DE2724247A1

DE2724247A1 - Elektromotorisch angetriebener vibrator

Info

Publication number: DE2724247A1
Application number: DE19772724247
Authority: DE
Inventors: Helmut Kapfer; Heinz Ing Grad Schnerring; Karl Dipl Ing Dr Wanner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-05-28
Filing date: 1977-05-28
Publication date: 1978-12-07
Also published as: SE7805858L; FR2391781A1

Description

R. 3925 Vo/Ht

Elektromotorisch angetriebener Vibrator

Die Erfindung betrifft einen Vibrator mit einen Gehäuse, in dem ein einseitig in einem Universalgelenklager pendelnd gehaltener Ironischer Abrollkörper, der um seine Achse umläuft, an einer konischen Rollbahn, die koaxial zum Universalgelenklager angeordnet ist, abrollt, v/obei der Abrollkörper vri.e auch die Rollbahn sich in Richtung auf das Universalgelenklager hin verjüngen.

Bei einem bekannten, als Innenrüttler mit zylindrischem Flaschengehäuse ausgebildeten Vibrator erfolgt der Antrieb des an einer pendelnd aufgehängten Stange angeordneten Abrollkörpers über eine biegsame Welle.

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Die biegsame Welle ist durch einen elastischen Schlauch zu einem vom eigentlichen Arbeitsort entfernt stehenden Elektromotor geführt. Diese Anordnung uiit getrennt angeordnetem Elektromotor ist recht unhandlich. Als Aussenrüttler ausgestaltete Vibratoren dieser Art sind - wohl auch v/egen der erwähnten Unhandlichkeit - bisher nicht bekannt geworden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Vibrator der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die durch die getrennte Anordnung des Antriebsaggregats entstehenden betrieblichen Nachteile entfallen. Außerdem soll der Vibrator sich in ganz besonderen Ilaße auch als Aussenrüttler ausführen lassen.

Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der Abrollkörper am freien Ende einer einseitig im Universalgelenklager gehaltenen Welle eines Elektromotors sitzt, der im zylindrischen Gehäuse des Vibrators angeordnet ist.

Durch diese Anordnung des elektrischen Antriebsmotors im Gehäuse des Vibrators entfällt die Notwendigkeit einer ziemlich schwerfälligen biegsamen Wellenzuleitung für die Antriebsenergie des Vibrators. Ganz besondere Vorteile werden hierdurch bei der Ausgestaltung des Vibrators als Aussenrüttler erzielt.

Da sich gezeigt hat, daß die für die Erzielung optimaler Rüttelergebnisse geeignete Frequenz für VerdichtungsauBsenrüttler im Bereich von 100, 150 und 200 Hz liegt, finden Rüttler mit anderen Frequenzen keine Anwendung. Die bekannten Verdichtungsaussenrüttler haben alle eine um eine Achse unlaufende, meist elektromotorisch angetriebene Unwuchtmasse. Zur Erzielung der optimalen Rüttelfrequenz müssen die Elektromotoren der bekannten Verdichtungsaussenrüttler mit einer Schnellfrequenz von 200 Hz oder I50 Hz betrieben werden.

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Ein direkter Anschluß an das 50 IIz-Drehstromnetz ist also nicht möglich. Deshalb nüssen Frequenzumformer verv/endet v/erden, die sekundär die benötigte SehneHfrequenz abgeben.

Der Elektromotor eines Gemäß der Erfindung ausgestalteten Verdichtungsaussenrüttlers kann hingegen direkt an das 50 Hz-Drehstromnefcz angeschlossen v/erden. Durch das mechanische Abrollsystem wird die vom Motor beim 50 Hz-Drehstrombetrieb erzeugte Hotorfrequenz - je nach Polzahl entweder 25 Hz oder 50 Hz - auf die erforderliche optimale Foitt el frequenz übersebzt.

Sehr vorteilhaft IHCt sich die Erfindung verwirklichen, wenn der Ständer des Elektromotors zwischen dem Universalgelenklager und dem Abrollkörper liegt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erhält man einen guten (elektrischen) Wirkungsgrad des Elektromotors, wenn das Läuferpaket und/oder die das Läuferpaket aufnehmende Bohrung des Ständers des Elektromotors derart konisch ausgebildet sind, daß sich bei maximaler Auslenkung der Welle einseitig ein paralleler Luftspalt ergibt.

