DE2304942A1

DE2304942A1 - Vibrationswalze

Info

Publication number: DE2304942A1
Application number: DE2304942A
Authority: DE
Inventors: Alan Barsby
Original assignee: MARSHALL FOWLER Ltd
Current assignee: MARSHALL FOWLER Ltd
Priority date: 1972-02-04
Filing date: 1973-02-01
Publication date: 1973-08-09
Also published as: FR2170777A5; IT980947B; ZA73627B; US3871788A; CH560809A5; AU5163473A

Description

Herne, 8000 München 40,

Freillgrathstraße 19 m w* i i — *. B U B * U m Eisenacher Straße 17

Postfach 1« U 1 P I. - I Π g. H. Π. D a Π Γ Pat.-*™. Betzier

^¹"*¹ Dipl. - Phys. Eduard Betzier ^Fum*^mamn

⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-lng. W. Herrmann-Trentepohl

Telegrammanschrift: ^r «* ^r Telegrammanschrift:

Bahrpatente Herne PATEN TA NWALTE Babetzpat München

Telex 08 229 853 Telex 5215360

Γ ~1 Bankkonten:

Bayrische Vereinsbank München 952287 Dresdner Bank AG Herne 7-520499 Postscheckkonto Dortmund 55868

**■■ MO 4041 B/ks

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München 1. Februar 1973

Marshall Fowler Limited, Gainsborough, Lincolnshire, England

Vibrationswalze

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vibrationswalze mit wenigstens zwei Bodenwalzen, die drehbar in einem Rahmen montiert sind, so daß die Achsen der Bodenwalzen zueinander parallel verlaufen, wobei die Vibration der Walze wenigstens teilweise durch ein Paar von Massen hervorgerufen wird, die derart umlaufen, daß der Massenmittelpunkt jeder Masse während des Umlaufs einer geschlossenen Bahn folgt, wobei die Phasenbeziehung zwischen den Massen, die im folgenden als Unwuchtmassen bezeichnet werden sollen, beim Umlauf derart ist, daß die kombinierte Wirkung des Umlaufs resultierende Kräfte erzeugt, die periodisch auf wenigstens eine Bodenwalze wirken, so daß sich zyklisch ändernde Drücke

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auf die Oberfläche (η) ergeben, die mit der oder den Bodenwalzen in Berührung stehen.

Vibrationswalzen dieser Art finden im weiten Umfang Verwendung, da ihr Verdichtungseffekt ein Mehrfaches desjenigen betragen kann, der durch eine Walze mit dem gleichen Todgewicht, jedoch ohne Vibration, erzeugt wird. Die Walzen können Tandemwalzen sein, die durch eine aufsitzende Person oder von einem Fußgänger betätigt werden, wobei man zwei im Abstand angeordnete Paare von Massen verwendet, um die Druckänderungen auf die vordere Bodenwalze zu erhöhen, die 180° außer Phase mit den Druckänderungen stehen, welche durch die hintere Bodenwalze erzeugt werden. Di_se Drehebenen der Unwuc!/--massen stehen senkrecht zu den Achsen der Bodenwalzen oder parallel zu diesen Achsen. In einem typischen Fall betragen die jeder Bodenwalze zugeordneten Druckänderungen mehrere 100 Male pro Minute.

Eine Vibrationswalze der eben angegebenen Art wird von einem zu Fuße gehenden Arbeiter gesteuert, indem man gewöhnlich die Walze mit einem Steuerarm versieht, der lang genug ist, daß der Arbeiter den Rahmen so betätigen kann, daß er rund läuft, wenn es erforderlich ist, die Laufrichtung der Walze umzukehren. Selbst die leichtgewichtigsten Walzen dieser Art verlangen von dem sie bedienenden Arbeiter erhebliche Kraftanstrengungen. Darüber hinaus macht es die beträchtliche Länge des Steuerarmes unmöglich, die Walze unter beengten Platzverhältnissen zu manövrieren. Es bedarf deshalb eines verbesserten Verfahrens zur Steuerung einer Vibrationswalze der angegebenen Art.

Die Erfindung geht somit aus von einer Vibrationswalze mit einem Rahmen, zwei oder mehr drehbar am Rahmen montierten Bodenwalzen, einem Paar auseinanderliegender, drehbar am Rahmen gelagerter Unwuchtmassen und Einrichtungen zum Drehen

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der Unwuchtmassen und damit zur Erzeuglang von zyklisch sich ändernden Drucken auf die mit den Bodenwalzen in Berührung stehende Fläche und kennzeichnet sich durch Einrichtungen zwischen den Unwuchtmassen, die derart auf dem Rahmen angeordnet sind, daß bei einer Änderung ihrer Phasehbeziehung die resultierenden Schwingungskräfte ihre Richtung ändern und den Rahmen um eine senkrechte Achse drehen.

