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Technisches Gebiet
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Diese Patentveröffentlichung bezieht sich allgemein auf eine Vibrationsverdichtungsmaschine und insbesondere auf einen Vibrationsmechanismus, der eine Keilwelle aufweist.
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Hintergrund
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Verdichtungsmaschinen werden oft eingesetzt, um frisch ausgelegten Asphalt, Boden oder andere verdichtbare Materialien zu verdichten. Eine solche Bauart einer Verdichtungsmaschine ist eine Walzenverdichtungsmaschine mit ein oder mehreren Walzen, die Material verdichten, über welches die Verdichtungsmaschine gefahren wird. Um das Material zu verdichten, weisen diese Walzenverdichtungsmaschinen eine Walzenanordnung mit einem Vibrationsmechanismus auf.
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Im
US-Patent 8,556,039 von Marsolek und anderen weist der Vibrationsmechanismus innere und äußere Exzentergewichte auf, die auf einer drehbaren Welle oder einer Keilwelle angeordnet sind. Die Keilwelle ist in einem inneren Hohlraum des inneren Exzentergewichtes positioniert, so dass, wenn sich die Keilwelle dreht, diese die Drehung der inneren und äußeren Exzentergewichte bewirkt, um Vibrationen bei der Walze hervorzurufen, um Material zu verdichten. Um die Drehung der inneren und äußeren Exzentergewichte zu ermöglichen, ist die Außenfläche der Keilwelle mit axialen oder geraden Keilteilen versehen, die mit dem inneren Exzentergewicht in Eingriff kommen, genauso wie mit schraubenförmigen Keilteilen, die mit dem äußeren Exzentergewicht in Eingriff kommen, um die Drehung dieser exzentrischen Elemente zu ermöglichen. Eine Linearbetätigungsvorrichtung bewegt die Keilwelle während des Betriebs hin und her.
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Zusammenfassung
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Die Offenbarung beschreibt gemäß einem Aspekt einen Vibrationsmechanismus für eine Verdichtungsmaschine. Der Vibrationsmechanismus weist erste und zweite Exzenterelemente und eine Keilwelle auf. Das erste Exzenterelement definiert eine erste innen mit schraubenförmigen Keilen versehene Bohrung. Das zweite Exzenterelement definiert eine zweite innen mit schraubenförmigen Keilen versehene Bohrung. Die Keilwelle weist einen ersten schraubenförmigen Keilteil und einen zweiten schraubenförmigen Keilteil auf, wobei die ersten und zweiten schraubenförmigen Keilteile in entgegengesetzter Richtung mit Keilen versehen sind. Der erste schraubenförmige Keilteil ist komplementär bzw. passend zu der ersten von innen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Bohrung und ist zumindest teilweise in dieser angeordnet. Der zweite schraubenförmige Keilteil ist komplementär bzw. passend zu der zweiten innen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Bohrung und ist zumindest teilweise in dieser angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung eine Verdichtungsmaschine. Die Verdichtungsmaschine weist einen Hauptrahmen, zumindest eine Verdichtungswalze und einen Vibrationsmechanismus auf, der mit der Verdichtungswalze assoziiert ist. Der Vibrationsmechanismus weist erste und zweite Exzenterelemente und eine Keilwelle auf. Das erste Exzenterelement definiert eine erste von innen mit schraubenförmigen Keilen versehene Bohrung. Das zweite Exzenterelement definiert eine zweite von innen mit schraubenförmigen Keilen versehene Bohrung. Die Keilwelle weist einen ersten schraubenförmigen Keilteil und einen zweiten schraubenförmigen Keilteil auf. Der erste schraubenförmige Keilteil ist komplementär zu der ersten von innen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Bohrung und ist zumindest teilweise in dieser angeordnet. Der zweite schraubenförmige Keilteil ist komplementär zur zweiten von innen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Bohrung und ist zumindest teilweise in dieser angeordnet. Die ersten und zweiten schraubenförmigen Keilteile sind in entgegengesetzter Richtung mit Keilen versehen.