Der wegen der Winkelauslenkung zum Preigehen des Läufers notwendige zusätzliche Luftspalt kann klein gehalten werden, wenn das Verhältnis aus den Strecken a : b ein Minimum ist, wobei a der entlang der Achse der Welle gemessene Abstand zwischen dem Drehpunkt des Universalgelenklagers und dem Mittelpunkt der axialen Länge des auf der Welle angeordneten Läuferpakets und b der entlang der Achse der Welle gemessene Abstand zwischen dem Drehpunkt des Universalgelenklagers und dem Mittelpunkt der axialen Länge des Abrollkömers, dem Abrollmittelpunkt ist. Dadurch wird der gute Wirkungsgrad des Elektromotors - ohne Winkelauslenkung - nicht verschlechtert. Außerdem kann durch diese Maßnahme das Universalgelenklager unter den Wickelkopf des Ständers des Elektromotors gebaut werden, wodurch eine kompakte Bauweise des Vibrators erzielbar ist.

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Wenn die Unwuchtmasse - feste oder lösbare Unwuchtmasse - in axialer Richtung möglichst nah an den Abrollkörper herangebaut wird, liegen der statische und der dynamische Schwerpunkt nahe an der Rollbahn. Dadurch v/erden größere KrHfte von der Rollbahn aufgenommen; das Universalgelenklager wird entlastet und kann entsprechend klein ausgelegt v/erden. Außerdem wird hierdurch ein nur kleiner Auslenkradius des Gesamtschwerpunktes des aus der pendelnd gehaltenen V/elle mit Abrollkörper und Läufe rpakei; bestehenden Unwuchtlaufors aus der Mittelachse des Gehäuses des Vibrators erzielt. Das bedeutet ein nur kleines Schwungmoraent und damit begünstigter, schneller Rüttleranlauf.

Durch Anordnung von lösbaren, d. h. herausnehmbaren Unwuchtmassen an der festen Unwuchtmasse ist es - nach Abnahme des die Rollbahn aufnehmenden Lagerdeckels - einfach möglich, die Fliehkraftgröße durch Herausnehmen von Unwuchtmassen zu verkleinern oder durch Hinzufügen zu vergrößern. Das Universalgelenklager kann im einfachsten Fall als Pendel-· kugellager ausgestaltet v/erden.

In einer Variante hierzu kann das Universalgelenklager auch als RillenkugeHager ausgestaltet sein, dessen Außenring in einem Lagerring mit kugeliger Außenfläche sitzt, der wiederum in einer zugeordneten Gegenlagerung in einem Lagerdeckel des zylindrischen Gehäuses winkelauslenkbar geführt ist.

In einer anderen Ausführungsform kann das Universalgelenklager auch als in einem SchwingmetaIlring sitzendes Rillenkugellager ausgestaltet sein, welcher in einem Lagerdeckel des zylindrischen Gehäuses gehalten ist.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt eines als Verdichtungsaussenrüttler ausgebildeten Vibrators nach der Erfindung,

Fig. 2 als Einzelheit den Ständer und das Läuferpaket des Elektromotors
des Vibrators in Fig. 1,

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Fig. 3 eine konstruktive Variante des Universalgelenklagers des Vibrators in Fig. 1 und

Fig. 4 eine dritte Variante des Universalgelenklagers des Vibrators in Fig. 1.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein als - z. B. zur Betonverdichtung einsetzbarer - Aussenrüttler ausgebildeter Vibrator dargestellt. Der Aussenrüttler 1 hat ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 2, an dessen Unterseite Haltefüsse 3 angeformt sind. In die Stirnseiten des Gehäuses 2 sind Lagerdeckel 4,5 eingesetzt. Auf der Oberseite des Gehäuses 2 ist an das in der Zeichnung rechte Ende desselben anschließend ein Anschluß- und ggf. Schaltelemente aufnehmender Schaltkasten 6 für eine in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Anschlußleitung angeordnet.