Vorzugsweise verläuft die Drehebene der Unwuchtmassen parallel zu den Achsen der Bodenwalzen und zweckmäßig werden die für die Erzeugung der Steuerkräfte verwendeten Unwuchtmassen auch dazu verwendet, die gesamten Vibrationsverdichtungskräfte für die Walze zu erzeugen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, daß ein Teil der Vibrationsverdichtungskräfte von Unwuchtmassen abgeleitet werden kann, deren wechselseitige Phasenbeziehung fest ist, und die deshalb zu den erwähnten Steuerkräften nichts beitragen. Die zuletzt genannten Massen können auch in Ebenen parallel zu den Achsen der Bodenwalzen oder alternativ dazu in Ebenen senkrecht zu den Achsen der Bodenwalzen umlaufen.

Im vorliegenden Fall ist es erforderlich, sich mit den Phasenbeziehungen zwischen zwei gegenläufigen Unwuchtmassen zu beschäftigen, die ein Paar definieren. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine Bezugnahme auf die Massen eines Paares, die in Phase sind, bedeutet, daß die Massen die gleiche Winkelgeschwindigkeit aufweisen und beide relativ zur Massenmitte und den Drehachsen der Massen zur gleichen Zeit am oberen Todpunkt sind. Der Hinweis auf ein "Vorrücken" der Phasenbeziehung einer besonderen Masse eines Paares relativ zur anderen Masse dieses Paares soll bedeuten, daß man eine Masse des Paares in Richtung der Drehbewegung reativ zur anderen Masse des Paares aus dem in Phase befindlbhen Zustand bewegt, so daß die eine Masse des Paares ihre obere

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Todpunktmitte durchläuft, bevor die andere Masse des Paares diese Stellung erreicht hat. Ein "Verzögern" der Phasenbeziehung soll bedeuten, daß man eine Masse des Paares in Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung relativ zur anderen aus dieser in Phase befindlichen Beziehung so bewegt, daß die eine Masse des Paares ihre Todpunktstellung noch nicht erreicht hat, wenn sie von der anderen Masse des Paares bereits durchlaufen ist.

Zweckmäßig verwendet man zwei Paare von Unwuchtmassen, wobei ein Paar in der Nähe der vorderen Bodenwalze und das andere Paar in der Nähe der hinteren Bodenwalze angeordnet ist. Eine Masse jeden Paares sitzt auf der linken Seite der von vorne nach rückwärts verlaufenden Mittellinie der Walze, während sich die andere Masse des Paares auf der rechten Seite dieser Mittellinie befindet. Ein Vorrücken der linken Masse des vorderen Paares relativ zur rechten Masse des vorderen Paares führt zu einem Drehmoment in einer Richtung um die hintere Bodenwalze. Eine Verzögerung der linken Masse des vorderen Paares relativ zu?rechten Masse des vorderen Paares führt wiederum zu einer Drehbewegung um die hintere Bodenwalze, jedoch wirkt in diesem Falle das Drehmoment in der anderen Richtung. Drehmomente um die vordere Bodenwalze in der einen öderen anderen Richtung lassen sich erzeugen durch Vorrücken oder Verzögern der linken Masse des hinteren Paares relativ zur rechten Masse dieses Paares. Verbesserte Steuerwirkungen erhält man durch gleichzeitiges Vorrücken am vorderen Ende der Masse auf einer Seite der Walze relativ zur anderen Masse des vorderen Paares und Verzögerung am hinteren Ende der Masse auf der gleichen Seite der Walze relativ zur anderen Masse des hinteren Paares, da dies entgegengesetzt gerichtete Verschiebungen der Vibrationskräfte ergibt,die durch das vordere und hintere Paar erzeugt werden, welche zusammen mit den zyklisch sich ändernden von den vorderen und hinteren Bodenwalzen auf die Kontaktfläche ausgeübten Drücken ein

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wirksames Drehmoment auf den Rahmen liefern, welches um einen Punkt zwischen den Achsen der vorderen und hinteren Bodenwalzen wirkt.

