DE19741413C2 - Vorrichtung zum Erzeugen gerichteter Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen gerichteter Schwingungen.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt und dienen zur Einleitung gerichteter Schwingungen in eine Struktur. Bei der Struktur kann es sich um einen Rüttel­ tisch zur Betonverdichtung oder um ein Arbeitsgerät, z. B. eine Rüttelplatte zur Bodenverdichtung, handeln. Bei Rütteltischen werden die gerichteten Schwin­ gungen vorwiegend durch elektrisch/elektronisch oder mechanisch zwangsweise synchronisierte Rüttler oder auch durch Pendelrüttler erzeugt.

Bei den Rüttlern handelt es sich um zwei gegensinnig rotierende Fliehgewichte, deren gegeneinander gerichtete Fliehkraftkomponenten sich gegenseitig auf­ heben, während die senkrecht zu der durch die Drehachsen der Fliehgewichte aufgespannten Ebene stehenden Fliehkräfte sich zu einer resultierenden Kraft addieren und die Schwingung bewirken. Die Synchronisation der Fliehgewichte erfolgt mit teilweise erheblichem Aufwand auf mechanische, elektrische oder elektronische Weise. Um das Auftreten von schädlichen Kräften in einer Rich­ tung quer zu der eigentlichen Schwingungsrichtung zu vermeiden, ist eine er­ hebliche Präzision bei der Synchronisation erforderlich.

Ebenfalls wie bei Rütteltischen ist es auch bei Bodenverdichtungsgeräten, insbe­ sondere bei Vibrationsplatten, bekannt, daß eine reine gerichtete Schwingung dadurch erhalten werden kann, daß zwei Fliehgewichte mit gleichem m.r (Pro­ dukt aus Masse der Unwucht und Radius des Schwerpunkts) um zueinander pa­ rallele Achsen mit gleicher Drehzahl gegensinnig in Drehung versetzt werden. Zu diesem Zweck sind bei den bekannten Geräten die in einem gemeinsamen Ge­ häuse gelagerten Unwuchten ebenfalls zwangsweise miteinander drehbar gekop­ pelt und von einem gemeinsamen Antrieb her beide mit der gewünschten glei­ chen Drehzahl in Gegensinn angetrieben.

Insbesondere bei dem Einsatz bei Rütteltischen hat sich die bekannte Art der Erzeugung gerichteter Schwingungen wegen des damit verbundenen hohen konstruktiven Aufwands und den damit verbundenen Kosten als problematisch erwiesen.

