DE19739743C2 - Arbeitsgerät mit reduzierten Obermassenschwingungen - 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. Um ein Blocksitzen der Federsätze 11 zu vermeiden, ist ober­ halb der Kolbenführung 9 eine Dämpfungsbüchse 13 aus einem elastischen Kunststoffmaterial auf den Führungskolben 7 aufgesetzt, während unterhalb der Mutter 8 ein ebenfalls aus elastischem Kunststoff bestehender Dämpfungsstop­ fen 14 angebracht ist. Die Dämpfungsbüchse 13 und der Dämpfungsstopfen 14 können bei stark komprimierten Federsätzen 11 jeweils mit ihrer der Kolbenfüh­ rung 9 abgewandten Seite an die zugehörige Federplatte 12 anschlagen. Sie dämpfen dann die weitere Kompressionsbewegung derart, daß ein Blocksitzen der Federsätze 11 und damit eine zu starke Stoßeinwirkung auf das Arbeitsgerät vermeidbar ist.

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 15 verbunden.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, wird die Drehbewegung des Motors durch den Kurbel­ trieb mittels der Kurbelscheibe 3, dem Hubzapfen 4 und dem Pleuel 5 in eine os­ zillierende Axialbewegung des Führungskolbens 7 gewandelt. Diese Axialbewe­ gung 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 Führungsbügel 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 zur Bodenverdichtung bekannt, mit einer Arbeitsmasse, die von einem zu einer Obermasse gehörenden Motor über einen doppelten Kurbeltrieb linear hin- und hergetrieben wird. Um die Schwin­ gungen an der Obermasse zu verringern, sind zwei gegenläufig bewegliche Ge­ wichte vorgesehen, die der durch den Kurbeltrieb erzeugten Schwingung eine entgegengerichtete Schwingung überlagern. Der Stampfer ist doppelbeinig aus­ geführt, wobei jedes Stampferbein über einen eigenen Kurbelantrieb angetrie­ ben wird. Dementsprechend baut der Stampfer sehr groß und läßt sich nur unter Einsatz großer Kräfte auf dem Untergrund führen.

Aus der DE-PS 753 502 ist eine Antriebsvorrichtung zur Erregung von schwin­ gungsfähigen Systemen bekannt. Dazu sind in einem Kurbelantrieb über Gum­ mifedern miteinander gekoppelte Arme und Hebel vorgesehen. Um eine schäd­ liche dynamische Massenwirkung in Form von auf den Motor und die Lager rückwirkenden Kräften zu vermeiden, wird die Masse der Arme und Hebel un­ ter Verwendung von Werkstoffen geringen spezifischen Gewichts möglichst niedrig gehalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät anzugeben, bei dem Schwingungen der Obermasse bereits im Entstehen vermieden werden kön­ nen.

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

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei Verwendung von Materialien, die leichter sind als Stahl, das heißt, eine geringere Dichte als Stahl aufweisen, für die Herstellung der linear hin- und herbeweglichen Bauelemente des Kurbel­ triebs, also insbesondere des Pleuels, des Kolbenbolzens, des Führungskolbens und der Kolbenführung, die Schwingungen der Obermasse erheblich reduziert werden können. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Masse der Obermasse durch das geringere Gewicht der beweglichen Bauteile reduziert wird, wodurch geringere Kräfte auf die Obermasse einwirken.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Material eine Aluminium-Legierung oder ein Kunststoffmaterial ist, weil dadurch eine besonders große Massenreduzie­ rung möglich ist.

Bei den bisher bekannten Arbeitsgeräten, insbesondere bei Stampfern, wurde meist versucht, die auf den Bediener einwirkenden Schwingungen zu dämpfen, indem der Führungsbügel des Geräts gegenüber dem Gerät selbst zum Beispiel mittels Gummielementen schwingungsisoliert wurde. Außerdem war es bekannt, die Obermassenschwingung durch Überlagerung mit einer zusätzlichen, separat erzeugten Schwingung zu vermindern. Eine Reduktion der Schwingungen be­ reits im Entstehen durch Verwendung von leichten Bauteilen jedoch ist noch nicht bekannt.

Außer der Reduzierung der Obermassenbewegung hat die Massenreduzierung der bewegten Bauteile auch noch den Vorteil der Energieeinsparung, da bei je­ der Kurbelumdrehung geringere Massen beschleunigt und verzögert werden müssen. Ebenfalls ist das Gesamtgewicht des Geräts verminderbar. Aufgrund der geringeren Beschleunigungsbelastung des Antriebsmotors sind höhere Le­ bensdauern erreichbar. Andererseits ist es bei gleicher Leistungsabgabe des Mo­ tors möglich, etwas breitere bzw. schwerere Stampfplatten bei gleicher Ober­ massenbewegung bzw. Beschleunigung zu verwenden. Darüber hinaus kann das Laufgeräusch vermindert werden. Außerdem sind bei entsprechendem Herstel­ lungsverfahren erhebliche Kostenreduktionen zu erwarten. Wesentlicher Vorteil ist jedoch die Reduzierung der auf den Bediener wirkenden Hand-Arm-Schwin­ gungen, wodurch ein angenehmeres Arbeiten möglich wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Kolbenführung zu­ sammen mit einer Dämpfungsbüchse, vorzugsweise mit zwei Dämpfungsbüch­ sen, einteilig aus Kunststoff herstellbar. Neben der genannten Massereduktion führt dies zu einer Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und somit eben­ falls zu einer Kostenverminderung.

