DE19953553A1

DE19953553A1 - Ground compactor with variable amplitude has two fixed inertial masses coupled to a central adjustable inertial mass via a double epicyclic drive

Info

Publication number: DE19953553A1
Application number: DE1999153553
Authority: DE
Inventors: Joachim Mozdzanowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2000-06-21

Abstract

A ground compact has three inertial masses; two fixed masses (16,18) straddling an adjustable inertial mass (17). A pair of epicyclic drives provide the adjustable control to vary the relative rotational setting of the adjustable mass to the fixed masses to vary the vibrating amplitude. The two drives have a common planetary frame and the adjustment is by varying the relative setting of the outer ring gears. The adjustment is controlled by a simple worm drive.

Description

Bodenverdichter, wie Plattenrüttler, Vibrationswalzen usw. werden auf unterschiedlichen Böden zur Verdichtung eingesetzt. Aufgrund von Versuchen hat sich gezeigt, daß für eine maximale Verdichtungsleistung die Schwingungsamplitude und Schwingungsfrequenz an die Bodenverhältnisse angepaßt werden müssen. Durch die hohe Beanspruchung von Bodenverdichtern ist es schwierig, eine ihr die Praxis betriebssichere Lösung für diese Aufgabenstellung zu finden. Die Schwingungsamplitude von Unwuchtschwingungserregern ist allein vom Arbeitsmoment der Unwuchten abhängig. Arbeitsmoment = Unwuchtgewicht × Schwerpunktabstand vom Drehpunkt. Die Erfindung geht davon aus, daß auf der Erregerwelle Unwuchten gegeneinander verdreht werden. Dadurch kann bei geometrischer Addition der Arbeitsmomente die Schwingungsamplitude von einem Maximum bei gleicher Winkelstellung der Unwuchten bis zu einem Minimum bei Gegenüberstellung der Unwuchten, d. h. einem Winkel von 180 zueinander die Schwingungsamplitude verstellt werden. Die Schwierigkeit dieser Lösung besteht darin, die auf der sich drehenden Erregerwelle gelagerte Unwucht gegenüber den mit der Erregerwelle fest verbundenen zu verdrehen. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein besonderes Doppelplanetengetriebe. Dabei ist diese Konstruktion rüttelsicher und hat den Vorteil, daß sie sehr wenig Platz benötigt.Soil compactors such as plate vibrators, vibratory rollers etc. are used on different Soils used for compaction. Experiments have shown that for a maximum compression power the vibration amplitude and vibration frequency to the Soil conditions must be adjusted. Due to the high stress of Soil compactors it is difficult to find a practice-safe solution for this Find the task. The vibration amplitude of unbalance vibration exciters depends solely on the working moment of the unbalance. Working moment = unbalance weight × Distance from the center of gravity. The invention assumes that on the excitation wave Unbalances can be rotated against each other. With geometric addition, the Working moments the vibration amplitude from a maximum at the same Angular position of the unbalance to a minimum when comparing the Unbalance, d. H. the vibration amplitude is adjusted at an angle of 180 to each other become. The difficulty of this solution is that of rotating Exciter shaft stored unbalance compared to those permanently connected to the exciter shaft twist. The invention solves this problem by means of a special double planetary gear. This construction is vibration-proof and has the advantage that it takes up very little space needed.

