DE2828290A1 - Vibrator - Google Patents

Description

Vibrator

Die Erfindung betrifft Vibratoren, bei denen ein Vibrationseffekt als Folge der Drehung einer Unwucht erzeugt wird. Sie ist insbesondere, jedoch keinesfalls ausschließlich, auf Straßenoberflächen-Vibrationseinrichtungen und insbesondere auf Vibrations-Straßenwalzen anwendbar.

Vibratoren dieser Art verwenden üblicherweise einen mechanisch unausgeglichenen Rotor, bei dessen Drehung die resultierende Schwingungskraft auf den zu vibrierenden Körper durch die Rotorwelle und deren Lager übertragen wird. Vibrations-Straßenwalzen werden heutzutage häufig eingesetzt, und die Trommel einer solchen Walze wird in Schwingungen versetzt, um den ErdVerdichtungseffekt um ein Mehrfaches zu vergrößern im Vergleich zu dem einer schwingungsfreien Walze des gleichen Gewichtes. Herkömmliche Vibrationswalzen verwenden ein System von Exzentergewichten, die innerhalb der Trommel auf einer schnell umlaufenden Spindel angebracht sind, die koaxial durch die Trommel verläuft und extern mit einem getrennten Vibrationsmotor gekoppelt ist.

Die Exzentergewichte laufen mit hoher Geschwindigkeit um, um die hohen Zentrifugal-Schwingungskräfte und die Schwingungsfrequenz zu erzeugen,

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die erforderlich sind, um die zu walzende Oberfläche zu verdichten. Diese hochfrequenten Kräfte werden auf die Trommel durch die Wellenlager der Walze übertragen, und bei großen Maschinen üben die Zentrifugalkräfte und die Trägheit der exzentrischen Gewichte sowie des zugehörigen Mechanismus sehr hohe, ungünstige Beanspruchungen auf die Lager sowie die Steuerung und den Antrieb aus, was einen schweren und teuren Aufbau erfordert. $

Die Lager sind entsprechend kostspielig, und sie neigen überdies dazu, nur eine geringe Lebensdauer zu haben. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Spindel bei Beginn eines Walzvorganges rasch auf eine hohe Drehzahl beschleunigt werden muß, und sie muß am Ende wieder rasch verzögert werden, da .eine Schwingung der Trommel bei stillstehender Walze nicht akzeptable Eindrückungen der Erde hervorrufen würde. Somit ist ein großer Vibrationsmotor - insbesondere relativ zu dem normalerweise erforderlichen Leistungsausstoß - erforderlich, und es werden komplizierte Antriebs— und Bremseinrichtungen benötigt, die ebenfalls einer raschen Abnutzung unterworfen sind.

Durch die Erfindung soll ein Vibrator geschaffen werden, der so ausgelegt werden kann, daß die Schwingungskraft nicht durch die Rotorlager übertragen wird. Wenn die Erfindung daher bei einer Straßenwalze eingesetzt wird, können Rotorlager einfacherer (billigerer) Art und insbesondere größerer Lebensdauer verwendet werden. Ferner soll eine Straßenwalze geschaffen werden, die so ausgelegt werden kann, daß

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keine extrem rasche Beschleunigung und Verzögerung des Rotors erforderlich sind, so daß ein kleinerer Vibrationsmotor und weniger komplizierte Antriebs- und Bremseinrichtungen verwendet werden können, die ebenfalls einer geringeren Abnutzung unterwarfen sind.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 2, 17 bzw. 18 näher gekennzeichnet, während die übrigen Ansprüche vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten.

Vorzugsweise ist der Rotor mechanisch ausgewuchtet, so daß im wesentlichen keine Schwingungskraft durch die Rotorwelle und die Rotorlager übertragen wird.

Die drehbare Unwucht, deren Drehung die als drehbare Schwingungskraft vom Strömungsmitteldruck übertragene Zentrifugalkraft erzeugt, kann ausschließlich aus der Masse des Strömungsmittels selbst bestehen, und in diesem Fall ist das Strömungsmittel vorzugsweise eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Öl. Die Masse kann jedoch auch einen Kolben umfassen, der im Rotor entgegen dem Strömungsmittelkörper frei radial bewegbar ist, und das Strömungsmittelvolumen kann veränderbar sein, um die radiale Stellung des Kolbens zu verstellen und somit die Größe der Schwingungskraft zu steuern.

Um die Leckströmung zu verringern, kann der Rotor mit einer radial bewegbaren Spitze versehen werden, die dichtend an der überstrichenen

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inneren Fläche des Gehäuses anliegt; die Spitze ist bezüglich des Hauptkörpers des Rotors abgedichtet und wird vorzugsweise elastisch gegen die Fläche im statischen Zustand angedrückt. Im Betrieb drückt und hält die Zentrifugalkraft die Spitze in dichtender Berührung mit der Fläche, und gegebenenfalls kann die Form des Spitzenelementes so ausgestaltet sein, daß sich eine druckunterstützte Dichtung ergibt.

