DE2706667A1

DE2706667A1 - Vibrationsgeraet zur bodenverdichtung

Info

Publication number: DE2706667A1
Application number: DE19772706667
Authority: DE
Inventors: Philipp Uebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US4184787A

Description

R. 3 7 43 Vo/Ht

Robert Bosch GmbH

7000 Stuttgart 1 31. Januar 1977

Vibrationsgerät zur Bodenverdichtung

Die Erfindung betrifft ein Vibrationsgerät zum Verdichten eines Untergrundes mit einer auf den Untergrund auflegbaren Verdichtungsplatte und einer um eine an der Verdichtungsplatte mit Abstand befestigten Rotationsachse umlaufenden Unwucht. Der Begriff Verdichtungsplatte umfaßt dabei sowohl ebene als auch gekrümmte Verdichtungselemente.

Solche Vibrationsgeräte sind als Stampfer, Verdichtungsplatten, Vibrationswalzen und ähnliches ausgeführt und dienen insbesondere zum Verdichten von Erde, Beton, Teer, Asphalt, Sand etc. Im allgemeinen werden bei diesen Geräten die erwünschten Vibrationen zum Verdichten des Untergrunds oder Bodens durch eine umlaufende Unwucht erzeugt, wobei Schwingungen des Gerätes nach allen Seiten auftreten. Diese Schwingungen, insbesondere die vom Boden weggerichteten Schwingungen des Gerätes, werden notwendigerweise auf den Bedienungsmann übertragen, worunter der Bedienungskomfort eines solchen Gerätes erheblich leidet. Zum anderen werden durch die sich nach allen Seiten äußernden Schwingungskräfte die im oder am Gerät befestigten Antriebsaggregate und sonstigen empfindlichen Teile gefährdet.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnendes Vibrationsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Vibrationsschwingungen weitestgehend von der Bedienungsperson ferngehalten und zugleich die Antriebsaggregate und sonstigen empfindlichen Teile nur kaum vibrationsgefährdet sind.

Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Ausbildung der Unwucht derart, daß ihr Schwerpunkt in jeder Rotationsphase auf der vom Untergrund abgewandten Seite einer durch die Rotationsachse und etwa parallel zum Untergrund verlaufenden Ebene liegt und der Schwerpunktsabstand von dieser Ebene bei jeder Umdrehung in mindestens einer Hälfte der Umdrehung stetig von Null aus anwächst und von einem Maximum wieder zu Null hin abnimmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Unwucht von mindestens einem Paar in Umlaufrichtung um 180° versetzten Massekörpern gebildet ist, deren Masse und Abstand von der Rotationsachse so gewählt sind/ daß das Produkt aus Masse und Abstand des ersten Massekörpers mindestens während einer annähernd halben Umdrehung der Unwucht größer, jedoch zu keinem Zeitpunkt der Umdrehung kleiner als das Produkt aus Masse und Abstand des zweiten Massekörpers ist, und daß während dieser annähernd halben Umdrehung der erste Massekörper sich auf der vom Untergrund abgekehrten Seite einer durch die Rotationsachse und parallel oder in einem spitzen Winkel zum Untergrund verlaufenden Ebene befindet.

Bei dieser Ausbildung der Unwucht entsteht bei Rotation der Unwucht eine überwiegend zum Untergrund hin gerichtete Kraft, die zu dessen Verdichtung ausgenutzt werden kann. Zwar treten am Anfang und am Ende einer jeden-Umdrehung der Unwucht geringe Kräfte in Aufwärtsrichtung auf, diese werden aber durch das

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Eigengewicht des Vibrationsgerätes mehr als kompensiert, so daß sie kaum in Erscheinung treten. Die Größe dieser Kraft zur Bodenverdichtung hängt ab von der Ausbildung der Massenumlaufbahn, vom Schwerpunktsabstand der Massekörper und von der Rotationsgeschwindigkeit oder Drehzahl.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der eine Massekörper in einem festen, unveränderlichen und der andere Massekörper in einem mindestens während einer halben Umdrehung der Unwucht sich verändernden Abstand von der Rotationsachse angeordnet. Bei dieser Ausbildung der Unwucht ändert sich der Abstand des Schwerpunktes der Unwucht von der durch die Rotationsachse und annähernd parallel zum Untergrund verlaufende Ebene nur während der ersten Halbphase jede Umdrehung von Null auf ein Maximum und wieder auf Null. Während der zweiten Halbphase hingegen ist der Schwerpunktsabstand konstant Null, das heißt, der Schwerpunkt der Unwucht fällt während dieser Phase jeder Umdrehung mit der Rotationsachse zusammen. Eine solche Ausbildung der Unwucht ist dann vorteilhaft, wenn die Vibrationswalze aus bodenverdichtungstechnischen Gründen eine niedrige Vibrationsfrequenz aufweisen soll.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Massekörper eine gleich große Masse besitzen und derart geführt sind, daß der Abstand der Massenmittelpunkte von der Rotationsachse in dem Umlaufbahnteil, der auf der vom Untergrund abgekehrten Seite der vorstehend definierten Ebene liegt, mindestens so groß ist wie und in mindestens einem Teilbereich dieses ersten Teils größer ist als in dem zwischen Ebene und Untergrund befindlichen Teil der Umflaufbahn.

