DE19739742C2 - Arbeitsgerät mit Massenausgleich am Kurbeltrieb - Google Patents
Arbeitsgerät mit Massenausgleich am KurbeltriebInfo
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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. 2 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.
Aus der DE-OS 19 25 870 ist ein Stampfer bekannt, bei dem die Antriebslei
stung des Motors auf zwei Kurbeltriebe verteilt wird, die gleichzeitig eine Ar
beitsmasse über Federsätze beaufschlagen. An den sich gegenläufig drehenden
Kurbeltrieben sind Gegenmassen befestigt, deren Fliehkräfte einander in hori
zontaler Richtung ausgleichen, während sie sich in Vertikalrichtung summieren,
wodurch die Schwingungsamplitude des Stampfergehäuses vermindert wird.
Auch bei diesem Gerät treten jedoch für den Bediener belastenden Horizontal
schwingungen auf.
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 einer 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 Horizontalrichtung.
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
einzigen Kurbeltrieb (3, 4, 5) und einen Federsatz (11) linear hin- und hertreib
baren Arbeitsmasse, wobei der Kurbeltrieb eine von dem Motor angetriebene
Kurbelscheibe (3) aufweist, die exzentrisch zu ihrer Drehachse (15) einen mit ei
nem Pleuel (5) gekoppelten Hubzapfen (4) sowie eine Gegenmasse (14) trägt, und
der Schwerpunkt der Gegenmasse (14) bezüglich der Drehachse (15) der Kurbel
scheibe (3) um einen Winkel ungleich 180° versetzt zum Schwerpunkt des Hub
zapfens (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).
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Owner name: WACKER CONSTRUCTION EQUIPMENT AG, 80809 MUENCHEN, DE |
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