DE3426908C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrationsmechanismus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei diversen Bearbeitungsverfahren unter Ausnutzung von Vibration, z. B. im Straßenbau, sind Vibrationen unterschiedlicher Stärke erwünscht. Zur Erfüllung dieser Forderung sind bereits Vibrationsmechanismen entwickelt worden, mit denen Vibrationen unterschiedlicher Stärke erzeugt werden können.

In der US-PS 30 78 730 ist ein Vibrationsmechanismus in Form einer hohlzylindrischen Trommel beschrieben, deren Hohlraum durch eine sich in der Längsmittelebene der Trommel erstreckende Trennwand in zwei Kammern unterteilt ist, von denen wenigstens eine mit einer fließfähigen Masse befüllbar ist, die bei einer Rotation der Trommel eine Unwucht erzeugt. In der Trennwand ist eine absperrbare Öffnung vorhanden, durch die hindurch die Masse nach Bedarf von einer Kammer in die andere hindurchgeführt werden kann, um die Uunwucht und damit die erzielbare Vibrationsstärke zu verändern.

Bei einem in der US-PS 37 22 381 beschriebenen Vibrationsmechanismus mit einer hohlzylindrischen Trommel sind in deren Hohlraum wenigstens zwei exzentrisch angeordnete Gewichte vorgesehen, von denen das eine Gewicht starr und das andere Gewicht so schwenkbar gelagert ist, daß es sich bei einer Rotation der Trommel in der einen Drehrichtung dem einen Gewicht nähert und in der anderen Drehrichtung davon diametral entfernt. Hierdurch lassen sich drehrichtungsabhängige Vibrationen unterschiedliche Größe erzeugen.

Ein Vibrationsmechanismus der eingangs angegebenen Art ist in der japanischen Publikation JP 55-47 935 Y2 beschrieben. Bei diesem bekannten Vibrationsmechanismus ebenfalls in Form einer hohlzylindrischen Trommel ist in der die fließfähige zweite Masse enthaltenden Kammer bereits eine Trenneinrichtung mit zwei Begrenzungswänden vorhanden, die die beiden Kammerabschnitte teilweise begrenzen, in denen sich bei der einen und bei der anderen Drehrichtung der Welle die fließfähige Masse sammelt. Die Begrenzungswände sind ebene, sich radial erstreckenden Wände, die einen Winkel zwischen sich einschließen, der etwa 270° beträgt. Bei dieser bekannten Ausgestaltung nimmt die fließfähige Masse bei der einen und bei der anderen Drehrichtung der Welle unterschiedliche Positionen ein. Die Querschnittsform der sich jeweils bildenden Massensammlung ist trapezförmig. Diese Querschnittsform ist zumindest an einer Seite durch die zugehörige Begrenzungswand vorgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vibrationsmechanismus der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß die Vibrationswirksamkeit der fließfähigen Masse verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Vibrationsmechanismus bestehen die Begrenzungswände jeweils aus zwei Wandteilen, die zueinander abgewinkelt angeordnet sind. Hierdurch geben die Begrenzungswände eine Form für die die fließfähige Masse aufnehmenden Kammerabschnitte vor, die zu einem größeren Abstand des Raum- oder Massenschwerpunktes für die Kammerabschnitte oder für die fließfähige Masse führt. Infolgedessen entstehen während des Betriebs des Vibrationsmechanismus bei einer vorgegebenen Menge der fließfähigen Masse größere Massenkräfte, die die Vibration vergrößern. In dem Fall, in dem die Größe der Vibration bzw. die Vibrationsleistung als befriedigend angesehen wird, kann beim erfindungsgemäßen Vibrationsmechanismus somit eine geringere Menge der fließfähigen Masse verwendet werden, um die angestrebte Vibration zu erreichen. Auch dies ist von Vorteil, weil der Vibrationsmechanismus mit geringerer Leistung betrieben werden kann und außerdem hinsichtlich seiner Stabilität schwächer und kleiner ausgelegt werden kann, ohne auf eine bestimmte Vibrationsleistung zu verzichten.

Die Erfindung betrifft somit einen drehbaren, zwei verschiedene Amplituden erzeugenden Vibrationsmechanismus, bei welchem die Amplitude der Schwingung durch eine Umkehr der Drehrichtung des Mechanismus geändert werden kann. Der Vibrationsmechanismus kann bei einer Verdichtungstrommel einer Maschine zum Verdichten von Straßen verwendet werden. Die Verwendbarkeit des Vibrationsmechanismus ist jedoch nicht auf Maschinen zum Verdichten von Straßen beschränkt. Der Vibrationsmechanismus kann auch bei Zerkleinerungs- und Aufbereitungsmaschinen für Erze, Transporteinrichtungen für körniges Material und bei ähnlichen Maschinen eingesetzt werden.

