DE2231106A1

DE2231106A1 - Hydraulischer schwingungserreger fuer vibrationsverdichter

Info

Publication number: DE2231106A1
Application number: DE2231106A
Authority: DE
Inventors: Guelertan Dipl Ing Vural
Original assignee: Bopparder Maschinenbau GmbH
Current assignee: Bomag Menck GmbH
Priority date: 1972-06-24
Filing date: 1972-06-24
Publication date: 1974-01-10
Also published as: GB1429557A; DE2231106C3; JPS4950368A; US3849986A; CH562061A5; CA991050A; DE2231106B2; FR2190026A5; JPS6157481B2; ZA733926B; JPS58180802A

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König ■ Dipl.-lng. K. Bergen

Patentanwälte · 4doo Düsseldorf ■ Cecilienallee 7s

fm

Unsere Akte: 27 185 23.Juni 1972

IIl/Ka/Ro

Bopparder Maschinenbaugesellschaft mbH (BOMAG),

5407 Boppard/Rhein, Hellerwald

"Hydraulischer Schwingungsrreger für Vibrationsverdichter"

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwingungserreger für Vibrationsverdichter, mit einem in einem Zylinder hin- und hergehend bewegten Kolben und/oder einem auf dem Kolben hin- und hergehend bewegten Zylinder, wobei der Zylinder über eine Druckleitung mit einer Druckquelle verbunden ist.

Im Falle gerader Zylinder werden derartige Schwingungserreger auch als Idnearhubmotore bezeichnet. Mit gekrümmtem Zylinder sind sie unter der Bezeichnung Schwenkmotore bekannt; sie eignen sich besonders als Antrieb für Vibrationsverdichter wie beispielsweise Rüttler.

Dabei besitzen die Schwingungserreger üblicherweise eine Ventilsteuerung mit in ihrem Zylinder angeordneten Ventilen, die von dem Kolben selbst betätigt werden. Die Ventile sind Jedoch einem so starken Verschleiß ausgesetzt, daß sich solche Schwingungserreger bisher nicht durchsetzen konnten.

Außerdem besitzen diese Schwingungserreger den Nachteil,

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daß ihre Leistungsabgabe und Hubfrequenz funktionell miteinander verknüpft sind. Mit zunehmendem Druck der.Druckflüssigkeit steigen Leistung und Frequenz nach festliegenden Funktionen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Schwingungserreger zu beseitigen, die einen in einem Zylinder hin- und hergehend bewegten Kolben und/oder einen auf dem Kolben hin- und hergehend bewegten Zylinder aufweisen, wobei der Zylinder über eine Druckleitung mit einer Druckquelle verbunden ist.

Nach der Erfindung wird das durch eine zwischen dem Zylinder und der Druckquelle hin- und hergehende Flüssigkeitssäule oder eine stetig in einer gleichbleibenden Richtung fördernde Druckpumpe mit einem mit der gewünschten Schwingungszahl bewegten Steuerventil erreicht, das zwischen die Druckpumpe und den Zylinder geschaltet ist. Vorteilhafterweise erfolgt die KoI-bensteuer-ung damit außerhalb des Zylinders und im wesentlichen frei von einer Belastung durch den Kolben. Zugleich macht es die erfindungsgemäße Anordnung der Kolbensteuerung möglich, daß der Druck der Druckflüssigkeit, mit der der Kolben beaufschlagt wird, auch bei gleichbleibender Frequenz der Kolbenbewqgung erhöht wird, bzw. vermindert wird oder die Frequenz bei gleichbleibendem Flüssigkeitsdruck vergrößert bzw. verkleinert wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besitzt der erfindungsgemäße Schwingungserreger neben der ersten Druckquelle mindestens noch eine zweite, der ersten parallel geschaltete Druckquelle, deren Zylinder bezüglich seiner Winkellage zur Winkellage des Zylinders der ersten Druckquslle phasenverschiebbar ist. Das hat den Vorteil einer stufenlosen und nahezu verlustfreien Leistungsregulierung des Schwingungserregers, d.h. durch Veränderung der Phasenverschiebung zwischen den Zylindern der beiden Druckquellen, die den Kolben im Zylinder des Hubmotors durch Be-

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aufschlagung mit Druckflüssigkeit bewegen,laßt sich der Kolbenhub des Hubmotors und damit dessen Arbeitsleistung stufenlos und praktisch frei von hydrodynamisch bedingten Verlusten, sowie unabhängig von der Arbeitsfrequenz zwischen Null und einem Maximalwert verändern. Im .Gegensatz dazu ist bei den herkömmlichen hydraulischen Schwingungserregern die Leistungsänderung mit einer Änderung der Hubfrequenz und eventuell auch des Kolbenhubes nach einer vorgegebenen Funktion verknüpft.

