DE2239870A1

DE2239870A1 - Exzentermechanik fuer bodenverdichtungsgeraete

Info

Publication number: DE2239870A1
Application number: DE2239870A
Authority: DE
Inventors: Paul C Wallick
Original assignee: ATO Inc
Current assignee: Scott Technologies Inc
Priority date: 1971-08-13
Filing date: 1972-08-09
Publication date: 1973-02-22
Also published as: GB1351432A; DE2239870C2; CA958577A; US3721129A

Description

A 1304

PATENTANWÄLTE

Or.-tn₀. HAMS RUSCHKE Oipl.-lng.HEtfiZ A6ULAR

BERUN 33 Auguste-Viktoria-S'.raS» f S

A-I-O- Inc., Willoughby / Ohio 44094 (V.St.v.A·)

Exzentermechanik für Bodenverdichtungsgeräte

Die Erfindung betrifft eine Exzentermechanik zum Erzeugen von Schwingungsbewegungen in einem diese Schwingungen ausnutzenden Gerät.

Die Erfindung ist besonders geeignet für die Schwingwalze eines Bodenverdichtungsgerätes und wird in diesem Zusammenhang beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt.

Y/ird eine Bodenverdichtungswalze in Schwingungen versetzt, so kann dies ein wirtschaftliches Mittel zum Erhöhen der Wirksamkeit der Bodenverdichtung darstellen, da hierbei das Gewicht der Walze wirksam ausgenutzt wird» Obwohl solche Schwingungen den Wirkungsgrad der Bodenverdichtung erhöhen,, so suchen diese jedoch bei nicht geeigneter Anwendung nicht nur die die Schwingungen erzeugende Mechanik zu zerstören sondern auch das diese Mechanik enthaltende Gerät* Eine ungeeignete Anwendung dieser Schwingungen war bisher in vielen fällen verantwortlich für die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit auf dem Gebiet der Bodenverdichtung.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde» eine Exzentermechanik zu schaffen, die besonders für eine Bodenverdichtungswalze geeignet ist, und die bei angemessenen Kosten hohe Frequenzen und Kräfte (oder Amplituden) erzeugen kann.

Die erfindungsgemäße Mechanik weist auf ein Bohr, Lager, in denen das Rohr an den Enden um die eigene Achse drehbar gelagert ist, eine Exzenterstange im Rohr, die von der Innenwandung des Rohres einen Abstand aufweist, und deren Enden koaxial zum Rohr gelagert sind, sowie Mittel, die das Rohr und die Exzenterstange um die Achse des Rohres in Umdrehung versetzen.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung weicht die Exzenterstange in einem erheblichen Grade aus, z.B. zehnmal so viel wie bei herkömmlichen Exzenterwellen. Die von der Exzenterstange erzeugten großen Kräfte werden jedoch über steife Gehäuseendverschlussglieder länge einer linie übertragen, die sehr nahe an der Mittellinie der Lager gelegen ist. Die Kraftlinie verläuft etwas versetzt in bezug auf die Mittellinie der Lager, Diese Versetzung ist so berechnet, dass im steifen Gehäuse ein Biegemoment erzeugt wird. Die Größe dieses Biegemomentes und dessen Richtung ist so bemessen, dass das Biegemoment als Folge der Orbitalbewegung des Rohres ausgeglichen wird. Infolgedessen ist die züsammex gesetzte Exzentermechanik nach der Erfindung imstande, mit wenige als der halben Massenträgheit dieselben exzentrischen Kräfte zu erzeugen bei nur ungefähr Vß> Ausweichung an den Lagern, die von herkömmlichen Exzentermechaniken erzeugt werden.

Die Erfindung, an der von Sachkundigen im Halmen des Erfindungsgedankens natürlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden können, wird nunmehr nachstehend beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine Seitenansicht einer Bodenverdichtungswalze, die mit der Exzentermechanik nach der Erfindung ausgestattet ist,

Flg.2 ein vergrößert gezeichneter Längsschnitt durch die Walze nach der Linie 2-2 in der Fig.1,

Fig.3 ein vergrößert gezeichneter Querschnitt durch die Walze nach der Linie 3-3 in der Fig.2,

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_ 3 —

Fig.4 ein Querschnitt nach der Linie 4-4 in der 3?ig.1, und

Pig.5 ein vergrößert gezeichneter Ausschnitt aus einer Schnittzeichnung nach der Linie 5-5 in der Fig.3, die einen Teil der Pig.2 vergrößert zeigt.

