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Gattung
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Die
Neuerung betrifft eine selbstsynchronisierende Vibrationsramme zum
Einrammen und/oder Herausziehen von länglichen Gegenständen (Rammgüter)
in bzw. aus einem Untergrund/Boden.
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Stand der Technik
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Spundbohlen,
Träger, Rohre, Stahlprofile und dergleichen werden seit
vielen Jahren durch motorisch angetriebene Vibrationsrammen in den
Untergrund eingerammt oder auch wieder herausgezogen. Die Anwendungsgebiete
sind vielfältig. Spundbohlen werden zum Beispiel zur Wasserregulierung,
zum Abstützen von Dämmen, an Bahnkörpern,
Flussläufen und dergleichen eingesetzt, aber auch in Baugruben.
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Besonders
in Wohngebieten besteht bei Abfall der Betriebsdrehzahl Resonanzgefahr,
wodurch unkontrollierbare Erschütterungen in umliegenden Gebäuden,
Denkmälern, Krankenhäusern und dergleichen auch
im weiteren Umkreis von zum Beispiel 50 bis 200 m, entstehen können.
Besonders problematisch ist die Vermeidung von Resonanzschwingungen
während des Anlaufens und Auslaufens (Abbremsen) der Unwuchtmassen.
Zum Teil können heute diese negativen Bodenresonanzen durch
zügiges Hoch- bzw. Auslaufenlassen/Abbremsen der Unwuchtmassen
wesentlich verringert werden, wobei es darauf ankommt, dass es nicht
zu einem Abfall der Betriebsdrehzahl und damit zu einer unkontrollierbaren
Resonanzgefahr kommt, wodurch unkontrollierbare Erschütterungen
in umliegenden Gebäuden und Baugrund entstehen können.
Um eine resonanzfreie Vibrationsarbeit zu ermöglichen,
muss deshalb grundsätzlich eine hohe Leistungsreserve installiert werden,
damit auch bei sehr schweren Rammgut und schweren Bodenbedingungen
eine große Fliehkraftleistung und eine konstante Betriebsdrehzahl
zur Verfügung steht.
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Bei
hydraulischen Vibrationsrammen ist die lange Anlauf- und Abbremszeit
problematisch, weil konstruktionsbedingt die beim Anlauf für
die zügige Drehzahlbeschleunigung der Unwuchtmassen erforderliche
Antriebsleistung nicht verfügbar ist. Besonders durch den
technisch begrenzten Betriebsdruck wird eine relativ instabile Drehzahlcharakteristik
erzeugt.
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Eine
weitere wirksame Maßnahme, negative Resonanz im Boden zu
verringern, ist, die Arbeitsfrequenz höher als bisher üblich
war, einzustellen. Besonders kritisch ist während der Anlauf-
und der Abbremsphase ein Betriebsdrehzahlbereich um etwa 600 bis
1200 Umdrehungen pro Minute.
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Ein
wirksamer Schutz vor unerwünschten Resonanzen im Boden
besteht darin, die Unwuchtmassen in der Anlauf- und Auslaufphase
so gegeneinander zu verstellen, dass keine Fliehkräfte
entstehen, sich also die Fliehkräfte der Unwuchtmassen gegeneinander
aufheben. Hierzu beschreibt die auf die Anmelderin zurückgehende
DE 41 39 798 C2 eine
Lösung, bei der sich das sogenannte statische Moment einstellen
lässt, um schädliche Resonanzschwingungen zu vermeiden.
Vorgeschlagen ist in der vorveröffentlichten Druckschrift
ein Vibrationsbär zum Rammen und/oder Ziehen von Rammgütern,
mit wenigstens zwei motorisch angetriebenen Unwuchterregern, denen
jeweils mindestens eine Unwuchtmasse zugeordnet ist, mit veränderlichem
statischen Moment, wobei die Unwuchtmassen an der jeweiligen Unwuchtwelle
in Bezug auf den wirksamen Unwuchtradius verstellbar angeordnet
sind und die Verstellung der Unwuchtmassen synchron und gleichsinnig
vornehmbar ist, wobei jede der Unwuchtwellen je einen als Hohlkörper
ausgebildeten Drehkolben aufweist, in dem jeweils die betreffende
Unwucht masse verschiebbar angeordnet ist. Jeder Hohlkörper
ist dabei als Zylinder ausgebildet, dessen Längsachse orthogonal
zur Längsachse der betreffenden Unwuchtwelle verläuft,
wobei in dem Zylinder die betreffende kolbenförmige Unwuchtmasse
axial verschieblich angeordnet ist.