Die Druckquellen bestehen vorzugsweise ihrerseits aus einem Zylinder mit einem in dem Zylinder hin- und hergehend bewegten Kolben, der als Antrieb einen Kurbeltrieb, Exzentertrieb, Kurbelschleifentrieb oder dergleichen aufweist. Bei Verwendung mehrerer Kurbeltriebe sitzen die Kurbeln der einzelnen Kurbeltriebe auf einer gemeinsamen Welle und ist mindestens einer der zugehörigen Zylinder verschwenkbar um die Kurbelwelle angeordnet.

Im übrigen ist der Zylinder des von der Druckquelle mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Kolbens nach der Erfindung mit einem Druckspeicher verbunden und/oder als Druckspeicher ausgebildet. Vorteilhafterweise läßt sich dadurch in Verbindung mit der bereits beschriebenen Anordnung zweier phasenverschiebbarer Druckquellen der Kolbenhub auch unabhängig von der Wirkleistung variieren, d.h. der Hubmotor vermag bei relativ geringer Wirkleistung mit großem Kolbenhub und damit großer Blindleistung zu arbeiten.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen, als Linearhubmotor ausgebildeten Schwingungserreger mit einer DruckqiäLle,

Fig. 2 den Schwingungserreger nach Fig. 1 in Zwillinganordnung,

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Fig, 3 einen erfindungsgemäßen,als Linearhubmotor ausgebildeten Schwingungserreger mit zwei Druckquellen ,

Fig. 4 den Schwingungserreger nach Fig. 3 in Zwillingsanordnung,

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen, als Mnearhubmotor ausgebildeten Schwingungserreger mit einem Druckspeicher,

Fig. 6 einen erfindungsgemäßen, als Linearhubmotor ausgebildeten Schwingungserreger mit einer ständig in gleichbleibender Richtung fördernden Druckpumpe,

Fig. 7 und 8

verschiedene erfindungsgemäße, als Schwenkmotoren ausgebildete Schwingungserreger.

Der erfindungsgemäße Schwingungserreger in Fig. 1 besteht aus einem Zylinder 1 und einem Kolben 2. Die obere Totpunktlage des Kolbens ist mit 3 und die untere mit 4 bezeichnet. Der Kolben 2 besitzt außerdem eine Kolbenstange 5» mit der er beispielsweise eine nicht dargestellte Rüttelplatte bewegt.

Die Maschinenteile, an die der Zylinder 1 und der Kolben mit der Kolbenstange 5 angeschlossen sind, nehmen an den Arbeitsschwingungen des Schwingungserregers teil. Dagegen ist eine mit dem Zylinder 1 verbundene Druckquelle schwingungsfrei in einem Maschinenrahmen angeordnet, der beispielsweise zu einem von dem Schwingungserreger angetriebenen Rüttler gehört und seinerseits nach Möglichkeit schwingungsfrei gelagert ist.

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Der Zylinder 1 ist mit der Druckquelle über eine elastische Druckleitung 6 verbunden. Die Druckquelle besteht aus einem Zylinder 7 und einem in dem Zylinder 7 von einem Kurbeltrieb hin- und hergehend bewegten Kolben 8. Die obere Totpunktlage des Kolbens 8 ist mit 9 und die untere mit 10 bezeichnet. Zu dem Kurbeltrieb, der den Kolben 8 bewegt, gehören eine in der durch einen Pfeil gekennzeichneten Drehrichtung umlaufende Kurbel 12 und eine die Kurbel 12 mit dem Kolben 8 gelenkig verbindende Pleuelstange 11.

Bei einer Bewegung des Kolbens 8 in die obere Totpunktlage 9 wird der in dem Zylinder 1 angeordnete Kolben 2 durch zwischen beiden Kolben 2 und 8 befindliche Druckflüssigkeit in seine untere Totpunktlage 4 gedrückt. Durch eine Bewegung des Kolbens 8 in seine untere Totpunktlage 10 entsteht in dem mit Druckflüssigkeit gefüllten Teil des Zylinders 1 gegenüber dessen anderem, mit der Umgebungsluft verbundenen Teil ein Unterdruck und bewegt sich der Kolben 2 infolge des Unterdrucks, der Bewegung des Kolbens 8 folgend, in seine obere Totpunktlage 3.