Das Gehäuse des Vibrators kann das Gebilde sein, das in Schwingungen versetzt werden soll, oder es kann daran befestigt sein. Bei einer Vibrationsstraßenwalze, anhand der im folgenden Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutert wird, werden normalerweise zwei identische Vibratoren verwendet, die in Phase arbeiten, innerhalb der Vibrationstrommel gelagert und an deren beiden Stirnplatten befestigt sind. Diese Vibratoren haben getrennte Rotorspindeln, die synchron von einem externen Antrieb in Drehung versetzt werden oder durch eine sich durch die Trommel erstreckende Welle gekoppelt sind.

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Anhand der Zeichnungen werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar anhand einer Vibrationsstraßenwalze, erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Axialschnitt ein Ende der Walzentrommel und eines daran angebrachten Vibrators;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 und 4

der Fig. 1 entsprechende Ansichten eines zweiten und

dritten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 und 6

Einzelteilansichten zur Veranschaulichung von Abwandlungen;

Fig. 7 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels;

Fig. 8 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig.

Bei jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele besitzt der Vibrator ein Gehäuse 1, das entweder einstückig mit einer Stirnplatte 2 der

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Vibrationstrommel 3 der Straßenwalze ausgebildet ist oder an der Endplatte 2 angebracht ist. Ein Wellenstummel 4, durch den die Trommel 3 drehbar gelagert ist, erstreckt sich durch ein Rollenlager 5 in einem Walzenlagerrahmen 6. Ein Vibrationsrotor 7, der in dem Gehäuse 1 drehbar ist, ist auf einer Spindel 8 angebracht, die koaxial innerhalb des Wellenstummels 4 drehbar gelagert ist. Die Spindel θ erstreckt sich von dem Wellenstummel 4 weg, um an einer externen Vibrationsvorrichtung 9 angekuppelt werden zu können, durch die der Rotor 7 im Betrieb mit hoher Geschwindigkeit von einem Vibrationsmotor [nicht gezeigt) angetrieben wird.

Die Spindel 8 wird dort, wo sie in das Gehäuse 1 eintritt von einer Dichtungspackung 10 umgeben, und der Rotor 7, der eine exzentrische Form hat, ist im wesentlichen mechanisch ausgewuchtet, so daß er keine auf die Spindel 8 wirkende mechanische Schwingungskraft erzeugt. Auf der Seite oberhalb der Spindel 8 bildet der Rotor 7 (in der dargestellten Stellung) einen exzentrischen Hohlraum 11, der im Betrieb einen Flüssigkeitskörper, normalerweise Öl, enthält. Die Spitze des Rotors 7 ist mit kleinem Spalt bezüglich einer überstrichenen inneren Ringfläche 13 des Gehäuses 1 angeordnet, so daß diese Fläche den Hohlraum 11 auf deren radial äußeren Seite verschließt.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 wirkt der massive Abschnitt 14 des Rotors 7 unterhalb der Spindel 8 als Gegengewicht

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zum Gewichtsausgleich des Hauptkörpers dBs Rotors, und die Unwucht, dersn Drehung die die Schwingungswirkung erzeugende Zentrifugalkraft liefert, wird vollständig van der im Hohlraum 11 enthaltenen Flüssigkeitsmenge erzeugt. Im Betrieb arbeitet der Rotor 7 als Zentrifugalpumpe, die die Flüssigkeit umlaufen läßt und somit die Flüssigkeitsleckmenge am Rotoraußenumfang wieder auffüllt.

Das erste Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 besitzt eine Leckleitung 15, die innerhalb des Gehäuses 1 auf dessen Innenseite gebildet ist und von einem Punkt angrenzend an der Fläche 13 zu einem freien Raum 12 in der Mitte des Pumpenrades auf dessen Innenseite führt. Im Betrieb ist der Rotor mit Flüssigkeit gefüllt, und wenn der Rotor 7 mit hoher Drehzahl umläuft, wird die in dem Hohlraum 11 enthaltene Flüssigkeit einer großen Zentrifugalkraft ausgesetzt, die einen radial nach außen gerichteten Druck in der Flüssigkeit erzeugt. Die unter Druck gesetzte Flüssigkeit erzeugt eine Reaktionskraft am Gehäuse 1, so daß eine Drehkraft, die die Trommel 3 in Schwingungen versetzt, auf das Gehäuse 1 und somit auf die Trommel 3 übertragen wird, und zwar hydraulisch durch den auf die Fläche 13 ausgeübten Strömungsmitteldruck.