Die Fig»1 zeigt eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Sehwingbodenverdichtungswalze, die bei der dargestellten Ausführung eine glatte Außenseite aufweist. Wenn gewünscht, kann das Gerät auch aus dem sogenannten »Schafsfußgerät" bestehen.

Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, ist die Walze 10 an den Enden mit den Kopfteilen 12 versehen, die axial nach außen vorstehende Stummelwellen 14 tragen, die in geeigneten Rollenlagern 16, 18 drehbar gelagert sind. Wie an sich bekannt, sind diese Lager über geeignete (nicht dargestellte) Schwingungsisolierungsmittel mit einem nicht dargestellten Bodenverdichtungsfahrzeug verbunden.

In der Yfalze 10 ist koaxial zu dieser ein rohrförmiges Exzentergehäuse 20 angeordnet, das an den Enden auf geeignete Weise mit den Walzenkopfteilen 12 und den Stummelwellen 14 starr verbunden ist. Die Enden 22 des Exzentergehäuses 20 enthalten die Lager 24 für eine Exzenterwelle 26 nach der Erfindung. Das Exzentergehäuse 20 legt den axialen Abstand und die Ausrichtung der Exzenterlager 24 daudernd so fest, dass bei einer Ausdehnung der Walze oder Trommel 10 keine Indergung der Beziehung der Lager zu einander erfolgt, welche Maßnahme ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt. Eine Ausdehnung der Walze im Gebrauch wird durch eine Verformung der Kopfteile 12 aufgefangen.

Die Exzenterwelle 26 besteht aus einerm zusammengesetzten Aufbau mit einem verhältnismäßig steifen Rohr oder rohrförmigen Gehäuse 28, an dem beispielsweise durch Schweißen die Endverschlussglieder "50 befestigt sind. Die Endverschlussglieder weisen Stummelwellen auf, die sich in die Lager 24 hineinerstrecken und das Rohr 28 sowie dessen Endverschlussglieder 30 um die Rohrachse drehbar lagern. Die Exzenterwelle 26 wird von einer koaxialen Antriebswelle 32 angetrieben, die eine Keilverbindung mit einem der Endverschlussteile 30 aufweist. Die Antriebswelle 32 ist in den Y/alzenstummelwellen 14 drehbar gelagert und am Außenende mit

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einer Antriebsrolle 34 versehen.

Die zusammengesetzte Exzenterwelle 26 weist ferner eine Exzenterstange 36 auf, die im Exzentergehäuse 28 mit Abstand von dessen Innenwandung verläuft. Die Enden 38 der Exzenterstange 36 verlaufen koaxial zum Gehäuse 28 und werden von den Endverschlußgliedern 30 getragen. Die Exzenterstange 36 ist mit den Endverschlußgliedern 30 ζ.b. mittels Stiften 40 verbunden, so dass die Exzenterstange 36 sich zusammen mit dem Gehäuse 28 und den Endverschlussgliedern 30 um die Gehäuse-achse dreht.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung, kann die verhältnismäßig biegsame Exzenterstange 36 bei der Drehung

der Exzenterwelle in erheblichem Ausmaß ausweichen. Jedoch be- [ seitigt das steife Exzenterwellengehäuse 28 jedes Ausweichen der Exzenterwelle 26 an den exzentrischen Lagern 24, wodurch die Lebensdauer weitgehend verlängert wird, welche Wirkung ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt. Die Exzenterstange 36 , weist ferner ein verhältnismäßig geringes Trägheitsmoment auf, so dass die zusammengesetzte Exzenterwelle 26 für den Anlauf / wenig Kraft erfordert sowie für den Betrieb, welcher Umstand ein j weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt.

An den von den Endverschlussgliedern 30 gebildeten Stummel-

wellen sind koaxial zum· Exzenterwellengehäuae 28 von den Exaen- ' terlagern 24 aus nach außen vorstehende Flügelräder 42 befestigt. Wie später noch ausführlicher beschrieben wird, treiben diese

Flügelräder 42 bei der Drehung der Exzenterwelle 26 durch die S

Lager 24 eine Flüssigkeit in die ringförmigen Kammern 44 ^an den ]

innen gelegenen Enden der Walzenstummelwellen 14. Die Kammern 44 '·.

stehen mit dem ringförmigen Baum 46 zwischen dem Exzentergehäuse ^;

20 und der Exzenterwelle 26 über die Lager 24 in Verbindung j

sowie mit dem Innenraum des Exzenterwellengehäuses 28 über die ί Einlasse 48 an den Endverschlussgliedern 30. Diese tragen ferner . V

Stopfen 49f die mit verhältnismäßig engen Droeeelausläesen 50 ,

versehen sind (Fig.5), welche Auslässe mit den Exzenterlagern 24 '

in Verbindung stehen und radial einwärts von dem Exzenterwellen- |

gehäuse 28 gelegen sind. Die Stopfen 49 stehen mit einem in der (

Längsrichtung verlaufenden Rohr 51 in Verbindung, das in der /

Mitte mit Schmiermittel einlassen 53 (Fi^.2) veruehen ist, und |

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^Mi ^ O i "i ORIGINAL INSPECTED |

das an beiden Enden ein Filtermaterial enthält, z.B. Stahlwolle aus nichtrostendem Stahl, wie in der Fig.5 dargestellt.