Aus der US-PS-2.531.706 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen gerichteter Schwin­ gungen bekannt, bei der zwei unabhängig voneinander angetriebene Kreis­ schwingen von einem relativ steifen, gemeinsamen Träger gehalten werden. Der Träger wird mittels Federn auf einem Unterbau gehalten. Auf dem Träger kann eine Struktur, z. B. ein Formkasten, aufgestellt werden, in die die gerichteten Schwingungen eingeleitet werden sollen. Bei bestimmter Auslegung der rotieren­ den Massen der Kreisschwingen im Verhältnis zu den Federeigenschaften der den Träger lagernden Federn und der Masse der zu erregenden Struktur syn­ chronisieren sich die Kreisschwingen selbständig, ohne daß die Synchronbewe­ gung durch entsprechende mechanische Kopplung erzwungen wird. Das setzt je­ doch ein für jeden Anwendungsfall neues Auswählen der Parameter voraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der bei vertretbarem konstruktivem Aufwand gerichtete Schwingungen erzeugt und einer Struktur zugeführt werden können, ohne daß eine Abstimmung der Vor­ richtung bei veränderten Eigenschaften der Struktur, wie Resonanzverhalten und Masse, angepaßt werden muß.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen gerichteter Schwingungen, mit wenigstens zwei Fliehgewichten mit im wesentlichen gleichem m.r, die von­ einander unabhängig mit im wesentlichen gleicher Drehzahl gegensinnig um zu­ einander parallele Achse drehend antreibbar sind; einem weitgehend starren Träger, auf dem die wenigstens zwei Fliehgewichte drehbar gelagert sind; und mit einer Konsole, an der der Träger über eine Halterung derart befestigbar ist, daß der Träger relativ zu der Konsole beweglich ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Konsole an einer Struktur befestigbar ist, in die die gerichteten Schwin­ gungen einzuleiten sind.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß beim Einschalten des Antriebs der Flieh­ gewichte bei der in der vorstehenden Weise gestalteten Vorrichtung nahezu augenblicklich eine selbsttätige Synchronisation der beiden Fliehgewichte statt­ findet, wenn in Richtung parallel zur gemeinsamen Ebene der Drehachsen der Fliehgewichte, d. h. in Richtung senkrecht zur Schwingungsrichtung und senk­ recht zu den Drehachsen der Fliehgewichte, sowie senkrecht zu den Drehachsen, d. h. in Richtung der zu erzeugenden Schwingungen, der die Fliehgewichte tra­ gende Träger jeweils einen Bewegungsfreiheitsgrad hat, der in der Regel kon­ struktiv durch eine gewisse Materialelastizität gegeben ist und im Bedarfsfalle auch in der Größe passend eingerichtet werden kann. Voraussetzung dafür ist jedoch, daß der Träger weitgehend starr ist. Aus diesem Grund laufen die Flieh­ gewichte des Unwucht-Schwingungserregers so, als wären sie miteinander zur Erzeugung einer reinen gerichteten Schwingung miteinander zwangsgekoppelt, ohne daß dies in Wirklichkeit der Fall ist, so daß der diesbezüglich übliche hohe konstruktive Aufwand und die damit einhergehende Störanfälligkeit vermieden wird. Darüber hinaus ergibt sich eine leichtere Montierbarkeit, da die gesamte Vorrichtung leicht in unabhängige Teilkomponenten zerlegt werden kann. Dies ist insbesondere für die Montage an Rütteltischen von Bedeutung.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, daß die durch die Vorrichtung erzeugten Schwingungen über die Konsole an die Struktur weiterzugeben sind, in die die Schwingungen eingeleitet werden sollen. Dadurch ist es nämlich möglich, die Vorrichtung zunächst einmal hinsichtlich ihres Resonanzverhaltens unter Va­ riation der rotierenden Massen, der Federkonstanten und der Trägheitseigen­ schaften derart einzustellen, daß sich die gewünschte Synchronisation ergibt. Danach kann die Vorrichtung an einer beliebigen Struktur befestigt werden, ohne daß dadurch das Synchronisationsverhalten beeinträchtigt wird und ohne daß eine erneute Abstimmung erforderlich würde.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Träger relativ zu der Konsole in Rich­ tung der zu erzeugenden gerichteten Schwingung sowie in einer Richtung senk­ recht zu der Schwingungsrichtung und senkrecht zu den Drehachsen der Flieh­ gewichte beweglich ist.

Vorteilhafterweise ist die zu erzeugende Schwingung senkrecht zu einer durch die Drehachsen der Fliehgewichte aufgespannten Ebene ausgerichtet.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung weist die Halterung wenigstens ein Federelement zum Übertragen der Bewegung des Trä­ gers in Richtung der gerichteten Schwingung auf. Bei dem Federelement kann es sich auch um ein gummielastisches Element handeln. Bei einer anderen vorteil­ haften Weiterentwicklung weist die Halterung wenigstens ein Federelement zum Übertragen der Bewegung des Trägers in Richtung senkrecht zu der Schwin­ gungsrichtung und senkrecht zu den Drehachsen der Fliehgewichte auf. Die Fe­ derelemente gewährleisten eine Beweglichkeit des Trägers in der Halterung und damit relativ zu der Konsole, ohne daß ein unzulässiges Spiel zwischen dem Trä­ ger und der Halterung auftreten kann. Weiterhin bewirken die Federelemente, insbesondere bei Kopplung mit Dämpfungselementen, eine effektive Lärmredu­ zierung, da die von den Fliehgewichten und deren Antrieb erzeugten Körper­ schallschwingungen nicht oder nur zum Teil auf die Konsole übertragen werden.

Vorteilhafterweise sind die Steifigkeit des oder der Federelemente an die Steifig­ keit des Trägers angepaßt. Dadurch wird sichergestellt, daß sich die Selbst­ synchronisation der beiden Fliehgewichte unabhängig von der anzuregenden Struktur einstellt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung zwei an der Konsole befestigte Halterungseinheiten aufweist, zwischen die der Träger beweglich aufgenommen ist. Die Halterungs­ einheiten stehen einander bei dazwischen angeordnetem Träger gegenüber, so daß der Träger sicher festgehalten werden kann, ohne daß zusätzliche Bau­ elemente erforderlich sind.