Die fließfähige Masse kann durch eine Vielzahl von Metallteilen, wie beispielsweise kleinen Stahlkugeln, durch Schrot aus Gußeisen oder durch flüssiges Metall gebildet sein.

Im Nachstehenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Trommel einer mit dem Vibrationsmechanismus gemäß der Erfindung ausgerüsteten Vibrationswalze einer Maschine zum Verdichten von Straßen,

Fig. 2 einen verkürzten Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch einen in Fig. 2 gezeigten, auf einer Welle befestigten Vibrationsmechanismus,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3, mit der Darstellung der Lage, welche die zweite, fließfähige Masse beim Betrieb mit großer Amplitude einnimmt.

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 3, mit der Darstellung der Verteilung der zweiten, fließfähigen Masse während einer stroboskopischen Untersuchung,

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 3,

Fig. 7 einen der Fig. 3 ähnlichen Querschnitt mit der Darstellung der Lage, welche die zweite, fließfähige Masse beim Betrieb mit kleiner Amplitude einnimmt und

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7.

Eine selbstfahrende Vibrationswalze, bei welcher die Erfindung nutzbringend angewandt werden kann, hat eine vordere Trommel und eine hintere Trommel. Jede dieser Trommeln ist in einem eigenen Rahmen auf erschütterungsfreien Befestigungen befestigt. Jede Trommel hat einen zylindrischen Stahlmantel mit einem Durchmesser von 1500 mm, einer Länge von 2000 mm und einer Dicke von etwa 25 mm. Die Trommel hat ein Gewicht von etwa 3500 kg. Der mr-Wert der Exzentermechanismus, die für Walzen der schweren Klasse geeignet sind, liegt im Bereich von 4-10 mkg. Die Verschiebung der Trommel liegt in der Größenordnung von 3 mm bei einem Betrieb mit großer Amplitude und in der Größenordnung von 1,5 mm bei einem Betrieb mit kleiner Amplitude.

Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die Trommel hat einen zylindrischen Mantel 1 und zwei kreisförmige Abschlußplatten 2, 3, die von den gegenüberliegenden Enden des Mantels nach innen versetzt sind. Die Abschlußplatte 2 hat eine koaxialen Mittelöffnung 4, die mit einer koaxialen Mittelöffnung 14 in der Abschlußplatte 3 ausgerichtet ist. In den Mittelöffnungen 4, 14 sitzen topfförmige Gehäuse 6, 15, die mit Flanschen 7, 16 außen an die Abschlußplatten 2, 3 angesetzt und daran mittels Schrauben 17 verschraubt sind. In den Gehäusen 6, 15 ist eine Welle 5 mittels Lagern 8, 18 drehbar gelagert, die das in Fig. 2 rechte Gehäuse 15 in einem Loch nach außen durchsetzt. Die Welle 5 ist eine Stahlwelle mit einer Größe, die ausreicht, um einer Durchbiegung zu widerstehen. Die Welle 5 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 188 mm. Es können auch Wellen mit anderen Durchmessern verwendet werden.

Beide Gehäuse 6, 15 weisen koaxiale nach außen gerichtete Stummelachsen 9, 19 auf, die mittels Lagern 11, 20 in Lagerbuchsen 12, 21 drehbar gelagert sind, die jeweils einen Flansch 13, 22 aufweisen, der zur Abstützung der Trommel 1 am Fahrzeug dient (nicht dargestellt).

Die Welle 5 kann auch exzentrisch in den Lagern 8, 18 gelagert sein. Die Gehäuse 6, 15 schließen die Mittelöffnungen 4, 14 ab und verhindern, daß Wasser, Fremdstoffe und Verunreinigungen in die Trommelkammer zwischen den Abschlußplatten 2, 3 eindringen können.

Ein an der Lagerbuchse 21 befestigter umkehrbarer Hydraulikmotor 23 ist mit dem zugehörigen Ende 24 der Welle 5 verbunden. Der Motor 23 ist über entsprechende hydraulische Leitungen mit einer Quelle eines unter Druck stehenden hydraulischen Strömungsmediums sowie mit nicht dargestellten Ventilen verbunden, mit welchen die Bedienungsperson des Fahrzeugs den Betrieb des Motors 23 steuern kann, um sowohl die Drehrichtung der Welle 5 als auch die Drehgeschwindigkeit der Welle 5 zu ändern.