Das Exzenterwellengehäuse 28 ist zwischen den Enden mit radial nach innen verlaufenden Luftkanälen 52 versehen, die den Innenraum des Gehäuses 28 mit dem ringförmigen Raum 46 verbinden. Diese Luftkanäle sind ferner zwischen den Außen- und Innenenden mit Durchlässen 54 versehen, wie am besten aus der Fig.5 zu ersehen ist.

Die vom Exzentergehäuse- 20 und der Exzenterwelle 26 gebildete Exzentermechanik enthält eine Menge eines flüssigen Schmiermittels, z.B. ein Öl. Bei der Drehung der Exzenterwelle 26 wird das in dieser befindliche Öl unter der Einwirkung der Fliehkraft

radial nach außen verdrängt und nimmt, wie aus der Fig.3 zu ersehen ist, den Raum radial außerhalb der unterbrochenen Linie 56 ein. Das einen Ring bildende Öl strömt unter der Einwirkung der Fliehkraft aus dem Exzenterwellengehäuse 28 durch das Rohr' 51 und durch die Drosseldurchlässe 50 in die Exzenterlager 24 und schmiert diese, solange die Exzenterwelle sich dreht, welcher Vorgang ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt. Da das Rohr 51 von der Innenwandung des Exzenterwellengehäuses 28 einen Abstand aufweist, so werden im Öl enthaltene verunreinigende Feststoffe unter der Einwirkung der Fliehkraft am Gehäuse 28 zurückgehalten und können nicht durch das Rohr 51 in die Exzenterlager 24 gelangen. Verunreinigungen, die durch die Einlasse 53 in das Rohr 51 eindringen, werden von den Filtern 55 ausgefiltert. Infolgedessen ist ein häufiger Ölwechsel und ein Ausspülen der Exzentermechanik nicht erforderlich. Das gesamte Öl muss durch das verhältnismäßig lange Rohr 51 zur Mitte der Exzenterwelle 26 strömen, bevor es die Lager 24 erreicht, wodurch eine gute Kühlung bewirkt wird. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, dass der im Öl von der Fliehkraft erzeugte Druck eine ordnungsgemäße Lagerschmierung sichert, selbst wenn die Walze geneigt liegt, so dass ein Lager 24 über dem anderen gelegen ist.

Dan von den Drosaeldurchläsaen 50 aus durch die Exzenterlager 24 üb reimende Öl wird in die Exzenterwelle 26 von der Schaiifelräfletii 42 durch die Einlasse 48 zurückgeleitet. In den

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Figuren 2 und 3 ist der Umlauf des Öls in der Exzentermechanik durch die mit Vollinien gezeichneten Pfeile dargestellt. Ein Teil des Öls in der von der Fliehkraft erzeugten ringförmigen Masse des Öls in der Exzenterwelle 26 strömt durch die Durchlässe 54 und die Kanäle 52 in den ringförmigen Saum 46 zwischen dem Exzentergehäuse 20 und der Exzenterwelle 28. Dieses öl wird durch den Kontakt mit dem Exzentergehäuse 20 gekühlt, welcher Umstand ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt, und dieses Öl wird von den Flügelrädern 42 durch die Exzenterlager 24 und durch die Einlasse 48 in die Exzenterwelle 26 zurückgeleitet . Die Durchlässe 54 an den Kanälen 52 ermöglichen eine weitere gedrosselte Strömung des gekühlten Öls zu den Exzenterlagern 24·

Die oben beschriebene Anordnung stellt eine höchst zuverlässige Lagerschierung dar, die die folgenden Merkmale aufweist:

1. Schmiermittelreinigung - das gesamte Schmiermittel strömt von den Welleneinläseen aus zu den Durchlasskanaleinläsaen und den Ölauslässen nahe in der Mitte der Exzenterwelle. Während der zum Durchströmen dieser Strecke erforderlichen Zeit (mehrere Minucen) werden Verunreinigungen im öl ausgeschieden und unter der Einwirkung der Fliehkraft (ungefähr 700 g) an der Exzenterrohrwandung abgesetzt, wodurch mit Sicherheit eine Strömung gereinigten Öls zu den Lagern erreicht wird.