Im Innenraum des Gehäuses 2 ist im gleichen axialen Bereich wie der Schaltkasten 6 ein Ständer 7 eines mit Wechsel- oder Drehstrom betreibbaren Elektromotors β angeordnet. Der Ständer 7 trägt Vicklungen 9, deren Wickelköpfe 10 beidseitig aus dem Ständer hervorragen.

Der Lagerdeckel 5 nimmt ein als Pendelkugellager 11 ausgebildetes Universalgelenklager auf. Das Pendelkugellager ist in einem in den Lagerdeckel 5 eingepreßten Zwischenring 12 mittels eines Sprengring 13 justiert. Im Innenring des Pendelkugellagers 11 ist die Welle 14 des Elektromotors gehalten. Sie ist mittels zweier Kontermuttern gegen eine Wellenschulter verspannt.

Am anderen, dem Pendelkugellager abgewandten, freien Ende sitzt an der Welle 14 ein konischer, sich zum Pendelkugellager hin verjüngender Abrollkörper 15. Auf der rütte seiner axialen Länge - im sogenannten Abrollmittelpunkt 16 - hat der Abrollkörper 15 einen mit d bezeichneten mittleren Durchmesser.

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Der Abrollkörper 15 rollt in einer ebenfalls konischen Rollbahn 17 ab, die in einer Buchse 18 angeordnet ist, welche im Lagerdeckel 4 angeordnet ist. Die Rollbahn verjüngt sich in der gleichen Richtung wie der konische Abrollkörper 15· Die Rollbahn 17 hat einen mit D bezeichneten mittleren Durchmesser, v/elcher in der Mitte der axialen Länge der Rollbahn 17 gemessen ist.

Der Ständer 7 des Elektromotors S hat eine konische Bohrung 19 (Fig. 2), die sich in Richtung auf den Lagerdeckel 4 hin erweitert. Innerhalb der konischen Bohrung 19 des Ständers 7 ist auf der Welle 14 ein Läuferpaket 20 angeordnet, welches ebenfalls eine konisch verlaufende Außenfläche hat. Die konische Außenfläche des Läuferpakets 20 verjüngt sich in Richtung auf den Lagerdeckel 4 derart, daß sich bei maximaler Auslenkung der Welle 14 einseitig zwischen der Außenfläche des Läuferpakets 20 und der Innenfläche der konischen Bohrung 19 ein paralleler Luftspalt 21 ergibt (Fig. 2). Durch die beschriebenen Konizitäten der Bohrung 19 und des Läuferpakets 20 behält man infolge des parallelen Luftspalts 21 einen guten elektrischen Wirkungsgrad des Elektromotors R bei. Das Läuferpaket 20 stößt in Richtung auf den Lagerdeckel 4 gesehen gegen eine Schulter 22 der Welle 14. Der in gleicher Richtung gesehen an die Schulter 22 der Welle anschließende verdickte Bereich der Welle 14 trägt eine feste Unwuchtnasse 23; die feste Unwuchtmasse 23 sitzt also in dem Bereich zwischen dem Läuferpaket 20 und dem Abrollkörper 15 auf der Welle 14. Auf der dem Lagerdeckel 4 zugewandten Stirnseite der festen Unwuchtmasse sind mittels zweier einander diagonal gegenüberliegend angeordneter Inbusschrauben 24 drei ringförmige Unwuchtmassen 25 lösbar befestigt.

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aussenrüttler ist das Verhältnis aus den Strecken a : b so klein wie konstruktiv möglich gewählt. Mit a ist der entlang der Achse der Welle 14- genossene Abstand zwischen dem Drehpunkt 11' des als Pendelkugellager 11 ausgestalteten Universalgelenkkugellagerc und den Kittelpunkt 20' der axialen Länge des auf der Welle 14- angeordneten Läuferpakets bezeichnet. Kit b ist der entlang der Achse der Welle 14-geraescene Abstand zwischen deia Drehpunkt 11' und dem Mittelpunkt der axialen Länge des Abrollkörpers 15» dem Abrollmittelpunkt 16 bezeichnet. Durch diese baulichen Maßnahnen wird der wegen der Auslenkung der Welle 14-notwendige zusätzliche Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läuferpaket 20 gering gehalten. Man behält dadurch den guten Wirkungsgrad des parallel laufenden Elektromotors bei. Außerdem kann durch diese Maßnahme das Pendelkugellager 11 unter den Wickelkopf 10 gebaut werden. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Bauweise des Aussenrüttlers.

