DE2500252A1

DE2500252A1 - Schwingungserzeuger, insbesondere fuer vibrationswalzen zum bodenverdichten

Info

Publication number: DE2500252A1
Application number: DE19752500252
Authority: DE
Inventors: Roger Louis Larson
Original assignee: Raygo Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1975-01-04
Publication date: 1975-07-24
Also published as: DE2500252B2; BR7404502A; JPS50102103A; BE814038A; CA1006025A; ES425849A1; AU474730B2; AU6787974A; US3896677A; JPS5248407B2

Description

Schwingungserzeuger, insbesondere für Vibrationswalzen zum Bodenverdichten·

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger, insbesondere für Vibrationswalzen zum Bodenverdichten mit einer motorisch angetriebenen Welle, einem zusammen mit der Welle umlaufenden, exzentrisch angeordneten primären Hasseneil «wot und einem gleichfalls mit der Welle umlaufenden, relativ zum primären Massenelement beweglichen sekundären Massenelement, welches aus einer ersten arretierbaren Stellung, in der es die Schwingungen des primären Massenelementes verstärkt, im nicht arretierten Zustand durch die Zentrifugalkraft in eine zweite Stellung verschwenkt wird, in der es die Schwingungen des primären

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Massenelementes verkleinert.

Schwingungserzeuger, die wahlweise Schwingungen hoher Amplitude oder geringer Amplitude liefern können, gibt es schon seit geraumer Zeit, wie es die britischen Patentschriften 766 593 und 769 547, die deutsche Patentschrift 1 255 591 und die US-Patentschriften 3 600 956, 3 656 419 und 3 722 301 ausweisen. Es ist aber noch kein Schwingungserzeuger bekannt geworden, der so einfach ausgebildet ist, wie der nachfolgend zu beschreibende erfindungsgemäße Schwingungserzeuger. Diese einfache Ausbildung ergibt sich vor allem aus der besonderen Kopplung zwischen den primären und sekundären Massenelementen, welche sich bei Schwingungen geringer Amplitude teilweise gegengewichtsmäßig ausgleichen oder bei Schwingungen großer Amplitude zusammenwirken.

Wie wichtig es ist, daß eine Vibrationsverdichtungsmaschine selektiv die ihrer Verdichtungswalze zugefUhrte Schwingungsamplitude der zu verdichtenden Ober fläche anpassen kann, ist allgemein bekannt. Die Bedeutung einer Korrelation zwischen der Richtung des Umlaufes der Efczentergewichte und der Walze beim überlaufen der zu verdichtenden Oberfläche ist in der vorerwähnten

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deutschen Patentschrift aus dem Jahre 1967 und auch in der US-Patentschrift 3 605 583 dargelegt, überraschender Weise ging diese Erkenntnis verloren, denn in der wesentlich Jüngeren US-PS 3 722 381 wird nicht nur nicht mehr auf die Notwendigkeit einer solchen Korrelation hingewiesen, sondern es wird hier sogar eine solche Korrelation unmöglich gemacht, da der Schwingungserzeuger in der letztgenannten Patentschrift das Umschalten von einer Amplitude zur anderen dadurch vornimmt, daß man die Drehrichtung der ^eIIe ändert, auf der die Exzentergewichte gelagert sind.

D_er erfindungsgemäße Schwingungserzeuger der einleitend genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Arretierung des sekundären Massenelementes gegen den Einfluß der Zentrifugalkraft in der motorisch angetriebenen Welle eine begrenzt axial verschiebbare Steuerstange vorgesehen ist, die in der Arbeitsstellung eine Verbindung zum sekundären Massenelement herstellt und in der Ruhestellung das sekundäre Massenelenent freigibt.

Somit ist jetzt die Änderung der Schwingungsamplitude in keiner Weise mehr von der Drehrichtung der exzentrischen Massenelemente abhängig und wird darüber hinaus noch mit rein mechanischen Mitteln vorgenommen, die zu einer besonders einfachen starren und leicht herzustellenden

Ausbildung führen.