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Hierzu
ist jeder Zylinder an Leitungen druckmittelleitend angeschlossen,
durch die in ihren Grundeigenschaften (Förderdruck, Fördermenge und
Fördergeschwindigkeit) gleich große Teilförderströme
gleichsinnig wirkenden Zylinderräumen zuführbar
sind. Zu Beginn einer Rammung, zum Beispiel bei leichten Rammarbeiten,
oder aber am Ende eines Ziehvorganges wird das statische Moment
zurückgenommen, das heißt kleinere Fliehkraft
bei konstanter Drehzahl, wobei es durchaus möglich ist,
die Fliehkraft bis auf Null einzustellen. Dadurch treten wesentlich
kleinere Erschütterungen auf. Eine Anpassung an den Rammfortschritt
ist durch Verstellen der Unwuchten möglich. Bei schweren
Rammarbeiten kann durch Zurückstellen des statischen Moments
die Drehzahl gehalten werden, so dass störende Schwingungen
des Bodens im Umkreis vermieden werden können. Unter Umständen
können sonst durch den Drehzahlabfall bei Schwingern ohne
Verstellung des statischen Moments bzw. der Fliehkraft während
des Laufes die Bodenschwingungen so groß werden, dass nicht
mehr gerammt oder gezogen werden kann, da sonst Gebäudeschäden
wie Risse oder dergleichen befürchtet werden müssen. Beim
An- und Hochfahren der Vibrationsramme werden die Unwuchtmassen
praktisch abgeschaltet, das heißt, sie sind nicht als Unwuchtmassen wirksam. Das
bedeutet, dass die Ausleger mit wesentlich kleineren Resonanzschwingkräften
belastet werden. Auftretende Resonanzkräfte könnten
sonst den Ausleger vorzeitig zerstören. Die Verstellung
der Unwuchtmassen kann stufenlos hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch
erfolgen.
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Aus
dem
deutschen Gebrauchsmuster
G 93 12 846.0 ist eine Vibrationsramme zum Rammen und/oder
Ziehen von Rammgütern, mit wenigstens vier motorisch angetriebenen
Unwuchterregern, vorbekannt, denen jeweils mindestens eine Unwuchtmasse
zugeordnet ist, mit veränderlichem statischen Moment, wobei
die Unwuchtmassen an der jeweiligen Unwuchtwelle in Bezug auf den
wirksamen Unwuchtradius verstellbar angeordnet sind und die Verstellung
der Unwuchtmassen synchron und gleichzeitig vornehmbar ist. Die
Unwuchtmassen sind jeweils paarweise durch ein flexibles Zugelement,
zum Beispiel einen Zahnriemen, zwangsgekuppelt und in beiden Richtungen,
insbesondere stufenlos, verstellbar. Die Verstellung jedes Zugelements
ist über je mindestens eine Verstellrolle vornehmbar. Die
Verstellrollen sind orthogonal zu einer die Mittelpunkte der Wellen
der Unwuchtmassen verbindenden geraden Linie verstellbar angeordnet.
Die Zahnriemen selbst sind flexible Zugelemente, die gezahnte Unwuchtmassen
und je eine zwischen den Wellen außermittig angeordnete
gezahnte Umlenkrolle umschlingen. Auf diese Weise soll es möglich
sein, die Unwuchtmassen in beiden Richtungen stufenlos auch während
des Betriebes zu verstellen. Dadurch soll die Resonanzgefahr vermieden
werden, da die Aktivierung der Unwuchtmassen erst nach Erreichen, zum
Beispiel der maximalen Drehzahl oder Durchfahren einer kritischen
Drehzahl, erfolgt. Auch soll man es durch diese Konstruktion in
der Hand haben, die Fliehkraftleistung an die Bodenverhältnisse
durch entsprechende Drehwinkelverstellung der Unwuchtmassen stufenlos
anzupassen. Diese Vorrichtung besitzt keine Selbstsynchronisierung.
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Aus
dem
deutschen Gebrauchsmuster
G 94 16 260.3 ist eine ähnliche Unwuchtramme vorbekannt,
bei welcher alle Unwuchtmassen und alle motorischen Antriebe der
Unwuchtramme durch ein gemeinsames flexibles Antriebs- und Verstellelement, zum
Beispiel durch einen Zahnriemen, miteinander zwecks gleichzeitiger
und synchroner Verstellung aller Unwuchtmassen und Zwangssynchronisierung
aller Unwuchtmassen miteinander verbunden sind. Auch hierdurch soll
eine stufenlose Einstellung des Fliehkraftmomentes erzielbar sein.
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Aus
der
DE 35 15 690 C1 ist
eine Unwuchtramme mit Unwuchtverstellung zum Rammen und/oder Ziehen
von Rammkörpern mit wenigstens zwei durch mindestens einen
Motor oder Getriebe synchron gegenläufig angetriebenen
parallel zueinander gelagerten Unwuchtmotoren vorbekannt, von denen
jeder aus zwei auf zueinander konzentrischen Wellen angeordneten,
gleichläufig angetriebenen und mittels einer Verstelleinrichtung
winkelmäßig relativ zueinander verstellbaren Unwuchtmassen
besteht, wobei jeweils die ersten Unwuchtmassen beider Unwuchtmotoren über
einen ersten Zahnrädersatz gegenläufig zueinander
und jeweils die zweiten Unwuchtmassen über einen zweiten
Zahnrädersatz gegenläufig zueinander antreibbar
sind. Zumindest der Unwuchtmotor soll nach Art eines Drehkolben-Stellantriebs
ausgebildet sein, wobei beide Unwuchtmassen in einem zylindrischen,
geschlossenen Gehäuse angeordnet sind und die erste Unwuchtmasse
einen mit dem Gehäuse fest verbundenen radialen Steg bildet,
während die zweite Unwuchtmasse den in dem Gehäuse
begrenzt drehbaren, gegenüber dem Gehäuse und
dem Steg abgedichteten, radialen Flügel bildet. Jede der
beiden zwischen Flügel und Steg gebildeten Kammern ist über
eine eigene Steuerleitung wechselweise mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar.
