DE1458580B1 - Unharmonischer elektrischer Vibrator - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen unharmonischen elektrischen Vibrator zur Erzeugung gerichteter Störwechselkräfte unterschiedlicher Amplitude, bestehend aus mindestens zwei Paaren mit Exzentern versehener, zueinander paralleler und entgegengesetzt rotierender Einzelwellen, welche paarweise in parallelen Ebenen angeordnet sind und ein ganzzahliges, von 1 verschiedenes Drehzahlverhältnis aufweisen.
• Solche Vibratoren werden in der Technik auf vielfältigen Gebieten angewendet, beispielsweise zum Einrammen und Herausziehen von Pfählen, Spundbohlen, Bohrungsverkleidungen, zum Stampfen und Verdichten von Beton, zum Verdichten des Erdreiches bei Erdarbeiten, zum Sortieren und Fördern von Massengütern.
• Durch die Überlagerung der Schwingungen des Rotorpaares von beispielsweise doppelter Frequenz über die Schwingungen des anderen Rotorpaares mit einfacher Frequenz resultiert eine Fliehkraftverteilung, deren nach unten gerichtete Maximalamplitude größer ist als die nach oben gerichtete, obwohl natürlich das Integral .der Fliehkraft über eine volle Periode nach wie vor 0 ist. Hierdurch wird die Stoßkraft beispielsweise auf die Pfahlspitze vergrößert, aber auch die Wirksamkeit bei Anwendung des Vibrators als Rüttler oder Verdichter oder Förderer wird verbessert.
• Bei den aus der Zeitschrift »Der Bauingenieur«, Heft 4, 1960, S.151, bekannten Schwingrammen dieser Art sind jedoch alle Wellen von einem gemeinsamen Antriebsmotor aus über entsprechende Getriebe angetrieben. Es sind also relativ aufwendige Getriebe, insbesondere Zahnradgetriebe erforderlich, die bei den periodisch wechselnden, stoßweisen Belastungen einem schnellen Verschleiß unterliegen und außerdem relativ laut arbeiten. Zur Überbrückung des relativ großen Abstandes zwischen den einzelnen Exzenterwellen müssen entsprechend große Zahnräder eingesetzt werden. Deshalb und wegen der durch die maximale Fliehkraft begrenzten Umfangsgeschwindigkeiten dieser Zahnräder liegen die höchstzulässigen Frequenzen relativ niedrig.
• Diesem Stand der Technik gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Vibrator der eingangs angegebenen Art ohne die bisher verwendeten Getriebeteile zu schaffen und damit alle aufgezeigten Nachteile der bekannten Vibratoren auszuschalten. Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß jede einzelne Welle von einem eigenen Motor, insbesondere einem Asynchronmotor entsprechender Leerlauf- bzw. Synchrondrehzahl angetrieben und der Vibrator einer äußeren, senkrecht zu den parallelen Ebenen gerichteten Kraft unterworfen ist.
• Überraschenderweise hat es sich nämlich herausgestellt, daß bei dem Einzelantrieb jeder Vibratorwelle nicht nur sich die beiden einzeln angetriebenen Wellen jedes Wellenpaares selbsttätig synchronisieren und sich die einzelnen Wellenpaare auf genau das vorgesehene ganzzahlige Drehzahlverhältnis synchronisieren, sondern vor allem auch, daß sich zwischen diesen mit verschiedenen Drehzahlen rotierenden Exzenterwellenpaaren unter der Einwirkung der äußeren Kraft, beispielsweise der Schwerkraft ein ganz bestimmter Phasenwinkel einstellt und aufrechterhalten bleibt, der die Amplitude der resultierenden Störkraft in Richtung der äußeren Kraft überwiegen läßt über die Amplitude in der entgegengesetzten Richtung. Aus der USA.-Patentschrift 2 531706 und der deutschen Patentanmeldung Sch 6486 ist es bei Schwingrüttlern zwar schon bekannt, daß sich zwei unabhängig voneinander angetriebene Rotorwellen eines Vibrators selbsttätig synchronisieren, jedoch haben diese Schwingrüttler in beiden Richtungen dieselben Amplituden, so daß dort die der Erfindung zugrunde liegende Problemstellung der Erzeugung von Störungen mit gerichteten Amplituden überhaupt nicht auftritt. Weiterhin arbeiten dort sämtliche Wellenpaare mit ein und derselben Drehzahl und sind teilweise durch rotierende Kopplungsmittel - Getriebe- und Gelenkwellen - zwangsweise synchronisiert.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrators ist dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wellenpaar rechtwinklig zum anderen Wellenpaar angeordnet ist, wobei die Wellen um eine zylindrische Ausnehmung in der Mitte des Vibrators herum verteilt sind. Bei dieser Ausführungsform wird eine relativ gleichmäßige Massenverteilung über das gesamte Volumen des Vibrators erzeugt, wobei die zentrale Ausnehmung zum Einbringen beispielsweise von Beton bzw. Material oder zum Ansetzen eines Werkzeuges od. .dgl. dienen kann.
• Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. F i g. 1 zeigt im Diagramm die Überlagerung der von den zwei Rotorpaaren erzeugten Einzelschwingungen zu einer resultierenden Schwingung mit nach unten überwiegender Amplitude; F i g. 2 zeigt den Rotor mit zwei Wellenpaaren perspektivisch, teilweise im Schnitt.
• Der Vibrator weist zwei horizontal nebeneinander angeordnete Elektromotoren 1 auf, auf deren beiden Wellen 2 je ein Exzenter 5 sitzt. Unmittelbar über den beiden Elektromotoren 1 sind ebenfalls parallel und horizontal zueinander zwei Elektromotoren 3 angeordnet, auf deren Wellen 4 ebenfalls Exzenter sitzen.
• Dabei sind die Wellen 4 in horizontaler Ebene um 90° gegenüber den Wellen .2 versetzt. In der Mitte des Vibrators, also zwischen den Wellen 2, 4 durchgehend, ist eine Ausnehmung 6 vorgesehen.
• Die Drehzahl der Motoren 3 ist doppelt so groß wie diejenige der Motoren 1.
• Unter dem Einfluß der Schwerkraft synchronisieren die einzelnen Wellen bzw. Wellenpaare selbsttätig ohne mechanische Kopplungsmittel derart, daß sich die in F i g.1 aufgezeichnete resultierende Schwingung ergibt. Dabei stellt der Kurvenzug f die Schwingungen der Schwinger 3, 5 und der Kurvenzug F die Schwingungen der Schwinger 1, 5 dar, die zusammen den Kurvenzug Q ergeben, dessen nach unten gerichtete maximale Amplitude doppelt so groß wie die maximale nach oben gerichtete Amplitude ist.
• Die hauptsächlichsten Vorteile des erfindungsgemäßen Vibrators sind wie folgt: Er hat einen hohen Wirkungsgrad, da Verluste in Getrieben entfallen; er kann über einen großen Frequenzbereich eingesetzt werden, da die Frequenz nicht von Antriebsübertragungen bestimmt bzw. begrenzt ist; er besitzt eine große Lebensdauer, da er keine schnell verschleißenden Getriebeteile besitzt; er ist auf unterschiedliche Betriebsbedingungen leicht durch Regelung der Drehzahlen einstellbar; er kann ohne Schwierigkeiten für Schwingungen mit mehreren höheren Harmonischen ausgeführt werden: er arbeitet gänzlich geräuschlos. da er keine ?eile mit geräuschvollen Stößen oder Reibungen besitzt: er kann ohne Schwierigkeit mit einer praktisch nützlichen Axialbohrung versehen sein.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Unharmonischer elektrischer Vibrator zur Erzeugung gerichteter Störwechselkräfte unterschiedlicher Amplitude, bestehend aus mindestens zwei Paaren mit Exzentern versehener, zueinander paralleler und entgegengesetzt rotierender Einzelwellen, welche paarweise in parallelen Ebenen angeordnet sind und ein ganzzahli;es, von 1 verschiedenes Drehzahlverhältnis aufweisen, dadurch gekennzeichnet. daß jede einzelne Welle (2, 4) von einem eigenen Motor, insbesondere einem Asynchronmotor, entsprechender Leerlauf- bzw. Synchrondrehzahl angetrieben und der Vibrator einer äußeren, senkrecht zu den parallelen Ebenen gerichteten Kraft unterworfen ist. ?. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Wellenpaar (2) rechtwinklig zum anderen Wellenpaar (4) angeordnet ist, wobei die Wellen um eine in der Mitte des Vibrators angeordnete Bohrung (6) verteilt sind.