DE2337695A1 - Schwingungserreger - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. Sauenlanc! . Dn.-lng. R. Körvg ■ Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · <*αοα Düsseldorf 3O ■ Cecilienallee 76 ■ Telefon 43 27 3a

17. Juli 1973 28 513 K

Koehring G.m.b.H. - Bomag Division, 5407 Boppard/Rhein,

Hellerwald

"Schwingungs erreger"

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger insbesondere für Vibrationswalzen, bestehend aus mindestens einem drehbeweglich angeordneten Behälter, dessen Innenraum unterteilt ist, wobei sich in einem Teil des Innenraumes eine Flüssigkeitsmenge befindet, die in dem Behälter eine Unwucht bildet.

Derartige Schwingungserreger sind beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 059 483 bekannt. Bei ihnen wird die Flüssigkeit gegen die Kraft eines in dem als Zylinder ausgebildeten Behälter verschiebbar angeordneten und federbelasteten Kolbens eingefüllt. Die Feder befindet sich an der der Drehachse des Zylinders abgewandten Kolbenseite. Dadurch muß die Feder der auftretenden Unwucht aus Flüssigkeit und Kolbenmasse standhalten, wenn sich der Zylinder dreht und die Unwucht unabhängig von der Zylinderdrehzahl einstellbar sein soll. Dazu ist die Feder nur in beschränktem Umfang in der Lage. Außerdem ist ein Eindringen von Flüssigkeit in den die Feder umschließenden Raum des Zylinders infolge von Leckverlusten unvermeidbar, so daß zumindest ein genaues Einstellen der Unwucht nach einiger Betriebsdauer erschwert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungs-

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erreger der vorerwähnten Art zu verbessern. Das wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß auch in den anderen Teil des Behälterinnenraums eine Flüssigkeitsmenge eingefüllt wird. Vorteilhafterweise kann die in den anderen Teil eingefüllte Flüssigkeitsmenge die Aufgabe der Feder in dem bekannten Schwingungserreger übernehmen und hält die eingefüllte Flüssigkeitsmenge nach Verschließen der zugehörigen Zuleitung jedem Druck des Kolbens und der anderen Flüssigkeitsmenge stand. Zudem wirkt sich ein Eindringen von Flüssigkeit durch Leckverluste aus einem Teil des Zylinders in den anderen Teil nicht mehr nachteilig aus.

Im Falle eines in dem Zylinder verschiebbar angeordneten Kolbens ist ein vollständiges Füllen des Zylinderraumes mit Flüssigkeit vorgesehen, während ein mit einer festen Wand unterteilter Behälter beliebig gefüllt werden kann. Vorteilhafterweise kann das bei einer Anordnung der abgeteilten Behälterräume beiderseits der Drehachse dazu genutzt werden, die Erregerkraft des Schwingungserregers unabhängig von der Drehzahl zu gestalten, d.h. beispielsweise bei steigender oder fallender Drehzahl konstant zu halten. Das geschieht durch Veränderung der Flüssigkeitsmengen in den einander zur Drehachse diametral gegenüberliegenden Raumteilen. Zugi Konstanthalten der Erregerkraft werden die Flüssigkeitsmengen mit wachsender Drehzahl einander mehr und mehr angeglichen und mit fallender Drehzahl mehr und mehr unterschiedlich gestaltet. Sowohl das Angleichen als auch die unterschiedliche Gestaltung kann durch Einfüllen weiterer Flüssigkeitsmengen bewirkt werden. Desgleichen können die Flüssigkeitsmengen durch Abspritzen von Flüssigkeit einander angeglichen oder unterschiedlich gestaltet werden und ist ein Angleichen und unterschiedliches Gestalten möglich, indem von einem Raumteil Flüssigkeit in den anderen Raumteil gefördert wird.