Die Leckmenge, die aus dem Hohlraum 11 zwischen der Spitze des Rotors

dieser und der Flachs 13 austritt, wird tangential entlang Fläche vorwärts

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geschleudert und bleibt mit ihr in Berührung. Aufgrund der Funktion des Rotors als Zentrifugalpumpe entsteht in dem Raum 12 ein Unterdruck, so daß die Leckmenge aufgefangen und über die Leitung 15 wieder zurückgeführt wird.

Die auf die Leckflüssigkeit übertragene Energie kann groß sein, so daß Schritte unternommen werden müssen, um sie zu kühlen und eine Energiedissipation herbeizuführen. Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit hierfür, und zwar wird die Leckflüssigkeit über ein vergleichsweise großes Reservoir aus Ersatzflüssigkeit, das im Boden der Trommel 3 enthalten ist, zurückgeführt. Eine Auffüllpumpe 17, die am Gehäuse 1 angebracht ist, ist mit dem inneren Ende der Spindel 8 gekuppelt und versorgt den zentralen Raum 12. Die Leckmenge läuft über in die Trommel 3 durch eine Überlaufleitung 18, und die Pumpe 17 saugt die Ersatzflüssigkeit durch ein Ansaugleitung 19, die in das Reservoir 16 taucht. Die Ansaugleitung 19 ist mit der Pumpe 17 durch eine umlaufende Dichtungsverbindung 20 verbunden, und sie wird von einem Gegengewicht 21 im wesentlichen senkrecht innerhalb der langsam umlaufenden Trommel 3 gehalten.

Die Flüssigkeit im Reservoir 16 bildet nicht nur die Ersatzflüssigkeit, die für eine ausgezeichnete Wärmedissipation sorgt, wenn sie in der Trommel 3 umläuft, sondern sie bildet auch ein zusätzliches Totgewicht für die Walze. Somit läßt sich bei diesem Ausführungsbeispiel das Reservoir-Flüssigkeitsvolumen ändern, um das Walzengewicht zu ändern, sollte dies erwünscht sein.

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Fig. 4 zeigt ein etwas verfeinerteres Ausführungsbeispiel, bei dem wiederum eine verhältnismäßig große Flüssigkeitsmenge umläuft und somit Energie in der Leckflüssigkeit "vernichtet" und die ebenfalls eine Änderung der Vibratianskraft erlaubt, ohne daß die Drehzahl der Spindel geändert werden müßte. Insbesondere bietet es die Möglichkeit, daß sich die Vibrationskraft rasch von Null aufbaut und rasch wieder auf Null zurückgeht, während die Spindel 8 mit normaler Drehzahl umläuft. Der Freiraum 12 des früheren Ausführungsbeispiels ist weggelassen, und das radial innere Ende des Rotar-Hohlraums 11 steht mit einer Versorgungsleitung 22 innerhalb der Spindel 8 in Verbindung. Eine Leckleitung 23 ist wieder vorgesehen, um die Leckflüssigkeit an der Fläche 13 zu sammeln; in diesem Fall steht sie jedoch innerhalb der Dichtungspackung 10 mit einer Rückführleitung 24 innerhalb der Spindel 8 in Verbindung. Eine umlaufende Dichtung 25, die das vorstehende äußere Ende der Spindel 8 umgibt, ist in dem Lagerrahmen 6 angebracht, und darin sind die Spindel-Leitungen 22,24 mit einer externen Versorgungs- und Rückführungsleitung 26 bzw. 27 verbunden.

Die Leitung 26 wird unter Schwerkraftwirkung von einem externen Flüssigkeits-Versorgungstank 28 versorgt, und zwar durch ein verstellbares Drosselventil 29, und die Leitung 27 führt in den Tank 28. Falls erforderlich, kann ein Ölkühler (nicht gezeigt) in die Rückführungsleitung 27 eingesetzt werden, um die Rückströmung zu kühlen. Das Ventil 29 arbeitet als Dosierventil, durch das die Leckflüssigkeit an der Rotorspitze aus dem Tank 28 ersetzt wird. Wenn das Ventil 29

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geschlossen ist, leert die Leckage den Rotor-Hahlraum 11 rasch, und die Vibrationskraft wird auf Null verringert, wenn die Spindel 8 mit normaler Geschwindigkeit läuft. Dies ist der Zustand, bei dem ein Walzvorgang beginng, und bei Öffnen des Ventils 29 wird im Hohlraum 11 rasch Flüssigkeit aufgebaut, so daß die Vibrationswirkung beginnt, während der Walzvorgang beginnt. Am Ende dieses Betriebes wird das Ventil 29 geschlossen, so daß die Vibrationswirkung rasch aufhört.

