DE1990887U - Für Rüttelgeräte im Erd- und Straßenbau bestimmte Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen - Google Patents

Description

DIPL.-ING. WOLFSAM WATZKE · DlPL-ING. ALEX-STENGER PATENTANWÄLTE
DÜSSELDORF 1 · CHARLOTTENSTRASS E 58 · TELEFON (OSll) 360514/15

Unser Zeichen!

9o45-a .Datum= H. April I9o3

Wilhelm Weller GmbH, Düsseldorf, Theodorstrasse 96-lo2

Pur Rüttelgeräte im Erd- und Strassenbau bestimmte Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen

Die Erfindung betrifft eine für Rüttelgeräte im Erd- und Strassenbau bestimmte Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen,die durch kreisende Bewegung von Unwuchten-erzeugt und auf die Oberfläche des zu verdichtenden Materials übertragen werden. Diese Vorrichtung ist insbesondere für alle Arten von Rüttelwalzen bestimmt, kann aber auch für Rüttelplatten, Rüttelbohlen ododgl. Geräte verwendet werden.

In den letzten Jahren hat sich der Einsatzbereich für Rüttelgeräte stark erweitert. Bei Rüttelwalzen reicht er vom Einsatz in Felsschichten und Einrütteln von Pflastersteinen über das Verdichten verschiedener Bodenarten bis zum Einbau von bituminösen Schichten.Hierbei ist es erforderlich,den Rüttelvorgang an die'Eigenschaften des jeweils zu verdichtenden Materials anzupassen.

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Grobkörniges Material und tieferliegende Bodenschichten lassen sich beispielsweise am besten durch Schwingungen mit großer Amplitude und niedriger:.' Frequenz verdichten, wogegen feinkörniges Material und direkt an der Oberfläche liegende Bodenschichten kleine Amplituden und hohe Frequenzen erfordern«

Bei Rüttelwalzen ist es bereits bekannt, die Schwingungscharakteristik zu verändern,, Dies geschieht meistens, indem die Drehzahl der die Umlaufgewichte tragenden Erregerwelle verändert wird. Diese Maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß sich mit der Drehzahländerung auch die zur Erzeugung der Schwingungen dienende Fliehkraft in ihrer Größe ändert. Da die Fliehkraftänderung nach einer quadratischen Funktion erfolgt, ist es unmöglich, die Schwingungscharakteristik in der gewünschten Weise einzustellen.

Um eine sinnvolle Veränderung der Schwingungscharakteristik erreichen zu können, ist darüber hinaus eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen bekannt, bei der ausser einer Drehzahländerung die Möglichkeit besteht, die. Größe der Unwucht durch Verändern des Abstandes des Umlaufgewichtes einzustellen. Diese Ausführung hat jedoch den

Nachteil, daß die Verstellung der Lage des Umlauf gewichtes hinsichtlich der Erregerv/elle im Stillstand der Maschine mit zusätzlichen Geräten durchgeführt . werden muß. Abgesehen davon* daß diese Ausführung einen komplizierten Aufbau besitzt und störanfällig ist,ergibt sich durch die umständliche Bedienung,daß oftmals nur die Drehzahl verändert wird und eine ■Verstellung des radialen Abstandes des UmIaufgewichtes von der Drehachse der Erregerwelle unterbleibt. Alle bekannten Ausführungen besitzen darüber hinaus den Nachteil, daß die Drehzahl der Erregerwelle durch Drehzahländerung des Antriebsmotors verändert wird, wodurch es unmöglich ist,bei allen Drehzahlen das volle Drehmoment der Antriebsmaschine auszunutzen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen für Rüttelgeräte im Era- una Straßenoau zu schaffen,die bei einer ständigen Ausnutzung des vollen Drehmomentes des Antriebsmotors die Möglichkeit ergibt,die Amplitude der Schwingungen bei annähernd gleichbleibender Fliehkraft stufenweise zu verändern.

Zu diesem Zweck wird mit der Erfindung vorgeschlagen, das Drehmoment vom Antriebsmotor über ein Schaltgetriebe

mit mindestens zwei Übersetzungen auf die Erregerwelle zu übertragen und ausser dem festen Umlaufgewicht an der Erregerwelle mindestens ein radial verschiebbar gelagertes Fliehkraftgewicht anzuordnen,das mit einem Gegengewicht verbunden und durch eine Feder gegenüber der Erregerwelle derart abgestützt ist, daß der Schwerpunkt des sich aus Fliehkraftgewicht und Gegengewicht ergebenden Unwuchterzeugers bei der kleineren Übersetzung nahezu auf der Drehachse der Erregerwelle liegt, bei der größeren Übersetzung jedoch die Kraft der Feder durch die höhere Fliehkraft des Fliehkraftgewichtes überwunden und das Fliehkraftgewicht radial nach außen verschoben ist»