Jede Unwuchtmasse ist im Querschnitt im wesentlichen sektorförmig
ausgebildet. Dabei soll sich jede Unwuchtmasse über einen
Viertelkreis erstrecken. Die den Flügel bildende Unwuchtmasse
ist mit einer inneren Welle verbunden, in welcher axiale Bohrungen
für die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen sind,
wobei die Steuerleitungen stirnseitig in die Welle münden
und über Wellendichtungen gegenüber dieser abgedichtet
sind. Der zweite Unwuchtrotor ist ähnlich ausgebildet wie
der erste Unwuchtrotor, wobei beim zweiten Unwuchtrotor hiervon
abweichend die beiden Kammern unter Weglassung der beiden Steuerleitungen
durch eine Verbindungsbohrung oder dergleichen miteinander verbunden
sind. Die als Hydromotoren ausgebildeten Motoren greifen an den
Wellen des zweiten Unwuchtrotors an. Es ist eine Winkelverstellung
der Unwuchtmassen der Unwuchtrotoren relativ zueinander sowohl während
des Betriebes als auch im Stillstand möglich. Hierzu wird
beispielsweise über ein Ventil und Steuerleitungen Druckflüssigkeit
in Kammern eingeleitet, während gleichzeitig aus einer
anderen Kammer über eine Steuerleitung Hydraulikflüssigkeit
austritt. Je mehr sich die beiden Unwuchtmassen aneinander nähern,
desto größer wird das statische Moment, welches
bei vollständiger Annäherung der beiden Unwuchtmassen
sein Maximum erreicht. Umgekehrt können durch entsprechende
Zuleitung von Hydraulikflüssigkeit die beiden sektorförmigen
Unwuchtmassen in entgegengesetzter Richtung zueinander verstellbar
werden. Liegen sie einander diametral gegenüber, dann heben
sich die Fliehkräfte der Unwuchtmassen gegeneinander auf,
und es wird ein minimales statisches Moment erreicht. Zwischen diesen
beiden Extremstellungen ist jede Zwischenstellung über
ein Ventil sowohl während des Betriebes als auch während
des Stillstandes des Vibrationsbären möglich.
Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, diesen
Vibrationsbären ohne aktive Unwuchtmasse über
den Bereich der kritischen Drehzahl hochzufahren und erst über
dem kritischen Drehzahlbereich (Resonanzbereich) die Unwuchtmasse
oder die Unwuchtmassen zuzuschalten bzw. zu aktivieren und beim
Herunterfahren der Drehzahl oberhalb des kritischen Resonanzbereiches
die Unwuchtmassen auch wieder abzuschalten bzw. zu neutralisieren.
Nachteilig bei dieser den Oberbegriff des Patentanspruches 1 bildenden
vorbekannten Bauart ist die relativ komplizierte Konstruktion und
die Notwendigkeit der Zwangssynchronisierung der Unwuchterreger
durch Zahnradvorgelege.
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Aus
einer Veröffentlichung der Firma Dr.-Ing. Ludwig
Müller & Söhne,
Gesellschaft für neuzeitliche Bautechnik mbH, Marburg/Lahn,
in der bpz baupraxis zeitung, Sonderdruck, 4. Jahrgang, Nr. 46 vom 15.
November 1968, ist eine sogenannte Leichtlaufvorrichtung
(Anmerkung: gemeint ist ebenfalls eine Vibrationsramme) vorbekannt,
bei welcher zunächst der Antrieb einer Zelle 1 eingeschaltet
und die Unwuchtmassen dieser Zelle zu rotieren beginnen und dabei über
einen Zahnriementrieb auch die Kupplungs-Zahnscheibe in Drehung
versetzen, die jeweils erst nach 180°-Drehung die Unwuchtwellen
der Zelle 2 mitnehmen und die hier gewünschte Phasenverschiebung
zur Aufhebung der Fliehkräfte eingestellt wird. Bei Erreichen
der Nenndrehzahl wird der Antrieb der Zelle 1 abgeschaltet, wobei
die Drehzahl absinkt. Es erfolgt die Einschaltung des Antriebs der
Erregerzelle 2 und die Beschleunigung der Unwuchtmassen auf die
Nenndrehzahl. Durch die Anlauf-Kupplung tritt jetzt eine Phasenverschiebung
in entgegengesetzter Drehrichtung um 180° zwischen den
beiden Zellen ein; eine fliehkraftgesteuerte Sperre verhindert eine
weitere Verdrehung. Nach Zuschalten des Antriebs der Zelle 2 ist
der Anlaufvorgang beendet. Hierdurch sollen unter Einschaltung einer
Sterndreieckschaltung hohe Stromstöße verhindert
werden, da es zur damaligen Zeit problematisch war, starke Antriebsaggregate
(Jahr 1968) auf Baustellen zur Verfügung zu stellen. Nachteilig
ist die notwendige Verwendung einer Fliehkraftkupplung.