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Zum Abspritzen von Flüssigkeit bedarf es lediglich des Öffnens eines Ventiles, das der in dem jeweiligen Raumteil eingeschlossenen und unter dem Druck der Zentrifugalkraft stehenden Flüssigkeit Gelegenheit gibt, in radialer Richtung nach außen aus dem Behälter zu entweichen. Das Einfüllen weiterer Druckflüssigkeit erfolgt dagegen aus einer nahe an der Drehachse angeordneten Zuleitung. Überdies lassen sich die verschiedenen Möglichkeiten zur Beeinflussung der Flüssigkeitsmengen miteinander kombinieren.

In einem als Zylinder ausgebildeten Behälter mit zur Drehachse paralleler Längsachse kann ein Drehkolben angeordnet sein, der wie der in axialer Richtung verschiebbare Kolben mit Flüssigkeit beaufschlagt wird und als Unwuchtmasse mit einer zweiten Unwuchtmasse derart zusammenwirkt, daß sich die Erregerkraft durch Drehen des Drehkolbens ändern oder konstant halten läßt.

Die zur Beaufschlagung des Kolbens mit Flüssigkeit bzw. zum Einfüllen von Flüssigkeit in den Behälter notwendige Pumpe ist in weiterer Ausbildung der Erfindung mit dem Behälter gemeinsam drehbeweglich gelagert. Auf diese Weise kann auf ein Drehgelenk zwischen der Pumpe und dem Behälter verzichtet werden, dessen Abdichtung insbesondere unter höheren Betriebsdrücken äußerst schwierig ist und deshalb häufig die Ursache einer Betriebsstörung bildet.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Ausbildung der Pumpe als Rotationspumpe, weil dann das Pumpengehäuse drehbeweglich und die Pumpenwelle ortsfest angeordnet werden können und sich ein gesonderter Pumpenantrieb erübrigt, da mit dem Behälter zugleich das Pumpengehäuse gedreht wird, während die Pumpenwelle in ihrer Ruhelage verbleibt. Die Kolbenverstellung bzw. der Einfüllvorgang wird mit einem Schieber gesteuert, der in der Druckleitung zwischen dem Behälter und.

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der Pumpe angeordnet ist und die Pumpe nach dem Verstellen des Kolbens bzw. nach einem EinfülXvorgang mit dem zu dem Hydraulikkreis gehörenden Flüssigkeitsbehälter verbindet, so daß die von der Pumpe aus dem Flüssigkeitsbehälter geförderte Druckflüasigkeit in den Flüssigkeitsbehälter zurückströmt. Dabei ergeben sich günstige bauliche Verhältnisse, wenn der Flüssigkeitsbehälter als drehbeweglich angeordnete Hohlwelle ausgebildet ist, die den Behälter, die Pumpe und den Steuerschieber trägt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Schwingungserreger an einer Vibrationswalze;

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 und 4 eine Einzelheit eines weiteren erfindungsgemäßen Schwingungserregers.

Fig. 5 und 6 einen dritten erfindungsgemäßen Schwingungserreger im Ausschnitt.

Von einer Vibrationswalze zum Verdichten von Bodenschichten mit zwei achsparallel hintereinander angeordneten Walzenkörpern ist in Fig. 1 der Ausschnitt eines Walzenkörpers dargestellt. Dieser Walzenkörper besitzt eine Bandage, die an ihren beiden offenen Enden mit Stirnwänden 14 versehen ist. Die Stirnwände 14 besitzen eine koaxial zur Walzenkörperdrehachse verlaufende Öffnung und weisen an der Öffnung Lagergehäuse 9 auf. Die Lagergehäuse 9 dienen einem doppelten Zweck. Einerseits nehmen sie in einer Lagerbohrung eine drehbewegliche Hohlwelle 1 mit Wälzlagern 8 auf»· Andererseits sind sie an den einander abgewandten Seiten mit einem Bund