Bei dieser Ausführung der Unwucht ändert sich der Abstand des Schwerpunktes von der durch die Rotationsachse und annähernd parallel zum Untergrund verlaufenden Ebene während jeder halben Umdrehung der Unwucht stetig von Null auf ein Maximum und wieder zu Null. Diese Ausführung ist daher vorteilhaft zur Erzielung hoher Vibrationsfrequenzen.

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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung läuft mindestens ein Massekörper entlang einer die Rotationsachse umgebenden, geschlossenen und relativ zu den Massekörpern feststehenden Führungsbahn um, deren Abstand von der Rotationsachse im Bereich zwischen dem Untergrund und der vorstehend definierten Ebene konstant und jenseits dieser Ebene in Umlaufrichtung bis zu einem Maximum vergrößert und wieder auf den konstanten Abstand reduziert ist. Durch Ändern der Lage der Ebene von einer Winkellage Null zum Untergrund auf einem spitzen Winkel in Umlaufrichtung oder entgegen Umlaufrichtung der Unwucht kann die Richtung der Resultierenden allerKräfte geändert werden und damit auch die für die Verdichtungsarbeit wirksame Komponente dieser Kraft verändert werden. Die für die Verdichtungsarbeit nicht wirksame Kraftkomponente wird dabei vorteilhaft zum selbständigen, vom Bedienungsmann unabhängigen, Vor- und Rücklauf des Gerätes ausgenutzt. Ebenso wie die Kraft zur Bodenverdichtung durch die Winkellage der Ebene zum Untergrund verändert werden kann, kann auch die Größe der horizontalen Komponente und damit die Gerätebewegung in ihrer zeitlichen Größe durch diese Winkellage verändert werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Ausbildung der Führungsbahn derart vorgenommen, daß ihr Verlauf, im Querschnitt und quer zur Rotationsachse gesehen, zwischen Ebene und Untergrund einen Halbkreis und jenseits der Ebene eine sich an den Halbkreis anschließende Halbellipse mit dem Kreisradius entsprechender, kleinerer Ellipsenhalbachse aufweist. Bei dieser Ausbildung der Führungsbahn tritt ein Maximum für die senkrecht zum Boden hingerichtete resultierende Kraft dann auf, wenn die Ebene parallel zum Untergrund verläuft. Eine noch sinnvolle maximale Verschwenkung dieser Ebene aus der zum Unter- .grund parallelen Lage heraus ist durch einen Verschwenkungs- winkel von ungefähr * 45° begrenzt.

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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Führungsbahn am Innenmantel eines zur Rotationsachse koaxialen und feststehenden Führungsgehäuses angeordnet, vorzugsweise durch dessen Innenmantel selbst gebildet. Dabei kann das Führungsgehäuse um die Rotationsachse, insbesondere manuell, schwenkbar sein, so daß die vorstehend definierte, durch die Rotationsachse verlaufende Ebene, auf deren Höhe die beiden unterschiedlich ausgebildeten Führungsbahnteile aneinanderstoßen, durch Schwenkung des Führungsgehäuses etwa parallel zum Untergrund oder auf jeden beliebigen spitzen Winkel zum Untergrund eingestellt werden kann. Die Verschwenkung des Führungsgehäuses kann durch den Bedienenden vorgenommen werden, der das Vibrationsgerät mittels eines am Führungsgehäuse befestigten Bedienungshandgriffes führt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der eine Massekörper in einem von der Führungsbahn umschlossenen und um die Rotationsachse rotierenden Käfig drehfest, jedoch radial verschieblich gehalten und der andere Massekörper fest mit dem Käfig verbunden ist. Dabei kann vorteilhaft der mit dem Käfig fest verbundene Massekörper einstückig=* Bestandteil des Käfigs sein. Durch diese Maßnahme ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Unwucht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind beide Massekörper in einem von der Führungsbahn umschlossenen und um die Rotationsachse rotierenden Käfig drehfest, jedoch radial verschieblich gehalten.