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Aus
einem Prospekt der Tünkers Maschinenbau GmbH mit dem Titel „Elektrischer
Vibrationsbär PE 50 RF" ist ein vibrationsfreies An- und
Auslaufen von Vibrationsrammen vorbekannt. Hierbei werden ebenfalls
paarweise zueinander angeordnete Unwuchtkörper eingesetzt,
die erst nach Erreichen der vollen Betriebsdrehzahlen – in
der Regel Betriebsdrehzahlen größer als 1200 Umdrehungen
pro Minute und nachdem der kritische Resonanzbereich sicher überschritten
wird – auf elektrischem Wege die Unwuchtkörper
so zueinander gedreht werden, dass gerichtete Fliehkräfte
auftreten.
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Aus
der
DE 199 20 348
A1 ist eine Verstelleinrichtung für einem Unwucht-Richtvibrator
mit folgenden Merkmalen vorbekannt:
- a) es sind
wenigstens zwei Paare von zum Umlauf um eine zugeordnete Achse antreibbaren Teil-Umwuchtkörnem
vorgesehen, deren vektorisch summierte Teil-Fliehkraftvektoren den
resultierenden Fliehkraftvektor bilden, durch dessen Wirkung die
Masse des Vibrators in gerichtete Schwingungen versetzt ist,
- b) jeweils ein Paar ist gebildet durch einen Teil-Unwuchtkörper
der ersten Art und einen Teil-Unwuchtkörper der zweiten
Art, wobei zwischen den zugehörigen Teil-Fliehkraftvektoren der
Teil-Unwuchtkörper eines Paares während der Drehung
der Teil-Unwuchtkörper ein Phasenwinkel β definierbar
ist, der durch die Verstelleinrichtung verstellbar ist,
- c) der Antrieb zur Rotation der Teil-Unwuchtkörper und/oder
zur Verstellung des Phasenwinkels β ist bewirkt durch den
Einsatz von einem oder von mehreren elektrisch oder hydraulisch
betriebenen Motoren, mit Ausnahme jener Anordnung, bei welcher für
die Verstellung des Phasenwinkels β im Bereich β =
180° (β = 180° entsprechend einer Null-Amplitude)
bis β = 90° oder im Bereich β = 180° bis β =
270° zwei hydraulisch hintereinandergeschaltete Hydraulikmotoren
vorgesehen sind,
- d) die Verstellung des Phasenwinkels β ist durch eine
Relativ-Verdrehung der Teil-Unwuchtkörper der ersten Art
relativ zu den Teil-Unwuchtkörpern der zweiten Art bewirkt,
wobei die für die Verstellung benötigte Verstellenergie
von einem oder von mehreren elektrisch oder hydraulisch betriebenen Motoren
abgeleitet ist, welche Motoren mit Teil-Unwuchtkörpern
drehmomentübertragend verbunden sind;
- e) die Verstelleinrichtung ist vorgesehen auch zur Durchführung
einer Verstellung des Phasenwinkels β von einer Minimalstellung
mit einer Position β(A) des Phasenwinkels [bei z. B. β(A)
= 180°], bei der die Schwingungsamplituden ein Minimum
aufweisen, auf eine Maximalstellung mit einer Position β(E)
des Phasenwinkels [bei z. B. β(E) = 0°], bei der
die Schwingungsamplituden ein Maximum aufweisen, wobei
- – die Verstellung des Phasenwinkels β von
einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung bewirkt ist
- – durch das Einschalten eines an wenigstens einem der
Teil-Unwuchtkörper der einen Art wirkenden Verstell-Brems-Drehmoments,
- – oder durch das Einschalten eines an wenigstens einem
der Teil-Unwuchtkörper der anderen Art wirkenden Verstell-Beschleunigungs-Drehmoments,
- – oder durch das Einschalten sowohl des Verstell-Brems-Drehmoments
als auch des Verstell-Beschleunigungs-Drehmoments,
- – und dass die Relativ-Verdrehung bei erreichter Maximalstellung
zwangsläufig beendet ist durch einen mechanisch wirkenden
Anschlag, wobei der Anschlag gebildet ist durch zwei sich kontaktierende
Organe, von denen das eine drehmomentübertragend verbunden
ist mit wenigstens einem der Teil-Unwuchtkörper der einen
Art und das andere drehmomentübertragend verbunden ist
mit wenigstens einem der Teil-Unwuchtkörper der anderen
Art.
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Es
handelt sich ebenfalls um keine Vibrationsramme mit Selbstsynchronisierung.
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Aufgabe
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Der
Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstsynchronisierende
Vibrationsramme der gattungsgemäß vorausgesetzten
Art so auszugestalten, dass praktisch bei resonanzfreiem Anlaufen
bis zur vollen Betriebsdrehzahl und ebensolches praktisch resonanzfreies
Auslaufen während des Abbremsvorganges mit einfachen konstruktiven
Mitteln unter Verzicht von Steuerventilen, besonderen hydraulischen
Kolben und Zahnradvorgelegen sowie Fliehkraftkupplungen und hydraulischen
Steuerleitungen, kurzum mit einer relativ unkomplizierten konstruktiven
Lösung, ausgekommen wird.
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Lösung
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Die
Aufgabe wird durch jeden der Nebenansprüche 1 bis 3 gelöst.