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Betrieb eines Vibrationsmechanismus einer Verdichtungsmaschine. Das Verfahren weist die Schritte auf, ein erstes Exzenterelement in einer Walze der Verdichtungsmaschine anzuordnen; ein zweites Exzenterelement, im Wesentlichen innerhalb des ersten Exzenterelementes anzuordnen; einen ersten schraubenförmigen Keilteil einer Keilwelle, zumindest teilweise in einer ersten von innen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Bohrung in dem ersten Exzenterelementen anzuordnen, und einen zweiten schraubenförmigen Keilteil der Keilwelle zumindest teilweise innerhalb einer zweiten von innen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Bohrung in dem zweiten Exzenterelement anzuordnen, wobei die ersten und zweiten schraubenförmigen Keilteile in entgegengesetzter Richtung mit Keilen versehen sind; eine Drehung des ersten Exzenterelementes vorzusehen, wobei das erste Exzenterelement eine Drehbewegung für die Keilwelle vorsieht, indem die erste mit schraubenförmigen Keilen versehene Bohrung mit dem ersten schraubenförmigen Keilteil in Eingriff kommt; und die Keilwelle linear zu verschieben, um eine Drehbewegung des zweiten Exzenterelementes in einer Drehrichtung entgegengesetzt zu einer Drehrichtung des ersten Exzenterelementes vorzusehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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1 ist eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Verdichtungsmaschine gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Achse von hinten, die entlang einer Linie 2-2 der 1 aufgenommen ist, und ein Vibrationssystem zeigt, welches in der Verdichtungsmaschine der 1 eingesetzt wird, und zwar gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist eine bruchstückhafte isometrische Querschnittsansicht von vorne des Vibrationssystems der 2;
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4 ist eine isometrische Ansicht einer Keilwelle gemäß den Lehren der Offenbarung; und
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5 ist eine Seitenansicht einer Keilwelle der 4.
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Während bei der vorliegenden Offenbarung verschiedene Modifikationen und alternative Konstruktionen möglich sind, werden gewisse veranschaulichende Ausführungsformen davon unten im Detail gezeigt und beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass nicht die Absicht besteht, auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt zu sein, sondern im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, alternative Konstruktionen und äquivalente Ausführungen gemäß dem Kern und Umfang der vorliegenden Offenbarung abdecken.
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Detaillierte Beschreibung
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Die Offenbarung bezieht sich auf einen Vibrationsmechanismus für eine Verdichtungsmaschine 10. Nun mit Bezug auf 1 ist eine Verdichtungsmaschine 10 gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die veranschaulichte Verdichtungsmaschine 10 verwendet eine Vibrationsverdichtung mit zwei Walzen zum Verdichten und/oder Vergrößern der Dichte eines verdichtbaren Materials oder einer Straßendecke 12, wie beispielsweise Erde, Kies und bitumenhaltige Mischungen. Während nicht alle Komponenten der Verdichtungsmaschine 10 gezeigt und/oder beschrieben worden sind, kann eine typische Verdichtungsmaschine vordere und hintere Verdichtungswalzen 14 bzw. 16 aufweisen, die an einem Hauptrahmen 18 montiert sind. Der Hauptrahmen 18 kann auch einen Motor, einen oder mehrere elektrische Generatoren, Strömungsmittelpumpen und/oder andere Leistungsquellen tragen, genauso wie andere mechanische und elektrische Steuerungen für die Verdichtungsmaschine 10. Verschiedene andere Komponenten als jene, die oben beschrieben wurden und jene, die üblicher Weise in Verbindung oder im Zusammenhang mit solchen Verdichtungsmaschinen eingesetzt werden, werden in Betracht gezogen und als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung angesehen. Obwohl die Verdichtungsmaschine 10 so gezeigt ist, dass sie eine Maschine mit zwei Walzen ist, kann weiterhin in zumindest einigen Ausführungsbeispielen die Verdichtungsmaschine eine Maschine mit einer einzelnen Walze sein oder kann mehr als zwei Walzen einsetzen.
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Nun mit Bezug auf die 2 und 3 zeigt 2 eine Querschnittsansicht der vorderen Verdichtungswalze 14, die von der hinteren Seite der Walze 14 entlang der Linien 2-2 der 1 aufgenommen ist, während 3 eine bruchstückhafte isometrische Querschnittsansicht vom vorderen Teil der Walze 14 zeigt. Die 2 und 3 zeigen verschiedene Komponenten der Verdichtungswalze 14 gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Obwohl die Querschnittsansicht von nur der vorderen Verdichtungswalze 14 hier gezeigt und beschrieben wurde, wird klar sein, dass die gleichen Lehren ebenfalls auf die hintere Verdichtungswalze 16 in gleicher Weise anwendbar sind, insbesondere unter der Voraussetzung, dass die vorderen und hinteren Verdichtungswalzen strukturell und bezüglich ihres Betriebs ähnlich sind. Weiterhin wird die Beschreibung von nur jenen Komponenten der vorderen Verdichtungswalze 14 unten dargelegt, die für ein ordnungsgemäßes Verständnis der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind.