Das Ventil 29 besitzt einen Zwischenbereich von Einstellungen, von denen jede einen stabilen Zustand zur Folge hat, bei dem der Hohlraum 11 nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt wird; der Grad der Füllung hängt von der vom Ventil 29 gelieferten Drosselung und somit von dessen Einstellung ab. Eine unterschiedliche Einstellung des Ventils 29 liefert somit eine unterschiedliche Flüssigkeitsmenge im Hohlraum 11 mit einer unterschiedlichen Vibrationskraft, so daß das Ventil zur Erzeugung der gewünschten Vibrationskraft eingestellt werden kann und einen infinitesimal verstellbaren Bereich von Schwingungsamplituden für jede Spindeldrehzahl liefert. Die Drehgeschwindigkeit der Spindel 8 liefert die Schwingungsfrequenz und kann somit erforderlichenfalls ebenfalls verstellt werden.

Wie eingangs erwähnt, werden normalerweise zwei identische Vorrichtungen benutzt, die in Phase arbeiten und an den beiden Stirnplatten der Trommel 3 befestigt sind. Der Rotor 7 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 besitzt einen inneren Wellenstummel 30 , der von der

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Innenseite des Gehäuses 1 durch eine Dichtung 31 vorsteht, und dies erlaubt eine unmittelbare mechanische Kopplung innerhalb der Trommel 3 mit einem identischen Vibrator, der am anderen Ende der Trommel angebracht ist. Zur Steuerung der Flüssigkeitszufuhr zu diesem anderen Vibrator ist ein mit dem Ventil 29 identisches und mit diesem gekoppeltes zweites Drosselventil 32 zur gleichzeitigen identischen Steuerung der beiden Vibratoren vorgesehen.

Bei einer gegebenen Ventileinstellung hängt das Flüssigkeitsvolumen, das in dem entsprechenden Rotor-Hohlraum 11 enthalten ist, von der Leckmenge an der Rotorspitze ab, die in gewissem Ausmaß bei jedem Vibrator unterschiedlich ist* Dieser Unterschied kann durch eine Anfangseinstellung der Ventile 29 und 32 ausgeglichen werden, aber es kann erforderlich sein, und es wird in jedem Falle bevorzugt, spezielle Mittel vorzusehen, um die Vibrationskräfte zu egalisieren. Dies wird bei dem Vibrator nach der Fig. 4 durch eine Ausgleichsleitung 33 erreicht, die, wie gezeigt, am Außenumfang des Gehäuses 1 endet und die beiden Vibratoren innerhalb der Trommel 3 verbindet. Die beiden Enden der Ausgleichsleitung 33 sind in der gleichen Weise an den beiden Gehäuseaußenumfängen angeordnet, und sie erlauben somit, daß die Flüssigkeitsdrücke in den beiden Rotoren ausgeglichen werden, wenn sie gleichzeitig über die Leitungsenden im Gehäuse 1 gelangen. Während der Zeit, die der Rotor 7 benötigt, um an den Enden der Leitung 33 vorbeizugelangen, hat ein Druckunterschied eine Flüssigkeitsströmung in dieser Leitung in einer Richtung zur Folge, in der die Rotordrücke ausgeglichen werden. Mehrere derartige

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Leitungen können um den Außenumfang jedes Gehäuses 1 herum verteilt werden, um eine gleichmäßigere Ausgleichswirkung zu erzielen, sollte dies erforderlich sein.

Die Abwandlung nach Fig. 5 hat den Zweck, die Leckmenge zwischen dem Rotor und dem Gehäuse 1 zu verringern, wodurch die an die Leckflüssigkeit abgegebene vergeudete Energie verringert wird, und sie kann bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden. Die Spitze das Rotors 7, die die Fläche 13 berührt und sie abdichtet, wird von einem getrennten Dichtungselement 34 gebildet, das radial gleitbar ist und teleskopisch in den Hauptkörper des Rotors greift. Das Dichtungselement hat eine ringförmige, einteilige Form und besitzt eine teilzylindrische Außenfläche 36, die komplementär ist zu der überstrichenen Gehäusefläche 13. Ein Dichtungsteil 37 am inneren Ende des Dichtungselementes 34 dichtet das letztere gegen den Hauptkörper 35 des Rotors ab und liefert eine kleine elastische Dichtungskraft, die das Dichtungselement 34 in Anlage mit der überstrichenen Fläche 13 drückt, um eine Dichtung im statischen Zustand zu bilden·

Bei Drehung des Rotors 7 liefert die Zentrifugalkraft den Hauptdichtungsdruck des Dichtungselementes 34 gegen die überstrichene Fläche 13. Der Flüssigkeitsdruck, der auf das innere Ende des DichtungselementBs 34 einwirkt, kann ebenfalls dazu benutzt werden, eine druckunterstützte Dichtung zu bilden, so daß unter dynamischen Bedingungen die Zentrifugalkraft und der Flüssigkeitsdruck dahingehend wirken, den Arbeitsspalt

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des Rotors bezüglich des Gehäuses 1 auf ein Minimum zu verringern. Das Dichtungselement 37 kann irgendeine geeignete Form haben und beispielsweise eine O-Ringdichtung oder eine Lippendichtung sein.