V/ie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Unwuchtmasse - sowohl die feste Unwuchtmasse 23 als auch die lösbaren Unwuchtnassen 25 - in axialer Richtung möglichst dicht an den Abrollkörper 15 herangebaut. Hierdurch liegen der statische und der dynamische Schwerpunkt nahe an der Rollbahn 17. Das Pendelkugellager 11 wird durch diese Maßnahne entlastet und kann entsprechend schwächer ausgelegt werden. Außerdem wird der Gesamtschwerpunkt 26 durch diese Maßnahmen nur um einen kleinen Radius ausgelenkt, wodurch ein nur kleines Schv,ungmoment und damit ein begünstigter, schneller Rüttleranlauf erzielt wird.

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Der beschriebene Vibrator funktioniert folgendermaßen:

Der Elektromotor 8 erzeugt mit 50 Hz-Betrieb je nach seiner Polzahl eine Hotorfrequenz von 25 Hz oder 50 Hz. Durch die im Gesamtschwerpunkt 26 des aus Welle 14 mit Läuferpaket und Unwuchtmassen 25, 25 bestehenden Unwuchtläufers angreifende Schwerkraft C wird die Welle 14 aus einer in Fig. 1 dargestellten (theoretischen) IÜttellage in die maximale Auslenkung (Auslenkwinkel cC ) gezogen, in der der Abrollkörper 15 auf der Rollbahn 17 aufliegt. Der um seine Achse umlaufende Abrollkörper 15 rollt nun in der konischen Rollbahn 17 ab. Die oben beschriebene Motorfrequenz wird durch das mechanische Abrollsystem gemäß der Formel

mit ; _m

auf die Rüttelfrequenz übersetzt. Bei ausgeführten Mustern von Aussenrüttlern wurde das übersetzungsverhältnis i zwischen 3,5 und 7, vorzugsweise 4 gewählt.

Wie sich aus der oben dargestellten Formel ergibt, rollt der Abrollkörper 15 mit dem mittleren Außendurchmesser d in der Rollbahn 17 mit dem mittleren Innendurchmesser D mit dem um das übersetzungsverhältnis i Mehrfachen der elektrischen Motorfrequenz ab.

Der Gesamtschwerpunkt 26 des Unwuchtläuferε 14, 20, 23, mit der Masse m wird um den Radius r ausgelenkt. Die bei dem Umlauf erzeugte Fliehkraft ergibt sich zu

F = m . r.Cü£_üttel

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-ir-

V/egen der hohen mechanischen Beanspruchung sind einersoits der Abrollkörper 15 und andererseits die Rollbahn 17 aus gehärtetem Stahl hergestellt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aussenrüttler sind der Abrollkörper 15 und die Rollbahn 17 konisch ausgeführt. Die Lauffläche des Abrollkörpers 15 und/oder der Rollbahn 17 können aber auch ballig ausgestaltet sein.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsvariante des Universalgelenklagers dargestellt. Das Universalgelenklager ist hier als Rillenkugellager 30 ausgestaltet, dessen Außenring in · einem Lagerring 31 mit kugeliger Außenfläche sitzt. Dieser Lagerring 31 wiederum ist in einer zugeordneten Gegenlagerung 32 winkelauslenkbar geführt. Diese Gegenlagerung 32 ist im Lagerdeckel 5 des zylindrischen Gehäuses gehalten. Eine Nase 33 in der Gegenlagerung 32 greift in eine Vertiefung 34- des Lagerrings 31 ein und bewirkt, daß der Lagerring 31 zwar winkelauslenkbar ist, sich aber nicht drehen kann.

In Fig. 4- ist ein drittes Aueführungsbeispiel des Universalgelenklagers dargestellt. Hier ist das Universalgelenklager als in einem Schwingmetallring 39 sitzendes Rillenkugellager 4-0 ausgestaltet. Der Schwingmetallring 39 wiederum ist im Lagerdeckel 5 des zylindrischen Gehäuses 2 gehalten.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So können beispielsweise auch der Abrollkörper fest im Gehäuse und die Rollbahn pendelnd aufgehängt sein. Auch muß das Gehäuse nicht geschlossen ausgeführt sein; so kann es z. B. bei einem Aussenrüttler als Gestell ausgestaltet sein.

