DE2500252B2 - Schwingungserzeuger, insbesondere fuer vibrationswalzen - Google Patents

Description

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Correlation hingewiesen, sondern es wird hier sogar ■ine solche Korrelation unmöglich gemacht, da der Schwingungserzeuger in der letztgenannten Patentschrift das Umschalten von einer Amplitude zur inderen dadurch vornimmt, daß ma« die Drehrichtung jer Welle ändert, auf der die Exzentergewichte gelagert sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schwingungserzeugers, bei dem sich bei besonders einfacher Ausbildung die Schwingungsamplitude unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit wechseln läßt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 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 Massenelement freigibt

In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vibrationswalze zum Bodenverdichten mit einem erfindungsge- mäßen Schwingungserzeuger,

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

Fig.3 eine perspektivische Ansicht des Schwingungserzeugers.

F1 g. 4 und 4a je einen Schnitt gemäß der Schnittlinie 4-4 der Fig.3 in den Arbeitsstellungen mit großer Amplitude und kleiner Amplitude,

F i g. 5 und 6 Querschnitte gemäß der Schnittlinie 5-5 der F i g. 3 in den Arbeitsstellungen für große und für kleine Amplituden,

Fig.7 einen Teilschnitt gemäß der Schnittlinie 7-7 der F i g. 5,

F i g. 8 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie 8-8 der F i g. 7 und

F i g. 9 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie 9-9 der F i g. 3.

Die 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 reversierbaren Antriebssystems sind konventionell ausgebildet und daher im einzelnen nicht dargestellt.

In konventioneller Weise gehört zur Walzenanordnung der Maschine ein starres Joch, dessen Arme 9 die Walze umfassen und — wie die F i g. 2 zeigt — über elastische Stoßlagerungen 11 mit Lagerhalteplatten 10 versehen sind. Die Lagerhalteplatten 10 befinden sich an den Enden der Walze und tragen die äußeren Laufringe der Lager 12, über die die Walze frei drehbar mit den Lagerhalteplatten und über die Stoßlagerungen 11 mit den Armen 9 des Joches verbunden sind. Die Schwingungen der Walze werden somit nicht auf die (ihrisen Teile der Maschine übertragen.

Die hohl ausgebildete Verdichtungswalze 6 enthält in ihrem Inneren den Schwingungserzeuger 13. Zum Schwingungserzeuger gehört eine motorisch angetriebene Welle 14, die zwei primäre Massenelemente 15 und eine Mehrzahl von sekundären Massenelementen 16 trägt Die primären Massenelemente 15 haben eine halbkreisförmige Gestalt und sind in Nähe des Wellenendes exzentrisch mit der Welle 14 verbunden. Die sekundären Massenelemente 16 haben im wesentlichen eine ringförmige Gestalt und umgeben die WeUe 14 zwischen den primären Massenelementen. Aufgrund ihrer noch später zu beschreibenden Lagerung können die sekundären Massenelemente 16 um eine parallel zur Welle 14 verlaufende Achse verschwenken und zwar zwischen einer eingezogenen Stellung, in der sie mit den primären Massenelementen zusammenwirken, um Schwingungen von großer Amplitude zu erzeugen und einer ausgefahrenen Stellung, in der sie z.T. den primären Massenelementen entgegenwirken, um Schwingungen mit kleiner 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 sind.

Die schweren primären Massenelemente 15 sind gleichphasig an der Welle 14 befestigt. Die 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 Massenelemente 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 den äußeren sekundären Massenelementen vorragen und von Gummitorsion«.-federelementen 21 aufgenommen werden. Die Torsionsfederelemente ruhen in quadratischen Gehäusen 22, die an den primären Massenelementen 15 befestigt sind.