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versehen und wird der Walzenkörper an dem Bund mittels Wälzlagern 10 in dem Rahmen 11 der Vibrationswalze gehalten. Die Hohlwelle 1 trägt zwei Zylinder 3, die jeweils den gleichen Abstand von ihrer benachbarten Stirnwand 14 aufweisen und in Umfangsrichtung an der gleichen Stelle befestigt sind. In den Zylindern 3 befinden sich Kolben 2. Die Kolben 2 können beidseitig aus Druckleitungen 12 und 13 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden, die von einer Zahnradpumpe 4 gefördert wird. Die Zahnradpumpe 4 saugt die Druckflüssigkeit aus der durch eine Abdichtung an beiden Enden zugleich als Flüssigkeitsbehälter ausgebildeten Hohlwelle 1 an. Zur Steuerung der Beaufschlagung der Kolben 2 ist in den Druckleitungen 13 ein Steuerschieber 5 angeordnet. Der Antrieb der Zahnradpumpe 4 erfolgt durch die Hohlwellendrehung und dadurch, daß das Pumpengehäuse in der Hohlwelle 1 befestigt ist, während die Pumpenwelle über eine Kupplung 6 und eine Welle 7 mit dem Lagergehäuse 9 des Walzenkörpers oder mit dem Rahmen der Vibrationswalze verbunden ist. Die Hohlwellendrehung gegenüber dem Lagergehäuse 9 oder dem Rahmen der Vibrationswalze verursacht eine zum Pumpenantrieb ausreichende Relativbewegung zwischen dem Pumpengehäuse und der Pumpenwelle.

Gemeinsam mit der Hohlwelle 1 drehen sich die Zylinder 3, deren Kolben 2 verstellbare Unwuchten bilden, so daß auf den Walzenkörper eine Wechselbelastung wirkt, die ihn zur Schwingung anregt. Das Verstellen der Kolben 2 und damit das Verstellen der Erregerkraft erfolgt über den Steuerschieber 5. Nach Fig. 2 besitzt der Steuerschieber 5 einen Steuerkolben 52, der in einem Schiebergehäuse 51 sitzt und an beiden Enden federbelastet ist. Von den beiden zugehörigen Federn 53 stützt sich eine an einem in Längsrichtung des Steuerkolbens 52 hin- und herschraubbaren oder in sonstiger Weise beweglichen Anschlag 54 ab. Der Anschlag 54 wird vorzugsweise elektromechanisch mittels Fernsteuerung von dem Bedienungsmann der VibCationswalze betätigt. Jedes Verstellen des Anschlages 54

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führt zu einem Verstellen des Steuerkolbens 52, da ein Verstellen des Anschlages 54 eine Erhöhung oder Verringerung der von der Feder 53 zwischen dem Steuerkolben und dem Anschlag 54 auf den Steuerkolben 52 ausgeübten Kraft zur Folge hat. Bei einer Erhöhung gibt die andere Feder 53 so weit nach, bis an beiden Eöden des Steuerkolbens 52 die gleiche Kraft auf den Steuerkolben 52 wirkt, während bei einer Verringerung die zwischen dem Anschlag 54 und dem Steuerkolben 52 angeordnete Feder 53 der anderen Feder 53 so weit nachgiebt, bis wiederum auf beiden Baden des Steuerkolbens 52 die gleiche Federlast wirkt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nach einer Erhöhung der Federlast der Steuerkolben 52 derart verschoben, daß der in radialer Richtung außen liegende und mit A bezeichnete Zylinderraum mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden ist und die Zahnradpumpe 4 Druckflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in den in radialer Richtung innen liegenden und mit B bezeichneten Zylinderraum fördert. Dagegen ist nach einer Verringerung der Federlast und einem entsprechenden Verschieben des Steuerkolbens aus seiner Ausgangsstellung der Zylinderraum B mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden und wird Druckflüssigkeit in den Zylinderraum A gefördert.