Mit kontinuierlich umlaufender Kurbel 12 entsteht dadurch eine schwingungserregende hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 2 in dem Zylinder 1· Dabei wird seine Bewegung in die obere Totpunktlage 3 durch eine Rückfederung des mit der Rüttelplatte verdichteten Materials und wahlweise durch eine eingebaute Federung erleichtert. Darüber hinaus können die Kolben 2 und 8 auch doppelt wirkend ausgelegt werden,.

Außerdem können die Kolben 2 und 8 auch in sogenannter Zwillingsanordnung nach Fig. 2 paarweise und gegenein-

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anderwirkend angeordnet sein. Die beiden Kolben 8 besitzen dann eine gemeinsame Kurbel 12, während die beiden Kolben 2 die Schwingungsmasse 47 gemeinsam bewegen. Die Zwillingsanordnung gewährleistet, daß die Schwingungsmasse 47 in (Jeder Schwingungsrichtung abgesehen von der Erdgravitation mit gleicher Kraft angetrieben wird.

Der erfindungsgemäße Schwingungserreger nach Fig. 3 unterscheidet sich insofern von dem in Fig. 1 dargestellten, als zum Antrieb noch ein zusätzlicher Zylinder mit einem darin von einem Kurbeltrieb hin- und hergehend bewegten Kolben dient. Dabei entspricht dem Zylinder 1 der Zylinder 13, dem Zylinder 7 der Zylinder 14 und ist der zusätzliche Zylinder, der mit seinem Kolben und seinem Kurbeltrieb gleich dem Zylindei' 14 bzw* dem Zylinder 7 ist, mit 15 bezeichnet. Der Zylinder 15 ist über eine elastische, beispielsweise als Schlauchleitung ausgebildete Druckleitung 16 mit dem Zylinder 14 verbunden. Außerdem sitzen die Kurbeln der su den Zylindern 14 und 15 gehörenden Kurbeltriebe auf einer gemeinsamen Antriebswelle 17 und ist der Zylinder 15 um die Antriebswelle 17 schwenkbeweglich angeordnet. Der Winkel zwischen dem Zylinder und dem Zylinder 15 ist mit oC bezeichnet und beträgt 0 bis maximal 180°, während die zugehörigen Kurbeln gleiche Phasenlage aufweisen.

Je nach der Größe des Winkels oC und der davon abhängigen Phasenlage der zu den Zylindern 14 und 15 gehörenden Kolben wird mehr oder weniger Druckflüssigkeit bei einer Bewegung dieser Kolben in den Zylinder 13 gedrückt. Bei einem Winkel von 0° gelangt mit jedem Arbeitshub der Kolben der Zylinder 14 und 15 die gesamte von beiden Kolben geförderte Menge Druckflüssigkeit in den Zylinder

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und besitzt der Kolben des Zylinders 13 einen maximalen Hub. Bei einem Winkel cC von 180° bewegen sich die Kolben der Zylinder 14 und 15 im Gegentakt und pulsiert die Druckflüssigkeit zwischen den beiden Kolben der Pumpenzylinder 14 und 15 nur noch hin und her, wenn beide Kolben gleiche Mengen Druckflüssigkeit fördern. Durch Veränderung des Winkels cC zwischen 0 und 180° läßt sich der Hub des Kolbens des Zylinders 13 zwischen 0 und einem Maximalbetrag stufenlos regeln. Da von dem Kolbenhub auch die Leistung des Schwingungserregers abhängt, ist das gleichbedeutend mit einer stufenlosen Leistungsregelung.

Aus Fig. 4 ist eine der Zwillingsanordnung nach Fig. 2 entsprechende Zwillingsanordnung des Schwingungserregers ersichtlich, die die gleiche Wirkung wie die Zwillingsanordnung nach Fig. 2 besitzt.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßer Schwingungserreger mit einem Zylinder 18 und einem Kolben 19 dargestellt, der bis auf eine gleichzeitige Ausbildung als Druckspeicher mit den in Fig. 1 und 3 dargestellten Schwingungserregern identisch ist. Im Unterschied zu Fig. 1 und 3 sind die Totpunktlagen des Kolbens T9 mit 20 und 21; die Kolbenstange des Kolbens 19 ist mit 22 und die zu dem Zylinder 18 führende Druckleitung mit 25 bezeichnet. Als Druckspeicher besitzt der Zylinder 18 an dem der Kolbenstange 22 abgewandten Ende eine Verlängerung, in der ein Kolben 23 freifliegend angeordnet ist. Der Kolben 23 trennt den verlängerten Teil 24 des Zylinders 18, in dem sich Gas befindet, von dem übrigen, mit Druckflüssigkeit gefüllten Teil des Zylinders 18 dichtend ab. Das Gas in dem Zylinderraum 24 gibt dem Kolben 23 federnde Eigenschaften und dem Kolben 19 eine bestimmte von der Gas-