Nach einer weiteren Ausführungsform besteht der Käfig aus einem oder mehreren axial hintereinander liegenden Teilkäfigen, in welchen jeweils ein Paar um 180° in Umlaufrichtung versetzte Massekörper angeordnet sind. Dies ist dann vorteilhaft, wenn bei gleicher Verdichtungskraft und Frequenz die Massen der Massekörper oder die Käfighöhe gering gehalten werden sollen

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oder wenn ohne Vergrößerung der Massen oder der Käfighöhen die zur Bodenverdichtung ausnutzbare Kraft erheblich vergrößert werden soll.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die radial verschieblichen Massekörper als Kugeln ausgebildet. Sie können jedoch auch als Walzkörper, wie Rollen,Zylinder oder Scheiben ausgebildet sein.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verdichtungsplatte als Hohlzylinder ausgebildet und koaxial zur Rotationsachse um das Führungsgehäuse drehbar angeordnet. Da der durch den Hohlzylinder gebildete Walzenkörper nicht vom Boden abhebt, werden zusätzlich die auch bei der erfindungsgemäßen Konstruktion auftretenden geringen Querschwingungen durch das zu verdichtende Material stark gedämpft, so daß der Bedienungsmann von nahezu allen Schwingungen auf einfachste Art weitgehenst entlastet ist und den Walzenkörper leicht bewegen kann. Eine solchermaßen ausgebildete Vibrationswalze oder Verdichtungsrolle eignet sich ganz besonders vorteilhaft zum Verdichten von Erden, Beton, Teer, Asphalt und zum Einvibrieren von Gehwegplatten.

Der Antrieb des in dem Führungsgehäuse rotierenden Käfigs erfolgt vorzugsweise durch einen Verbrennungs- oder Elektromotor, der auf einer mit dem Führungsgehäuse starr verbundenen Konsole angeordnet ist. Der Antrieb erfolgt dann über einen Riemenoder Kettentrieb. Der Motor kann auch unmittelbar an dem Führungsgehäuse, z.B. koaxial zur Rotationsachse, angeflanscht sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Käfig drehfest mit einer koaxial im Führungsgehäuse gelagerten angetriebenen Welle verbunden ist,und daß der Hohlzylinder sich mittels Lager auf dem Führungsgehäuse abwälzt und zwischen

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Führungsgehäuse und Motorkonsole hindurchtritt. Hierdurch ergibt sich ein einfacher konstruktiver Aufbau der Vibrationswalze. Zweckmäßigerweise ist in diesem Fall der Bedienungshandgriff an der Motorkonsole befestigt.

Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des als Vibrationswalze ausgebildeten erfindungsgemäßen Vibrationsgerätes,

Fig. 2 einen Querschnitt des Walzenkörpers und der Motorkonsole der Vibrationswalze in Fig. 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt des Walzenkörpers und der Motorkonsole der Vibrationswalze in Fig. 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 ein Elongationsbild der umlaufenden Massekörper bei einer Ausbildung des Walzenkörpers gemäß den Fig. 2 und 3 bzw. 4 und 5,

Fig. 7 einen Querschnitt des Walzenkörpers und der Motorkonsole der Vibrationswalze in Fig. 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und

Fig. 8 ein Elongationsbild der umlaufenden Massekörper bei einer Ausbildung des Walzenkörpers gemäß Fig. 7.

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Die in Fig. 1 dargestellte Vibrationswalze oder -rolle besitzt einen Walzenkörper zum übertragen der Verdichtungskräfte auf den das Verdichtungsgut bildenden Untergrund, wie Erde, Asphalt, Beton, Teer, Gehwegplatten, Sand etc.

Der in Fig. 2 und 3 dargestellte Walzenkörper weist einen äußeren, auf dem Untergrund 2 aufliegenden Hohlzylinder 1 auf. Im Inneren des Hohlzylinders 1 ist ein zylindrisches Führungsgehäuse 3 angeordnet, in dessen Innern eine koaxial zum Hohlzylinder 1 und Führungsgehäuse 3 angeordnete Welle 4 gelagert ist, auf welche ein Käfig 5 mitgroßem Trägheitsmoment zur Aufnahme von Massekugeln 6 drehfest angeordnet ist. Die Welle 4 ist in Innenlagern 7 und 8 im Führungsgehäuse 3 gelagert, wobei ihre Rotationsachse 23 gleichzeitig die Gehäuseachse des Führungsgehäuses 3 bildet, während der Hohlzylinder 1 sich auf an dem Führungsgehäuse 3 koaxial gehaltenen Außenlagern 9 und 10 abwälzt. Eine winkelförmige Konsole 11 zur Aufnahme eines Antriebsmotors 12 ist an einer Stirnseite des Führungsgehäuses 3 angeflanscht und zwar derart, daß der Hohlzylinder 1 sich zwischen der Konsole 11 und dem Führungsgehäuse 3 hindurchdrehen kann. Auf der Welle 4 ist an einer Stirnseite über die Konsole 11 hinausragend ein Antriebsrad 13 befestigt, das über einen Riementrieb 14 von der Motorwelle 15 angetrieben wird.