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Claims

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Patentansprüche

Λ_Ψ Vibrator mit einen Gehäuse, in dem ein einseitig in einem Universalgelenklager pendelnd gehaltener konischer Abrollkörper, der um seine Achse umläuft, an einer konischen Rollbahn, die koaxial zum Universalcelenklager angeordnet . ist, abrollt, wobei der Abrollkörper wie auch die Rollbahn sich in Richtung auf das Universalgelenklager hin verjüngen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abrollkörper (15) am freien Ende einer einseitig im Universalgelenklager (11, 30, 40) gehaltenen Uelle (14) eines Elektromotors (8) sitzt, der im Gehäuse (2) des Vibrators angeordnet ist.
2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Stander (7) des Elektromotors (8) zwischen dem Universalgelenklager (11, 30, 40) und dem Abrollkörper (15) liegt.
3. Vibrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Läuferpaket (20) und/oder die das Läuferpaket (20) aufnehmende Bohrung (19) des Ständers (7) des Elektromotors (8) derart konisch ausgebildet sind, daß sich bei maximaler Auslenkung der Welle (14) einseitig ein paralleler Luftspalt ergibt (Fig. 2).

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4-, Vibrator nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch Gekennzeichnet , daß das Verhältnis aus den Strecken a : b ein lüninun ist, wobei a der entlang der Achse der Welle (14·) Gemessene Abstand zwischen dein Drehpunkt (11') des Universalcelenklacers (^ ^ ^₀, 4-0) und den Mittelpunkt (20') der axialen Lenge des auf der Welle angeordneten LUuferpakets (20) und b der entlang der Achse der Welle (14·) cenesscne Abstand zwischen dem Drehpunkt (11') des Univcrsalcelenklacers (11, 30, 4-0) und den Ilittelpunkt der axialen Lunge des Abrollkörpers (15)» dem Abrollmittelpunkt (16) ist.
5. Vibrator nach einen der vorancehenden Ansprüche, dadurch G^e kennzeichnet, daß das Überset zunGsverhältnis i des in der Rollbahn (17) laufenden Abrollkörpers (15) zwischen 3,5 und 7 gewählt ist, wobei

i = jj mit D = mittlerer Durchmesser der Rollbahn (17)

¹ - τ

und d = mittlerer Durchmesser des Abrollkörpers (15) ist.
6. Vibrator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14-) in dem Bereich zwischen dem Läuferpaket (20) und dem Abrollkörper (15) eine feste Unwuchtmasse (23) trägt.
7. Vibrator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß an der festen Unwuchtmasse (23) mindestens eine lösbare Unwuchtmasse (25) befestigt ist.
8. Vibrator nach Anspruch 6 oder 7> dadurch gekennzeichnet , daß die Unwuchtmasse (23, 25) in axialer Richtung vorzugsweise unmittelbar, an den Abroilkorper (15) anschließt.
9. Vibrator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Universalgelenklager als Pendelkugellager (11) ausgestaltet, ist.

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10. Vibrator nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , daß das Universalgelenklager als Rillenkugellager (30) ausgeweitet ist, dessen Außenring in einen Lagerring (31) mit kugeliger Außenfläche sitzt, der wiederum in einer zugeordneten Gegenlagerung (32) in einem Lagerdeckel (5) des zylindri,'sehen Gehäuses (2)
winkelauslenkbar geführt ist.
11. Vibrator nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , daß das Universalgelenklager als in einem Schv/ingmetallring (39) sitzendes Rillenkugellager (40) ausgestaltet ist, v/elcher in einem Lagerdeckel (5) des zylindrischen Gehäuses (2) gehalten ist.
12. Vibrator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche des Abrollkörpers (15) und/oder der Rollbahn (1?) ballig ausgestaltet ist.
13. Vibrator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator als Aussenrüttler mit am Gehäuse (2) befestigten Haltefüssen (3) ausgebildet ist.
14. Vibrator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die konische Rollbahn (17) in einem Lagerdeckel (4) angeordnet ist, der auf der dem Universalgelenklager abgewandten Seite lösbar am zylindrischen
Gehäuse (2) befestigt ist.

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