Zwei Gewichte 25, 26 sind an der Welle 5 in der Nähe der Gehäuse 6, 15 befestigt. Die Gewichte 25, 26 weisen exzentrisch liegende Massen auf, welche die Welle 5 vibrieren lassen, wenn sich die Welle 5 dreht. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, hat das Gewicht 25 eine bezüglich der Drehachse der Welle 5 exzentrische, bogenförmige Gestalt und eine unter 180° liegende Bogenlänge. Das Gewicht 26 hat die gleiche Form und den gleichen Versatz wie das Gewicht 25.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind zwei Vibrationseinheiten 27, 28 auf der Welle 5 in der Nähe der Gewichte 25, 26 vorzugsweise jeweils zwischen einem Gewicht 25, 26 und einem Gehäuse 6, 15. Die Vibrationseinheiten 27, 28 haben den gleichen Aufbau. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die Vibrationseinheit 27. Wie aus Fig. 3 hervorgeht hat die Vibrationseinheit 27 eine dichte, hohle Kapsel oder ein dichtes, hohles Gehäuse, in welchem eine fließfähige Masse 33 untergebracht ist. Das Gehäuse hat kreisförmige Stirnwände 29, 30, die an der Welle 5 befestigt sind. Eine äußere Umfangswand 31 oder Laufbahn ist an den äußeren Umfangskanten der Stirnwände 29, 30 befestigt. Die Umfangswand 31 und die Stirnwände 29, 30 bilden eine Kammer 32. Die Kammer 32 verläuft konzentrisch zur Drehachse der Welle 5. Die fließfähige Masse 33 ist in der Kammer 32 untergebracht. Die fließfähige Masse 33 wird durch ein bewegliches Gewicht, wie beispielsweise eine Vielzahl von Metallteilen, Stahlkugeln, Metallschrot, flüssiges Metall. Sand und dergleichen fließfähiges Balastmaterial gebildet, wie aus den Fig. 4, 5 und 8 hervorgeht, ist weniger als die Hälfte der Kammer 32 mit der fließfähigen Masse 33 angefüllt, wobei Begrenzungs- bzw. Anschlagwände 34, 35 in der Kammer 32 angeordnet sind. Die Wände 34 und 35 sind an gegenüberliegenden Seiten der Welle 5 befestigt und erstrecken sich längs getrennter Sehnen zur äußeren Umfangswand 31. Die Wände 34, 35 stellen Anschläge für die fließfähige Masse 33 dar und unterteilen die Kammer 32 in einen ersten Abschnitt 32A und einen zweiten Abschnitt 32B. Die Kammerabschnitte 32A 32B liegen einander diametral gegenüber, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die Stirnwand 29 hat eine normalerweise geschlossene Öffnung 36, durch welche die fließfähige Masse 33 in die Kammer 32 eingeführt wird. Die Wände 34, 35 bestehen jeweils aus einem radialen und einem sekantialen Wandabschnitt, und sie erstrecken sich in einer abgebogenen Form von der Welle 5 zur äußeren Umfangswand 31. Die sekantialen Wandabschnitte können in einem Winkel von 80 bis 135° zueinander angeordnet sein, wobei sie die gegenüberliegenden Kammerabschnitte 32A, 32B für die fließfähige Masse 33 begrenzen.

Während des Betriebes wird die größte Schwingungsamplitude erreicht, wenn die Welle 5 in Richtung des Pfeiles 38 gedreht wird, wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Der Hydraulikmotor 23 treibt die Welle 5 unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Mantels 1 an. Die fließfähige Masse 33 bewegt sich in den Kammerabschnitt 32A gegen die Wand 35. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, befindet sich die fließfähige Masse 33 in der Nähe der ersten exzentrischen Masse oder des ersten Gewichtes 25, wodurch die exzentrische Masse vergrößert wird, die sich mit der Welle 5 dreht. Hierdurch wird die Schwingungsamplitude der Welle 5 und des Mantels 1 vergrößert.