Die Beaufschlagung des Zylinderraums B mit Druckflüssigkeit bei gleichzeitigem Lüften des Zylinderraums A bewirkt ein Verschieben der Kolben 2 in radialer Richtung nach außen gegen den Widerstand eines Drosselventils 55 in der zu dem Flüssigkeitsbehälter führenden Leitung. Desgleichen verschieben sich die Kolben 2 nach einem Beaufschlagen des Zylinderraums A bei gleichzeitigem Lüften des Zylinderraums B gegen den Widerstand, den das Drosselventil 55 dem Herausdrücken der Flüssigkeit aus dem gelüfteten Zylinderraum B entgegensetzt. Entsprechend der Beaufschlagung der Kolben 2 erfolgt dieses Verschieben in radialer Richtung nach innen. Mit einem

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Verschieben nach außen erhöht sich die Unwucht der Kolben 2 und die Erregerkraft des Schwingungserregers und mit einem Verschieben nach innen stellt sich eine verringerte Unwucht der Kolben 2 und eine verringerte Erregerkraft ein. Durch die Verbindung der Zylinderräume A und die Verbindung der Zylinderräume B über die Druckleitungen 12 ist gewährleistet, daß sich die Kolben 2 beider Zylinder 3 synchron verschieben.

Nach jeder Kolbenverschiebung verschließt der nach Betätigung des Anschlages 54 in seine Ausgangslage zurückkehrende Steuerkolben 52 die zu den Zylinderräumen A und B führenden Druckleitungen und arretiert die in den Zylindern eingeschlossene Druckflüssigkeit die Kolben 2 in ihrer jeweiligen Unwuchtstellung. Die in der Ausgangsstellung des: Steuerkolbens 52 von der Zahnradpumpe 4 geförderte Druckflüssigkeit wird dem von der Hohlwelle 1 gebildeten Flüssigkeitsbehälter zugeführt. Das geschieht beispielsweise durch Abspritzen über ein überdruckventil oder eine Verbindung der Zahnradpumpe 4 mit einer zu dem Flüssigkeitsbehälter führenden Druckleitung über den Steuerschieber 5. Die Verbindung der Zylinderräume A und B mit der Zahnradpumpe 4 und dem Flüssigkeitsbehälter entsteht dadurch, daß die Anschlüsse für die Zylinderräume A und B in einem bestimmten Abstand in Längsrichtung des Steuerkolbens 52 beiderseits des Anschlusses der Zahnradpumpe 4 angeordnet sind, sich an der den Anschluß der Zahnradpumpe 4 abgewandten Seite der Anschlüsse zu den Zylinderräumen A und B in dem gleichen Abstand in Längsrichtung des Steuerkolbens 52 Anschlüsse für die Leitungen befinden, die über das Drosselventil 55 zum Flüssigkeitsbehälter führen, und der SteuerkoJben 52 mit zwei Umfangsnuten od.dgl. versehen ist, deren Breite größer als der Abstand zwischen zwei Anschlüssen und deren Abstand kleiner als dieser Abstand ist und die so angeordnet sind, daß sich die Anschlüsse zu den Zylinderräumen A und B in der Ausgangsstellung des Steuerkolbens 52 jeweils mittig an einer Nut befinden.

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Anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Zylinder 3 mit in radialer Richtung zur Hohlwelle 1 verlaufender Kolbenbohrung und der zylindrischen Kolben 2 kann nach Fig. 3 auch ein Zylinder 30 mit in Längsrichtung der Hohlwelle 1 verlaufender Kolbenbohrung verwendet werden, der die Hohlwelle 1 umschließt und in dem ein Drehkolben 20 drehbeweglich auf der Hohlwelle 1 angeordnet ist. Der Drehkolben 20 ist wahlweise über eine Torsionsfeder kraftschlüssig mit dem Zylinder 30 verbunden. Er kann aus einem drehbeweglich auf der Hohlwelle gelagerten Ring bestehen, an dem ein den Spalt zwischen Ring und Zylinderinnenwand ausfüllendes Kolbenstück befestigt ist, mit dem der Ring dichtend an der Zylinderinnenwand gleitet. Zur Bildung der Zylinderräume A und B ist an der Zylinderjztf&enwand ein dem Kolbenstück gleiches Stück befestigt, mit dem der Zylinder 30 auf dem Ring dichtend gleitet.