In Fig. 1 wird diese Lösung chematisch aufgezeigt. Auf der Erregerwelle 1 mit der Lagerung 14 und Antrieb 19, sind die mit der Erregerwelle 1 drehfest verbundenen Unwuchten 16 und 18 angeordnet, sowie die drehbare Unwucht 17 dazwischen drehbar gelagert. Das Doppelplanetengetriebe ist zwischen den Unwuchten 16 und 17 angeordnet und besteht aus dem Sonnenrad 2 des 1. Planetengetriebes, das drehfest auf der Erregerwelle 1 befestigt ist. Das dazugehörige Planetenrad 3 ist auf der Achse 4 des Planetenträgers 5 drehbar gelagert und kämmt mit der Innenverzahnung des Hohlrades 6, welches über die Halterung 13 gegen eine Verdrehung arretiert ist. Das Sonnenrad 7 des zweiten Planetengetriebes ist auf der Hohlwelle 8, auf der die Unwucht 17 sitzt, befestigt. Das Planetenrad 9 des zweiten Planetengetriebes ist auf der Achse 4 des Planetenträgers 5, wie das Planetenrad 3 des ersten Planetengetriebes drehbar gelagert. Dabei kann sich der Planetenträger 5 frei drehen. Das Planetenrad 3 kämmt mit der Innenverzahnung des Hohlrades 10, welches an seinem Aussendurchmesser eine Schneckenverzahnung 11 hat und über die Schneckenwelle 12 verdreht werden kann. Mathematisch ergibt sich durch die Lagerung der Planetenräder 3 und 9 auf den gemeinsamen Planetenträger 5 bei gleichen Zähnezahlen und Abmessungen der Planetengetriebe folgende Drehzahlen: sind beide Hohlräder 6 und 11 arretiert, d. h. in Ruhe, so wirken die Planetengetriebe wie eine feste Kupplung. Die Hohlwelle 8 hat die gleiche Drehzahl und Phase wie die Erregerwelle 1. Gemäß der Planetengetriebeformel bei feststehenden Hohlrädern 6 und 10 dreht sich der Planetenträger 5 wie folgt:
In Fig. 1 this solution is shown chemically. On the exciter shaft 1 with the bearing 14 and the drive 19 , the unbalances 16 and 18 connected to the exciter shaft 1 in a rotationally fixed manner are arranged, and the rotatable unbalance 17 is rotatably mounted in between. The double planetary gear is arranged between the unbalances 16 and 17 and consists of the sun gear 2 of the first planetary gear, which is rotatably attached to the excitation shaft 1 . The associated planet gear 3 is rotatably mounted on the axis 4 of the planet carrier 5 and meshes with the internal toothing of the ring gear 6 , which is locked against rotation via the holder 13 . The sun gear 7 of the second planetary gear is attached to the hollow shaft 8 on which the unbalance 17 is seated. The planet gear 9 of the second planetary gear is rotatably mounted on the axis 4 of the planet carrier 5 , like the planet gear 3 of the first planetary gear. The planet carrier 5 can rotate freely. The planet gear 3 meshes with the internal toothing of the ring gear 10 , which has a worm toothing 11 on its outer diameter and can be rotated via the worm shaft 12 . Mathematically, the following speeds result from the mounting of the planet gears 3 and 9 on the common planet carrier 5 with the same number of teeth and dimensions of the planetary gears: if both ring gears 6 and 11 are locked, ie at rest, the planetary gears act like a fixed clutch. The hollow shaft 8 has the same speed and phase as the excitation shaft 1 . According to the planetary gear formula for fixed ring gears 6 and 10 , the planet carrier 5 rotates as follows:

n 5 = Drehzahl des Planetenträgers 5
n 2 = n 1 Drehzahl der Erregerwelle 1
n 2 = Drehzahl des Sonnenrades 2
r 2 = Zähnezahl des Sonnenrades 2
r 6 = Zähnezahl des Hohlrades 6 n 5 = speed of planet carrier 5
n 2 = n 1 speed of the excitation shaft 1
n 2 = speed of the sun gear 2
r 2 = number of teeth of the sun gear 2
r 6 = number of teeth of the ring gear 6

Daraus ergibt sich die Drehzahl n 7, d. h. die der Hohlwelle 8, wie folgt:
This results in the speed n 7, ie that of the hollow shaft 8 , as follows:

r 10 = Zähnezahl der Innenverzahnung des Hohlrades 10
r 7 = Zähnezahl des Sonnenrades 7
r 2 = r 7 und r 6 = r 10r 10 = number of teeth of the internal toothing of the ring gear 10
r 7 = number of teeth of the sun gear 7
r 2 = r 7 and r 6 = r 10

Damit wird n 7 = n 2, wobei n 7 = die Drehzahl des Sonnenrades und der Unwucht 17 ist. n 2 ist die Drehzahl der Erregerwelle 1. Wird nun das Hohlrad 10 über die Schneckenwelle 12 verdreht, so dreht sich das Sonnenrad 7 wie folgt:
Thus n 7 = n 2, where n 7 = the speed of the sun gear and the unbalance 17 . n 2 is the speed of the excitation shaft 1 . If the ring gear 10 is now rotated via the worm shaft 12 , the sun gear 7 rotates as follows:

Es ergibt sich eine zusätzliche negative Drehung des Sonnenrades 7 und der Unwucht 17 gegenüber den Unwuchten 16 und 18. Diese Drehung der Unwucht 17 gegenüber den Unwuchten 16 und 18 ergibt eine Änderung des resultierenden Arbeitsmomentes gemäß dem Winkel zueinander bei geometrischer Addition und damit auch der Schwingungsamplitude. Diese Änderung ist von dem Verhältnis der festen zu den drehbaren Unwuchten, d. h. deren Größe abhängig und ein Maximum bei gleicher Winkelstellung und Minimum bei Gegenüber stellung.There is an additional negative rotation of the sun gear 7 and the unbalance 17 compared to the unbalances 16 and 18 . This rotation of the unbalance 17 in relation to the unbalances 16 and 18 results in a change in the resulting working torque in accordance with the angle to one another with geometric addition and thus also the oscillation amplitude. This change is dependent on the ratio of the fixed to the rotatable imbalance, ie their size and a maximum with the same angular position and minimum with opposite position.

In Fig. 2 und 3 wird ein Schwingungserreger für einen Plattenrüttler gemäß der Erfindung gezeigt. Fig. 2 zeigt die Ansicht C-D auf das Oberteil 26 des geteilten Gehäuses und in Fig. 3 ist die Seitenansicht im Schnitt A-B gezeichnet. Das Gehäuse besteht aus dem Oberteil 26 und Unterteil 38. Es wurde geteilt, um eine einfache Montage der Planetengetriebe mit den Erregerwellen zu ermöglichen. Der Schwingungserreger hat zwei Erregerwellen 1 und 20, die in horizontaler Ebene hintereinander angeordnet sind und hat für die Phasenverstellung zwei Planetengetriebe 21 und 22, die den Vor- und Rücklauf steuern. Die Verstellung erfolgt über die Planetenträger, welche durch das Teil 33 miteinander verbunden sind sowie über den Gelenkhebel 34. Für die Verstellung der Schwingungs amplitude sind auf den Erregerwellen 1 und 20 jeweils drei Unwuchten 16 und 18 fest und 17 drehbar, desgleichen auf der Erregerwelle 20, die Unwuchten 23 und 25 fest und die Unwucht 24 drehbar angeordnet. Zwischen den Unwuchten 16 und 17 sowie 23 und 24 befinden sich die Doppelplanetengetriebe für die Verstellung. Die Nummerierung wurde nur für die Teile der Erregerwelle 1 durchgeführt, da die auf der Erregerwelle 20 gleich sind. Das Sonnenrad 7 sitzt über der Keilverzahnung 15 fest auf der Erregerwelle 1. Das Sonnenrad 2 ist über die seitliche Verzahnung 30 drehfest mit der Unwucht 17 verbunden. Die Planetenräder 9 und 3 sind auf der Achse 4 des Planetenträgers bestehend aus den Ringscheiben 27 und 29, die über die Distanzstücke 28 durch die Senkschraube 29 miteinander verbunden sind, drehbar gelagert. Das Hohlrad 6 ist über die Halterung 13 am Gehäuse arretiert, während das Hohlrad 10 am Aussendurchmesser eine Schneckenradverzahnung 11 hat und über die Schneckenwelle 12 verdreht werden kann. Diese greift gleichzeitig mit gegensätzlicher Steigung in die Schneckenverzahnung des Hohlrades der zweiten Erregerwelle ein. Die Schneckenwelle 12 hat, wie aus der Zeichnung Fig. 3 ersichtlich, die mit gegensätzlicher Steigung versehenen Verzahnungen 36 und 37, dadurch werden die Hohlräder bei Drehung der Schneckenwelle gegensätzlich gedreht. Der Antrieb erfolgt über Zahnrad 19 und den Haydraulikmotor 39.In FIGS. 2 and 3, an oscillation exciter for a vibrating plate is shown according to the invention. Fig. 2 shows the view CD on the upper part 26 of the divided housing and in Fig. 3 the side view in section AB is drawn. The housing consists of the upper part 26 and lower part 38 . It was divided to allow easy assembly of the planetary gear with the exciter shafts. The vibration exciter has two excitation shafts 1 and 20 , which are arranged one behind the other in the horizontal plane, and has two planetary gears 21 and 22 for phase adjustment, which control the forward and reverse travel. The adjustment takes place via the planet carriers, which are connected to one another by part 33 , and via the articulated lever 34 . For the adjustment of the vibration amplitude on the exciter shafts 1 and 20 , three imbalances 16 and 18 are fixed and 17 rotatable, likewise on the exciter shaft 20 , the imbalances 23 and 25 are fixed and the imbalance 24 is rotatable. The double planetary gears for the adjustment are located between the unbalances 16 and 17 as well as 23 and 24 . The numbering was only carried out for the parts of the excitation shaft 1 , since those on the excitation shaft 20 are the same. The sun gear 7 is firmly seated on the excitation shaft 1 via the spline 15 . The sun gear 2 is non-rotatably connected to the unbalance 17 via the side toothing 30 . The planet gears 9 and 3 are rotatably mounted on the axis 4 of the planet carrier consisting of the washers 27 and 29 , which are connected to one another via the spacers 28 by the countersunk screw 29 . The ring gear 6 is locked to the housing via the holder 13 , while the ring gear 10 has a worm gear toothing 11 on the outside diameter and can be rotated via the worm shaft 12 . At the same time, this meshes with the opposite pitch in the worm teeth of the ring gear of the second excitation shaft. The worm shaft 12 has, as can be seen from the drawing in FIG. 3, the toothings 36 and 37 provided with an opposite pitch, as a result of which the ring gears are rotated in opposite directions when the worm shaft rotates. The drive takes place via gear 19 and the Haydraulikmotor 39 .