Statt des Dichtungselementes 34 kann eine getrennte Feder und Flüssigkeitsdichtung verwendet werden; durch Wahl einer geeigneten abgedichteten Fläche für das gleitbare Dichtungselement 34 kann der Arbeitsspelt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse auf einen optimalen Wert eingestellt werden, der einen gewünschten Minimalleckwert liefert und gleichzeitig einen laufenden Flüssigkeitsfilm aufrechterhält. Ein weiterer Vorteil der Dichtungsanordnung nach Fig. 5 besteht in den verringerten Herstellungskasten, die daher rühren, daß auf die engen Herstellungstoleranzen verzichtet werden kann, die erforderlich sind, um den notwendigen kleinen Laufspalt zwischen einem einteiligen Rotor und dem Gehäuse aufrechtzuerhalten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das gleitbare Dichtungselement 21 in der Lage ist, Änderungen der Flüssigkeitsviskosität auszugleichen, wodurch ein im wesentlichen konstanter Leckfluß aufrechterhalten wird.

Die Abwandlung nach Fig. 6 unterteilt den Hohlraum 11 des Rotors 7 in mehrere getrennte Kammern, von denen zwei, und zwar 11a und 11b in der Figur dargestellt sind. Getrennte Versorgungsleitungen 22a, 22b für die entsprechenden Kammern sind in der Spindel 8 vorgesehen und werden von dem Tank 2Θ über ein Wähler-Steuerventil 38 versorgt. Das Wähler-Steuerventil 38 ist so ausgebildet, daß es den

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Flüssigkeitsstrom zu jeder Kammer steuert, so daß eine oder mehrere Kammern gemäß der gewünschten Vibrationsamplitude gefüllt werden können. Die Kammern können unterschiedliche effektive Flüssigkeits— mengen enthalten, das heißt, die Volumen und/oder radialen Stellen der Volumenmittelpunkte können geändert werden; ferner kann eine Steuerung mittels Drosselventilen benutzt werden, um eine Betriebsweise bei nur teilweise gefüllten Kammern zu ermöglichen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 wird die drehbare Unwucht in erster Linie von einem zylindrischen freien Kolben 39 geliefert, der in dem Hohlraum 11 gleitbar ist, der nun von einer radialen Bohrung im Rotor 7 gebildet wird. Das spezifische Gewicht des Kolbens 39 ist wesentlich größer als das der Flüssigkeit, die den Hohlraum 11 außerhalb des Kolbens füllt, so daß die Schwingungsamplitude von der radialen Stellung des Kalbens abhängt, und eine vorgegebene maximale Amplitude kann mit einem sehr viel kleineren Rotor als bei dem bereits beschriebenen allein flüssigkeitsgefüllten Ausführungsbeispiel erzielt werden.

Dieses Ausführungsbeispiel besitzt eine Rotorspitzen-Dichtung 41, wie sie in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wurde, und wie in Fig. 4 wird die Leckflüssigkeit durch Rückführleitungen 23,24 gesammelt, die bei einer umlaufenden Dichtung 25 verbunden sind und in einen Versorgungstank 28 führen. In diesem Fall wird jedoch die Auffüllflüssigkeit vom Tank 28 mittels einer Speisepumpe 42 geliefert, deren Druck, angezeigt

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durch ein Druckmeßgerät 43, für Steuerungszwecke benutzt wird. Die Speisepumpe 42 versorgt den Hohlraum 11 durch eine externe Versorgungsleitung 44 und eine Versorgungsleitung 45, die durch die Spindel 8 verläuft und in die Rotorbohrung 40 durch eine axial längliche Öffnung 46 mündet, die zum Hohlraum in allen radialen Stellungen des Kolbens 39 hin offen ist. Lagensteuerungsöffnungen 47,48 und 49, die mit axialem Abstand innerhalb der Bohrung 40 angeordnet sind, sind durch getrennte RückfUhrungsleitungen 50,51 und 52 in der Spindel 8 und externe Rückführungsleitungen 53,54 und 55 mit einem Wählerventil 56 verbunden, das durch die Leitung 57 in den Tank 28 zurückführt.

Der freie Kolben 39 ist anfangs in der Bohrung 40 (wie gazeigt) so angeordnet, daß sein Schwerpunkt nur geringfügig gegenüber der Drehachse versetzt ist. Die geringe Versetzung erzeugt bei Drehung eine ausreichende Zentrifugalkraft, um den Kolben 39 nach außen zu bewegen, wenn der Druck des Flüssigkeitsvolumens im Hohlraum 11 dies zuläßt. Bevor oder gleichzeitig wie der Rotor 7 umläuft, liefert die Pumpe Flüssigkeit, um den Rotor zu füllen, und dies hält den Kolben 39 anfangs in seiner innersten, gezeigten Stellung. Der geringe Flüssigkeitsdruck, der erforderlich ist, um die Vorspannung des Kalbens auszugleichen, wird durch den Flüssigkeitsstrom erzeugt, der durch die erste Steueröffnung 47 austritt, während die Steueröffnungen 48 und 49 geschlossen sind, wenn das Wählerventil 56 betätigt wird. Um die Schwingungskraft auf einen maximalen Wert zu erhöhen, wird das Wählerventil

