DE19739742A1 - Arbeitsgerät mit Massenausgleich am Kurbeltrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät gemäß dem Oberbegriff von Patent­ anspruch 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Stampfgerät zur Boden­ verdichtung oder einen Hammer.

Bekannte Stampfgeräte dieser Art sind so aufgebaut, daß eine einen Motor und einen Kurbeltrieb aufnehmende Obermasse über einen Federsatz mit einer im wesentlichen eine Arbeits- bzw. Verdichtungsplatte bildenden Arbeitsmasse ver­ bunden ist. Die vom Motor erzeugte Drehbewegung wird durch den Kurbeltrieb in eine oszillierende Axialbewegung gewandelt, die über den Federsatz auf die Arbeitsplatte zur Bodenverdichtung übertragen wird. Die Obermasse umfaßt etwa zwei Drittel und die schlagende Arbeitsmasse ein Drittel der gesamten Stampfermasse, während die von der Obermasse und der Arbeitsmasse jeweils zurückgelegten Wege in umgekehrtem Verhältnis zueinander stehen. Dabei be­ wegt sich die Obermasse in einer Größenordnung von 25 bis 30 mm.

Die Schwingungen der Obermasse werden über einen Führungsbügel auf die das Arbeitsgerät führende Person übertragen, was insbesondere bei längerem Arbeiten sehr unangenehm ist. Besonders belastend sind für den Bediener dabei Schwingungen in Horizontal- bzw. Seitenrichtung. Schwingungen in Vertikal­ richtung sind dagegen für ein leistungsfähiges Arbeiten des Stampfers erforder­ lich.

Fig. 2 zeigt einen derartigen bekannten Stampfer.

Gemäß Fig. 2 wird von einem nicht dargestellten Motor eine Antriebswelle 1 des Stampfers angetrieben, die über ein Ritzel 2 eine in dem Stampfergehäuse gela­ gerte und mit einer Außenverzahnung versehene Kurbelscheibe 3 antreibt. An der Kurbelscheibe 3 ist ein Hubzapfen 4 angebracht, auf den ein Pleuel 5 dreh­ beweglich aufgesetzt ist. Das Pleuel 5 ist an seinem anderen Ende mittels eines Kolbenbolzens 6 drehbeweglich mit einem Führungskolben 7 verbunden. Der Führungskolben 7 trägt eine durch eine Stahlscheibe gebildete und durch eine Mutter 8 befestigte Kolbenführung 9. Der Führungskolben 7 ist mit der Kolben­ führung 9 innerhalb eines zur Untermasse gehörenden Führungsrohrs 10 axial hin- und herbeweglich. Diese Axialrichtung entspricht einer Vertikal- bzw. Ar­ beitsrichtung des Geräts während seines Einsatzes.

Auf beiden Seiten der Kolbenführung 9 ist ein aus mehreren Federn bestehender Federsatz 11 angeordnet, wobei die Federn jeweils auf ihren von der Kolbenfüh­ rung 9 abgewandten Seite gegen am Führungsrohr 10 befestigte Federplatten 12 abgestützt sind.

Das Führungsrohr 10 mit den Federplatten 12 gehört zur Arbeits- bzw. Unter­ masse des Stampfers. An der Untermasse kann ein in Fig. 1 nicht gezeigter Stampffuß angebracht werden, der zur Bodenverdichtung dient. Um das Ein­ dringen von Feuchtigkeit und Schmutz zu vermeiden, sind die Obermasse und die Untermasse durch einen elastischen Balg 13 verbunden.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, wird die Drehbewegung des Motors durch den aus der Kurbelscheibe 3, dem Hubzapfen 4 und dem Pleuel 5 bestehenden Kurbeltrieb in eine oszillierende Axialbewegung des Führungskolbens 7 gewandelt. Diese Axial­ bewegung wird über die Federsätze 11 auf das Führungsrohr 10 und damit auf die Untermasse übertragen und kann zur Bodenverdichtung genutzt werden.

Zur Dämpfung der auf den Bediener wirkenden Schwingungen war es bisher be­ kannt, den Führungbügel gegenüber der Obermasse mittels Gummielementen mechanisch zu entkoppeln. Der angebaute Antriebsmotor bleibt dabei aber wei­ ter hohen Schwingungsbelastungen ausgesetzt. Eine Verbesserung der Schwin­ gungsdämpfung kann hierbei nur durch hohen baulichen Aufwand erzielt wer­ den.