Vorteilhafterweise weist jede der Halterungseinheiten ein Federelement auf, in das der Träger eingesetzt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeweils ein Antrieb für ein Fliehgewicht auf dem Träger angeordnet. Da sich erfindungsgemäß die Flieh­ gewichte selbständig synchronisieren, ist es nicht erforderlich, die Antriebe durch mechanische, elektrische oder elektronische Komponenten zusätzlich zu synchronisieren.

Besonders zweckmäßig kann es sein, die Fliehgewichte jeweils hälftig axial ge­ teilt und mit jeweils dazwischen angeordnetem Antriebsmotor auszuführen, um die Lager- und Wellenbelastungen der Motoren zu vergleichmäßigen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Konsole Bestandteil der Struktur ist, in die die gerichteten Schwingungen einleitbar sind. Dies bedeutet entweder, daß die Halterung bzw. die Halterungseinheiten direkt auf der anzuregenden Struk­ tur befestigt werden, oder daß die Konsole mit der Halterung und dem Träger als bauliche Einheit an der Struktur befestigbar ist.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Struktur ein Rütteltisch oder eine Vibrati­ onsplatte ist, weil sich bei einer derartigen Verwendung der Vorrichtung die bis­ her bekannten aufwendigen Schwingungserzeuger durch eine einfachere Vor­ richtung ersetzen lassen.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einer- Ausführungsform der Erfindung.

Zwei schematisch dargestellte Fliehgewichte 1 sind in Form von Unwuchten an Drehachsen 2 drehbar gehalten und werden über die Drehachsen 2 jeweils von nicht dargestellten Elektromotoren angetrieben. Bei einer anderen Ausführungs­ form der Erfindung sind in Tiefenrichtung der Figur jeweils zwei Fliehgewichte 1 vorgesehen, zwischen denen der Antriebsmotor angeordnet ist. Derartige Anord­ nungen sind aber bereits von Vorrichtungen mit zwangssynchronisierten Flieh­ gewichten bekannt, so daß auf eine weitergehende Beschreibung verzichtet wird.

Die Fliehgewichte 1, die Drehachsen 2 und die Antriebsmotoren sind jeweils mittels Stützen 3 mit einem gemeinsamen Träger 4 verbunden. Der Träger 4 ist eine relativ dicke Stahlplatte und sollte so verwindungssteif wie möglich ausge­ führt werden.

Die Stützen 3 sind auf dem Träger 4 festgeschweißt oder festgeschraubt und bilden mit dem Träger 4 ebenfalls eine möglichst steife Konstruktion.

Der Träger 4 ist an zwei seiner Stirnseiten von eine Halterung bildenden Halte­ rungseinheiten 5a und 5b gehalten, die wiederum an einer Konsole 6 festge­ schweißt sind. Bei anderen Ausführungsformen sind die Halterungseinheiten nicht mit der Konsole verschweißt, sondern verschraubt. Die Halterungseinhei­ ten 5a und 5b übergreifen hakenartig den Träger 4, wobei zwischen dem Träger 4 und den Halterungseinheiten 5a, 5b Federelemente 7 eingelegt sind. Die Fe­ derelemente 7 können z. B. aus Gummi oder aus elastischem Kunststoff beste­ hen und erforderlichenfalls auch Dämpfungseigenschaften aufweisen.

In der Figur ist gezeigt, daß zwischen den Stirnseiten des Trägers 4 und den Halterungseinheiten 5a, 5b jeweils ein Spalt 8 ausgebildet ist. Dieser Spalt 8 ermöglicht es, daß sich der Träger mit den an ihm befestigten Unwuchteinheiten beim Anlaufen der Fliehgewichte 1 in - bezüglich Fig. 1 - Horizontalrichtung geringfügig bewegen kann, was für die Synchronisierung der Fliehgewichte 1 er­ forderlich ist. Der Spalt 8 kann bei einer anderen Ausführungsform ebenfalls durch ein Federelement ausgefüllt sein, um zu vermeiden, daß der Träger 4 di­ rekt auf die Halterungseinheiten 5a, 5b aufschlägt.