Wie am besten aus den F i g. 7 und 8 zu ersehen, befinden sich in den Gummitorsionsfederelementen 21 Metallhülsen 23, in denen Mitnehmernuten ausgebildet sind. In diese Mitnehmernuten greifen Wellenkeile 24 ein, mit denen die Lagerzapfen 20 drehfest bezüglich der sekundären Massenanordnung gehalten werden. Da die Gummitorsionsfederelemente 21 einen quadratischen Querschnitt haben, der genau in die quadratischen Gehäuse 22 paßt folgt, daß der Schwenkbewegung der sekundären Massenanordnung federnd entgegengewirkt wird. Die Gummitorsionsfederelemente sind beim Einbau in ihre Gehäuse in solcher Richtung vorgespannt, daß sie die sekundäre Massenanordnung federnd in die zurückgezogene Stellung drücken. Somii gelangt der Schwingungserzeuger in die Stellung füi große Amplituden, wenn er nicht rotiert.

Sobald jedoch die motorisch angetriebene Welle it beliebiger Richtung oberhalb einer zuvor festgelegtei Drehzahl umläuft, überwindet die an der sekundärei Massenanordnung angreifende Zentrifugalkraft dii Rückstellkraft der Torsionsfedern, so daß die sekundär Massenordnung in die ausgefahrene Stellung für klein· Amplituden kommt, sofern nicht eine solche Verstelluni verhindert wird.

In Kürze soll jetzt beschrieben werden, wie man di sekundäre Massenanordnung an der vorerwähnte

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Verstellung hindert Zuvor sollen jedoch noch einmal die Enden der Lagerzapfen 20 an den Enden betrachtet v, erden, die von dem Befestigungspunkt an den äußeren sekundären Massenelementen abgelegen sind. Wie am besten aus Fig.7 zu erkennen ist, ist auf den Lagerzapfen 20 ein Arm 25 aufgekeilt, der mit der äußersten Sekundärmasse über einen Steg 26 verbunden ist. Auf diese Weise werden die an den Gummitorsionsfederelementen angreifenden Torsionskräfte gleichförmig über die Länge der Lagerzapfen verteilt. Außerdem vereinfacht sich hierdurch die Festlegung der Lagerzapfen gegen eine Längsverschtebung. 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 33 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 28 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 Steuerstange kann in beliebiger Weise ermöglicht werden, beispielsweise mit Hilfe eines ferngesteuerten Strömungsmittelmotors. Bei der dargestellten Ausführungsform 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 so verbunden, daß eine Axialverschiebung möglich wird. Wie die F i g. 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 Steuerstange 29 aufnimmt Zwei Kugellager 31 in der Bohrung der Hülse 40 so 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