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das vorzugsweise in seiner radialen Yerschiebbarkeit durch einen festen oder einstellbaren Anschlag begrenzte Fliehkraftgewieht gegenüber dem festen Umlaufgewicht um IBo versetzt an der Erregerwelle angeordnet. Die Masse des Umlaufgewichtes und die Masse sowie der Hub des Fliehkraftgewichtes sind derart aufeinander abgestimmt, daß sich bei beiden Übersetzungen annähernd dieselbe Fliehkraft ergibt« Um den Beginn der radialen Verschiebung des Fliehkraftgewichtes bei ansteigender Drehzahl, exakt vorauszubestimmen,kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung am Fliehkraftgewicht

ein als Steuermasse wirkendes Zusatzgewicht angeordnet werden.

In Weiterentwicklung des Grundgedankens wird für eine Vorrichtung mit einem mehr als zwei Übersetzungen aufweisenden Schaltgetriebe vorgeschlagen,die Feder zwischen Fliehkraftgewicht und Erregerwelle durch mehrere hintereinandergeschaltete Federn unterschiedlicher Federkraft zu ersetzen, um eine absatzweise Radialverschiebung des Fliehkraftgewiehtes entsprechend den Drehzahlabstufungen zu erzielen. Das gleiche Ergebnis wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erzielt, daß mehrere aus Fliehkraftgewicht, Gegengewicht und Feder bestehende Urnwuchterzeuger an der Erregerwelle angeordnet sind. Diese UfJwuchterzeuger können erfindungsgemäß derart versetzt zueinander an der Erregerwelle angeordnet sein, daß sich bei allen Übersetzungen annähernd dieselbe Fliehkraft ergibt. Diese Pnwuchterzeuger können SOWohl jeweils um IBo⁰,als auch mit anderen Winkeln gegeneinander versetzt sein,wobei im letzten Fall der Einfluß der Sinusfunktionen bei der Addition der Fliehkräfte berücksichtigt werden muß.·

Die erfindungsgemäße Torrichtung besitzt den Vorteil, daß trotz unterschiedlicher Amplitude und Frequenz

der Schwingung die erzeugte Fliehkraft annähernd gleich bleibt,so daß das für ei^ne bestimmte Fliehkraft ausgelegte Rüttelgerät stets im optimalen Arbeitsbereich benutzt wird,der im wesentlichen durch die Auflast, mit der das Gerät auf dem zu verdichtenden Material aufliegt, und durch die erzeugte Fliehkraft bestimmt wird. Für die Auslegung des Gerätes ist es weiterhin vorteilhaft, daß der Antriebsmotor trotz unterschiedlicher Drehzahlen der Erregerwelle stets mit derselben Drehzahl und damit maximalem Drehmoment betrieben werden kann,wodurch es möglich ist,auch kleinere und preiswertere Antriebsmotoren zu verwenden.

Die Reduzierung der Unwuchtgröße bei steigender Drehzahl erfolgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbsttätig beim Verstellen der Drehzahl der Erregerwelle durch das Schaltgetriebe, ohne daß das Rüttelgerät angehalten und eine spezielle Verstellvorrichtung betätigt werden muß.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rüttelwalze und ■, durch den Antrieb für die Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen in sehematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in .Fig.l,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der mit geringer Drehzahl umlaufenden Erregerwelle und

Fig. 4 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung bei mit höherer Drehzahl umlaufenden Erregerwelle.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen anhand des Aufbaus einer Rüttelwalze erläutert.. Die Figur 1 zeigt diejenigen Teile einer Rüttelwalze, die zum Verständnis der Vorrichtung erforderlich sind.

Das Drehmoment eines Antriebsmotors 1 wird über eine elastische Kupplung 2 auf eine Schaltkupplung 4 übertragen, die über einen Schalthebel J5 ein- und ausgerückt ■werden kann. Bei eingerückter.·' Schaltkupplung 4 wird das Drehmoment des Antriebsmotors 1 über ein Zahnradpaar 5 auf eine Welle 6 übertragen,auf der ein Schieberadpaar 7 axial verschiebbar angeordnet ist. Von diesem Schieberadpaar 7* das über einen Getriebehebel 8 verschiebbar ist,kann das Drehmoment entweder über .ein Zahnrad 9 oder über ein Zahnrad Io auf eine Abtriebswelle 11 übertragen werden«,

Auf der Abtriebswelle 11 ist ein Abtriebsrad 12 befestigt, das über einen Keilriemen IJ> mit einem Antriebsrad 14

verbunden ist,das auf einer Erregerwelle 15 befestigt ist. Die Erregerwelle I5 ist in Lagerschilden 16 einer Walzenbandage IT drehbar gelagert,unabhängig von einer Lenk- oder Antriebsbewegung der Walzenbandage 17.