Die Unwucht des in Fig. 3 dargestellten Schwingungserregers wird durch das Kolbenstück und das an der Zylinderinnenwand befestigte Stück gebildet, wobei sich in der dargestellten Ausgangsstellung die Unwuchten beider Stücke aufheben bzw. addieren, wenn sie sich nach Beaufschlagung mit einem Druckmedium an der einen oder anderen Seite des Kolbenstücks aufeinander zu bewegen. Die größte Unwucht ergibt sich in der aneinanderliegenden Stellung beider Stücke. Vorteilhafterweise eignet sich der Drehkolben auch dazu, die Erregerkraft des Schwingungserregers in einem bestimmten Verhältnis zur Hohlwellendrehzahl zu ändern oder trotz steigender oder fallender Drehzahl konstant zu halten. Im Falle des Konstanthaltens wird das Kolbenstück mit steigender Drehzahl aus der Stellung neben dem an der Zylinderinnenwand befestigten Stück immer näher an die dargestellte Ausgangsstellung heranbewegt, währand das Kolbenstück bei fallender Drehzahl iener dichter an das andere Stück heranbewegt wird.

Die Beaufschlagung des Drehkolbens 20 mit Druckflüssigkeit erfolgt über eine Pumpe 21 und Zuleitungen 22 und 23, die

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über nicht dargestellte Leitungen und ein zwischengeschaltetes, gemeinsam mit der Pumpe 21 in der Hohlwelle 1 angeordnetes Steuerventil 24 mit der Pumpe 21 verbunden sind. Das Steuerventil 24 wird über eine koaxial in der Hohlwelle 1 angeordneten Welle 25 betätigt, die gleichzeitig in einer Hohlwelle des Pumpenantriebes koaxial angeordnet ist. Zu dem Pumpenantrieb gehört neben einer mit in einem Steg 27 der Hohlwelle drehbeweglich gelagerten Hohlwelle 26 ein Zahnradgetriebe 28, das zwei miteinander kämmende Zahnräder aufweist, von denen eines auf der Hohlwelle 26 und das andere auf der Pumpenantriebswelle sitzt. Jedes Bremsen oder Beschleunigen der Hohlwelle 26 gegenüber der Hohlwelle 1 verursacht eine Pumpenantriebsbewegung. Die Pumpe 21 drückt dann die in sie einströmende Flüssigkeit entweder über das Steuerventil 24 in die Zuleitung 22 bzw. 23 oder über das Steuerventil 24 zurück in die als Flüssigkeitsbehälter dienende Hohlwelle 1. Dabei braucht die Pumpe 21 lediglich als Druckpumpe ausgebildet zu sein und strömt die sich in der Hohlwelle 1 befindende Flüssigkeit in die Pumpe 21 ein, weil sich deren Eintrittsöffnung dicht an der Innenfläche der Hohlwelle 1 befindet und die Flüssigkeit sich bei einer Hohlwellendrehung auf der Hohlwelleninnenfläche verteilt und von der Zentrifugalkraft in die Eintrittsöffnung der Pumpe 21 gedrückt wird.

Als Druckflüssigkeit zum Bewegen der Kolben 2 und 20 dient Öl, das gleichzeitig als Schmieröl wirkt und von der Pumpe bzw. 21 an die Schmiersteilen gefördert wird, wenn beispielsweise die von der Pumpe 4 bzw. 21 zu dem Steuerschieber 5 führende Druckleitung mit einer Abzweigung zu den Schmierstellen versehen ist.