Wünschenswert ist es daher, das Entstehen von Schwingungen der Obermasse von vornherein zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät anzugeben, bei dem Horizontalschwingungen der Obermasse bereits im Entstehen verringert werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein Auswuchten des Kurbeltriebs, d. h. ein Versehen der den Hubzapfen tragenden Kurbelscheibe mit einem die Masse des Kurbelzapfens ausgleichenden Gegenmasse nicht die gewünschte Verbesserung hinsichtlich einer Reduktion der Horizontalschwingungen der Obermasse führt. Vielmehr wurde völlig überraschend herausgefunden, daß die Horizontalschwingungen nur dann wirksam vermindert werden können, wenn der Schwerpunkt des Hubzapfens, die Drehachse der Kurbelscheibe und der Schwerpunkt der Gegenmasse nicht auf einer Geraden liegen und somit die Schwerpunkte bezüglich der Drehachse der Kurbelscheibe um 180° versetzt sind, sondern wenn der Schwerpunkt der Gegenmasse zum Schwerpunkt des Hubzapfens bezüglich der Drehachse der Kurbelscheibe um einen Winkel un­ gleich 180° versetzt angeordnet ist.

Dies bedeutet zwar, daß der Kurbeltrieb, für sich alleine genommen, erhebliche Schwingungen erzeugt, die sich jedoch mit den durch die nachgeordneten Bau­ elemente, nämlich insbesondere den Führungskolben und den Federpaketen erzeugten Schwingungen überlagern und im wesentlichen kompensieren. Im Ergebnis führt das Überlagern der Schwingungen zu einer beträchtlichen Beruhigung der Obermasse, insbesondere in Horizontairichtung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Masse und der Winkelversatz der Gegenmasse in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Federsatzes derart einstellbar, daß die nicht in Arbeits- bzw. Vertikalrichtung des Arbeitsgeräts ge­ richteten Schwingungen minimal sind. Dies ist z. B. bei der Fertigung oder der Montage der Kurbelscheibe möglich, wobei je nach verwendetem Federsatz eine entsprechende winkelmäßige Anordnung der Gegenmasse mit geeigneter Masse vorgesehen werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Gegenmasse mit der Kurbelscheibe einstückig ausgebildet. Dies führt zu einer Vereinfachung der Montage und der Herstellung. Je nach Herstellungsverfahren kann beim Gießen der Kurbelscheibe eine entsprechende Gießform bzw. beim Schmieden der Kur­ belscheibe ein entsprechendes Gesenk verwendet werden.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Gegenmasse an der Kur­ belscheibe befestigbar. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Gegenmasse relativ zu dem Kurbelzapfen winkelmäßig um die Drehachse der Kurbelscheibe an verschiedenen Stellen auf der Kurbelscheibe befestigbar ist. Dies hat den Vorteil, daß bei der Montage Feinabstimmungen vorgenommen werden können, die zu einer weiteren Verminderung der horizontalen Obermassenschwingungen führen. Ebenfalls ist es möglich, ohne Änderung der bei der Herstellung verwen­ deten Formen oder Gesenke die Kurbelscheibe und die Gegenmasse bei Einbau verschiedener Federpakete jeweils individuell aufeinander abzustimmen.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Differenz zwischen dem Versatz­ winkel und 180° wenigstens 10° beträgt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt der Winkel zwischen dem Schwerpunkt der Gegenmasse und dem Schwerpunkt des Hubzapfens bezüglich der Drehachse der Kurbelscheibe ungefähr 90°.

Ebenso hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Masse der Gegen­ masse im wesentlichen gleich der Masse des Hubzapfens ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Masse der Gegenmas­ se größer, vorzugsweise sogar erheblich größer als die des Hubzapfens. Dies er­ möglicht es, durch die Gegenmasse auch die sich bewegenden Massen des Pleu­ els, des Führungskolbens und der Kolbenführung auszugleichen.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfe­ nahme der Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Stampfgeräts in Schnittdarstellung;

Fig. 2 einen Teilschnitt eines bekannten Stampfgeräts.

Da wesentliche Bauelemente des erfindungsgemäßen, in Fig. 1 gezeigten Stampf­ geräts den bereits in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen, bekannten Ele­ menten entsprechen, wird auf eine erneute Beschreibung verzichtet. Zur Verein­ fachung werden in den Figuren für gleiche Bauteile auch gleiche Bezugszeichen verwendet.