Zum Erzeugen der gerichteten Schwingung werden die Fliehgewichte 1 durch die Antriebsmotoren in gegensinnige Drehbewegung bei im wesentlichen gleicher Drehzahl gebracht. Da ihr Produkt aus Masse der Unwucht und Radius des Un­ wuchtschwerpunkts im wesentlichen gleich ist, sind auch die sich durch die Ro­ tation ergebenden Fliehkräfte im wesentlichen gleich. Aufgrund der gegensinni­ gen Drehung heben sich die - in bezug auf Fig. 1 gesehen - Horizontalkompo­ nenten der Fliehkräfte gegenseitig auf, während sich die in Pfeilrichtung 9 ge­ richteten Vertikalkomponenten der Fliehkräfte addieren und somit eine gerich­ tete Schwingung in Pfeilrichtung 9 erzeugen. Die senkrecht zu einer durch die Drehachsen 2 aufgespannten Ebene stehende, gerichtete Schwingung wird über den starren Träger 4 und die Federelemente 7 auf die Konsole 6 übertragen, wo sie in der gewünschten Weise genutzt werden kann.

Die Konsole 6 kann bei Verwendung der Vorrichtung auf einer Struktur oder an einem Arbeitsgerät befestigt werden, um die gerichtete Schwingung in der gewünschten Weise einzuleiten. Ebenfalls ist es möglich, daß die Konsole 6 bereits Teil der anzuregenden Struktur bzw. des Arbeitsgeräts ist. Zum Beispiel kann die Konsole 6 Bestandteil einer Vibrationsplatte zur Bodenverdichtung oder einer Schalungshaut eines Rütteltischs zur Betonverdichtung sein.

Selbstverständlich kann die Vorrichtung nicht nur bei dem genannten Rüttel­ tisch oder der Vibrationsplatte eingesetzt werden, sondern auch bei jeder anderen Vorrichtung, bei der gerichtete Schwingungen erforderlich sind.

Die in der Figur gezeigte Ausführungsform weist zwei Halterungseinheiten 5a, 5b auf. Bei einer kleineren Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, den Träger 4 durch nur eine Halterungseinheit an der Konsole 6 zu befestigen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Erzeugen gerichteter Schwingungen, mit

• 1. wenigstens zwei Fliehgewichten (1) mit im wesentlichen gleichem m.r, die voneinander unabhängig mit im wesentlichen gleicher Drehzahl gegensinnig um zueinander parallele Achsen (2) drehend antreibbar sind;
• 2. einem weitgehend starren Träger (4), auf dem die wenigstens zwei Flieh­ gewichte (1) drehbar gelagert sind; und mit
• 3. einer Konsole (6), an der der Träger (4) über eine Halterung (5a, 5b) der­ art befestigbar ist, daß der Träger (4) relativ zu der Konsole (6) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsole (6) an einer Struktur befestigbar ist, in die die gerichteten Schwingungen einzuleiten sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) relativ zu der Konsole (6) in Richtung (9) der zu erzeugenden gerichteten Schwingung sowie in einer Richtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung (9) und senkrecht zu den Drehachsen (2) der Fliehgewichte (1) beweglich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erzeugende Schwingung senkrecht zu einer durch die Drehachsen (2) der Fliehgewichte (1) aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterung (5a, 5b) wenigstens ein Federelement (7) zum Übertragen der Bewegung des Trägers (4) in Richtung der gerichteten Schwingung (9) auf­ weist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterung (5a, 5b) wenigstens ein Federelement (7) aufweist, zum Übertragen der Bewegung des Trägers (4) in Richtung senkrecht zu der Schwin­ gungsrichtung (9) und senkrecht zu den Drehachsen (2) der Fliehgewichte (1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit des Federelements (7) an die Steifigkeit des Trägers (4) angepaßt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung (5a, 5b) zwei an der Konsole (6) befestigte Halte­ rungseinheiten (5a, 5b) aufweist, zwischen die der Träger (4) beweglich auf­ genommen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Halterungseinheiten (5a, 5b) ein Federelement (7) aufweist, in das der Träger (4) eingesetzt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils ein Antrieb für ein Fliehgewicht (1) auf dem Träger (4) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fliehgewichte (1) jeweils hälftig geteilt, mit jeweils dazwischen angeordnetem Antriebsmotor ausgeführt sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Konsole (6) Bestandteil der Struktur ist, in die die gerichteten Schwingungen einleitbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur ein Rütteltisch oder eine Vibrationsplatte ist.

13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Außenrüttler an einem Rütteltisch oder als Schwingungserreger an einer Vibrationsplatte.