Das Paar von Unwuchtmassen oder beide Paare von Unwuchtmassen können von demselben Antriebsmotor angetrieben werden, wobei die Antriebsübertragung zu einem der Paare von Unwuchtmassen oder zu jedem Paar der Unwuchtmassen Verschiebevorrichtungen aufweist, die eine Änderung der Phasenbeziehung zwischen den Unwuchtmassen des Paares oder den Unwuchtmassen jedes Paares zu erreichen gestattet, ohne daß die Drehbewegung der Unwuchtmassen beendet wird.

Gegebenenfalls können die Unwuchtmassen an einen Antriebsmotor über eine Antriebswelle angeschaltet sein, welche eine Winkelverschiebung zwischen einer Unwuchtmasse und dem Teil der Antriebswelle erlaubt, der an den Antriebsmotor angeschaltet ist. Man kann eine Anordnung zum differentiellen Bremsen der Unwuchtmassen verwenden, um die Phasenbeziehungen zu steuern und damit die Steuerung der Walze zu bewirken.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vibrationswalze gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Analyse der momentanen und resultierenden Kräftekomponenten, die am vorderen und hinteren Ende der Walze nach Fig. 1 während ihres Betriebes erzeugt werden; und in

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Steuerung, die bei der Walze gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Tandemwalze enthält eine vordere

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Bodenwalze 1, eine hintere Bodenwalze 2, die in einem nicht gezeichneten Rahmen drehbar gelagert sind, der einen Steuerarm 3 aufweist. Die Walzen werden von einem Motor und Biner Übertragimgseinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben, so daß sich die Walze nach vorne und rückwärts von einem Arbeiter bewegen läßt, der den Steuerarm 3 bei 4 hält.

Während des Betriebes der Walze kann der Druck, dem jede Bodenwalze auf den Boden ausübt, geändert werden mit Hilfe von zwei Paaren von Unwuchtmassen 5a und 5b sowie 6a und 6b. Die Massen 5a und 6a sind an entgegengesetzten Enden einer ersten Antriebswelle 7a befestigt. Die Massen 5b und 6b sind an entgegengesetzten Enden zweier ausgefluchteter Halbwellen 7b und 7b^f befestigt. Die Wellen 7a, 7b und 7b' werden durch einen nicht gezeichneten Antrieb angetrieben, normalerweise die gleiche Einrichtung, die auch zum Antrieb der Bodenwalzen 1 und 2 dient, wobei die Drehung der Wellen so gewählt ist, daß sich die Massen in Richtungen bewegen, die durch die Pfeile A in Fig. 1 angedeutet sind. Da die Massen 5a und 5b in entgegengesetzten Richtungen umlaufen und in Phase sind, wie es oben definiert wurde, erzeugen sie in Kombination eine ,resultierende Schwingkraft, die am Vorderteil der Walze wirkt und senkrecht gerichtet ist. Die Größe dieser Kraft ändert sich periodisch, so daß sie nach einem Maximum in abwärts gerichteter Richtung null wird und dann zu einem Maximum in Richtung nach oben ansteigt. Dies bedeutet, daß die von der vorderen Bodenwalze 1 auf den Boden ausgeübte Kraft sich periodisch, im typischen Fall mit einer Geschwindigkeit zwischen 2.000 und 5.000 mal pro Minute ändert. Die Massen 6a und 6b führen einen ähnlichen Vorgang am anderen Ende des Rahmens durch, sind jedoch in der Phase um 180° bezüglich der Massen 5a bzw. 5b verschoben, so daß darin, wenn der an der vorderen Bodenwalze 1 ausgeübte Druck ein Maximum ist, der Druck an der hinteren Bodenwalze 2 zum

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Minimum würde wegen der aufwärtsgerichteten Kraft, die von den Massen 6a und 6b herrührt. Diese Druckänderungen begünstigen in starkem Ausmaß die Verdichtungseigenschaften der Walze.