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vibrationswalze zum Bodenverdichten mit einem erfindungsgemäflen Schwingungserzeuger,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Walze der Bodenverdichtungsmaschine gemäß Fig. 1 mit dem in der Walze gelagerten Schwingungserzeuger,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Schwingungserzeugers,

Fig. 4 Je einen Schnitt gemäß der Schnittlinie und 4a

4 - 4 der Fig. 3 in den Arbeltsstellungen mit

großer Amplitude und kleiner Amplitude,

Flg. 5 Querschnitte gemäß der Schnittlinie 5-5 der und 6

Flg. 3 in den Arbeitsstellungen für große und

für kleine Amplituden, 509830/0276

Fig· 7 einen Seilschnitt gemäß der Schnittlinie 7-7 der Pig. 5,

Fig. 8 einen Querschnitt gemäß der Schnitlinie 8-8 der Fig. 7 und

Fig. 9 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie 9-9 der Fig. 3.

Sie vorerwähnten Zeichnungen betreffen eine selbstfahrende Bodenverdichtungsmaschine 5 mit einer einzigen frei drehbaren Verdichtungswalze 6 und zwei motorisch angetriebenen Laufrädern, die Teil eines Traktors sind« der für die Energieversorgung der Maschine sorgt. Beim Lauf Über das zu verdichtende Material kann die Maschine gelenkt werden, da die Verdichtungswalzenanordnung mit dem Traktor über eine vertikale Gelenkachse gelenkig verbunden ist. Das für die Bedienungsperson vorgesehene Lenkrad 8 ermöglicht die erforderliche Lenkung. Einzelheiten dieser Lenkung und des revereierbaren Antriebssystems sind konventionell ausgebildet und daher im einzelnen nicht dargestellt.

In konventioneller Weise gehurt zur Walzenanordnung der Maschine ein starres Joch, dessen Arme 9 die Walze umfassen und - wie die Fig. 2 zeigt - über elastische Stoßlagerun-

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gen 11 rait Lagerhalteplatten 10 versehen sind. Die Lagerhalteplatten 10 befinden sich an den ^nden der Walze und tragen die äußeren Laufringe der Lager 12, über die die V/alze frei drehbar mit den Lagerbalteplatten und über die Stoßlagerungen 11 mit tfen Armen 9 des Joches verbunden sind. Die Schwingungen der Walze werden somit nicht auf die übrigen Teile der !'faschine übertragen·

Die hohl ausgebildete Verdichtungswalze 6 enthält in ihrem Inneren den Schwingungserzeuger 13. Zum Schwingungserzeuger gehört eine motorisch angetriebene /eile 14_f die zwei primäre liasseneleiaente 15 und eine Kehrzahl von sekundären Massenelenenten 16 trägt. Die primären liasseneleraente 15 haben eine halbkreisförmige Geotalt unö sind in Hähe des Viellenendes exzentrisch mit der ./eile 14 verbunden. Die sekundären Massenelemente 16 haben im wesentlichen eine ringförmige Gestalt und umgeben die /eile 14 zwischen den primären Ilasseneleiaenten· Aufgrund ihrer noch später zu beschreibenden Lagerung können die sekundären Ilassenelemente 16 um eine parallel zur UeIIe 14 verlaufende Achse verschwenken und zwar zwischen einer eingezogenen Stellung, in der sie mit den primären Massenelementen zusammenwirken, um Schwingungen von großer Aürplitude zu erzeugen und einer ausgefahrensn Stellung, in der sie zum Seil den primären iiassenelementen entgegenwirken, um Schwingungen mit kleiner

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Amplitude zu erzeugen.