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Einige Vorteile
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Die
Antriebsmotoren der oben (in Arbeitsstellung der Vibrationsramme)
befindlichen Motoren der zum Beispiel vorgesehenen beiden Antriebswellen
werden nur in der Antriebs-Anlaufphase aller vier Unwuchtwellen,
zum Beispiel bis zum Erreichen der Antriebsdrehzahl, hochgefahren.
In dieser Phase sind die Antriebsmotoren der darunter liegenden
Unwuchtwellen nicht eingeschaltet, das heißt, sie werden über
die Zahnriemen mit angetrieben und somit zu den oberen Unwuchtwellen
in die Neutralposition durch Verdrehen der Unwuchtkörper
bis gegen die Anschläge um 180° in eine fliehkraftmäßig
zu den unteren Unwuchtkörpern neutrale Winkelstellung über die
Zahnscheiben gedreht. Die Vibrationsramme befindet sich demgemäß bis
zum Erreichen der jeweiligen vollen Betriebsdrehzahl praktisch im
schwingungsfreien Zustand, da keine gerichteten Fliehkräfte
auftreten.
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Da
kritische Frequenzbereiche etwa zwischen 500 und 1200 Umdrehungen/Min
der Unwuchten auftreten, wird dieser Drehzahlbereich praktisch sanft
und schwingungsfrei durchfahren.
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Nach
Erreichen der jeweiligen, spezifischen Betriebsdrehzahl werden die
Motoren der oben liegenden Antriebswellen von der Energiezufuhr
abgeschaltet und nur die unteren Antriebsmotoren des unteren Wellenpaares übernehmen
den Antrieb durch Einschalten der Energiezufuhr zu diesen Antriebsmotoren.
Das bedeutet, dass die oberen Unwuchtwellen und die Unwuchtkörper
mittels der Zahnriemen mit angetrieben werden, nachdem die unteren Unwuchtwellen
die oberen Zahnscheiben – die jetzt antriebslos sind – bis
zum Anschlag um 180° „eingeholt" haben. Denn die
Unwuchtkörper der oberen Antriebswellen werden über
die Zahnscheiben und die Zahnriemen bis zu ihrem Anschlag um 180° gedreht und
gelangen dadurch in Arbeitsstellung, das heißt, es treten
gerichtete Fliehkräfte auf. Die Neigung der oberen Unwuchtwellen – ohne
Eigenantrieb – in der Drehzahl abzusinken, wird durch die
unteren angetriebenen Unwuchtwellen über die Zahnriemen
und die Anschläge für die oberen Unwuchtkörper
an den Zahnscheiben verhindert. In Arbeitsstellung, also bei der
Erzeugung gerichteter Fliehkräfte bringen nur die Motoren
der unteren Antriebswellen die erforderliche Antriebsleistung auf.
Deshalb sieht eine Alternative vor, die Antriebsmotoren der unteren
Antriebswellen mit größerer Antriebsleistung zu
versehen, als die Motoren für die oberen Antriebswellen.
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Insgesamt
ergibt sich der Vorteil einer einfacheren, betriebsstabileren und
drehzahlkonstanteren Arbeitsphase der Vibrationsramme. Auch ein „Flattern"
der Zahnriemen ist nicht mehr möglich, weil stets während
der gesamten Betriebsdauer – Anlauf, Betriebsphase, Abbremsen – die
Zahnriemen immer unter dem Einfluss einer konstanten Umfangskraft belastet
sind.
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Ein
Abbremsen kann dadurch geschehen, dass die Antriebsmotoren der unteren
Antriebswellen abgeschaltet werden und die Antriebsmotoren sowie die
Unwuchten oder oberen und unteren Antriebswellen und die Zahnscheiben
mit ihren Zahnriemen einfach durch Reibung und Trägheitskräfte
bis zum Stillstand auslaufen.
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Eine
Alternativlösung nach Schutzanspruch 2 sieht vor, dass
beim Abbremsen nur die Antriebsmotoren der unteren Antriebswellen
elektrisch abgebremst werden, bis alle vier Antriebswellen mit ihren Zahnriemen
und Unwuchtkörpern zum Stillstand kommen.
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Alternativ
können gemäß Schutzanspruch 3 zum Abbremsen
auch die oberen Antriebsmotoren wieder eingeschaltet und zusammen
mit den unteren Antriebsmotoren bis zum Stillstand abgebremst werden.
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Als
Antriebsmotoren wird man gewöhnlich asynchrone Elektromotoren
mit „harter Drehzahlkonstante" verwenden, die steuer- oder
regelbar ausgebildet sind, was die Bereitstellung einer geeigneten Steuer-
oder Regelelektronik in einem Steuerschrank oder dergleichen voraussetzt.
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Bei
allen erfinderischen Lösungen kann somit der kritische
Drehzahlbereich schwingungsfrei durchfahren und erst nach Erreichen
der jeweils bestimmten Betriebsdrehzahl lediglich durch Ein- und Ausschalten
der betreffenden Antriebsmotoren die Unwuchten zugeschaltet werden,
um dann die Vibrationsramme entweder zum Einrammen von Rammgütern
oder aber zum Herausziehen solcher Rammgüter aus dem Boden
einzusetzen. Auch beim Abschalten und Herunterfahren (Abbremsen)
der Vibrationsramme erfolgt ein schwingungsfreies Durchfahren kritischer
Drehzahlbereiche bis zum Stillstand. Komplizierte Zahnradvorgelege,
hydraulische Zylinder mit ihren Versorgungsleitungen oder dergleichen sind
somit hierfür nicht erforderlich.