Der wesentliche Unterschied zwischen dem in Fig. 2 gezeigten, bekannten Stampfer und dem erfindungsgemäßen Stampfer aus Fig. 1 besteht darin, daß die Kurbelscheibe 3 bei der Erfindung eine Gegenmasse 14 trägt. Obwohl dies in Fig. 1 nicht ohne weiteres erkennbar ist, ist der Schwerpunkt der Gegenmasse 14 nicht bezüglich einer Drehachse 15 der Kurbelscheibe 3 gegenüber von dem Hubzapfen 4 angeordnet, was einem Versatzwinkel von 180° entsprechen würde, sondern um einen Winkel ungleich 180°. Je nach Ausführungsform sollte der Versatzwinkel um mindestens 10° von 180° abweichen, d. h. kleiner als 170° oder größer als 190° sein. Die Schwerpunkte der Gegenmasse 14 und des Hub­ zapfens 4 sowie die Drehachse 15 liegen somit nicht auf einer Geraden. Als be­ sonders zweckmäßiger Winkel hat sich dabei ein Winkelversatz der beiden Schwerpunkte von 90° herausgestellt. In dem Fall ist die Phasenlage einer bei Drehung der Kurbelscheibe 3 durch die Masse des Hubzapfens 4 erzeugten Fliehkraft und einer durch die Gegenmasse 14 erzeugten Fliehkraft um einen Winkel von 90° versetzt, wodurch sich die Fliehkräfte nicht gegenseitig aufhe­ ben, was bei einem Winkelversatz von 180° und entsprechend gleicher Masse der Fall wäre. Vielmehr wird daher eine resultierende Kraft durch den Kurbeltrieb erzeugt, die sich mit anderen, im wesentlichen durch das Pleuel 5, den Füh­ rungskolben 7 und die Federsätze 11 erzeugten Kräften überlagert, was insge­ samt zu einer Beruhigung der Obermasse führt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Gegenmasse 14 einstückig mit der Kurbelscheibe 3 beispielsweise durch Schmieden hergestellt. Der Hub­ zapfen 4 ist ebenfalls einstückig mit der Kurbelscheibe 3 verbunden und zur Erzeugung eines Lagersitzes bearbeitet worden. Zur begrifflichen Klärung sei darauf hingewiesen, daß die Kurbelscheibe 3 im wesentlichen drei Elemente aufweist: eine im wesentlichen ausgewuchtete Trägerscheibe, die die Drehachse 15 trägt und gegebenenfalls mit einer Außenverzahnung versehen ist, den Hubzapfen 4 und die Gegenmasse 14. Die Gegenmasse 14 kann z. B. auch aus mehreren Einzelmassen bestehen, die an verschiedenen Stellen auf der Träger­ scheibe befestigt sind.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Kurbel­ scheibe 3 wie beim Stand der Technik ausgebildet, weist jedoch eine Befesti­ gungsmöglichkeit für die Gegenmasse 14 auf. Die Gegenmasse 14 kann je nach Anwendungsfall in verschiedenen Winkelstellungen und Radien sowie mit unter­ schiedlicher Masse je nach Schwingungseigenschaften des Gesamtgeräts ange­ bracht werden.

Bisher wurde als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät ein Stampfer zur Bodenverdichtung beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch bei einem Hammer, insbesondere einem Schlaghammer, vorteilhaft angewendet werden. Ein Schlaghammer weist üblicherweise statt der bei dem Stampfer den Federsatz 11 bildenden Stahlfedern ein Luftfederschlagwerk auf. Die Erzeugung der ge­ richteten Schwingung mittels eines Kurbeltriebs erfolgt aber im wesentlichen ge­ nauso wie oben beschrieben.

Claims (9)

1. Arbeitsgerät, insbesondere Stampfgerät zur Bodenverdichtung oder Hammer, mit einer von einem zu einer Obermasse gehörenden Motor über einen Kurbeltrieb (3, 4, 5) und einen Federsatz (11) linear hin- und hertreibbaren Arbeitsmasse, wobei der Kurbeltrieb eine von dem Motor angetriebene Kurbel­ scheibe (3) aufweist, die exzentrisch zu ihrer Drehachse (15) einen mit einem Pleuel (5) gekoppelten Hubzapfen (4) sowie eine Gegenmasse (14) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Gegenmasse (14) bezüglich der Drehachse (15) der Kurbelscheibe (3) um einen Winkel ungleich 180° versetzt zum Schwerpunkt des Hubzapfens (4) angeordnet ist.

2. Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse und der Winkelversatz der Gegenmasse (14) in Abhängigkeit von den Eigen­ schaften des Federsatzes (11) derart einstellbar sind, daß die nicht in eine Ar­ beitsrichtung des Arbeitsgeräts gerichteten Schwingungen minimal sind.

3. Arbeitsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gegenmasse (14) mit der Kurbelscheibe (3) einstückig aus­ gebildet ist.

4. Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenmasse (14) an der Kurbelscheibe (3) befestigbar ist.

5. Arbeitsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegen­ masse (14) relativ zu dem Kurbelzapfen (4) winkelmäßig um die Drehachse (15) an verschiedenen Stellen auf der Kurbelscheibe (3) befestigbar ist.

6. Arbeitsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Differenz zwischen dem Versatzwinkel und 180° wenigstens 10° beträgt.

7. Arbeitsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Winkel zwischen dem Schwerpunkt der Gegenmasse (14) und dem Schwerpunkt des Hubzapfens (4) bezüglich der Drehachse (15) der Kurbel­ scheibe (3) ungefähr 90° beträgt.

8. Arbeitsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Masse der Gegenmasse (14) im wesentlichen gleich der Masse des Hubzapfens (4) ist.

9. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Masse der Gegenmasse (14) größer ist als die Masse des Hubzap­ fens (4).