Der gesamte Schwingungserzeuger rotiert um die Walzenachse um der Walze entweder Schwingungen mit großer oder kleiner Amplitude zuzuführen, was dadurch geschieht, daß die Enden der Welle 14 in Lagern 17 ruhen, die in den Stirnwänden 18 der Walze vorgesehen oind.

Die schweren primären I-Iassenelemente 15 sind gleichphasig an der Welle 14 befestigt· BIe ringartigen sekundären Massenelemente sind sämtlich an einer Achse 19 phasengleich zueinander befestigt. Diese starre Anordnung ist mit der Welle 14 zum gemeinsamen Umlauf mit der Welle 14 verbunden. Darüber hinaus kann aber diese starre Anordnung um eine Achse verschwenken, die bezüglich der primären Ilaseenelemente festliegt und sich parallel zur Welle 14 erstreckt. Die Verbindung zwischen der sekundären Massenanordnung und der Welle 14 erfolgt über koaxiale Lagerzapfen 20, die von de» äußeren sekundären Massenelementen vorragen und von Gummiteesionsfederelementen 21 aufgenommen werden. Die Torsionsfederelemente ruhen Ir quadratischen Gehäusen 22, die an den primären Massnelementen 15 befestigt sind.

Wie am besten aus den Pig. 7 und 8 zu ersehen, befinden sich in den Gummitorsionsfederelementen 21 Metallhülsen 23,

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in denen Mitnehiaernuten ausgebildet sind. In diese Mitnehmernuten greifen Wellenkeile 24 ein, mit denen die Lagerzapfen 20 drehfest bezüglich der sekundären Massenanordnung gehalten werden. Da die Guiamitorsionsfederelemente 21 einen quadratischen Querschnitt haben, der genau in die quadratischen Gehäuse 22 paßt, folgt, daß der Schwenkbewegung der sekundären Massenanordnung federnd entgegengewirkt wird. Die Gummitr-sionsfederelemente sind beim Einbau in ihre Gehäuse in solcher Ilichtung vorgespannt, daß sie die sekundäre Massenanordnung federnd in die zurückgezogene stellung drücken. Somit gelangt der Schwingungserzeuger in die Stellung für große Amplituden, wenn er nicht rotiert.

Sobald jedoch die motorisch angetriebene Welle in beliebiger Richtung oberhalb einer zuvor festgelegten Drehzahl umläuft, überwindet die an der sekundären Massenanordnung angreifende Zentrifugalkraft die Rückstellkraft der Torsionsfedern, so daß die sekundäre Massenanordnung in die ausgefahrene Stellung für kleine Amplituden kommt, sofern nicht eine solche Verstellung verhindert wird.

In Kürze soll jetzt beschrieben werden, wie man die sekundäre Massenanordnung an der vorerwähnten Verstellung hindert. Zuvor sollen jedoch noch einmal die Enden der Lager-

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zapfen 20 an den Enden betrachtet werden, die von dem Befestigungspunkt an den äußeren sekundären Massenelementen abgelegen sind. V/ie am besten aus Pi g.7 zu erkennen ist, ist auf den Lagerzapfen 20 ein Arm 23 aufgekeilt, der mit der äußersten Sekundärmasse über einen Steg 26 verbunden ist. Auf diese V/eise werden die an den Gumraitorsionsfederelementen ankeifenden Torsionskräfte gleichförmig über die Länge der Lagerzapfen verteilt· Außerdem vereinfacht sich hierdurch die Festlegung der Lagerzapfen gegen eine Längsverschiebung, da man jetzt konventionelle Sprengringe 27 verwenden kann, um Axialverschiebungen zu verhindern·