2· Es wird eine konstante und gleichmäßige Schmiermittelströmung gesichert ungeachtet der Lage der Welle als Folge der gleichmäßigen Verteilung des Schmiermittels über die gesamte Länge an der Innenseite des Exzenterwellenrohres, die ihrerseits eine Folge des hohen Verhältnisses Fliehkraft t Schwerkraft ist.

3· Der Verlust an Schmiermittel ist sehr gering als Folge der besonderen Ausgestaltung des Gehäuses und des Umstandes, dasa an der WeILe nur eine Abdichtung mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser erforderlich ist. Diese Abdichtung an der Exzenterantriebswelle ist 3ehr zuverlässig, da.sie bei kleinen Oberfläohungeschwindiglceiten und bei mäßig hohen Temperaturen wLrkt, und da sie keinem äußeren Abrieb ausge-

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setzt ist als Folge ihrer Lage innerhalb der Walzenstummelwelle.

Schutz gegen eine Verstopfung des Schmiermitteldurchlasses - diese Verstopfung wird durch ein Filtermaterial verhindert, das an der stromauf gelegenen Seite der Öffnung im .Öffnungskanal vorgesehen ist, und ferner durch die reinigende Wirkung der Fliehkraft, wobei Verunreinigungen nahe an den Wellenenden und entfernt von den Öffnungskanaleinlässen abgesetzt werden, und ferner dadurch, dass der Einlasskanal oberhalb der Exzenterstange und entfernt von den Verunreinigungen angeordnet ist, die sich bei Stillstand der Exzentermechanik unterhalb der Exzenterstange absetzen.

Die Schmiermittelkühlung ist ein kritischer Faktor für die Dauer der Verwendungsfähigkeit des Schmiermittels und damit für die Legensdauer der Lager. Die Ölkühlungskapazität beeinflusst indirekt die Erhitzung der Lager, da der größte Teil der Lagerhitze von dem Schmiermittel selbst erzeugt wird. Die Schmiermittelströmung und die Hitzeerzeugung wird stärker, wenn die Viskosität mit dem Ansteigen der Temperatur absinkt. Um die Erhitzung des Schmiermittels auf einer zulässigen Temperatur zu halten, muss das Sehmiermittel eine entsprechende Kühlungskapazität aufweisen. Die Schmiermittelhitze wird auf folgende Weise abgeleitet:

a) die Hitze wird direkt zum kühleren Öl in der Exzenterwelle abgeleitet, wenn das Öl von den Durchlässen an den Enden zur Mitte der Exzenterwelle strömt,

b) die Hitze wird vom Schmiermittel abgeleitet über die gesamte Länge der Exzenterwelle hinweg durch Strahlung und Luftkonvektion zum Exzentergehäuse,

c·) die Hitze des Exzentergehäuses wird auf die Walze durch Strahlung und Konbektipn übertragen, wenn die Walze keinen Wasserballast enthält, anderenfalls durch direkte Wasserkonvektion. Ist die Walze zum Teil mit Wasser belastet, so wird das Wasser von den Winkeleisen auf das Exzentergehäuse gespült, die als Wasserschöpfer wirken.

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Die Flügelräder 42 aetzen nicht nur Öl sondern auch Kühlluft in der Exzentermechanik in Umlauf, wie in den Figuren durch die mit unterbrochenen Linien gezeichneten Pfeile dargestellt ist. Die von den Flügelrädern 42 in Umlauf gesetzte Kühlluft strömt durch die Einlasse 48 in die Exzenterwelle 26 und entweicht in den ringförmigen Raum 46 durch die Luftkanäle 52. Im ringförmigen Raum 46 wird die Luft durch den Kontakt mit dem Exzentergehäuse 20 gekühlt und kehrt über die Exzenterlager 24 zu den Flügelradkammern 44 zurück.

Die Exzentermechanik nach der Erfindung weist daher ein geschlossenes Schmier- und Kühlsystem auf, wobei das öl und die Luft durch die Exzenterlager 24 hindurch beständig in Umlauf gesetzt werden, so dass das öl die Lager schmiert, und ferner wird das öl für Kühlzwecke beständig durch den ringförmigen Raum 46 geleitet. Verunreinigende Feststoffe werden von der Innenweite des Exzenterwellengehäuses 28 abgefangen und können daher nicht in das zu den Exzenterlagern 24 führende Rohr 51 eindringen. Da es sich im vorliegenden Falle um einen geschlossenen kreislauf handelt, so erfolgt die Ablagerung von verunreinigenden Feststoffen nur sehr langsam, so dass ein häufiger Ölwechsel und ein häufiges Ausspülen der Mechanik nicht erforderlich sind. Diese Tatsachen und verschiedene weitere Vorzüge und Ergebnisse stellen wichtige Merkmale der Erfindung dar.