Ein von Hand durch einen Fußgänger erfolgendes Steuer einer Tandemwalze nach Fig. 1 ist normalerweise schwierig, jedoch hat sich jetzt gezeigt, daß dieses Steuern stark erleichtert werden kann durch das einfache Hilfsmittel, für die Phasenbeziehung zwischen den Massen des Paares an einem Ende der Walze einen leichten Vorschub vorzusehen, während die Phasenbeziehung zwischen den Massen des Paares am anderen Ende der Walze um ein kleines Stück verzögert wird. Sind beispielsweise die beiden vorderen Massen 5a und 5b nicht mehr exakt in Phase, ist vielmehr 5b bezüglich 5a um einen küänen Winkel 2κ verzögert, und am anderen Ende der Walze die Masse 6b relativ zur Masse 6a um den kleinen Winkel 8v beschleunigt, dann werden die Vibrationskomponenten an jedem Ende der Maschine, die durch die Pfeile B angedeutet sind, statt beide in vertikaler Richtung gerichtet zu sein, nunmehr beide um einen Winkel θν/2 (vgl. Fig. 2) einmal im Uhrzeigersinn und das andere Mal gegen den Uhrzeigersinn, d.h. in den Zustand verdreht, der gestrichelt in Fig. 1 angegeben ist. Die Größe der erzeugten Steuerkräfte hat eine Beziehung zu der Größe des Winkels &~ . Typische Werte von <k bis annähernd 30° haben sich als brauchbar erwiesen. Die Wirkung dieser Änderung in der Schwingungsrichtung der resultierenden Kräfte führt zu einem wirksamen Drehmoment auf den Rahmen der Walze, was zur Folge hat, daß er nach rechts oder links, abhängig, ob das vordere oder hintere Paar der Massen den Phasenvorschub erfährt, rund um die Mitte der Walzenmasse schwenkt. Diese Neigung zu einer Schwenkung bedeutet eine wesentliche Erleichterung des Steuerns, so daß der Arbeiter nicht langer besonders kräftig sein muß, um das Gerät bedienen zu können oder der Steuerarm 3 sehr lang zu bauen ist.

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Vorzugsweise findet ein Motor für alle drei Wellen mit Einrichtung in der Antriebsübertragung zu den Wellen 7b und 7b¹ Verwendung, um die Phasenbeziehungen zwischen diesen Wellen und der zugeordneten Welle 7a während des Umlaufes einstellen zu können, so daß ein Bereich von Phasenbeziehungen von minus £λ- über 0 nach plus ^ erzielbar ist.

Man kann eine große Vielfalt unterschiedlichster Einrichtungen verwenden, um die Phasenbeziehungen zwischen den beiden Halbwellen 7b und 7b¹ und der Welle 7a zu ändern. Eine bevorzugte Ausführungsform, neben der es natürlich noch viele andere ebenfalls wirkungsvolle Anordnungen gibt, ist in Fig. 3 wiedergegeben.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur hydraulischen Einstellung der Phasenbeziehung zwischen der Welle 7a und den beiden Halbwellen 7b und 7b^f. Ein Hauptantriebsriemen 100 kommt von der nicht gezeichneten Maschine der Walze und dient dem Antrieb der Welle 7a. Ein gezahnter Riemen 101 überträgt den Antrieb auf eine Stummelwelle 102, die mit einem breiten Ritzel 103 fest ist. Ein schmales Ritzel 104 in Eingriff mit dem Ritzel 103 ist auf der Spindel 105 befestigt, dessen äußere Enden an Büchsen 106 und 107 befestigt sind. Die Büchsen sitzen in einer zylindrischen Ausnehmung 108 in einem Gehäuse 109, welches die Bauteile 102 bis 107 trägt. Ein Dichtring 110 bildet eine öldichte Abdichtung mit Jeder Hülse 106 und 107 und schafft somit Volumina 111, von denen nur ein Volumen in Fig. 3 wiedergegeben ist, in die ein Druckmittel eingeführt werden kann. Es ist selbstverständlich, daß die Einführung des Druckmittels in ein Volumen 111, während das andere auf Auslaß geschaltet bleibt, das Ritzel 104, die Spindel 105 und die Hülsen 106 und 107 in Richtung des einen Teiles E bewegt, um das Fassungsvermögen des unter Druck gesetzten Volumens 111 zu vergrößern.

Jede Hülse 106, 107 ist an die benachbarte Halbwelle 7b, 7b¹

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mit Hilfe von Stiften 112 angeschlossen, die in wendeiförmige Rillen 113 in den inneren Enden der Halbwellen greifen. Diese Anordnung stellt sicher, daß eine Axialbewegung der Spindel 105 in jeder Richtung die Wirkung eines Vorschubes der einen Masse 5b (oder 6b) relativ zur zugeordneten Masse 5a (oder 6a) und der Verzögerung der anderen Masse 6b (oder 5b) relativ zur Masse 6a (oder 5a) hat, wobei die Phasenverschiebungen auftreten, wenn sich die Stifte 112 längs der wendeiförmigen Rillen 113 auf jeder Halbwelle bewegen.