Um durch formschlüssig arbeitende Mittel zu verhindern, daß die sekundäre Massenanordnung durch die Zentrifugalkraft in die ausgefahrene Stellung für kleine Amplituden verschwenkt wird, dient der innere Endteil 28 einer Steuerstange 29» welcher in eine Bohrung 30 eingreift, die in diametraler Ausrichtung in dem Endteil eines Zapfens 31 vorgesehen ist· Der Zapfen 31 ruht längsverschieblich in einer Querbohrung 32 der Welle 14. Das äußere Ende des Zapfens 31 ist an zwei Lageraugen 32 angelenkt, die an der Achse 19 vorragen· In den Lageraugen 33 befindet sich ein Gelenkbolzen 34· Die Steuerstange 29 ist in einer Axialbohrung 35 der Welle 14 zwischen zwei Stellungen verschiebbar. In der einen Arbeitsstellung ragt der innere Endteil

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durch die Bohrung 30 hindurch, während in der anderen Ausschaltstellung die Bohrung 30 nicht durchsetzt wird, so daß die sekundäre Massenanordnung unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft verschwenken kann.

Die Längsverschiebung der Steuer stange kann in beliebiger Weise ermöglicht werden, beispielsweise mit Hilfe eines ferngesteuerten Strömungsmittelmotor3. Bei der dargestellten Ausführungsfons der Erfindung erfolgt die Verschiebung der Steuerstange mit einem einschiebbaren und ausziehbaren Knopf 36, der am Ende der Walze vorgesehen ist. Ein mit dem Knopf 36 verbundener Zapfen 37 ruht verschiebbar in einer Buchse 38, die von einer Platte 39 getragen wird. Der Zapfen 37 ist frei drehbar mit der Steuerstange 29 30 verbunden, daß eine Axialverschiebung möglich wird. Wie die Fig. 9 erkennen läßt, ist diese axial feste aber drehbare Verbindung hergestellt durch eine fest am freien Ende des Zapfens 37 angebrachte Hülse 40, die das benachbarte Ende der Steuer stange 29 aufnimmt. Zwei Kugellager 31 in der Bohrung der Hülse 40 umgeben die Steuerstange 29 und sind gegenüber den beiden an den Lagern anliegenden Teilen axial unverschieblich verbunden, so daß man durch eine Betätigung des Knopfes 36 die Steuerstange verschieben kann, während die Steuerstange frei gegenüber dem Knopf 36 rotiert.

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Die zwei Einstellungen der Steuerstange 29 sind durch federnde Rasten 42 festgelegt, die sich in der Buchse 38 "befinden und ic jeweils eine von zwei Rinnen 43 des Zapfens 37 eingreifen können·

Damit das innere Ende der Steuerstange 29 in die Bohrung 30 des Zapfens 31 eingreifen kann, muß sich der Zapfen 31 in einer Loge befinden, in der seine Bohrung 30 koaxial auf die Steuerstange 29 ausgerichtet ist. Es ist daher erforderlich, daß die Bewegungegrenze der beweglichen sekundären Hassenacordnung innerhalb der Gumnitorsionsfedereleinente genau definiert ist· Die erforderliche Definition der Lage erhält man durch das Anlaufen einer Schulter des Zapfens 31 an einer Unfangsfläehe der Welle 14. Diese Schulter läßt sich bequemer Weise dadurch schaffen, daß man in eine Bohrung des Zapfens 31 einen Querοtift 44 einsetzt. Der Querstift 44 befindet sich vorzugsweise an einer Stelle, an der er die Ilantelflache der V/elle 14 berührt und gleichzeitig der Gelenkbolzen 34 bezüglich der V/elle 14 und der Achse 19 in die Totpunktstellung gelangt (siehe Fig. 4).

Damit keine Störungen bezüglich der beschriebenen Begrenzung der von den Torsionsfederelementen erzeugten Rückziehung der beweglichen sekundären Massenelemente auftritt, sind deren innere Ausnehmungen 16· so bemessen und geformt,

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daß die Ränder der Ilittelüffnung jederzeit von der Welle entfernt sind, wenn sich der Schwingungserzeuger in der Stellung für große Amplituden befindet.