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Wie in 2 gezeigt, wird somit die vordere Verdichtungswalze 14 zur Drehung um eine Achse 20 getragen und kann zwei Walzenabschnitte 22 und 24 aufweisen, die durch eine Unterteilung 25 getrennt sind, um eine Konfiguration mit unterteilter Walze zu definieren. In zumindest einigen Ausführungsformen kann die vordere Verdichtungswalze 14 als eine Konfiguration mit durchgehender Walze ohne Teilung konfiguriert sein. Neben weiteren Komponenten können die Walzenabschnitte 22 und 24 eine Traganordnung 30 aufweisen, um diese Walzenabschnitte bezüglich einander zu verbinden und zu drehen. Die Traganordnung 30 kann zusätzlich ein Vibrationssystem 32 aufnehmen, welches unten beschrieben wird.
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In zumindest einigen Ausführungsformen kann das Vibrationssystem 32 einen Vibrationsmechanismus 34, einen Vibrationsmotor 36, eine Antriebswelle 38 und eine Linearbetätigungsvorrichtung (oder einen Zylinder) 40 aufweisen, wobei alle diese Elemente oder ein Teil davon teilweise oder vollständig innerhalb eines Gehäuses 42 aufgenommen sein können. Der Vibrationsmotor 36 kann so angeordnet und gekoppelt sein, dass er die Antriebswelle 38 dreht, welche wiederum den Vibrationsmechanismus 34 in Zusammenarbeit mit der Linearbetätigungsvorrichtung 40 antreiben und drehen kann. Der Vibrationsmechanismus 34 kann ein erstes oder äußeres Exzenterelement 44, ein zweites oder inneres Exzenterelement 46 und eine Keilwelle 48 aufweisen, die betrieblich assoziiert verbunden sind. Das innere Exzenterelement 46 kann in einem Innenraum 45 des äußeren Exzenterelementes 44 positioniert sein und kann drehbar um eine Achse gelagert sein, hier die Walzenachse 20.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann das äußere Exzenterelement 44 einen Wellenstumpf 50 der Antriebsseite aufweisen, der mit der Antriebswelle 38 verbunden ist, so dass die Drehung der Antriebswelle 38 eine Drehung auf das äußere Exzenterelement 44 aufbringt. Das erste oder äußere Exzenterelement 44 kann zusätzlich einen Wellenstumpf 50 einer Antriebsseite aufweisen, der mit der Antriebswelle 38 verbunden ist, so dass eine Drehung der Antriebswelle 38 eine Drehung des äußeren Exzenterelementes 44 aufbringt. Das erste oder äußere Exzenterelement 44 kann zusätzlich einen Wellenstumpf 52 einer Schraubenseite aufweisen, welcher eine erste von innen mit Keilen versehene Bohrung 56 definiert. Es wird klar sein, dass zwei oder mehr der Komponenten des äußeren Exzenterelementes 44 als eine einzige Einheit hergestellt werden können.
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Eine Keilwelle 48 kann in der von innen mit Keilen versehenen Bohrung 56 des Wellenstumpfes 52 der schraubenförmigen Seite des äußeren Exzenterelementes 44 angeordnet sein und damit in Eingriff sein. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Keilwelle 48 entlang der Walzenachse 20 angeordnet, obwohl sie in anderer Weise positioniert sein könnte. Nun mit Bezug auf die 4 und 5 in Verbindung mit den 2 und 3 kann die Keilwelle 48 eine volle, hohle oder im Wesentlichen oder teilweise hohle Welle mit einem ersten Keilteil 60 und einem zweiten Keilteil 62 sein. In einigen Ausführungsformen kann die Keilwelle 48 einen oder mehrere glatte Teile 64 aufweisen, die beispielsweise die ersten und zweiten Keilteile 60, 62 trennen. In den Ausführungsbeispielen, in denen sie vollständig, im Wesentlichen oder teilweise hohl ist, kann die Keilwelle 48 ein oder mehrere Schmierdurchlässe 66, 68, 70 aufweisen, durch welche Schmiermittel geliefert werden kann, um die Schnittstellen zwischen der Keilwelle 48 und den äußeren und inneren Exzenterelementen 44, 46 zu schmieren.
