr durch ein bestimmtes Maß an Kavitation gekennzeichnet, womit ähnliche Effekte im Erdreich auftreten, wie sie oben bereits für andere vibrierende Bearbeitungswerkzeuge beschrieben worden sind, wo ebenfalls bei dieser Kombination von Hilfskraft (Anpreßdruck), Bodenwiderstand und Vibrationsamplitude eine Kavitationswirkung auftritt. Infolge der Krümmung der Schei- ben verlaufen die Scheibenflächen immer mehr in Richtung nach vorn, womit der Boden seitlich weggedrückt und das Ausmaß an Kompression bzw. Verdichtung erhöht wird. Dies führt zu einer Bedin-

gung, bei welcher die Hilfskraft (Aiipreßdruck) und demgemäß die akustische Kopplung wesentlich erhöht werden. Die akustische Kopplung kann zu dem Zeitpunkt, wenn das Erdreich am hinteren Teil der gekurvten Scheibe vorbeifließt, einen sehr hohen Wert annehmen. Damit tritt aber eine starke Schwingungsabstrahlung in das Erdreich auf und demgemäß eine kräftige Schwingungseinwirkimg auf den Boden, einschließlich der Fließbarmachung des Bodens und der davon herrührenden, oben ausführlich erläuterten Vorteile, wobei diese Effekte auftreten, sobald das Erdreich an den Scheibenflächen vorbeistreicht.

Offensichtlich ist dasjenige Erdreich, das von der hinteren Scheibengruppe erfaßt wird, bereits durch die Vibrationsbehandlung durch die vorderen Scheiben in wesentlichem Ausmaße aufgebrochen und gelockert. Dieses Erdreich erreicht nun die rückwärtigen Scheiben und gleitet an deren konvexen Oberflächen vorbei, wobei die vorderen Teile der Scheiben im wesentlichen in Fahrtrichtung zeigen. Infolge dieser Krümmung der rückwärtigen Teile der vorderen Scheiben, und zwar der konvexen Scheibenseiten, wird das Erdreich seitlich weggeschoben, womit ein beträchtlicher seitlicher Anpreßdruck erzielt wird. Diesem Anpreßdruck ist die Vibrationswirkung der Scheiben überlagert, wobei diese Vibration durch eine wesentliche Bewegungskomponente senkrecht zur Oberfläche der Scheiben gekennzeichnet ist. Während somit das Erdreich an den vorderen Halbteilen der Scheiben vorbeistreicht, besteht eine starke akustische Kopplung des Erdreichs mit den Scheiben, insbesondere an den konvexen Oberflächen, womit das Erdreich einer starken Schwingungseinwirkung unterworfen wird, was zu einer weiteren Verkleinerung und Fließbarmachung des Erdreichs führt. Die Kopplung ist an den Vorderteilen der hinteren Scheiben somit sehr gut, aus welchem Grund im wesentlichen keine Kavitation auftritt. In dem Maße, in welchem die Scheiben sich jedoch in ihrem mittleren und hinteren Teil in Richtung einer Parallelität mit der Fahrtrichtung biegen, nimmt das Ausmaß an seitlichem Anpreßdruck ab, und es zeigt sich eine Neigung zum Auftreten von Kavitation mit den oben erläuterten Folgen.

Wie weiter oben erläutert, wird bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung in einem langgestreckten Stab eine stehende Welle erzeugt, und zwar derart, daß an den Enden des Stabes Geschwindigkeitsbäuche auftreten. An einem Ende dieses Stabes kann ein Vibrationsgenerator angebracht werden, während dann am anderen Ende eine Pflugschar oder eine Tellerscheibe sitzt. Die Pflugschar bzw. Tellerscheibe wird dann mehr oder' minder im ganzen vibriert, etwa als »zusammengefaßtes« starres Element an dem Schwingungsende des Stabes. Unter bestimmten Umständen jedoch kann sich auch ein Teil der stehenden Welle in und durch die Pflugschar erstrecken bzw. durch die Scheibe im Fall einer Scheibenegge. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Vibrationsgenerator mit einer harmonischen Oberfrequenz der Grundfrequenz des Systems betrieben wird. In einem solchen Fall können elastische Deformationswellen in der Pflugschar selbst auftreten.

Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, weist der elastische, vibrierende Körper, in welchem Resonanzschwingungen erregt werden und der als Resonator bezeichnet werden könnte, die Eigenschaft auf, daß bei Resonanzschwingung die leistungsvernichtenden Massen des Vibrationssystems, beispielsweise die Massen des Vibrationsgenerators, des vibrierenden elastischen Stabes und der Pflugschar bzw. der Tellerscheibe ausscheidet bzw. ausgleicht. Im vorliegenden Fall sind nun drei akustisch miteinander gekoppelte Komponenten vorhanden, nämlich ein Schwingungsgenerator bzw. ein Oszillator, ein Resonator und ein am Erdboden angreifendes, Schwingungen aussendendes Element. Im Fall des einfachen Stabes nach den F i g. 1 bis 5 sind der Resonator und der Schwingungsstrahler physikalisch in einem einzigen mechanischen Element kombiniert, wobei die am Erdreich angreifende Strahlungsfläche des Stabes als Schwingungsstrahler wirkt. Selbst in diesem Fall jedoch sind funktionell und schwingungsmäßig gesprochen drei verschiedene, aber akustisch miteinander gekoppelte Elemente vorhanden, nämlich ein Oszillator, ein Resonator und ein Strahler. Bei der

ao Pflugschar und dem Eggenteller bildet selbstverständlich die Pflugschar bzw. die Scheibe den Strahler, der elastische Befestigungsschenkel oder die Scheibenwelle den Resonator UHd₁ der Vibrationsgenerator wiederum den Oszillator. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß der Vibrationsgenerator nicht unbedingt an dem dem Strahler (d. h. der Pflugschar) entgegengesetzten Ende des elastischen Stabes (Resonator) angebracht sein muß. So ist beispielsweise in den Fig. 13 bis 15 der Vibrationsgenerator am gleichen Ende des elastischen Stabes bzw. Resonators angebracht wie die Pflugschar. Die Kombination dieser drei miteinander gekoppelten Elemente, nämlich Oszillator, Resonator und Radiator, legt direkt die Schwingungsleistung und Wirksamkeit der e'rfindungsgemäßen Vorrichtung fest.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die in das Erdreich eindringenden Körper nach der Erfindung, ob es sich nun um Stäbe, Pflugscharen oder Scheiben handelt, den Boden aufschneiden, aufbrechen, in den fließfähigen Zustand versetzen, umwenden oder um eine geringe Strecke verschieben sowie schließlich wieder freigeben und an im wesentlichen diejenige Stelle zurückführen, von welcher das Erdreich abgehoben worden ist. Die Erfindung betrifft somit ein landwirtschaftliches Bearbeitungsverfahren und eine Vorrichtung, welche das Erdreich lockert, aufbricht, in den fließfähigen Zustand versetzt und ganz allgemein verbessert sowie schließlich wieder an ungefähr die ursprüngliche Stelle zurückbringt.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Kultivator zum Bearbeiten von vorzugsweise landwirtschaftlich nutzbaren Böden mit einem in Horizontalrichtung über den Erdboden bewegliehen Fahrzeug und einem damit verbundenen, auf Bearbeitungstiefe in das Erdreich eindringenden Bearbeitungswerkzeug, das eine Angriffsfläche aufweist, die teilweise in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gekehrt ist, einen Winkel mit dieser

^fio Richtung einschließt und bei in Fahrt ■ befindlichem Fahrzeug gegen das Erdreich gepreßt wird, wobei das Werkzeug mit dem Fahrzeug über einen langgestreckten Verbindungskörper verbunden ist, an dem ein Schwingungsgenerator angekoppelt ist, der -im Verbindungskörper Schwingungen erzeugt, die starke Komponenten senkrecht zur Angriffsfläche aufweisen, und wobei alle in den Erdboden eindringenden Elemente des

709 708/95

Kultivators so gestaltet sind, daß sie im Betrieb das Erdreich fortlaufend aufbrechen und wieder an der ursprünglichen Stelle ablegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsgenerator (62, 152, 220a, 294) im Verbindungskörper (53, 130, 206, 281) Schwingungen einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Verbindungskörpers erzeugt und damit in diesem stehende Resonanzschwingungen hervorruft und daß der Generator (62, 152, 220ö, 294) und das Bearbeitungswerkzeug (53, 126, 202, 280) an solchen Stellen des Resonanzkörpers (53, 130, 206, 281) befestigt sind, die Schwingungsbäuchen (V) der stehenden Wellen entsprechen, derart, daß die Angriffsfläche (53 b) des Werkzeugs zu einer Schwingungsabstrahlung und einer Fließbarmachung des Bodens erregt wird.

2. Kultivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein elastischer Stab (53) ist, dessen unteres Ende das Werkzeug bildet, und daß der Schwingungsgenerator (62) im Stab (53) transversale Resonanzschwingungen erzeugt (Fig. 1 bis 5).

3. Kultivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein elastischer Stab (53) ist, dessen unteres Ende das Werkzeug bildet, und daß der Schwingungsgenerator (62) im Stab (53) longitudinale Resonanzschwingungen erzeugt (Fig. 1 bis 5).

4. Kultivator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Stab (53) bezüglich des Erdbodens und der Fahrtrichtung schräg nach unten und nach vorn verläuft und am Fahrzeug an Sr-'iwingungsknoten bildenden Stellen befestigt ist.

5. Kultivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, (!■=& das Werkzeug eine vorstehende Schneidkante aufweist und die Abstrahlfläche an diese Schneidkante bezüglich der Fahrtrichtung nach hinten anschließt, derart, daß das durch die Kante aufgebrochene Erdreich an der Abstrahlfläche entlanggleitet.

6. Kultivator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich Fahrtrichtung und Erdboden die obere Kante der Abstrahlfläche schräg nach hinten und oben verläuft.

7. Kultivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus einem elastischen Stab (130) besteht, an dessen unterem Ende eine das Kultivatorwerkzeug darstellende Pflugschar (126) befestigt ist, und daß der Schwingungsgenerator (152) im Stab (130) transversale Resonanzschwingungen erzeugt (F i g. 6 bis 12).

8. Kultivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus einem elasti- sehen Stab (130) besteht, an dessen unterem Ende eine das Kultivatorwerkzeng bildende Pflugschar (126) befestigt ist, daß der Schwingungsgenerator (152) im Stab (130) longitudinale Resonanzschwingungen-erzeugt und daß der Resonatorstab

(53) am Fahrzeug (T) an Geschwindigkeitsknoten darstellenden Stabstellen befestigt ist (F i g. 6 bis 12).

9. Kultivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus einem elastischen Stab (206) besteht, an dessen unterem Ende eine das Kultivatorwerkzeug bildende Pflugschar (202) befestigt ist, daß der Schwingungsgenerator (220a) im aus Stab (206) und Pflugschar (202) bestehenden Körper elastische Resonanzschwingungen erzeugt, wobei die Hauptkomponenten der Pflugscharschwingungen senkrecht zu einem Teil der Pflugscharoberfläche verlaufen, und daß der Stab (206) am Fahrzeug (T) an Geschwindigkeitsknoten darstellenden Stabstellen befestigt ist (Fig. 13 bis 15).

10. Kultivator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kultivatorwerkzeug eine Tellerscheibe einer Scheibenecke ist (Fig. 16 bis 20).

11. Kultivator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator eine Welle (281) ist, auf welcher die Tellersch^iben (280) sitzen, und daß der Schwingungsgenerator (294) derart mit dieser Welle (282) gekoppelt ist, daß in der Welle transversale Resonanzschwingungen auftreten.

12. Kultivator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die transversalen Resonanzschwingungen Drehschwingungen sind.

13. Kultivator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (281), an welcher die Tellerscheiben (280) sitzen, sich im wesentlichen horizontal und diagonal zur Fahrtrichtung erstreckt, wobei die Scheiben (280) konkav-konvex gekrümmt sind und die Welle eine solche Richtung aufweist, daß die konkaven Scheibenseiten im wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung stehen.

14. Kultivator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (281), an welcher die Tellerscheiben (280) radial sitzen, sich im wesentlichen horizontal und diagonal zur Fahrtrichtung erstreckt, wobei die Scheiben (280) konkav-konvex gekrümmt sind, und daß die Welle eine solche Richtung aufweist, daß die konvexen Scheibenseiten im wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung stehen.

15. Kultivator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß, wie bekannt, am Fahrzeug Einrichtungen vorgesehen sind, die in das Erdreich in unmittelbarer Umgebung des Kultivatorwerkzeugs eine Flüssigkeit einleiten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1 022 404, 922 259, 988, 281 848;

französische Patentschriften Nr. 843 456, 767 411; britische Patentschrift Nr. 519 046;
USA.-Patentschrift Nr. 3 183 979.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

709 708/95 12. 67 ® Bundesdruckerei Berlin