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so bewegt, daß die Steueröffnung 47 geschlossen und die Steueröffnung 49 geöffnet wird. Der Flüssigkeitsdruck in dem Hohlraum 11 wird als Folge kleiner, so daß sich der Kolben nach außen bewegen kann, bis er teilweise die Steueröffnung 49 schließt, die entsprechend gedrosselt wird, und zwar so weit, wie erforderlich ist, um einen Druck zu erzeugen, der den Kolben 39 in dieser Stellung ausgleicht. Dieser Ausgleichsdruck des Flüssigkeitsstrams, der durch die teilweise geschlossene Steueröffnung austritt, wird durch das Druckmeßgerät angezeigt, was somit eine Anzeige der Schwingungsgröße liefert. Um die Schwingungskraft auf einen mittleren Wert zu verringern, wird das Wählerventil 56 in eine Stellung bewegt, in der die Steueröffnungen 47,49' geschlossen sind und die Steueröffnung 48 geöffnet ist. Da die Flüssigkeit nicht langer aus dem Hohlraum 11 entweichen kann, steigt dsr Druck an, und er drückt den Kolben nach innen, bis die Steueröffnung 48 genügend weit offen ist, um einen Flüssigkeitsdruck zu liefern, der die auf den Kolben in dieser Stellung wirkende Zentrifugalkraft gerade ausgleicht. Fig. 7 zeigt nur die eine beschriebene Zwischenstellung, gegebenenfalls könnte jedoch die Anzahl der Steueröffnungen entsprechend vergrößert werden.

Störkräfte, die durch geringfügig geänderte Bedingungen herbeigeführt werden, beispielsweise durch eine Änderung der Rotordrehzahl, werden automatisch durch eine kleine Bewegung des Kolbens 39 bezüglich der gedrosselten Steueröffnung korrigiert, um den Ausgleichsdruck, wie

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erforderlich, erneut einzustellen. Die von der Pumpe 42 gelieferte Flüssigkeitszufuhr muß jederzeit ausreichend sein, um die Leckmenge an der Rotorspitze zu ersetzen und um ferner den notwendigen Strom durch die Steueröffnungen zu Lagensteuerungszwecken zu liefern. Der Pumpenversorgungsdruck ändert sich entsprechend der auf den freien Kolben 39 ausgeübten Zentrifugalkraft, so daß das Druckmeßgerät 43 ein einfaches Mittel zu Anzeige der Amplitude der Schwindungskraft darstellt.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 besitzt der Rotor 7 einen inneren Wellenstummel 30, um mit einem identischen Vibrator am anderen Ende der Walzentrommel 3 gekuppelt werden zu können. Um identische Lagensteuerungen der Kolben der beiden Vibratoren vorzusehen, ist das Ventil 56 mit dem anderen Vibrator durch Rückführleitungen 53a, 54a und 55b verbunden, die den Leitungen 53,54 und 55 des beschriebenen Vibrators entsprechen.

Fig. 8 zeigt ein anderes Steuerungsverfahren, das auf die Anordnung mit einem freien Kolben nach Fig. 7 anwendbar ist. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist eine einzige Versargungsöffnung 58 in der Rotor-Bohrung 40 nahe deren radial äußerem Ende angeordnet, wobei die Lage der Versorgungsöffnung 58 die äußerste Kolbenstellung bestimmt. Keine anderen Steueröffnungen sind in der Bohrung 40 vorgesehen, und der Versorgungsdruck in der Versorgungsleitung 45 durch die Spindel 8 wird von einem Drucksteuerventil 59 gesteuert, das am

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Auslaß der Pumpe 42 angeschlossen ist. Das Ventil 59 enthält ein Drosselventilglied 60, das am einen Ende der Kraft einer Feder 61 und am anderen Ende dem über eine Leitung 62 erfaßten Versorgungsdruck ausgesetzt ist. Das Drosselventilglied 60 drosselt einen Bypassstrom durch die Leitung 63 von der Pumpe 42 zurück zum Tank 28.