Jeder Bewegung der Spindel 105 in ihrer Achsrichtung wird durch vorgespannte Wendelfedern 1i4(von denen wieder nur eine zu sehen ist) entgegengewirkt, die in jeder Hülse 106 und 107 untergebracht sind. Diese Federn stellen sicher, daß die Spindel 105 in ihrer Mittelstellung bleibt, falls keine Druckmittelzufuhr zu einem der Volunina 111 erfolgt.

Erwünschtenfalls kann die Kontrolle der Vorrichtung zur Änderung der Phasenverschiebung zwischen den Massen durch einen Steuerhebel 4 (vgl. Fig. 1) erfolgen, der als bewegliche Verlängerung des Armes 3 dient und an ein Druckmittelsteuerventil angeschlossen ist, so daß beispielsweise durch Bewegen des Hebels 4 nach, rechts aus der Mittelstellung die Walze nach rechts gesteuert wird und umgekehrt.

Obwohl die durch das vordere Paar der Unwuchtmassen 5a und 5b eingeführten Schwingungen vorzugsweise um 180° außer Phase mit den Schwingungen sein sollen, die durch das hintere Paar der Unwuchtmassen eingeführt werden, d.h. die Masse 5a befindet sich an ihrem oberen Todpunkt, wenn die Masse 6a sich an ihrem unteren Todpunkt befindet, ist es nicht wesentlich, daß dieser Phasenunterschied von 180° vorhanden ist.

Eine typische Straßenwalze von ca 1000 kg Gewicht weist

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zweckmäßig 4 Unwuchtmassen von jeweils 6,4 kg Gewicht auf, die mit einer Geschwindigkeit von 2800 Umdr./Min. umlaufen. Die Exzentrizität jeder Masse beträgt 19 mm und liefert eine momentane Maximalkraft nach unten von ca 1070 kg. Bei vier Massen, zwei an der Vorderseite und zwei an der Rückseite, bedeutet dies, daß die Walze wechselnd, d.h. mit einer Frequenz von 47 Herz eine Kraft von 2140 kg an der vorderen und hinteren Bodenwalze ausübt.

Das beschriebene Steuersystem eignet sich für Walzen mit einem Todgewicht zwischen 500 und 2500 kg. Obwohl es von besonderer Bedeutung für von Fußgängen gesteuerte Walzen hat, insbesondere Tandemwalzen, ist es nicht ausgeschlossen, daß man es auch auf mit einem Fahrer besetzten Walzen verwende⁴-

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Vibrationswalze mit einem Rahmen, zwei oder mehr drehbar am Rahmen montierten Bodenwalzen, einem Paar auseinander liegender, drehbar am Rahmen gelagerter Unwuchtmassen und Einrichtungen zum Drehen der Unwuchtmassen und damit zur Erzeugung von zyklisch sich ändernden Druck auf die mit den Bodenwalzen in Berührung stehende Fläche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Änderung der Phasenbeziehung zwischen den Unwuchtmassen (5a, 5b), die derart auf dem Rahmen angeordnet sind, daß bei einer Änderung ihrer Phasenbeziehung die resultierenden Schwingungskräfte (E) ihre Richtung ändern und den Rahmen um eine senkrechte Achse drehen.
2. Vibrationswalze nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier Paare entgegengesetzt rotierender Unwuchtmassen (5a, 5b und 6a, 6b), von denen das eine Paar in der Nähe der vorderen Bodenwalze (1) und das andere Paar in der Nähe der hinteren Bodenwalze (2) derart angeordnet ist, daß die Achsen, um die die Massen rotieren, senkrecht zu den Achsen der Bodenwalzen stehen und die Achse jedes Paares auf anderen Seiten der von vorne nach hinten verlaufenden Mittellinie der Walze liegt, wobei die Einrichtungen zur Änderung der Phasenbeziehung gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen auf die beiden Massen (6b, 5b) jedes Paares wirken, die auf der gleichen Seite der Mittellinie liegen.

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3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmassen, deren Phasenbeziehung relativ zur anderen Masse eines Paares geändert wird, auf entgegengesetzten Enden ausgefluchteter Halbwellen (7b, 7b') montiert sind, die durch Einrichtungen (102 - 113) verbunden sind, welche die beiden Halbwellen unter Aufrechterhaltung des Drehantriebs auf beide relativ zueinander verdrehen.

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