Der drehfest auf der Welle 4 sitzende Käfig 5 besteht aus zwei axial hintereinander angeordneten identischen Teilkäfigen 51 und 52, die einstückig ausgebildet sind. Jeder Teilkäfig weist zwei um 180° in Umfangsrichtung versetzte Radialbohrungen und 17 bzw. 18 und 19 auf, in welchen jeweils eine Massekugel 6 lose gehalten ist. Der Durchmesser dieser Radialbohrungen ist geringfügig größer als der Durchmesser der Massekugel 6, so daß diese ohne Spiel in Drehrichtung des Käfigs 5 mitgenommen werden, sich aber in radialer Richtung von der Rotationsachse 23 entfernen können.

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Der Innenmantel des zylindrischen Führungsgehäuses 3 trägt im Bereich eines jeden Teilkäfigs 51 und 52 je eine Führungsbahn 20 bzw. 21, gegen welche sich die Massekugeln 6 bei Rotation des Käfigs 5 unter dem Einfluß der Radialkraft andrücken. Die Führungsbahnen 20 und 21 sind identisch und - wie der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt durch den Teilkäfig 51 zeigt - in zwei jeweils über 180° sich erstreckenden Teilbereichen unterschiedlich gestaltet. Der Querschnitt des Teils der Führungsbahn 20 bzw. 21, der unterhalb einer durch die Rotationsachse 23 und in Normalstellung des Führungsgehäuses 3 parallel zum Untergrund 2 verlaufenden Ebene 22 liegt, ist ein Halbkreis, so daß in diesem Bereich der Führungsbahn 20 bzw. 21.jeder einzelne Punkt der Führungsbahn von der Rotationsachse 23 den gleichen Abstand hat. Der Querschnitt des auf der von dem Untergrund 2 abgekehrten Seite dieser Ebene 22, in Fig. 2 also oberhalb der Ebene 22, liegenden ,Teils der Führungsbahn 20 bzw. 21 ist hingegen eine Halbellipse, deren kleiner Halbmesser dem Kreisdurchmesser des unteren Führungsbahnteiles entspricht. Damit wächst in Pfeilrichtung 25 der Abstand der Führungsbahn 20 bzw. 21 von der Rotationsachse 23, von dem konstanten Abstand des Kreisradius aus ausgehend, über einen Umlaufwinkel von 90° stetig an, bis der Abstand der Führungsbahn bei einem Winkel von 90° sein Maximum erreicht hat. Von diesem Maximum aus nimmt er wieder kontinuierlich bis zum Kreisradius hin ab. Auf Höhe der Ebene 22 gehen die beiden Teilbahnstücke kontinuierlich ineinander über.

Zum Führen der Vibrationswalze ist an der Motorkonsole 11 ein Handgriff 24 befestigt, der vi einem Winkel von der Motorkonsole 11 absteht, der eine günstige Handhabung der Rolle durch den Bedienenden ermöglicht, wobei in dieser Normal-Stellung der Vibrationswalze die Motorkonsole 11 und die Ebene eine horizontale Lage einnehmen, also parallel zum Untergrund verlaufen. Durch Anheben oder Niederdrücken des Bedienungshandgriffes 24 kann die Winkellage der Ebene 22 zum Untergrund 2

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verändert und damit ein, den Gegebenheiten angepaßter Vor- und Rücklauf des Gerätes und auch ein Variieren der Verdichtungskraft erzielt werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vibrationswalze ist wie folgt:

Durch die drehende Motorwelle 15 wird die den Käfig 5 tragende Welle 4 über den Riementrieb 14 in Drehung versetzt. Durch den rotierenden Käfig 5 werden die Massekugeln 6 ebenfalls in Rotation versetzt, wobei sie unter dem Einfluß der auf sie wirkenden Radialkräfte aus den Radialbohrungen 16 bis 19 teilweise heraustreten und zur Anlage an den Führungsbahnen 20 bzw. 21 kommen. Die Auslenkung der Massekugeln 6 von der Ebene 22 bei einer Ausbildung der Führungsbahnen 20 bzw. 21, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel in Fig. 6 aufgezeichnet. Dabei ist mit y-j die Auslenkung der Massekugeln 6 im oberen, also ellipsenförmigen, Teilbereich der Kurvenbahn 20 bzw. 21 und mit y2 die Auslenkung der Massekugeln 6 im unteren halbkreisförmigen Teil der Führungsbahn 20 bzw. 21, also dem Teil, der zwischen der parallel zum Untergrund 2 liegenden Ebene 22 und dem Untergrund 2 verläuft, bezeichnet. Die Differenz dieser beiden Elongationskurven der Massekugeln 6 gibt die Auslenkung des Schwerpunktes der von den Massekugeln 6 gebildeten Unwucht von der Ebene 22 an und ist mit y-j - y2 bezeichnet. Die mit fyi-y^'bezeichnete zweite Ableitung dieser Elongationskurve - in Fig. 6 strichpunktiert gezeichnet - ergibt die zu jedem Zeitpunkt der Rotation der Unwucht senkrecht zur Ebene 22 erfolgende Beschleunigung der Vibrationswalze. Wie sich aus Fig. 6 ablesen läßt, tritt nur eine zum Untergrund 2 hin gerichtete Beschleunigung auf. Die am Anfang und Ende der Elongationskurve yi~Y2 auftretende geringe Beschleunigung in Aufwärtsrichtung ergibt eine Kraftkomponente , die kleiner als das Eigengewicht der Vibrationswalze ist und somit von diesem kompensiert wird.

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Aufgrund dieser Beschleunigung wird die Vibrationswalze im wesentlichen nur Schwingungen in Richtung des Untergrunds 2 ausführen, wobei die naturgemäß ebenfalls vorhandenen Querschwingungen der Walze von dem zu verdichtenden Material des Untergrunds 2 stark gedämpft werden.

Die Richtung der infolge der Beschleunigung entstehenden, auf den Untergrund 2 hin gerichteten resultierenden Kraft kann durch Anheben oder Absenken des Handgriffes 24 und der damit verbundenen Neigung der Ebene 22 zum Untergrund 2 geändert werden, wobei selbstverständlich auch die Größe der in senkrechter Richtung auf den Untergrund 2 wirkenden Kraft verändert wird. Wie aus dieser Kurve y-|-V2 ersichtlich ist, liegt zu jedem Zeitpunkt der Rotation der Schwerpunkt der Unwucht immer auf der von dem Untergrund abgewandten Seite der Ebene 22, bei der in Fig. 1 gezeichneten Vibrationswalze also oberhalb der Ebene 22, wobei der Abstand des Schwerpunktes von der Ebene 22 während jeder halben Umdrehung von Null auf ein Maximum anwächst und sich von dem Maximum wieder zu Null hin verkleinert. Dieses ist auch dann der Fall, wenn die Ebene 22 in einem spitzen Winkel zum Untergrund 2 verläuft. Legt man bei dieser Lage der Ebene 22 wiederum eine parallel zum Untergrund verlaufende Ebene durch die Rotationsachse, so wird auch der Schwerpunkt immer oberhalb dieser zweiten Parallelebene liegen, und nach wie vor der Abstand des Schwerpunktes von dieser zweiten Ebene bei Rotation der Unwucht von Null auf ein Maximum anwachsen und wieder auf Null zurückgehen. Allerdings wird sich die in Fig. 4 dargestellte Gestalt der Elongationskurve y-|-Y2 ändern. Im Extremfall und zwar dann, wenn in Fig. 2 die Ebene annähernd senkrecht zum Untergrund 22 steht, wird diese Elongationskurve y|-y2 bei jedem Umdrehungswinkel annähernd Null sein und nur ein kaum merkliches Maximum aufweisen. In dieser Stellung der Ebene 22 werden keine oder keine nennenswerten, zum Boden hin gerichteten Schwingungen erzeugt. Sie stellt daher eine extreme Einstellung dar, bei der nur ein selbständiger Schnelltransport des Gerätes ohne Verdichtungsarbeit erfolgen könnte.

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In Fig. 4 und 5 ist eine Variante des Innenaufbaus des Walzenkörpers der in Fig. 1 abgebildeten Vibrationswalze dargestellt. Da dieser Aufbau teilweise identisch dem Aufbau des Walzenkörpers in den Fig. 2 und 3 ist, werden gleiche Bauelemente des Walzenkörpers in Fig. 4 und 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 und 3 versehen, die jedoch zur Unterscheidung um die Zahl 100 erhöht sind.