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 Stampfgeräts den bereits in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen, bekann­ ten Elementen entsprechen, wird auf eine erneute Beschreibung verzichtet. Zur Vereinfachung werden in den Figuren für gleiche Bauteile auch gleiche Bezugs­ zeichen verwendet.

Im Unterschied zu dem in Fig. 2 gezeigten, bekannten Stampfer sind bei dem in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Stampfer einige der linear hin- und herbeweglichen Bauelemente des Kurbeltriebs aus Materialien hergestellt, die eine geringere Dichte als Stahl aufweisen und somit leichter sind als Stahl. Je nach Baugröße und Leistungsfähigkeit des Stampfers ist im Einzelfall zu ent­ scheiden, welche Bauelemente aus leichteren Materialien herzustellen sind. Grundsätzlich ist aber zur Vermeidung von Obermassenschwingungen anzustre­ ben, möglichst viele Bauelemente in Leichtbauweise auszuführen.

Die betroffenen Bauelemente sind das Pleuel 5, der Kolbenbolzen 6, der Füh­ rungskolben 7 und eine erfindungsgemäß ausgebildete Kolbenführung 16. Der Kurbeltrieb selbst besteht aus der Kurbelscheibe 3, dem Hubzapfen 4, dem Pleuel 5, dem Kolbenbolzen 6, dem Führungskolben 7 und der Kolbenführung 16.

Das Pleuel 5 kann vorzugsweise aus Kunststoff, zum Beispiel aus kohlefaser- oder glasfaserverstärktem Polyamid hergestellt werden. Für den Führungskol­ ben 7 eignen sich Aluminium-Knetlegierungen oder ebenfalls glasfaserverstärk­ tes Polyamid.

Die Kolbenführung 16 integriert die aus dem Stand der Technik bekannte Kol­ benführung aus Stahl, die aus einem elastischen Kunststoffmaterial bestehende Dehnungsbüchse und den Dehnungsstopfen in einem Bauteil. Die Kolbenfüh­ rung 16 weist etwa in der Mitte einen breiteren Rand 17 auf, an dessen beiden Seiten die Federsätze 11 anliegen. Von dem Rand 17 geht in beide Richtungen jeweils eine Hülse ab, wobei eine obere Dehnungshülse 18 über den Führungs­ kolben 7 gestülpt ist und eine untere Dehnungshülse 19 ebenfalls in Hülsen­ form sich in Richtung der Untermasse erstreckt. Um ein Blocksitzen der Feder­ sätze 11 zu vermeiden, können bei starkem Schwingen die Enden der Deh­ nungshülsen 18, 19 an die jeweiligen Federplatten 12 anschlagen, bevor sich die Federwindungen gegenseitig berühren. Dadurch wird eine übermäßige Stoß­ belastung des Geräts vermieden. Um eine entsprechende Dämpfungsfähigkeit durch die Kolbenführung 16 zu gewährleisten, wird sie aus Polyurethan einstückig hergestellt. Zur Verstärkung des Randes 17, insbesondere um eine Beschädigung der Kolbenführung 16 durch die aufliegenden Federsätze 11 zu vermeiden, ist es möglich, dünne Stahlscheiben zwischen dem Rand 17 und den zugehörigen Federn 11 einzulegen.

Die Kolbenführung 16 ist über ein Trapezgewinde 20 auf dem Führungskolben 7 aufgeschraubt. Das Trapezgewinde 20 gewährleistet einen großflächigen Kontakt zwischen der Kolbenführung 16 und dem Führungskolben 7, so daß die lokale Flächenpressung gering gehalten werden kann.

Zu Verdrehsicherung ist im Inneren der unteren Dehnungshülse 19 ein Innen­ sechskant 21 ausgebildet, in den ein einen Außensechskant aufweisendes Stahl­ stück 22 einschiebbar und mittels einer Schraube 23 am Führungskolben 7 fi­ xierbar ist. Diese Anordnung gewährleistet, daß sich die Kolbenführung 16 im Betrieb des Geräts nicht selbständig von dem Führungskolben 7 herunter­ schrauben kann.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines erfindungsgemäßen Stampfgeräts zur Bodenverdichtung erläutert. Die Erfindung kann darüber hinaus ebenfalls sehr vorteilhaft bei einem Hammer, zum Beispiel einem Schlaghammer einge­ setzt werden, da die Schlagerzeugung beim Hammer auf dem gleichen Prinzip wie bei dem Stampfgerät beruht. Die Tatsache, daß beim Hammer statt der die Federsätze 11 bildenden Stahlfedern üblicherweise ein Luftfederschlagwerk ver­ wendet wird, hat auf die positiven Wirkungen der erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform keinen Einfluß.

Claims (4)

1. Stampfgerät zur Bodenverdichtung, mit einer stampfend angetriebenen Arbeitsmasse, die von einem zu einer Obermasse gehörenden Motor über einen Kurbeltrieb (3, 4, 5, 6, 7, 16) und einen Federsatz (11) linear hin- und her­ treibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbeltrieb wenigstens ein linear hin- und herbewegliches Bauelement (5, 6, 7, 16) aufweist, das aus einem Material herstellbar ist, dessen Dichte geringer als die von Stahl ist, und daß das linear hin- und herbewegliche Bauelement ein Bauelement aus der Gruppe Pleuel (5), Kolbenbolzen (6), Führungskolben (7), Kolbenführung (16) ist.

2. Stampfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Aluminium-Legierung ist.

3. Stampfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Kunststoffmaterial ist.

4. Stampfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenführung (16) zusammen mit wenigstens einer Dämpfungsbüchse (18, 19) einteilig aus Kunststoff herstellbar ist.