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Weitere erfinderische Ausführungsformen
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Eine
weitere erfinderische Ausführungsform beschreibt Schutzanspruch
4. Hierbei ist vorgesehen, dass die jeweils unten liegenden Antriebe
in ihren Antriebsleistungen stärker bemessen sind als die oben
liegenden Antriebsmotoren.
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In
der Zeichnung ist die Neuerung – teils schematisch – beispielsweise
veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine
selbstsynchronisierende Vibrationsramme in Ausgangsstellung vor
dem Anfahren in schematischer Seitenansicht bei abgenommenem Deckel
mit Blick auf die Antriebsmotoren, Zahnscheiben, Zahnriemen und
Unwuchtkörper;
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2 die
aus 1 ersichtliche Vibrationsramme nach dem Anfahren
(Unwuchtkörper in neutraler Stellung, Antriebsmotoren der
oben liegenden Antriebswellen sind eingeschaltet);
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3 die
aus den 1 und 2 ersichtliche
Vibrationsramme nach Erreichen der Betriebsdrehzahl und nach Einschalten
der unteren Antriebsmotoren und nach dem Abschalten der oberen Antriebsmotoren
in Arbeitsstellung und
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4 die
aus den 1 bis 3 ersichtliche
Vibrationsramme beim Herunterfahren (Abbremsen).
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Mit
dem Bezugszeichen 1 ist eine als Gehäuse ausgebildete
starre Erregerzelle bezeichnet, die aus Stahlguss oder zusammengeschweißten
Stahlplatten besteht und zum Beispiel an einer Seite eine anschraubbare
Abdeckplatte besitzt, die nach ihrem Entfernen den Zugang zum Inneren
des Gehäuses 1 ermöglicht (nicht dargestellt).
An der Oberseite 2 des Gehäuses 1 ist
eine Aufhängelager 3 einstückig angeordnet,
zum Beispiel durch Schweißen an der Oberseite 2 befestigt,
das ein Auge 4 aufweist, mit dem ein nicht dargestelltes
flexibles Zugelement 5 (Seil oder Kette) verbunden werden
kann, das unter Zwischenschaltung eines geeigneten Stoßdämpfers mit
einem Transportgerät wie Bagger oder dergleichen zu verbinden
ist.
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An
der Unterseite 6 des Gehäuses 1 ist eine zum
Beispiel hydraulisch zu betätigende Klemmvorrichtung 7 einstückig
angeordnet, die ein Rammgut 8, zum Beispiel eine Spundbohle
oder dergleichen, ergreifen und klemmen kann.
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In
der Erregerzelle 1 sind auf der durch die Mittelpunkte
von Antriebswellen 10 und 11 verlaufenden gedachten
Ebene 9 oder Mittellinie mit Abstand zueinander zwei leistungsgleiche,
z. B. als Elektromotoren ausgebildete Antriebsmotoren 12 und 13 gelagert,
die z. B. in Richtung A bzw. B antreibbar sind. Unterhalb der Elektromotoren 12 und 13 sind auf
einer jeweils durch die Mittelpunkte von Antriebswellen 14 und 15 verlaufenden
geradlinigen Ebene 16 oder Mittellinie zwei weitere als
Elektromotoren ausgebildete Antriebsmotoren 17 und 18 gelagert, die
in ihren Antriebsleistungen untereinander gleich groß,
aber stärker in ihren Antriebsleistungen bemessen sind
als die in der Zeichnungsebene oben liegenden Elektromotoren 12 und 13.
Die Mittelpunkte der Antriebswellen 14 und 15 liegen
jeweils auf einer gedachten Ebene oder Mittellinie 19 bzw. 20,
die jeweils orthogo nal die Ebenen 9 und 16 schneiden.
Zwischen den Elektromotoren 12 und 17 einerseits
und den Elektromotoren 13 und 18 andererseits
ist jeweils ein Abstand vorhanden. Die Antriebswellen 10 und 11 sowie 14 und 15 verlaufen
allesamt mit ihren Längsachsen parallel zueinander.
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Mit
den Bezugszeichen 21, 22 bzw. 23, 24 sind
Zahnscheiben bezeichnet, wobei die Zahnscheiben 21, 23 durch
einen Zahnriemen 25 und die Zahnscheiben 22, 24 durch
einen Zahnriemen 26 getrieblich miteinander verbunden sind.
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Die
in der Zeichnungsebene oben liegenden Zahnscheiben 21 und 22 sind
drehbar auf den zugeordneten Wellen 10 und 11 angeordnet,
während unten liegende Zahnscheiben 23, 24 getrieblich
fest, das heißt, undrehbar auf den zugeordneten Wellen 14 und 15 angeordnet
sind.