Die für kleine Amplituden vorgesehene Stellung der beweglichen sekundären Massenanordnung ist definiert durch die Anlage eines Vorsprunges 45 am Rand der inneren Ausnehmung 16^f in allen ringförmigen Massenelementen an der Welle 14_f wie es die Pig. 4a zeigt. Es ist hier zu beachten, daß in dieser Stellung der Massenanordnung eine erhebliche Länge des Zapfens noch in der Querbohrung 32 ruht.

Die Welle 14 und damit der gesamte Schwingungserzeuger erhält seinen Rotationsantrieb durch einen Hydromotor 46, der in der Lagerhalteplatte 10 an dem dem Knopf 36 gegenüberliegenden iAide gelagert ist. Die Abtriebswelle des Hydromotors 46 ist mit der Welle 14 über eine geeignete Wellenkupplung 47 verbunden.

Der Hydromotor 46 läßt sich von der Bedienungsperson der Bodenverdichtungsmaschine durch eine nicht dargestellte Steuerung reversieren, so daß Sf elf die Richtung, in der der Vibrationserzeuger umläuft, mit der Fahrtrichtung der Maschine korrelieren läßt. Wie in der vorerwähnten deutschen Patentschrift 1 255 591 und in der späteren ÜS-PS

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3 605 583 erläutert, ist die vorerwähnte Korrelation sehr wichtig im Hinblick auf die Erzielung einer glatten Oberfläche, insbesondere wenn es sich bei der zu verdichtenden Oberfläche um Asphalt handelt, Wenn eine solche Korrelation nicht mcSglich ist, führt der Einfluß der rotierenden Hassen auf die Umdrehung der Walze zu einer Störung des glatten und gleichmäßigen Abrollens zwischen der Walze und der zu verdichtenden Oberfläche, wenn die Bodenverdichtungaoaschine in der einen Richtung fährt. Uq diesen nachteiligen Zustand zu verhindern, muß die Rotationsrichtung des Schwingungserzeugers reversiert werden·

Aus der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ist erkennbar, daß der erfindungsgemäße Schwingungserzeuger sich durch einen einfachen Aufbau und eine einfache Konstruktion auszeichnet und sich vorzüglich für Vibrations-Bodenverdichtungsmaschinen eignet· Unter den beachtlichen Merkmalen der Erfindung ist vielleicht die Konstruktion und die Lagerung der beweglichen sekundären Sxzenternassenanordnung an bedeutsamsten· Dadurch, daß die sekundären !lassen zu einer einheitlichen starren Anordnung vereinigt sind und dadurch, daß man diese starre Anordnung mit den primären Massen so vereinigt, daß eine Schwenkung um eine Achse möglich wird, die von der Achse_/um die die Gesamtanordnung rotiert,

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abgelegen i3t, wird es möglich, einfache Gummitorsionsfeder elemente zu verwenden, um automr.ti3ch die bewegliche solcundäre Massenanordnung in die f ir große Amplituden vorgesehene eingezogene Stellung zu bringen, wenn der Schwingungserzeuger nicht mehr umläuft.

Hervorstechende und vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind auch die Art, in der die sekundäre Ilassenanordnung lösbar in der eingesogenen Stellung durch ein einfaches Verschieben einer Steuerstange verriegelt wird und der Umstand, daß in entriegelten Zustand die sekundären blassen durch die Zentrifugalkraft in die ausgefahrene stellung für kleine Amplitude verschwenkt v/erden, ohne daß ec dabei auf die Umlaufrichtung des Schwingungserzeugery ankommt. Schließlich ermöglichen auch die Heversierbarkeit der Umlaufrichtung de3 Schwingungserzeuger und die Tatsache, daß sich die Drehzahl des Antriebsnotors leicht einstellen läßt, die V/irkung der rotierenden !lassen bei fahrender Walze und die Frequenz der eich ergebenden Schwingungen so zu korrelieren, wie es der Art der zu verdichtenden Oberfläche am angemessensten ist.