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

Damit das innere Ende der Steuerstange 29 in die Bohrung 30 des Zapfens 31 eingreifen kann, muß sich der Zapfen 31 in einer Lage befinden, in der seine Bohrung 30 koaxial auf die Steuerstange 29 ausgerichtet ist Es ist daher erforderlich, daß die Bewegungsgrenze 6s der beweglichen sekundären Massenanordnung innerhalb der Gummitorsionsfederelemente genau definiert ist Die erforderliche Definition der Lage erhält man durch das Anlaufen einer Schulter des Zapfens 31 an einer Umfangsfläche der Welle 14. Diese Schulter läßt sich bequemerweise dadurch schaffen, daß man in eine Bohrung des Zapfens 31 einen Querstift 44 einsetzt. Der Querstift 44 befindet sich vorzugsweise an einer Stelle, an der er die Mantelfläche der Welle 14 berührt und gleichzeitig der Gelenkbolzen 34 bezüglich der Welle 14 und der Achse 19 in die Totpunktstellung gelangt (siehe F ig. 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 daß die Ränder der Mittelöffnung jederzeit von der Welle 14 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' in allen ringförmigen Massenelementen an der Welle 14, wie es die F i g. 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 Ende 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 sich die Richtung, in der der Vibrationserzeuger umläuft mit der Fahnrichtung der Maschine korrelieren läßt Wie in det vorerwähnten DT-PS 12 55 591 und in der späterer US-PS 36 05 583 erläutert ist die vorerwähnte Korrela tion sehr wichtig im Hinblick auf die Erzielung einei glatten Oberfläche, insbesondere wenn es sich bei der ?i verdichtenden Oberfläche um Asphalt handelt. Wenr eine solche Korrelation nicht möglich ist führt dei Einfluß der rotierenden Massen auf die Umdrehung de: Walze zu einer Störung des glatten und gleichmäßiger Abrollens zwischen der Walze und der zu verdichtender Oberfläche, wenn die Bodenverdichtungsmaschine ir der einen Richtung fährt Um diesen nachteiligei Zustand zu verhindern, muß die Rotationsrichtung de Schwingungserzeugers reversiert werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung und dei beigefügten Zeichnungen ist erkennbar, daß de erfindungsgemäße Schwingungserzeuger sich durd einen einfachen Aufbau und eine einfache Konstruktioi auszeichnet und sich vorzüglich für Vibrations-Boden verdichtungsmaschinen eignet Unter den beachtüchei Merkmalen der Erfindung ist vielleicht die Konstruktioi und die Lagerung der beweglichen sekundären Ex zentermassenanordnung am bedeutsamsten- Dadurcr daß die sekundären Massen zu einer einheitliche starren Anordnung vereinigt sind und dadurch, daß ma diese starre Anordnung mit den primären Massen s vereinigt daß eine Schwenkung um eine Achse möglic wird, die von der Achse, um die die Gesamtanordnun rotiert abgelegen ist, wird es möglich, einfach Gummitorsionsfederelemente zu verwenden, um autc mansch die bewegliche sekundäre Massenanordnung i die für große Amplituden vorgesehene eingezogen Stellung zu bringen, wenn der Schwingungserzeuge

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nicht mehr umläuft.

Hervorstechende und vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind auch die Art, in der die sekundäre Massenanordnung lösbar in der eingezogenen Stellung durch ein einfaches Verschieben einer Steuerstange verriegelt wird und der Urnstand, daß im entriegelten Zustand die sekundären Massen durch die Zentrifugalkraft in die ausgefahrene Stellung für kleine Amplitude verschwenkt werden, ohne daß es dabei auf die Umlaufrichtung des Schwingungserzeugers ankommt. Schließlich ermöglichen auch die Reversierbarkeit der Umlaufrichtung des Schwingungserzeugers und die Tatsache, daß sich die Drehzahl des Antriebsmotors leicht einstellen läßt, die Wirkung der rotierenden Massen bei fahrender Walze und die Frequenz der sich ergebenden Schwingungen so zu korrelieren, wie es der Art der zu verdichtenden Oberfläche am angemessensten ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

25 Οθ Patentansprüche: unmittelbare Anlage einer Fläche (45) des sekundären Massenelementes (16) an der Welie (14).

1. Schwingungserzeuger, insbesondere für Vibrationswalzen zum Bodenverdichten mit einer motorisch angetriebenen Welle, 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 entgegen der Kraft federnder Vorspannungselemente in eine zweite Stellung verschwenkbar ist, in der es die Schwingungen des «5 ptünären Massenelementes verkleinert, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Arretierung des sekundären Massenelementes (16) gegen den Einfluß der Zentrifugalkraft in der motorisch angetriebenen Welle (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 das sekundäre Massenelement (16) in an sich bekannter Weise zwischen zwei gleichphasig liegenden Hälften des primären Massenelementes (15) angeordnet und daß die radial versetzte Verschwenkungsachse (20) des sekundären Massenelementes (16) in den Hälften des primären Massenelementes (15) gelagert ist.

3. Schwingungserzeuger nach Ansoruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Vor-Spannungselemente aus einem am primären Massenelement (15) befestigten tordierbaren elastischen Körper (21) bestehen, in den die Verschwenkungsachse (20) des Massenelementes (16) drehfest eingebettet ist.

4. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 3, 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 Länge der Welle (14) zwischen zwei Hälften des primären Massenelementes (15) erstrecken und phasengleich starr untereinander verbunden sind.

5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Steuerstange (28) mit dem sekundären Massenelement (16) ein bezüglich dessen Verchwenkungsachse (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 Welle (14) ausgerichtete Querbohrung (30) hat, in die in der Stellung für große Schwingungsamplituden die Steuerstange (28) einschiebbar ist.

6. Schwingungserzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den 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. ⁶S

7. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung für Schwingungen kleiner Amplitude definiert ist durch Die Erfindung betrifft sinen Schwingungserzeuger, insbesondere für Vibrationswalzen zum Bodenverdichten mit einer motorisch angetriebenen Welle, 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 entgegen der Kraft federnder Vorspannungselemente in eine zweite Stellung verschwenkbar ist, in der es die Schwingungen des primären Massenelementes verkleinert.

Schwingungserzeuger, die wahlweise Schwingungen hoher Amplitude oder geringer Amplitude liefern können, gibt es schon seit geraumer Zeit, wie es die britischen Patentschriften 7 66 593 und 7 69 547, die deutsche Patentschrift 12 55 591 und die US-Patentschriften 36 00 956,36 56 419 und 37 22 381 ausweisen.

Bei diesen vorbekannten Schwingungserzeugern (z. B. US-PS 36 00 956) ist die Schwingungsamplitude von der Fahrgeschwindigkeit abhängig. So ist es z. B. beim Fahren nicht möglich, eine Schwingung mit kleiner Amplitude und kleiner Frequenz zu erzeugen, da durch die hohe Frequenz eine ausreichend große Zentrifugalkraft erzeugt werden muß, damit sich das Gegengewicht nach außen bewegt und dann erst für geringe Schwingungsamplituden sorgen kann. Dies beruht darauf, daß bei einer zuvor festgelegten Drehzahl die von der Exzentermasse erzeugte Zentrifugalkraft eine Federkraft überwindet so daß sich die Masse nach außen bewegt, bis sie gegen einen Anschlag anläuft. Eine automatische Umstellung, ohne die Maschine anzuhalten, ist nur möglich nach dem ersten Anlaufen der Maschine, denn um eine Rückkehr zur anfänglichen Hochamplituden-Stellung zu ermöglichen, muß die Frequenz unterhalb des ursprünglichen Umschaltpunktes um einen erheblichen Betrag vermindert werden, weil die von der Feder ausgeübte Kraft, nachdem die Masse einmal nach außen bewegt worden ist, wegen des unterschiedlichen radialen Abstandes zur Massenmitte erheblich größer ist als zu Beginn. So muß man in der Praxis die vorbekannte Vorrichtung anhalten, urn den vorerwähnten Wechsel der Schwingungsamplitude vorzunehmen. Im übrigen ergeben sich bei den vorbekannten Schwingungserzeugern entweder übergroße Kräfte umd Amplituden bei richtiger Frequenz oder inkorrekte Kräfte und unerwünschte Frequenzen bei richtiger Amplitude.

Wie wichtig es ist, daß eine Vibrationsverdichtungsmaschine selektiv die ihrer Verdichtungswalze zugeführte Schwingungsamplitude der zu verdichtenden Oberfläche anpassen kann, ist allgemein bekannt. Die Bedeutung einer Korrelation zwischen der Richtung des Umlaufes der Exzentergewichte und der Walze beim Überlaufen der zu verdichtenden Oberfläche ist in der vorerwähnten deutschen Patentschrift aus dem Jahre 1967 und auch in der US-PS 36 05 583 dargelegt. Überraschenderweise ging diese Erkenntnis verloren, denn in der wesentlich jüngeren US-PS 37 22 381 wird nicht nur auf die Notwendigkeit einer solchen