In der dargestellten Startstellung des Kolbens ist die Vorspannung der Ventilfeder mittels einer Verstellschraube 64 so eingestellt, daß ein Versorgungsdruck aufrechterhalten wird, der groß genug ist, um den Kolben 39 in dieser innersten Stellung entgegen den Zentrifugalkräften zu halten, die sowohl auf den Kolben wie auch auf die Flüssigkeit im Hohlraum 11 einwirken. Der bezüglich des Rotarspitzen-Leckstroms überschüssige Pumpenstrom läuft durch die Steueröffnungen 65,66 im Ventil 59 zum Tank zurück. Wird die Federvorspannung durch die Verstellschraube 64 vergrößert, so vergrößert sich der Querschnitt der Steueröffnung 65 kurzzeitig um einen erheblichen Betrag, wodurch der Versor— gungsdruck verringert wird und der Kolben sich radial nach außen bewegen kann, bis ein stabiler Zustand erreicht ist, wenn der Flüssigkeitsdruck im Hohlraum 11 den Druck ausgleicht, der van der Flüssigkeitsströmung an der Ventilöffnung 65 vorbei erzeugt wird; dieser Druck wird durch die Federvorspannung bestimmt.

Wird die Federvorspannung durch Drehen der Verstellschraube 64 verringert, so kann der Versorgungsdruck auf das Drosselventilglied 60 kurzzeitig so einwirken, daß es die Steueröffnung 65 schließt, wodurch der Strömungsmitteldruck im Hohlraum 11 vergrößert wird. Dieser Strömungsmitteldruck

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bewegt den Kolben 39 nach innen, bis sich ein neuer ausgeglichener Zustand ergibt; die Kolbenstellung hierfür hängt von der Federeinstellung ab. Die Kolbenstellung ist somit infinitesimal verstellbar, wobei die Größe der Schwingungskraft von der Einstellung der Verstellschraube 64 abhängt. In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, ein Einwegventil 67, wie dargestellt, in der Versorgungsleitung zwischen den Leitungen 52 und 63 anzuordnen, um die Stabilität des Steuerkreises zu erhöhen.

Bei den Ausführungsbeispielen, die einen freien Kolben verwenden, kann der Flüssigkeitskörper eine sehr kleine radiale Abmessung haben und sich im Bereich lediglich einer radialen Dicke bewegen, die einen dünnen Film bzw. eine dünne Schicht aus Strömungsmittel zwischen dem Kolben und dem Gehäuse erzeugt, ausreichend, um eine unmittelbare Berührung zwischen diesen Teilen zu vermeiden. Wenn in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Rede ist von einem Strömungsmittelkörper und einem Hohlraum, der einen Strömungsmittelkörper enthält, so sind darunter solche Anordnungen zu verstehen, die diese Grenzbedingungen erfüllen, und solche Anordnungen liegen im Rahmen der Ansprüche.

Wird die Erfindung auf eine Straßenwalze angewandt, so läuft der Rotor des Vibrators vorzugsweise in der gleichen Richtung um wie das Gehäuse und die Walzentrommel, so daß die Viskositätskräfte, die am Umfang des Rotors auftreten, die Drehung der Walzentrommel unterstützen.

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Claims (18)

Lionel Arthur Reynolds Maryhill, Cheltenham Road, Painswick, Stroud, Gloucestershire / England D-116 26. Juni 197Θ Patentansprüche

1. Vibrator, geksnnzBichnet durch einen Hohlraum (11), der einen StrömungsmittBlkörper enthält und um eine Achse drehbar ist, die bezüglich des Schwerpunkts des Strömungsmittelkörpers exzentrisch ist, wobei das Strömungsmittel mit einer .überstrichenen äußsren ringförmigen Fläche (13) in Berührung steht, so daß durch die Drehung durch Zentrifugalwirkung eine Schwingungskraft erzeugt wird, die unmittelbar auf die ringförmige Fläche (13) durch den darauf wirkenden Strömungsmitteldruck übertragen wird.

2. Vibrator mit einem Gehäuse und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsmittelkörper, der in dem Rotor (?) enthalten ist und exzentrisch bezüglich dessen Drehachse angeordnet ist, im Betrieb sine Schwingungskraft auf eine überstrichene innere Fläche (13) des Gehäuses (i) unmittelbar durch auf diese Fläche (13) wirkenden Strömungsmitteldruck überträgt, wobei diese Fläche (13) von dem Strömungsmittelkörper berührt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor [7) mechanisch ausgewuchtet ist, so daß im wesentlichen keine Schwingungskraft auf das Gehäuse (ij durch eine Rotorspindel (8} und Lager übertragen wird, in denen der Rotor [7] im Gehäuse (i) gelagert ist.

4. Vibrator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unwucht, deren Drehung die von dem Strömungsmitteldruck übertragene Schwingungskraft erzeugt, ausschließlich aus der Masse des Strömungsmittelkörpers besteht.

5. Vibrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) als Zentrifugalpumpe arbeitet, die einen Strömungsmittelfluß induziert, um Leckströmungsmittel an der Spitze des Rotors [7) zu ersetzen.

6. Vibrator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein externes Strömungsmittelreservoir (iß), das das Ersatzströmungsmittel liefert, von einer Trommel (3) einer Vibrations-Straßenwalze gebildet wird, wobei die Trommel (3) durch den Vibrator in Schwingungen versetzt wird, und daß eine Auffüllpumpe (20] vorgesehen ist, die die Zentrifugalpumpe (7) vom Reservair (iö) aus versorgt.