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Die
Bezugszeichen 27, 28 bzw. 29, 30 bezeichnen
gleich große, bei der dargestellten Ausführungsform
sektorförmig gestaltete Unwuchtkörper, die mit
den zugeordneten Antriebswellen 10, 11 bzw. 14, 15 getrieblich
drehfest, also mitnehmbar verbunden sind.
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Die
in der Zeichnungsebene und auch im Betrieb oben liegenden Zahnscheiben 21 und 22 weisen einstückig
mit der zugeordneten Zahnscheibe 21 bzw. 22 verbundenen
orthogonal von der betreffenden Zahnscheibe 21 und 22 hervorste hende
Anschläge 31 bzw. 32 auf. Wie man aus
der Zeichnung erkennt, sind die Anschläge gleich groß und
erstrecken sich über einen gleich großen Winkelbereich
in Umfangsrichtung der zugeordneten Zahnscheibe 21 und 22 und
sind in der aus 1 ersichtlichen Arbeitsstellung
und in der aus 2 ersichtlichen neutralen (erregungsfreien)
Stellung um 180° gegeneinander gerichtet, aber im gleichen
Winkelabstand und auf dem gleichen Radius der zugeordneten Zahnscheibe 21 und 22 angeordnet.
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Alle
Unwuchtkörper 27 bis 30 sind nicht nur formgleich,
sondern besitzen auch die gleichen Massen. Wie man erkennt, können
die oberen Unwuchtkörper 27 und 28 gegenüber
den zugeordneten, lose auf den Antriebswellen 10 und 11 gelagerten
Zahnscheiben 12 und 13 um jeweils 180° gedreht
werden, bis sie jeweils an unterschiedlichen Anschlagflächen 33, 34 bzw. 35, 36 mit
ihren Stirnseiten 37, 38 bzw. 39, 40 zur
Anlage kommen und dann die betreffende Zahnscheibe 21 bzw. 22 über
den Zahnriemen 25 bzw. 26 in die entsprechende
Drehrichtung mitnehmen.
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Die
Wirkungsweise ist folgende:
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1 zeigt
die Ausgangsstellung, das heißt, die Stellung, in der die
Vibrationsvorrichtung angefahren wird. Das Anfahren geschieht durch
Einschalten der oberen, zum Beispiel als Elektromotoren ausgebildeten
Motoren 12 und 13, die sich dabei in entgegengesetzten
Richtungen A bzw. B drehen. Die oberen Elektromotoren können
dabei mittels eines „Sanft-Anlaufgerätes" von
der Firma Hilger und Kern auf volle Betriebsdrehzahl hochgefahren
werden. Nach Vollendung einer halben Drehung der oberen Unwuchtwellen
werden die Unwuchtkörper 27 und 28 durch
die Antriebswellen 10 und 11 in Richtung A bzw.
B gedreht, bis sie mit ihren Stirnseiten 37 bzw. 39 gegen
die betreffenden Anschlagflächen 34 bzw. 35 der
Anschläge 31 bzw. 32 der zugeordneten Zahnscheiben 21 bzw. 22 zur
Anlage kommen (2). In dieser Stellung sind
die Unwuchtkörper 27, 29 bzw. 28, 30 der
paarweise übereinander angeordneten Motoren 12, 17 bzw. 13, 18 um
180° gegeneinander verdreht, also hinsichtlich ihrer Fliehkraftkomponenten
entgegengesetzt angeordnet, so dass sich die Fliehkräfte
gegeneinander aufheben. Ab jetzt werden über die Zahnriemen
auch die unteren Unwuchtwellen exakt über die Anschläge
geführt und angetrieben. Hierbei ist die Anlaufphase absolut schwingungsfrei
(keine Resonanz im gesamten Drehzahlbereich von n = 0 bis n = max).
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Die
unteren Antriebsmotoren 17 und 18 bleiben von
der Energiezufuhr abgeschaltet.
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In
dieser Stellung werden nun die oberen Antriebsmotoren 12 und 13 bis
zu der jeweils gewünschten Betriebsdrehzahl für
den betreffenden Anwendungsfall durch den kritischen Schwingungsbereich
hochgefahren, so dass keine unerwünschten Resonanzerscheinungen
auftreten können.
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Nach
Erreichen der jeweils vorbestimmten Betriebsdrehzahl wird die Energiezufuhr
zu den oberen Antriebsmotoren 12, 13 abgeschaltet
und davor oder gleichzeitig oder kurz danach die Energiezufuhr zu
den unteren Antriebsmotoren 17 und 18 eingeschaltet.
Das Einschalten kann kurz nach Abschalten der oberen E-Motoren,
zum Beispiel durch ein Zeitrelais, geschehen, das mit einem Netzschütz
oder dergleichen die unteren „Arbeits-Elektromotoren" einschaltet.