Wenn gewünscht, kann die Walze 10 mit Ballastwasser gefüllt werden, und das Gewicht zu erhöhen. Dienes Ballastwasser fördert ferner die Kühlung des Schmiermittels und der Luft im Exzentergehäuse 20, da das Wasser durch Konvektion die Hitze zur Walze 10 und deren Köpfteilen 12 ableitet. Wenn aus Gründen des Gewichtes eine vollständige oder teilweise Füllung der Walze mit Wasser nicht erwünscht ist, so kann die gleiche Wirkung mit einer kleinen Menge Wasser bei der Anordnung nach der Fig.4 erreicht werden. In diesem Falle ist die Walze 10 mit den Schöpfern 60 ausgestattet, die aus an der Walze befestigten Winkeleisen bestehen können, die abwechselnd entgegengesetzt ausgerichtet sind, wie in der Fig.4 dargestellt. Bei dieser Anordnung kann die Walze 10 eine kleine Wassermenge 62 enthalten, die von den Schöpfern 60 bei der Drehung der Walze nach beiden Richtungen auf das Gehäuse 20 verteilt

wird,

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wie bei 64 dargestellt. Auf diese Weise wird eine Kühlung auch mit einer kleinen Wassermenge durch Abführen der Hitze auf die walze 10 erreicht»

An den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Biß Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

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Patentans prUche

Exzentermechanik für Vibrationsgeräte, gekennzeichnet durch ein Rohr, durch Lager, die die Enden des Rohres um dessen Achse drehbar lagern, durch ein exzentrisches Glied im Rohr, das von dessen Innenwandung einen Abstand aufweist, und dessen Enden von den Enden des Rohres koaxial zu diesem getragen werden, und durch Mittel zum Drehen des Rohres und des exzentrischen Gliedes um die Achse des Rohres.

Exzentermechanik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das exzentrische Glied aus einer Stange besteht» die in der Längserstreckung des Rohres verläuft, und deren Massenmittelpunkt von der Achse des Rohres einen radialen Abstand aufweist.

Exzentermechanik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mit Endverschlussgliedern versehen ist, die von den genannten Lagern getragen werden.

Exzentermechanik nach Anspruch 1, 2 oder 3» gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Außengehäuse, das das genannte Rohr umschließt und die Lager mit feststehendem axialen Abstand trägt.

Sxzentermechanik nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel, die zwischen dem Rohr und dem Gehäuse durch die genannten Lager hindurch ein Schmiermittel in Umlauf setzen«

Sxzentermechanik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das Schmiermittel in Umlauf setzenden Mittel aus flühelrädern bestehen, die nahe an den Lagern angeordnet sind und sich mit dem genannten Rohr um dessen Achse drehen.

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7. Exzentermechanik nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Endirerschlussglxeder mit Einlassen versehen sind, die mit den Flügelrädern in Verbindung stehen, und durch die die Flügelräder das Schmiermittel in das genannte Rohr hineinpumpen, und dass die Endvers chlussglieder mit Drosselauslässen versehen sind, die mit den genannten Lagern in Verbindung stehen und die Strömung des Schmiermittels aus dem genannten Rohr zu den Lagern drosseln. ·

8. Exzenter mechanik nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine langgestreckte Schmiermittelleitung, die die Drosselauslässe mit einander verbindet, und die zwischen den Enden mit Einlassöffnungen versehen ist.

9. Exzentermechanik nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Luftauslassoffnungen am genannten Rohr sum Ablassen der Luft, die von den Flügelrädern durch die Einlassöffnungen in das genannte Rohr gepumpt wird.

10. Exzenter mechanik nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet, durch Mittel, die die Außenseite des genannten Außengehäuses mit einem Kühlmittel in Berührung setzen.

11· Anordnung, gekennzeichnet durch ein Rohr, durch Lager, die die Enden des Rohres um dessen Achse drehbar lagern, durch Mittel, die das Rohr in Umdrehung versetzen, durch ein das Rohr und die Lager umschließendes Außengehäuse, und durch Mittel, die zwischen dem Rohr und dem Gehäuse durch die genannten Lager hindurch ein Schmiermittel in Umlauf setzen.

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