Pur den Fachmann ist auch offensichtlich, daß sich die vorliegende Erfindung auch noch gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel abwandeln und modifizieren läßt. 5Q9830/027S

Claims

Patentansprüche

1. Schwingungserzeuger, insbesondere für Vibrationswalzen zum Bodenverdichten mit einer motorisch angetriebenen VTeIIe₁ einem zusammen mit der Welle umlaufenden, exzentrisch angeordneten primären Massenelement und einem gleichfalls mit der Welle umlaufenden» relativ zum primären Massenelement beweglichen sekundären Massenelement» welches aus einer ersten arretierbaren Stellung, in der es die Schwingungen des primären Massenelementes verstärkt, im nicht arretierten Zustand durch die Zentrifugalkraft in eine zweite Stellung verschwenkt wird, in der es die Schwingungen des primären Massenelementes verkleinert, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Arretierung des sekundären Massenelementes (16) gegen den Einfluß der Zentrifugalkraft in der motorisch angetriebenen Veil e (14) eine begrenzt axial verschiebbare Steuerstange (28) vorgesehen ist, die in der Arbeitsstellung eine Verbindung zum sekundären Massenelement (16) herstellt und in der Ruhestellung das sekundäre Massenelement (16) freigibt.

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den primären und sekundären Massenelementen (15,16) federnde Vorspannungselemente

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(21) vorgesehen sind, die das sekundäre Massenelement (16) in Richtung auf die Stellung großer Amplitude vorspannen und in diese Stellung bringen, wenn die motorisch angetriebene VJeile (14) zum Stillstand kommt,

3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet» daß das sekundäre Massenelement (16) auf einer mit dem primären Massenelement (15) verbundenen Achse (20) verschwenkbar gelagert ist, die sich mit radialem Abstand parallel zur Welle (14) erstreckt.

4. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkungsachse (20) des sekundären Massenelementes (16) mit den federnden Vorspannungselementen (21) verbunden ist.

5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Vorspannungselemente aus einem am primären Massenelement (15) befestigten tordierbaren elastischen Körper (21) bestehen, in den die mit dem sekundären Massenelement (16) verbundene Achse (20) drehfest eingebettet ist.

6. Schwingungserzeuger nach /nspru^h 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Massenelement (16)

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zwischen zwei gleichphasig liegenden Hälften des primären Massenelementes (13) angeordnet und mit seiner Verschwenkungsachse (20) in den Hälften des primären Massenelementes (15) gelagert ist.

7. Schwingungseneuger nacli Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Massenelement (16) die motorisch angetriebene "eile (14) ringförmig umgibt.

8. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung für Schwingungen kleiner Amplitude definiert ist durch die Anlage einer Fläche (45) des sekundären Massenelementes (16) an der YJelle (14).

9. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Steuerstange (28) mit dem sekundären Massenelement (16) ein bezüglich dessen Verschwenkungsachse (20) exzentrisch angelenkter Zapfen (31) dient, dessen freies Ende verschiebbar in einer diametralen Querbohrung (32) der Welle (14) liegt und eine auf die Axialbohrung der *'elle (14) ausgerichtete Querbohrung (30) hat, in die in der Stellung für große Schwingungsamplituden die Steuerstange (28) eingreifen kann.

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10. Schwingungserzeuger nach Anspruch 9_f dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zapfen (31) ein Anschlag (44) vorgesehen ist, der an der Mantelfläche der Welle (14) zur Anlage kommt, wenn die Querbohrung (30) des Zapfens (31) auf die Axialbohrung der Welle (14) exakt ausgerichtet ist·

11. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Massenelement (16) aus einer Mehrzahl von im wesentlichen identischen, die Welle (14) umgebenden Teilmassen besteht, die sich mit Abstand über die Lnnge der Velle (14) zwischen zwei Hälften des primären Massenelementes (15) erstrecken und phasengleich starr untereinander verbunden sind.

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L e e r s e i f e