7. Vibrator nach einem der Ansprüche 4 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum (11) im Rotor (7], der den Strömungsmittelkörper

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enthält, zum Ersatz der Leckströmung an der Spitze des Rotors (7) durch eine verstellbare Drosselstelle (29) mit Strömungsmittel versorgt wird, wodurch die Masse des Strömungsmittelkörpers im Hohlraum (11) und somit die Größe der Schwingungskraft gesteuert werden.

8. Vibrator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) mehrere zur Aufnahme des Strömungsmittels dienende Kammern (i1a,11b) aufweist, die wahlweise so steuerbar sind, daß jede Kammer zur Steuerung der Größe der Schwingungskraft Strömungsmittel enthalten kann oder nicht.

9. Vibrator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unwucht, deren Drehung die vom Strömungsmitteldruck übertragene Schwingungskraft erzeugt, aus einem Kalben (39) besteht, der im Rotor (7) gelagert ist und radial nach außen gsgen den Strömungs— mittelkörper (3) bewegbar ist, wodurch im Betrieb die den Kolben auswärts drückende Zentrifugalkraft vom Strömungsmitteldruck ausgeglichen wird.

10. Vibrator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (393 in einer radialen Bohrung (40 ) des Rotors (7) gleitbar ist, die ferner den Strömungsmittelkörper enthält, und daß eine Pumpe (42) das äußere Ende der Bohrung (40) mit Strömungsmittel versorgt, um die Leckströmung an der Spitze des Rotors (7) auszugleichen und den Strömungsmitteldruck aufrechtzuerhalten, wodurch der Kolben (39)

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in einer druckausgeglichenen radialen Stellung gehalten wird.

11. Vibrator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Stramungsmittelrückführung dienende Steueröffnung (47,48,49) in der Wand der Bahrung (40) angeordnet ist, wodurch der Kolben (39) automatisch so positioniert wird, daß die Steueröffnung (47,48,49) ausreichend gedrosselt wird, um den Strömungsmitteldruck auf einem den Kolben ausgleichenden Wert zu halten.

12. Vibrator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Stramungsmittelrückführung dienende Steueröffnung eine von mehreren in axialen Abständen angeordneten, zur Strömungsmittelrückführung dienenden Steueröffnungen (47,48,49) ist und daß ein Wählerventil (56) vorgesehen ist, das die Wahl der in Betrieb befindlichen Steueröffnung erlaubt·

13. Vibrator nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein verstellbares Drucksteuerventil (59), das den Strömungsmitteldruck abfühlt und die Strömungsmittelzufuhr zu der Bohrung (40) steuert, wodurch der Kolben (39) in einer vorgegebenen druckausgeglichenen radialen Stellung gehalten wird.

14. Vibrator nach einem dBr Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (39) eine radial innere Ruhestellung besitzt, in

der sein Schwerpunkt nur geringfügig exzentrisch zur Drehachse ist.

15. Vibrator nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (?) eine radial bewegliche Spitze (34) aufweist, die an der überstrichenen inneren Fläche (13) des Gehäuses (i) dichtend anliegt, wobei diese Spitze (34) bezüglich des Hauptkörpers (35) des Rotors (?) abgedichtet ist.

16. Vibrations-Straßenwalze mit einer Trommel, die im Betrieb durch zwei Vibratoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Schwingungen versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibratoren angrenzend an den beiden Enden der Trommel angeordnet sind und bezüglich der Trommel in Phase und synchron drehbar sind und daß die beiden Vibratoren durch eine Leitung (33) miteinander verbunden sind, die den Strömungsmitteldruck in den beiden Vibratoren ausgleicht.

17. Vibrations-Straßenwalze, gekennzeichnet durch eine Vibrationstrommel (3), die im Betrieb hydraulisch durch Strömungsmitteldruck in Schwingungen versetzbar ist, der eine Schwingungskraft erzeugt, die durch Zentrifugalwirkung als Folge der Drehung einer Unwucht relativ zur Trommel erzeugt wird, wobei der Strömungsmitteldruck unmittelbar auf die Trommel (3) oder eine bezüglich der Trommel (3) feste ringförmige Fläche (13) einwirkt.

809806/0654

-S-

18. Verfahren zur Erzeugung von Schwingungen eines Gebildes, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossener Strömungsmittelkörper um eine bezüglich des Strömungsmittelkörpers exzentrische Drehachse gedreht wird und eine durch diese Drehung erzeugte umlaufende Zentrifugalkraft auf eine radial äußere ringförmige Fläche [13] durch unmittelbare Druckberührung des Strömungsmittels mit dieser Fläche erzeugt wird, die an dem in Schwingungen zu versetzenden Gebilde (3) oder einem damit mechanisch gekoppelten Bauteil (1] gebildet ist.

809886/06B*