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, nimmt das Doppelplanetengetriebe für die Verstellung der Schwingungsamplitude in der Breite wenig Platz ein, was konstruktiv vorteilhaft ist. Bei einer Planetenradbreite von 10 mm ergibt sich eine Gesamtbreite des Doppelplanetengetriebes von ca. 30 mm.As can be seen from FIG. 2, the double planetary gear takes up little space for the adjustment of the vibration amplitude in width, which is advantageous in terms of construction. With a planet gear width of 10 mm, the total width of the double planetary gear is about 30 mm.

In Fig. 4 wurde ein Plättenrüttler gemäß der Erfindung in Seitenansicht skizziert. Der Antrieb der Erregerwellen erfolgt über den Dieselmotor 41, die Hydraulikverstellpumpe 42 und den Hydraulikmotor 39. Die Liefermenge der Hydraulikpumpe 42 kann über den Hebel 43 verstellt und damit die Drehzahl des Hydraulikmotors 39. Der Llnwuchterreger hat zwei Wellen 1 und 20, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Das Gehäuse besteht ebenfalls aus zwei Teilen, dem Oberteil 26 und Unterteil 38, das gleichzeitig als Bodenplatte ausgebildet ist. Auf dem Oberteil 40 befindet sich der Dieselmotor 41 und Hydraulikölbehälter 44. Es ist elastisch über die Federn 47 gelagert. An dem Oberteil 40 ist die Lenkstange 49 befestigt. Die Phasenverstellung zwischen den Erregerwellen 1 und 20 erfolgt über den Bowdenzug 46 und Schalthebel 52 an der Lenkstange 49. Die Verstellung der Schwingungsamplitude wird gemeinsam mit der Drehzahl bzw. Schwingungsfrequenz durch den Hebel 51 sowie über das Getriebe 50 und den Bowdenzug 45, der die Verstellpumpe 42 am Hebel 43 verstellt, sowie über den Bowdenzug 48 der die Hohlräder der Doppelplanetengetriebe verdreht. Dabei weist entgegen der Konstruktion gem. Fig. 2 und 3 der Aussendurchmesser der Hohlräder 10 keine Schneckenverzahnung, sondern eine Stirnradverzahnung auf, in die die Zahnstange 53 eingreift, die vom Bowdenzug 48 betätigt wird.In FIG. 4 a Plättenrüttler outlined according to the invention in side view. The excitation shafts are driven by the diesel motor 41 , the hydraulic variable pump 42 and the hydraulic motor 39 . The delivery quantity of the hydraulic pump 42 can be adjusted via the lever 43 and thus the speed of the hydraulic motor 39 . The imbalance exciter has two shafts 1 and 20 , as shown in FIGS. 2 and 3. The housing also consists of two parts, the upper part 26 and lower part 38 , which is simultaneously designed as a base plate. The diesel engine 41 and hydraulic oil reservoir 44 are located on the upper part 40 . It is elastically supported by the springs 47 . The handlebar 49 is attached to the upper part 40 . The phase adjustment between the excitation shafts 1 and 20 takes place via the Bowden cable 46 and shift lever 52 on the handlebar 49 . The adjustment of the vibration amplitude is together with the speed or vibration frequency through the lever 51 and via the gear 50 and the Bowden cable 45 , which adjusts the variable pump 42 on the lever 43 , and via the Bowden cable 48, which rotates the ring gears of the double planetary gear. Contrary to the construction. Fig. 2 and 3, the outer diameter of the ring gears 10, no worm gear, but a spur gear, into which the toothed rack 53 engages, which is actuated by the Bowden cable 48th