An der Erregerwelle I5 sind zwei Umlaufgewichte 18 in der Nähe der Lagerschilde 16 fest angeordnet.Zwischen diesen festen Umlaufgewichten 18 besitzt die Erregerwelle 15 eine Auflageplatte 19*an der sich eine Feder 2o mit ihrem einen Ende abstützt. Das andere Ende der Feder liegt an einem Gegengewicht 22 an, das über Klemmbügel 2j5 mit einem Fliehkraftgewieht 21 verbunden ist. Das Fliehkraftgewicht 21 ist schließlich mit einem Zusatzgewicht versehen.

Wenn die bei laufendem Antriebsmotor 1 betätigbare Schaltkupplung 4 eingerückt wird,treibt der stets mit maximalem Drehmoment und konstanter Drehzahl laufende Antriebsmotor 1 die Erregerwelle I5 mit vorbestimmter Drehzahl an. Über das Schieberadpaar 7 ist das Übersetzungsverhältnis, das durch die Abmessungen der Zahnräder 9 und Io und des Schieberadpaares 7 vorgegeben ist, wählbar. Bei der Darstellung in Fig.l wird die Erregerwelle 15 miti.der kleineren Drehzahl angetrieben.

In Figur 3 sind in schematiseher Darstellung die Verhältnisse gezeigt,die sich bei einem Ausführungsbeispiel bei niedriger Drehzahl an der Erregerwelle 15 ergeben. Bei- einer Drehzahl von etwa 2ooo Umdrehungen pro Minute erzeugt jedes der beiden festen Ümlaufgewiehte 18 entsprechend der Formel

eine Fliehkraft von 16lo kp. Der aus Fliehkraftgewicht 21, Gegengewicht 22, Klemmbügeln 23 und Feder 2o bestehende Unwuchterzeuger zwischen den beiden festen Umlaufgewichten 18 ist bei der Drehzahl 2ooo Umdrehungen pro Minute bis auf das Zusatzgewicht 24 ausgewuchtet<, Dies wird dadurch erreicht,¹ daß die Feder 2o,die sich auf der Auflageplatte 19 an der Erregerwelle 15 abstützt, das Gegengewicht 22 von der Erregerwelle 15 abdrückt und damit das Fliehkraftgewicht 21 -zur Anlage an der Erregerwelle 15 bringt,wie dies in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist. Es ergibt sieh somit lediglich eine Fliehkraft durch das als Steuermasse wirkende Zusatzgewicht 24 in der Größe von 22o kp. Diese Fliehkraft des Zusatzgewichtes 24 reicht jedoch nicht aus,die Feder 2o zusammenzudrücken, da diese in der dargestellten Lage eine Vorspannung von 4oo kp besitzt.

Insgesamt ergibt sich somit,daß die Erregerwelle durch die festen Umlaufgewichte 18 mit insgesamt 161o kp und

-Ιο-

um löo° versetzt duroh das Zusatzgewioht 24 mit 22o kp belastet ist · Die Unwucht beträgt insgesamt somit etwa 3ooo kp bei einer Drehzahl von etwa 2ooo Umdrehungen pro Minute ο

Wird nunmehr die Drehzahl der Erregerwelle 15 dadurch erhöht, daß das grössere Zahnrad des Schieberadpaares 7 mit dem Zahnrad Io zum Eingriff gebracht wird,so ergibt sich der in Figur 4 schematisch dargestellte Zustand des zwischen den festen Umlaufgewichten 18 angeordneten Unwuchterzeugers. Bei der ausgewählten Drehzahl von etwa 5I00 Umdrehungen pro Minute erzeugt das Zusatzgewicht 24 eine Fliehkraft von etwa 53o kp.Diese Fliehkraft überwindet somit die Vorspannung der Feder 2o, welche 4oo kp beträgt..Es erfolgt eine radiale Verschiebung des gesamten, aus Fliehkraftgewicht 21, Gegengewicht 22 und Klemmbügeln 25 bestehenden Unwuchterzeugers bei gleichzeitiger Zusammendrückung der Feder 2o. Diese radiale Verschiebung wird durch einen konstruktiv festgelegten Anschlag begrenzt. Selbstverständlich ist die Feder 2o derart ausgebildet, daß diese eine volle radiale Verschiebung bis zum Anschlag gestattet.