Die Anordnung von Hohlzylinder 101, Führungsgehäuse 103 und Käfig 105, sowie die Verbindung der Motorkonsole 111 mit dem Führungsgehäuse 103 sind identisch mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 und 3, so daß auf dieses verwiesen werden kann. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 und 3 sind hier anstelle der Massekugeln 6 zwei Wälzkörper 106 im Käfig radial verschieblich gehalten. Die Wälzkörper 106 sind hier nls Zylinderringe 128 ausgebildet, die mittels eines Lagers 126 in je einem Gleitstück 127 um ihre Längsachse drehbeweglich gehalten sind. Die Achsen der Zylinderringe 128 sind parallel zur Rotationsachse 123 angeordnet, so daß bei Rotation des Käfigs

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105 die Zylinderringe/sich auf der Führungsbahn 120 des Führungsgehäuses 103 abwälzen können. Die Gleitstücke 127 sind radial verschieblich in radial angeordneten Vertiefungen 116 und 117 geführt und nehmen die Lagerachsen der Lager 126 auf.

In Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4 dargestellt, wobei nur ein Ausschnitt der gesamten axialen Länge des Walzenkörpers zu sehen ist. Ebenso wie in Fig. 3 kann auch hier der Käfig 105 wieder in ein oder mehrere Teilkäfige unterteilt sein, wobei jeder Teilkäfig ein Paar in Umlaufrichtung um 180° gegeneinander versetzte Wälzkörper 106 - wie in Fig. 4 dargestellt - trägt.

Die Wirkungsweise dieser Variante des Walzenkörpers ist identisch derjenigen des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 und 4, so daß hierauf Bezug genommen werden kann. Auch die in Fig. 6 dargestellte

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Elongationskurve der umlaufenden Massen gilt für das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel entsprechend.

In Fig. 7 ist der Querschnitt eines im Aufbau variierten Walzenkörpers dargestellt, wobei dieser Aufbau teilweise mit dem Aufbau des Walzenkörpers in Fig. 2 und 3 übereinstimmt, so daß wiederum gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen, jedoch um 200 erhöht, versehen sind.

Der Aufbau des Walzenkörpers hinsichtlich des Hohlzylinders 201, des Führungsgehäuses 203 mit der Umlaufbahn 220, sowie die Anordnung des Käfigs 205 im Inneren des Hohlzylinders 201 und die Verbindung der Motorkonsole 211 mit dem Führungsgehäuse 203 ist identisch mit dem entsprechenden Aufbau in Fig. 2 und 3, so daß das dort beschriebene auch hier entsprechend gilt.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 und 3 weist der Käfig 205 zwar ebenfalls zwei um 180° versetzte Radialbohrungen 216 und 217 auf, jedoch enthält nur die radiale Bohrung 216 eine radial verschieblich gehaltene Massekugel 206, während in der Bohrung 217 ein Massestück 226 fest angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist das Massestück 226 einstückiger Bestandteil des Käfigs 205. Die Masse des Massestückes 226 ist so gewählt, daß in der in Fig. 7 dargestellten Stellung des Käfigs 205 das Produkt aus Masse des Massestücks 226 und seines Abstandes von der Rotationsachse 223 genauso groß ist wie das Produkt aus Masse der Massekugel 206 und ihres Abstandes von der Rotationsachse 123, wenn der Käfig 205 eine um 180° verdrehte Stellung einnimmt.

Die Auslenkung der Massekugel 206* und des Massestückes 226 in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel sind in Fig. 8 dargestellt. Dabei ist mit y₁₀ die Auslenkung der Massekugel 206 bzw. des Massestückes 226 im oberen, ellipsenförmigen Teilbereich der Kurvenbahn 220 und mit y₂g die Auslenkung der Massekugel 206 bzw. des

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Massestückes 226 im unterer^halbkreisf örmigen Teil der Führungsbahn 220 bezeichnet. Die Differenz dieser beiden Elongationskurven ergibt die Auslenkung des Schwerpunktes der von Massekugel 206, Massestück 226 und Käfig 205 gebildeten Unwucht von der Ebene 222, die parallel zum Untergrund und durch die Rotationsachse 223 verläuft. Die mit (y-jQ ~ Y20 ^" bezeichnete zweite Ableitung dieser Elongationskurve ist in Fig. 8 strichpunktiert gezeichnet. Sie ergibt wiederum die zu jedem Zeitpunkt der Rotation der Unwucht senkrecht zur Ebene 222 erfolgende Beschleunigung der Vibrationswalze. Wie deutlich zu sehen ist, tritt eine solche Beschleunigung »im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen in Fig. 2 - 4 , nur während einer Halbphase jeder Umdrehung auf, während in der zweiten Halbphase der Schwerpunktsabstand der Unwucht von der Ebene Null ist, der Schwerpunkt also immer mit der Rotationsachse zusammenfällt und daher keinen Beitrag zur Vibration des Walzenkörpers liefert.