Jetzt erfolgt eine halbe Umdrehung der unteren Unwuchtwellen über
den oberen antriebslosen Unwuchtwellen, bis der Zahnriemen und Anschlag die
exakte Arbeitsstellung der Unwuchtwellen erreicht und stabil gehalten
wird. Die Drehrichtung der unteren Antriebsmotoren 17 und 18 entspricht
der Drehrichtung der jeweils zugeordneten oberen Motoren 12 und 13,
das bedeutet also, dass sich der untere Motor 17 ebenfalls
in Richtung A und der untere Motor 18 in Richtung B dreht. Über
die Zahnriemen 25 einerseits und 26 andererseits
werden die Zahnscheiben 21 bzw. 22 nunmehr so
weit gedreht, bis die Stirnflächen der Unwuchtkörper 27 und 28 gegen
die Anschlagflächen 34 bzw. 36 der Anschläge 31 bzw. 32 zur
Anlage kommen (3). Wie ersichtlich ist, sind
nunmehr die Unwuchtkörper drehwinkelkonform eingestellt,
so dass die Fliehkräfte in gleicher Richtung wirksam werden.
Diese Position bleibt so lange erhalten, so lange sich die Vibrationsvorrichtung
in Arbeitsstellung befindet (3)
-
Soll
die Vibrationsvorrichtung abgeschaltet werden, so geschieht das
dadurch, dass die oberen Motoren 12, 13 wieder
mit Energie versorgt werden, also eingeschaltet werden und die unteren
Motoren 17, 18 von der Energieversorgung getrennt,
also abgeschaltet werden. Dadurch stellen sich über die Zahnriemen 25 bzw. 26 die
oberen Unwuchtkörper 27 und 28 wieder
in ihre neutrale Stellung (2), da sie
bis zu den jeweils zugeordneten Anschlägen 31 und 32 in
entgegengesetzten Richtungen A bzw. B gedreht werden. Da sich hierbei
die Unwuchtkörper in ihrer neutralen Stellung (2)
befinden, entstehen keine Fliehkräfte und somit keine Resonanzen.
-
Das
Abbremsen kann dadurch geschehen, dass man die unteren Antriebsmotoren 17, 18 einfach
auslaufen lässt, bis durch die Reibungs- und Trägheitskräfte
die Vorrichtung zum Stillstand kommt. Dies kann zum Beispiel dadurch
geschehen, dass man die unteren Arbeits-Elektromotoren abschaltet,
das heißt das gesamte Schwingungssystem arbeitet momentan
antriebslos mit sinkender Drehzahl. Jetzt werden die oberen Elektromotoren
zugeschaltet, mit der Folge, dass die oberen Unwuchtmassen um 180° voreilen,
bis mittels der Anschläge die Unwuchtmassen zueinander
wieder in die schwingungsfreie Konstellation zurückkehren.
Jetzt erfolgt durch sanftes, ruckfreies Abbremsen mittels eines
Bremsgerätes ein zügiges Abbremsen der Unwuchtmassen
bis zum Stillstand durch die unteren Elektromotoren.
-
In
der Praxis wird man wahrscheinlich so vorgehen, dass die unteren
Motoren 17, 18 elektrisch und/oder mechanisch
bis zum Stillstand abgebremst werden.
-
Möglich
ist es aber auch, während des Abbremsvorgangs die oberen
Antriebsmotoren 12, 13 wieder mit Energie zu versorgen,
also einzuschalten und alle vier Motoren 12, 13 bzw. 17, 18 gemeinsam abzubremsen.
Dies kann ebenfalls über eine separate elektrische Bremse
geschehen.
-
Die
in den Schutzansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen
sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung
der Neuerung wesentlich sein.
-
- 1
- Gehäuse,
Erregerzelle, Erregergehäuse
- 2
- Oberseite
- 3
- Aufhängelager
- 4
- Auge
- 5
- Zugelement
- 6
- Unterseite
- 7
- Klemmvorrichtung
- 8
- Rammgut
- 9
- Linie,
Ebene
- 10
- Antriebswelle
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Antriebsmotor,
Motor, Elektromotor
- 13
- Antriebsmotor,
Motor, Elektromotor
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Antriebswelle
- 16
- Ebene,
gedachte Mittellinie
- 17
- Antriebsmotor,
Motor, Elektromotor
- 18
- Antriebsmotor,
Motor, Elektromotor
- 19
- Ebene,
gedachte Mittellinie
- 20
- Ebene,
gedachte Mittellinie
- 21
- Zahnscheibe
- 22
- Zahnscheibe
- 23
- Zahnscheibe
- 24
- Zahnscheibe
- 25
- Zahnriemen
- 26
- Zahnriemen
- 27
- Unwuchtkörper
- 28
- Unwuchtkörper
- 29
- Unwuchtkörper
- 30
- Unwuchtkörper
- 31
- Anschlag
- 32
- Anschlag
- 33
- Anschlagfläche
- 34
- Anschlagfläche
- 35
- Anschlagfläche
- 36
- Anschlagfläche
- 37
- Stirnseite
- 38
- Stirnseite
- 39
- Stirnseite
- 40
- Stirnseite
- A
- Drehrichtung
- B
- Drehrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4139798
C2 [0006]
- - DE 9312846 U [0008]
- - DE 9416260 U [0009]
- - DE 3515690 C1 [0010]
- - DE 19920348 A1 [0013]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Firma Dr.-Ing.
Ludwig Müller & Söhne,
Gesellschaft für neuzeitliche Bautechnik mbH, Marburg/Lahn,
in der bpz baupraxis zeitung, Sonderdruck, 4. Jahrgang, Nr. 46 vom
15. November 1968 [0011]