In der radial verschobenen Lage erzeugen das Fliehkraftgewicht 21, das Zusatzgewicht 24 und die entsprechenden

Teile der Klemmbügel 23 eine Fliehkraft von etwa 5Ö00 kp,wogegen das Gegengewicht 22 mit den anderen Teilen der Klemmbügel 23 eine Gegenkraft von etwa I520 kp ergeben. Aus dem verschiebbaren Unwuchterzeuger ergibt sich somit eine Fliehkraft von etwa 42b\o kp, die entgegengesetzt zu., der Fliehkraft der beiden festen Umlaufgewichte Ib wirkt. Da diese Umlaufgewichte Ib je etwa 3625 ^p, insgesamt somit 725° ^P erzeugen, ergibt sich insgesamt eine an der Erregerwelle I5. bei 3I00 Umdrehungen pro Minute angreifende Fliehkraft von 2970 kp, also wiederum von etwa 3000 kp.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt also, daß es durch die richtige Wahl der Gewichte und der Federeigenschaften möglich ist, bei unterschiedlichen Drehzahlen der Erregerwelle 15 annähernd dieselbe Gesamtfliehkraft zu erzielen. Bei gleichbleibender Fliehkraft und unterschiedlichen Drehzahlen ergeberisich jedoch unterschiedliche Amplituden der Schwingungen, im vorliegenden Fall bei der kleineren Drehzahl eine große und bei der grösseren Drehzahl eine kleine Amplitude.

Selbstverstandlieh ist es möglich, beim Vorhandensein von mehr als zwei Übersetzungen im Schaltgetriebe die Feder 2o durch mehrere hintereinander geschaltete Federn unterschiedlicher Federkraft zu ersetzen,so daß

die RadialVerschiebung entsprechend der jeweiligen Drehzahl absatzweise erfolgt. Weiterhin können auch mehrere aus Fliehkraftgewicht, Gegengewicht und Feder bestehende Unwuchterzeuger an der Erregerwelle angeordnet sein. Diese Unwuchterzeuger können sowohl jeweils um 18ο , als auch mit anderen Winkeln gegeneinander versetzt werden. Im letzteren Fall ist selbstverständlich der Einfluß der Sinusfunktionen bei der Addition der Fliehkräfte zu berücksichtigen.

Claims (7)

Schutzansprüche :

1. PUr Rüttelgeräte im Erd- und Strassenbau bestimmte Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen , die durch kreisende Bewegung von Unwuehten erzeugt und auf die Oberfläche des zu verdichtenden Materials übertragen werden, mit einer von einem Motor angetriebenen Erregerwelle,an der mindestens ein Umlaufgewicht zur Erzeugung der Unwucht angeordnet ist, da d u r c h gekennzeichnet, daß das Drehmoment vom Antriebsmotor (1) über ein Schaltgetriebe nit mindestens zwei Übersetzungen auf die Erregerwelle (15) übertragen wird und daß ausser dem festen Umlaufgewicht (18) an der Erregerwelle (15) mindestens ein radial verschiebbar gelagertes Fliehkraftgewicht (21) angeordnet ist, das mit einem Gegengewicht (22) verbunden und durch eine Feder (2o) gegenüber der Erregerwelle (15) derart abgestützt ist, daß der Schwerpunkt des sich aus Fliehkraftgewicht (21) und Gegengewicht (22) ergebenden Unwuchterzeugers bei der kleineren Übersetfing nahezu aμf der Drehachse der Erregerwelle (15) liegt, bei der grösseren

Übersetzung jedoch die Kraft der Feder -(2ο) durch die höhere Fliehkraft des Fliehkraftgewichtes (21) überwunden und das Fliehkraftgewicht radial nach aussen verschoben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Verschiebbarkeit des Fliehkraftgewichtes (21) durch einen festen oder.einstellbaren Anschlag begrenzt ist«

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fliehkraftgewicht .(21) gegenüber

dem festen Umlauf gewicht (Ib¹) um lbo versetzt an der Erregerwelle (15) angeordnet ist»

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Umlaufgewichtes (Ib) und die Masse sowie der Hub des Fliehkraftgewichtes (21) derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich.bei beiden Übersetzungen annähernd dieselbe Fliehkraft ergibt.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis, 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Fliehkraftgewicht (21) ein als Steuermasse wirkendes Zusatzgewicht (24) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem mehr als zwei Übersetzungen aufweisenden Schaltgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (2o) durch mehrere hintereinandergeschaltete Federn unterschiedlicher Federkraft ersetzt ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem mehr als zwei Übersetzungen aufweisenden Schaltgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus Fliehkraftgewicht (21),Gegengewicht (22) und Feder (2o) bestehende Unwuchterzeuger an der Erregerwelle (1.5) angeordnet sind«

ö. Vorrichtung nach Anspruch "J, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchterzeuger derart versetzt zueinander an der Erregerwelle (15) angeordnet sind, daß sich bei allen Übersetzungen annähernd dieselbe Fliehkraft ergibt.