Aufgrund dieses Aufbaus tritt also immer nur während einer halben Umdrehung eine zum Untergrund 202 hin gerichtete resultierende Kraft auf, die zur Verdichtungsarbeit ausgenutzt werden kann. Die Vibrationsfrequenz dieser Walze ist also halb so groß wie die Vibrationsfrequenz der Vibrationswalze gemäß den Ausführungsbeispielen in Fig. 2-5. Ansonsten ist die Wirkungsweise der Vibrationswalze mit einem Aufbau des Walzenkörpers gemäß Fig. 7 identisch mit der der Vibrationswalze gemäß den Ausführungsbeispielen in Fig. 2-5, insbesondere kann auch durch Verschwenken der Ebene 222 die Größe der auf den Boden zur Verdichtungsarbeit oder senkrecht hierzu zur Fortbewegung der Walze dienenden Kraftkomponenten verändert werden, so daß auf die entsprechende Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 hingewiesen werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele einer Vibrationswalze beschränkt. Insbesondere kann anstelle einer Walze auch eine ebene Verdichtungsplatte

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nach Art eines Schlittens verwendet werden, die zur horizontalen Fortbewegung des Vibrationsgerätes auf dem Untergrund in Fortbewegungsrichtung angestellt oder angeschrägt ist. Ebenso müssen die Führungsbahnen nicht entsprechend Fig. 2, 4 oder 7 ausgebildet sein; vielmehr kann der ellipsenförmiga Teil der Führungsbahnen jede beliebige Kurvenart annehmen, wobei nur maßgeblich ist, daß sich der Abstand der Kurvenbahn vom Rotationspunkt im oberen Bereich mindestens während einer Halbphase jede Umdrehung stetig bis zu einem Maximum vergrößert und von dem Maximum aus sich wieder zu dem von dem unteren Teilbereich vorgegebenen Abstand verringert, und daß der Abstand aller Führungsbahnenpunkte im oberen Führungsbahnbereich nie kleiner als der Abstand der jeweils um 180° versetzten Führungsbahnpunkte im unteren Führungsbahnbereich ist.

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Claims

Robert Bosch GmbH

Stuttgart 1 31. Januar 1977

Patentansprüche

Γ 1.J Vibrationsgerät zum Verdichten eines Untergrunds mit einer auf dem Untergrund aufliegenden Verdichtungsplatte und einer um eine an der Verdichtungsplatte mit Abstand befestigten Rotationsachse umlaufenden Unwucht, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Unwucht derart, daß ihr Schwerpunkt in jeder Rotationsphase auf der vom Untergrund (2; 102;202) abgewandten Seite einer durch die Rotationsachse (23;123;223) und etwa parallel zum Untergrund verlaufenden Ebene (22;122;222) liegt und ^der Schwerpunktsabstand von dieser Ebene bei jeder Umdrehung in mindestens einer Hälfte der Umdrehung stetig von Null aus anwächst und von einem Maximum wieder zu Null hin abnimmt.
2. Vibrationsgerät nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Unwucht von mindestens einem Paar in Umlaufrichtung um 180° versetzten Massekörpern gebildet ist, deren Masse und Abstand von der Rotationsachse (23;123; 223) so gewählt sind, daß das Produkt aus Masse und Abstand des ersten Massekörpers mindestens während einer annähernd halben Umdrehung der Unwucht größer, jedoch zu keinem Zeitpunkt der Umdrehung kleiner als das Produkt aus Masse und Abstand des zweiten Massekörpers ist, und daß während

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yi .j ·, .. ν

dieser annähernd halben Umdrehung der erste Massekörper sich auf der vom Untergrund (2;102;202) abgekehrten Seite einerdurch die Rotationsachse und parallel oder in einem spitzen Winkel zum Untergrund verlaufenden Ebene (22;122;222) befindet.
3. Vibrationsgerät nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der eine Massekörper (226) in einem festen unveränderlichen und der andere Massekörper (206) in einem mindestens während einer halben Umdrehung der Unwucht sich verändernden Abstand von der Rotationsachse (223) angeordnet sind.
4. Vibrationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Massekörper (6;106) eine gleichgroße Masse besitzen und derart geführt sind, daß der Abstand der Massenmittelpunkte von der Rotationsachse (23;123) in dem Umlaufbahnteil, der auf der vom Untergrund (2;102) abgekehrten Seite der Ebene(22;122) liegt, mindestens so groß ist, wie und in mindestens einem Teilbereich dieses ersten Teils größer ist als in dem zwischen Ebene und Untergrund befindlichen Teil der Umlaufbahn.
5. Vibrationsgerät nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Massekörper (6;106;206) entlang einer die Rotationsachse (23;123;223) umgebenden, geschlossenen und relativ zu den Massekörpern feststehenden Führungsbahn (20,21; 120;220) umläuft, deren Abstand von der Rotationsachse im Bereich zwischen dem Untergrund (2;102;202) und der Ebene (22;122:222) konstant und jenseits dieser Ebene in Umlaufrichtung bis zu einem Maximum vergrößert und wieder auf den konstanten Abstand reduziert ist.