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füllung abhängige Eigenfrequenz. Infolgedessen ist es möglich, den Schwingungserreger in seiner Resonanzlage zu erregen, d.h. in seiner Resonanzlage in Tätigkeit zu setzen, und den Kolben 19 gegenüber den Kolben der Zylinder 1 und 13 der Fig. 1 und 3 bei geringer Wirkleistung wesentlich größere Hübe ausführen zu lassen.

Der Kolben 23 bildet mit dem verlängerten Teil des Zylinders 18 einen Kolbenspeicher, an dessen Stelle auch ein Membran- oder Blasenspeicher treten kann.

In Fig. 6 ist ein weiterer Schwingungserreger dargestellt, der einen den Zylindern 1, 13 und 18 in den Fig. 1 bis 3 gleichen Zylinder 26 aufweist. An den Zylinder 26 mit seinem in ihm hin- und herbeweglichen Kolben sind an beiden Enden Druckleitungen angeschlossen, die über ein Steuerventil 27 zu einer von einem Motor 29 getriebenen Druckpumpe 28 und einem Behälter 30 für Druckflüssigkeit führen. Die Druckpumpe 28, die als Kolbenoder Radialpumpe ausgebildet ist, fördert stetig in derselben Richtung, d.h. sie fördert stetig Druckflüssigkeit aus dem Behälter 30 zu dem Steuerventil 27. In dem Steuerventil 27, das dazu von einem nicht dargestellten Steuermotor mit einer bestimmten Arbeitsfrequenz angetrieben wird, wird die angeförderte Druckflüssigkeit wechselweise in die verschiedenen, zu dem Zylinder 26 führenden Druckleitungen gelenkt und gleichzeitig die jeweils aus dem Zylinder 26 zurückströmende Flüssigkeit in den Behälter 30 gelenkt. Durch das ständige Umschalten des Steuerventils 27 wird der Kolben des Zylinders 26 im Wechsel an der einen und der anderen Stirnfläche mit Druckflüssigkeit beaufschlagt und zum Schwingen angeregt.

Der Hub des Kolbens im Zylinder 26 läßt sich bei beliebig

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vorgegebener Frequenz auf folgende Arten regeln:

a) bei konstantem Druck der von der Pumpe 28 geförderten Flüssigkeit durch Änderung der in der Zeiteinheit geförderten Flüssigkeitsmenge bzw. druckabhängige automatische Steuerung der Fördermengenj

b) bei konstanter Fördermenge der Pumpe durch Veränderung des Druckes der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit unter verlustbehafteter Entspannung der überschüssigen Fördermenge;

c) bei konstantem Druck und konstanter Fördermenge der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit durch Regulierung der durch das Ventil 27 in den Zylinder ufertretenden Flüssigkeitsmenge mittels Änderung des Durchlaufquerschnitts an dem Ventil 27 und der überschüssigen Fördermenge.

Von diesen Möglichkeiten wird der verlustfreien Regulierung des Kolbenhubes im Zylinder 26 gemäß a) der Vorzug gegeben.

Während die erfindungsgemäßen Schwingungserreger nach Fig. 1 bis 6 jeweils als Linearhubmotore ausgebildet sind, ist in Fig. 7 ein als Schwenkmotor ausgebildeter erfindungsgemäßer Schwingungserreger dargestellt.. Nach Fig. besitzt der Schwenkmotor ein Gehäuse 31 und einen auf einer Welle 33 befestigten Schwenkkolben 32. Der Schwenkkolben 32 wird in der gleichen Weise wie der Kolben 2 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt. Im Unterschied zu dem Kolben 2 erfolgt die Beaufschlagung aber an beiden Seiten in Druckkammern 36 und 37, die über Zuleitungen 34 und mit einer Druckquelle verbunden sind. Als Druckquelle

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dient wahlweise eine doppelt wirkende Kolbenpumpe oder eine kontinuierlich fördernde Druckpumpe, deren Flüssigkeitsstrom mit Hilfe eines geeigneten Ventils zwischen den Zuleitungen 34 und 35 umgesteuert wird.