In Fig. 5 wird ein Plattenrüttler mit elektrischem Antrieb sowie einer automatischen Regelung und Schwingsamplitude und Schwingungsfrequenz aufgezeigt. Dabei sind die auftretenden Beschleunigungswerte maßgeblich für die Regelung. Auf dem Oberteil 40 sind die Stromspeicher 54 und der Computer 58 gelagert. Das Oberteil 40 ist, wie in Fig. 4, auf den Federn 47 elastisch auf dem Gehäuse, bestehend aus dem Oberteil 26 und Unterteil 38 gelagert. Die Regelung der Größe der Schwingungsamplitude sowie die dazugehörige Drehzahl des Antriebsmotors 59 bzw. der Schwingungsfrequenz wird über den Beschleunigungsmesser 56, der fest mit dem Unterteil 26 verbunden ist, und über den Computer 58, der den elektrischen Stellmotor 57 steuert und damit die Größe der Schwingunsamplitude erzielt. Dabei kann der Beschleunigungswert vom Bedienungsmann über den Schalter 60 eingestellt werden. Die Phasenverstellung wird über die Schaltung 61, durch den elektrischen Stellmotor 55, ebenfalls elektrisch geregelt. Durch diese technische Entwicklung der Erfindung wird eine optimale Verdichtung bei automatischer Anpassung an den Verdichtungsrad des Bodens, unter Vermeidung von übermäßigen Beanspruchungen des Gerätes, erzielt. Diese Möglichkeit wurde für die Weiterentwicklung der Erfindung aufgezeigt.In Fig. 5, a plate vibrator with an electric drive and an automatic control and vibration amplitude and vibration frequency is shown. The acceleration values that occur are decisive for the control. The power storage 54 and the computer 58 are mounted on the upper part 40 . The upper part 40 , as in FIG. 4, is elastically supported on the springs 47 on the housing, consisting of the upper part 26 and lower part 38 . The regulation of the size of the vibration amplitude and the associated speed of the drive motor 59 or the vibration frequency is via the accelerometer 56 , which is firmly connected to the lower part 26 , and via the computer 58 , which controls the electric servomotor 57 and thus the size of the vibration amplitude achieved. The operator can set the acceleration value via switch 60 . The phase adjustment is also electrically controlled via the circuit 61 by the electric servomotor 55 . This technical development of the invention achieves optimal compaction with automatic adaptation to the compaction wheel of the ground, while avoiding excessive stress on the device. This possibility was shown for the further development of the invention.

Claims

1. soil compactor with unbalance vibration exciter, characterized in that fixed unbalances 16 and 18 and at least one rotatable unbalance 17 are arranged on the excitation shaft and that the rotatable unbalance 17 via a double planetary gear, the planet wheels 3 and 9 , on the axis 4 of a freely rotating common Planet carrier 5 are mounted, the rotatable imbalance 17 can be rotated by rotating one of the ring gears 10 when the other ring gear 6 is locked. The sun gear 2 of the first planetary gear is connected to the excitation shaft 1 and the sun gear 7 of the second planetary gear is rotatably connected to the rotatable unbalance 17 .

2. soil compactor with unbalance vibration exciter, such as claim 1, characterized in that the unbalance from the center of the vibration exciter to the bearings 14 , the excitation shaft 1 are arranged symmetrically, that is, that the distances a and b are equal.

3. Soil compactor with unbalance vibration exciter, such as claims 1 and 2, thereby characterized in that with a vibration exciter with two excitation shafts and two Double planetary gears, the ring gears one behind the other on the outside diameter have spur gear teeth.

4. Soil compactor with unbalance vibration exciter, such as claims 1 and 2, thereby characterized in that in the case of a vibration exciter with two double glanet gears one behind the other ring gears on the outside diameter a worm gear with opposite slope.

5. soil compactor with unbalance vibration exciter, such as claims 1 to 4, thereby characterized in that the housing in a horizontal plane above the center of the bearing Excitation waves is divided.

6. soil compactor with unbalance vibration exciter, as in claims 1 to 5, characterized in that the lower part 26 of the divided vibration exciter is designed as a base plate in plate vibrators.