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6. Vibrationsgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Führungsbahn (20,21;120;220) derart, daß ihr Verlauf, im Querschnitt und quer zur Rotationsachse (23;123;223) gesehen, zwischen Ebene (22; 122 ;222) und Untergrund (2; 102;202) einen Halbkreis und jenseits der Ebene eine sich an den Halbkreis anschließende Halbellipse mit dem Kreisradius entsprechender, kleinerer Ellipsenhalbachse aufweist.
7. Vibrationsgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (20,21; 120;220) am Innenmantel eines zur Rotationsachse (23;123; 223) koaxialen und feststehenden Führungsgehäuse (3;103; 203) angeordnet, vorzugsweise durch dessen Innenmantel selbst gebildet, ist.
8. Vibrationsgerät nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgehäuse (3; 103;203) um die Rotationsachse (23;123;223), insbesondere manuell, schwenkbar ist.
9. Vibrationsgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Führungsgehäuse (3;103; 203) ein Bedienungshandgriff (24) verbunden ist.
10. Vibrationsgerät nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Massekörper (206) in einem von der Führungsbahn (220) umschlossenen und um die Rotationsachse (223) rotierenden Käfig (205) drehfest, jedoch radial verschieblich gehalten und der andere Massekörper (226) fest mit dem Käfig verbunden ist.

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11. Vibrationsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der fest mit dem Käfig (205) verbundene Massekörper (226) einstückiger Bestandteil des Käfigs ist.
12. Vibrationsgerät nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Massekörper (6;106) in einem von der Führungsbahn (20,21; 120) umschlossenen und um die Rotationsachse (23;123) rotierenden Käfig (5;105) drehfest, jedoch radial verschieblich gehalten sind.
13. Vibrationsgerät nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (5; 105;205) aus einem oder mehreren axial hintereinander liegenden Teilkäfigen (51,52;105;205) besteht, in welchen jeweils ein Paar um 180° in Umlaufrichtung versetzte Massekörper (6;106;206, 226) angeordnet sind.
14. Vibrationsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilkäfig (51,52;105;205) am Umfang mindestens zwei um 180° gegeneinander versetzte radial angeordnete Vertiefungen (16,17;116,117;216,217) zur Aufnahme der Massekörper (6;106;206,226) aufweist.
15. Vibrationsgerät nach einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verschieblichen Massekörper als Kugeln (6;206) ausgebildet sind.
16. Vibrationsgerät nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen als Radialbohrungen (16_f17;216) ausgebildet sind, die jeweils eine Kugel (6;206) aufnehmen.

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17. Vibrationsgerät nach einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verschieblichen Massekörper als Wälzkörper (106) ausgebildet sind.
18. Vibrationsgerät nach Anspruch 14 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (106) von in den Vertiefungen (116,117) radial verschieblich gehaltenen Gleitstücken(127) um ihre parallel zur Rotationsachse (123) liegende Walzenachse drehbeweglich aufgenommen sind.
19. Vibrationgsgerät nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (106) als auf Lagern (126) laufende Zylinderringe (128) ausgebildet sind.
20. Vibrationsgerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderringe von den Aussenringen der Lager selbst gebildet sind.
21. Vibrationsgerät nach einem der Ansprüche 7 -20, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgehäuse (3; 103; 203) starr mit einer den Motor (12) für den Käfigantrieb tragenden Konsole (11;111;211) verbunden ist.
22. Vibrationsgerät nach Anspruch 9 und 21,dadurch gekennzeichnet, daß der Bedienungshandgriff (24) an der Motorkonsole (11;111;211) befestigt ist.
23. Vibrationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsplatte als Hohlzylinder (1;101;201) ausgebildet und koaxial zur Rotationsachse (23;123;223) um das Führungsgehäuse (3;103;203) drehbar angeordnet ist.

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24. Vibrationsgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (5;105;205) drehfest mit einer koaxial im Führungsgehäuse (3;103;203) gelagerten angetriebenen Welle (4) verbunden ist und daß der Hohlzylinder (1;101;201) sich mittels Lager (9,10) auf dem
Führungsgehäuse abwälzt und zwischen Führungsgehäuse
und Motorkonsole hindurchtritt.

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