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Um die Keilwelle 48 aufzunehmen und mit dieser in Eingriff zu kommen, kann das zweite oder innere Exzenterelement 46 genauso mit einer zweiten Bohrung (beispielsweise einer axialen Bohrung 58 versehen sein. Die Bohrung 58 des inneren Exzenterelementes 46 kann mit einem oder mehreren Keilen entlang zumindest eines Teils der Bohrung 58 versehen sein, welcher bzw. welche mit dem zweiten Keilteil 62 der Keilwelle 48 in Eingriff kommt bzw. kommen. Die Keilwelle 48 kann in der von innen mit Keilen versehenen Bohrung 58 des inneren Exzenterelementes 46 und innerhalb der von innen mit Keilen versehenen Bohrung 56 des äußeren Exzenterelementes 44 positioniert sein, um sowohl mit dem inneren Exzenterelement 46 als auch mit dem äußeren Exzenterelement 44 in Eingriff zu kommen, um eine Drehung des Vibrationsmechanismus 34 zu ermöglichen. Insbesondere kann die Keilwelle 48 in den Bohrungen 56, 58 so positioniert sein, dass der erste Keilteil 60 der Keilwelle 48 mit den Keilen der Bohrung 56 des äußeren Exzenterelementes 44 in Eingriff kommen kann, während der zweite Keilteil 62 der Keilwelle 48 mit den Keilen der Bohrung 58 des inneren Exzenterelementes 46 in Eingriff kommen kann. Die Keilwelle 48 kann zusätzlich an einem Endteil davon mit der Linearbetätigungsvorrichtung 40 verbunden sein, welche eine Linearbewegung der Keilwelle 48 ermöglichen kann. Für die Zwecke dieser Offenbarung bedeutet eine Linearbewegung der Keilwelle 48 eine Linearbewegung in axialer Richtung der Keilwelle 48.
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Gemäß einem Aspekt der Anordnung sind die Keilteile 60, 62 der Keilwelle 48 in entgegengesetzten Richtungen mit schraubenförmigen Keilen versehen. Die Keile der damit in Eingriff stehenden Bohrungen 56, 58 sind in zu den Keilteilen 60 bzw. 62 passender Weise angeordnet, so dass eine Drehung der Antriebswelle 38 eine Drehung des inneren Exzenterelementes 46 zur Folge haben kann. Auf diese Weise bringt die Drehung des äußeren Exzenterelementes 44 eine Drehung auf die Keilwelle 48 auf, während die Linearbetätigungsvorrichtung 40 die Linearbewegung der Keilwelle 48 innerhalb der inneren und äußeren Exzenterelemente 44, 46 ermöglicht, wenn das äußere Exzenterelement 44 eine Drehung auf die Keilwelle 48 aufbringt, was eine Drehung auf das innere Exzenterelement 46 aufbringt.
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Wenn die Keilwelle 48 sich linear innerhalb der Bohrung 58 des Exzenterelements 46 hin und her bewegt, bringt im Betrieb das äußere Exzenterelement 44 eine Drehung auf die Keilwelle 48 auf. Im Hinblick auf die entgegengesetzten Richtungen der schraubenförmigen Keilschnittstellen zwischen sowohl den inneren als auch den äußeren Exzenterelementen 44, 46 und der Keilwelle 48, wird sich das innere Exzenterelement 46 in einer entgegengesetzten zweiten Richtung drehen, wenn sich das äußere Exzenterelement 44 in einer ersten Richtung dreht. Es wird klar sein, dass die relativen Drehzahlen der äußeren und inneren Exzenterelemente 44, 46 zumindest teilweise von jeweiligen Teilungen und Durchmessern der Keilteile 62, 60 der Antriebswelle 38 genauso wie von der Drehzahl abhängen wird, die auf die Antriebswelle 38 aufgebracht wird.