Nach Fig. 5 und 6 ist der aus der Hohlwellelbestehende Flüssigkeitsbehälter in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung durch eine parallel zur Hohlwellenlängs- und -drehachse verlaufende Wand 31 in- die Räume C und D unterteilt, die über eine Druckleitung 32 und eine zwischenge-

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schaltete Saug- und Druckpumpe 33 miteinander verbunden sind, deren Antriebswelle koaxial in der Hohlwelle 1 angeordnet ist und über eine elastische Kupplung 34 sowie eine elektrische Kupplung durch einen Antrieb gegenüber der Hohlwelle 1 beschleunigt oder mit einer Bremse gegenüber der Hohlwelle 1 verzögert bzw. arretiert werden kann. Außerdem ist die Pumpe 33 mit einem Steuerschieber 36 gekoppelt. Über die Pumpe 33 und den Steuerschieber 36 läßt sich in beliebiger Weise von einer sich in dem Zylinderraum B befindenden Flüssigkeit eine gewisse Menge in den Zylinderraum A und danach aus dem Zylinderraum A zurückfördern, um beispielsweise die Erregerkraft des Schwingungserregers bei fallender oder steigender Drehzahl der Hohlwelle 1 konstant zu halten. Dabei kann die elektrische Kupplung 35 von einem Zeitrelais betätigt werden, das beispielsweise bei bestimmter Pumpenleistung die nach einer bestimmten Drehzahländerung für die gewünschte Erregerkraft erforderliche Pumpenlaufdauer und damit verbundene Flüssigkeitsverschiebung von dem Zylinderraum A in den Zylinderraum B oder umgekehrt bestimmt.

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Claims (12)

1. Koehring G.m.b,H. - Bomag Division, 5407 Boppard/Rhein,

   Hellerwald.

   Patentansprüche;

   )Schwingungserreger, insbesondere für Vibrationswalzen, bestehend aus mindestens einem drehbeweglich angeordneten Behälter, dessen Innenraum unterteilt ist, wobei in einen Teil des Innenraumes eine Flüssigkeitsmenge eingefüllt wird, die in dem Behälter eine Unwucht bildet, dadurch gekennzeichnet, daß auch in den anderen Teil (A,B,C,D) des Behälters (1,3,30) eine Flüssigkeitsmenge eingefüllt wird.
2. 2. Schwingungserreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum durch eine feste Wand (31) oder bei Ausbildung des Behälters als Zylinder durch einen verschiebbaren Kolben (2,20) unterteilt ist.
3. 3. Schwingungserreger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Zylinders (30) parallel zu seiner Längsachse verläuft.
4. 4. Schwingungserreger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Zylinder (30) ein Drehkolben (20) angeordnet ist.
5. 5. Schwingungserreger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile des INnenraumes (A,B,C,D) durch eine Druckleitung über eine zwischengeschaltete Pumpe (4,21,33) miteinander verbunden sind.

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6. 6. Schwingungserreger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behälter (3) hintereinander geschaltet sind.
7. 7. Schwingungserreger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine mit dem Behälter (3,30) gemeinsam drehbeweglich angeordnete Pumpe (4,21,33).
8. 8. Schwingungserreger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (4) als Rotationspumpe ausgebildet ist.
9. 9. Schwingungserreger nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse drehbeweglich und die Pumpenwelle fest angeordnet ist,
10. 10. Schwingungserreger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (13) zwischen dem Behälter (3,30) u.ndder Pumpe (4) ein Steuerschieber (5) angeordnet ist, der die Pumpe (4) bei über die Kolbenverstellung andauerndem Pumpenbetrieb nach der Kolbenverstellung mit dem Flüssigkeitsbehälter verbindet.
11. 11. Schwingungserreger nach Anspruch 10, dadurch -gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter als drehbeweglich angeordnete, den Behälter (3,30) die Druckpumpe (4) und den Steuerschieber (5) tragende Hohlwelle (1) ausgebildet ist.
12. 12. Schwingungserreger nach den Ansprüchen 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (20) drehbeweglich auf der Hohlwelle (1) und der Zylinder (30) fest auf der Hohlwelle (1) sitzt.

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