Bei dem Schwenkmotor nach Fig. 7 beträgt die Zahl der Druckkammern zwei. Andererseits kann die Kammerzahl auch ein ganzzahliges Vielfaches von zwei betragen. Fig. 8 zeigt einen Schwenkmotor mit vier Druckkammern 43, 44, 45 und 46. Zwar verringert sich mit steigender Kammerzahl der Hub des in Fig. 8 mit 39 bezeichneten Schwenkkolbens, der auf einer Welle 40 befestigt und in einem Gehäuse 38 gelagert ist, das Zuleitungen 41 und 42 zu den Druckkammern 43, 44, 45 und 46 aufweist, dafür steigt das an dem Schwenkkolben' 39 wirkende Moment aber in gleichem MaBe.

Während der Schwenkkolben 32 noch aus einem Segment besteht, ergibt sich für die Schwenkkolben von Schwenkmotoren mit mehr als zwei Druckkammern eine mit steigender Kammerzahl steigende Zahl von Segmenten, die vorzugsweise paarweise gegenüberliegend angeordnet sind. Zwischen die einzelnen Segmente der Schwenkkolben greifen jeweils Segmente des zugehörigen Motorgehäuses.

Die Schwenkbewegung der Schwenkkolben in den Schwenkmotoren läßt sich vorteilhafterweise ebenso mit Hilfe von Kolbenspeichern, Membran- oder Blasenspeichern beeinflussen wie der Kolbenhub der Kolben in den aus Fig. 1 bis 6 ersichtlichen Linearhubmotoren.

Im übrigen besitzen die erfindungsgemäßen hydraulischen Schwingungserreger den Vorteil einer relativ kleinen Baugröße, so daß sie sich für größere Erregerleistungen

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leicht zu mehreren parallelschalten lassen. Damit eröffnet sich die Möglichkeit zur Herstellung eines Einheitsschwingungserregers, dessen Erregerleistung durch Parallelschaltung mehrerer variiert wird. Der Einheitsschwingungserreger bietet hinsichtlich Serienfertigung, Entwicklungskosten, Lagerhaltung usw. eine Reihe von Rationalisierungsvorteilen.

Ferner erlaubt die gruppenweise Anordnung von Schwingungserregern eine Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Schwingungserregern, die in bekannter Weise zu einer Veränderung der resultierenden Erregerkraft führt und sich wahlweise programmsteuern läßt.

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Claims

Bopparder Maschinenbaugesellschaft mbH (BOMAG), 5407 Boppard/Rhein, Hellerwald

Patentansprüche;

1· Hydraulischer Schwingungserreger für Vibrationsverdichter, mit einem in einem Zylinder hin- und hergehend bewegten Kolben, und/oder einem auf dem Kolben hin- und hergehend bewegten Zylinder, wobei der Zylinder über eine Druckleitung mit einer Druckquelle verbunden ist, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Kolben (2, 19) und der Druckquelle (7» 14j 15) hin- und hergehende Flüssigkeitssäule oder eine stetig in einer Richtung fördernde Druckpumpe (28) mit einem mit der gewünschten Schwingungszahl bewegten Steuerventil (27)» das zwischen die Druckpumpe (28) und den Zylinder (26) geschaltet ist.
2. Schwingungserreger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine weitere mit dem Zylinder (13) verbundene Druckquelle (15) mit einstellbarer Phasenverschiebung zu der anderen Druckquelle (14).
3. Schwingungserreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (7| 14, 15) aus einem in einem Zylinder (7I 14, 15) hin- und hergehend bewegten Kolben (8) mit einem Kurbeltrieb (11, 12) als Antrieb besteht.
4. Schwingungserreger nach den Ansprüchen 2 und 3»

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dadurch gekennzeichnet , daß die Kurbeltriebe (11, 12) der zu den Zylindern (14, 15) gehörenden beiden Kolben eine gemeinsame Kurbelwelle (17) besitzen und mindestens ein Zylinder (15) verschwenkbar um die Kurbelwelle angeordnet ist.
5. Schwingungserreger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinder (18) des zur hin- und hergehenden Bewegung mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Kolbens (19) mit einem Druckspeicher ■verbunden und/oder zugleich als Druckspeicher ausgebildet ist.
6. Schwingungserreger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Zwillingsanordnung der Kolben (2, 8).
7. Schwingungserreger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Zwillingskolben (8) einen gemeinsamen Kurbeltrieb (12) aufweisen.
8. Schwingungserreger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Kolben als Schwenkkolben (32 j 39) ausgebildet sind.
9. Schwingungserreger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkkolben (39) aus Segmenten bestehen, deren Anzahl zwei oder ein ganzzahliges Vielfaches von zwei ist.

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