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Genauer gesagt, wenn der schraubenförmige Keil der Schraubenbohrung 56 des Wellenstumpfes 52 der schraubenförmigen Seite mit dem ersten schraubenförmigen Keilteil 60 der Keilwelle 48 in Eingriff kommt, und die Linearbetätigungsvorrichtung oder der Zylinder 40 die Keilwelle 48 hin und her bewegt, erzeugen die Schnittstelle mit schraubenförmigen Keilen des Wellenstumpfes 52 der Schraubenseite mit der Keilwelle 48 und die Bewegung der Linearbetätigungsvorrichtung oder des Zylinders 40 Linear- und Drehbewegungen der Keilwelle 48 innerhalb des inneren Exzenterelementes 46. Diese Linear- und Drehbewegungen der Keilwelle 48 werden weiter in eine Drehbewegung des axial festgelegten inneren Exzenterelementes 46 umgewandelt, und zwar durch die Schraubenschnittstelle zwischen dem zweiten schraubenförmigen Keilteil 62 der Keilwelle 48 mit den schraubenförmigen inneren Keilen der damit in Eingriff stehenden Bohrung 58 des inneren Exzenterelementes 46.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung ist auf Verdichtungsmaschinen 10 anwendbar, die zumindest einen Vibrationsmechanismus 34 aufweisen.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann der offenbarte Vibrationsmechanismus 34 Phasenverschiebungen der ersten und zweiten Exzenterelemente 44, 46 vorsehen, die mit einer verringerten Linearbewegung der Keilwelle 48 assoziiert sind. Entsprechend kann der offenbarte Vibrationsmechanismus 34 dabei helfen, Raumeinschränkungen zu erleichtern. Als eine Folge können einige Ausführungsformen beispielsweise für die Verwendung in kleineren Maschinen geeignet sein.
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Einige Ausführungsformen des offenbarten Vibrationsmechanismus 34 erreichen solche Vorteile in kosteneffizienter Weise.
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Während nur gewisse Ausführungsformen dargelegt worden sind, werden dem Fachmann aus der obigen Beschreibung Alternativen und Modifikationen offensichtlich werden. Diese und andere Alternativen werden als äquivalente Ausführungen und als innerhalb des Kerns und Umfangs dieser Offenbarung und der angehängten Ansprüche angesehen.
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Es wird klar sein, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems und der offenbarten Technik liefert. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Ausführungen der Offenbarung im Detail von den vorangegangenen Beispielen abweichen können. Jegliche Bezugnahme auf die Offenbarung oder Beispiele davon soll sich auf das spezielle an diesem Punkt besprochene Beispiel beziehen, und diese Bezugnahmen sind nicht dafür vorgesehen, irgendeine Einschränkung bezüglich des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen mit sich zu bringen. Jegliche Erwähnung einer Ablehnung oder geringeren Bevorzugung bezüglich gewisser Merkmale soll anzeigen, dass diese Merkmale weniger bevorzugt werden, soll jedoch solche Merkmale nicht vollständig vom Umfang der Offenbarung ausschließen, außer wenn dies in anderer Weise angezeigt wird.
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Die Verwendung der Ausdrücke „ein” sowie „der” und „zumindest ein” und ähnliche Ausdrücke im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Zusammenhang mit den folgenden Ansprüchen) soll dahingehend verstanden werden, dass sowohl der Singular als auch der Plural abgedeckt sind, außer wenn dies hier in anderer Weise angezeigt wird oder dies klar durch den Kontext in Abrede gestellt wird. Die Verwendung des Ausdrucks „zumindest ein” gefolgt von einer Liste von ein oder mehreren Dingen (beispielsweise „zumindest eines von A und B”) soll so verstanden werden, dass dies ein Ding ausgewählt aus den ausgewählten Dingen bedeutet (A oder B) oder jegliche Kombination von zwei oder mehreren der aufgelisteten Dinge (A und B), außer wenn dies hier in anderer Weise angezeigt wird oder klar durch den Kontext in Abrede gestellt wird.
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Die Erwähnung von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren dazu dienen, einzeln jeden getrennten Wert zu nennen, der in den Bereich fällt, außer wenn dies in anderer Weise hier angezeigt wird, und jeder getrennte Wert wird in die Beschreibung mit eingeschlossen, genauso wie wenn er einzeln hier genannt worden wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in irgendeiner geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, außer wenn dies hier anders angezeigt wird oder klar durch den Kontext in Abrede gestellt wird.
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Folglich umfasst diese Offenbarung alle Modifikationen und äquivalenten Ausführungen des in den beigefügten Ansprüchen beanspruchten Gegenstandes, wie dies vom anwendbaren Gesetz zugestanden wird. Darüber hinaus wird jegliche Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon von der Erfindung mit umfasst, außer wenn dies hier anders angezeigt wird oder klar durch den Kontext in Abrede gestellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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