Die Drehung der Welle 5 in der entgegengesetzten Richtung, die in Fig. 8 durch den Pfeil 39 angezeigt ist, läßt die fließfähige Masse 33 in den zweiten Kammerabschnitt 32B fließen. Wie z. B. aus Fig. 7 hervorgeht, liegt der Kammerabschnitt 32B dem Gewicht 25 diametral gegenüber, wodurch die zweite fließfähige Masse dem Gewicht 25 entgegengewirkt und die Neigung hat, die Welle 5 auszuwuchten. Dies setzt die Schwingungsamplitude der Welle 5 und des Mantels 1 herab.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann man bei der stroboskopischen Untersuchung der Welle 5 und der Vibrationseinheit 27 ein Phänomen beobachten, wenn sich die Vibrationseinheit 27 mit der Arbeitsgeschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 38 dreht. Unter der vereinten Wirkung von Reibung und Zentrifugalkraft nimmt die fließfähige Masse 33 eine Oberflächenform an, die einem zunehmenden Halbmond entspricht, wie dies bei 37 gezeigt ist. Die Größe des exzentrischen Momentes der fließfähigen Masse 33 weicht in der Praxis nur leicht von der Größe des exzentrischen Momentes der theoretischen fließfähigen Masse ab. Die Abweichung liegt in annehmbaren Toleranzgrenzen. Das tatsächliche exzentrische Moment ist ein wenig geringer als der theoretische Wert, kann aber leicht auf den theoretischen Wert durch eine kleine Erhöhung der Masse der fließfähigen Masse 33 gebracht werden.

Die relative Größe des exzentrischen Momentes der fließfähigen Masse kann folgendermaßen berechnet werden:

M = gesamtes, exzentrisches Moment, das für einen Betrieb mit großer Amplitude erforderlich ist.
aM = gesamtes, exzentrisches Moment, das für einen Betrieb mit kleiner Amplitude erforderlich ist.
a = Verhältnis von kleiner Amplitude zu großer Amplitude.
x = exzentrisches Moment der starr befestigten exzentrischen Masse.
y = exzentrisches Moment der fließfähigen Masse.

Es lassen sich folgende Gleichungen aufstellen:

x+y = M (1)

x-y = aM (2)

durch Subtraktion ergibt sich

2y = M-aM

durch Substitution in Gleichung 1 erhält man

Im allgemeinen "a" = 0,5.

Die kleine Amplitude entspricht daher der Hälfte der großen Amplitude. Durch Ändern des Verhältnisses der fließfähigen Masse 33 zur starr befestigten Masse 25 kann jedoch "a" auf einen anderen Wert als 0,5 eingestellt werden.

Der Vibrationsmechanismus hat folgende Vorteile: Die Stoßbelastungen werden unbedeutend, weil die fließfähige Masse 33 aus vielen kleinen Massen besteht, die beschleunigt und verzögert werden können, ohne daß ein durch einen Aufschlag hervorgerufener Schaden entsteht, der mit einem schwingenden Gewicht verbunden ist. Die fließfähige Masse 33 ist in einem dichten Gehäuse untergebracht, wodurch eine Beschäftigung der Lager aufgrund von Folgeschäden beseitigt ist. Die Gehäuse der Vibrationseinheiten 27, 28 sind wartungsfrei und in einer geschützten Trommelkammer untergebracht.

Obgleich der Vibrationsmechanismus der Erfindung im einzelnen beschrieben worden ist, sei festgestellt, daß der Fachmann Änderungen im Aufbau und in der Verwendung des Vibrationsmechanismus vornehmen kann, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die Gewichte 25, 26 Metallstücke sein, welche die Gestalt eines zunehmender Halbmondes haben und durch Schweißungen und dergleichen an den Stirnwänden 29 der Vibrationseinheiten 27, 28 befestigt sind. Die inneren Wände 34, 35 können eine andere Gestalt haben. Die äußere Umfangswand 31 kann eine Vielzahl von symmetrischen Nasen zur Unterbringung der fließfähigen, zweiten Masse 33 haben.

Claims (8)

1. Vibrationsmechanismus, insbesondere für die Walze einer Straßenverdichtungsmaschine, mit

• - einer Trommel mit einem im allgemeinen zylindrischen Mantel (1) und mit Abschlußplatten (2; 3) die im Bereich der gegenüberliegenden Endabschnitte des Mantels (1) befestigt sind,
• - einer Welle (5), die im Mantel (1) zwischen den Abschlußplatten (2; 3) drehbar lagert,
• - einer an der Welle (5) befestigten Gewichtseinrichtung (25; 26), die eine exzentrische, erste Masse aufweist, welche die Welle (5) und die Trommel bei ihrer Drehung in Schwingungen versetzt,
• - in einer an der Welle (5) befestigten Gehäuseeinrichtung (27; 28) mit einer Kammer (32) in der eine fließfähige, zweite Masse (33) angeordnet ist, die sich bei einer Drehung der Welle (5) in einer Richtung zu einem ersten Kammerabschnitt (32A) bewegt, um die Unwucht zu erhöhen und dadurch eine Schwingung der Welle (5) und der Trommel mit großer Amplitude zu erzeugen, während die fließfähige Masse (33) bei einer Drehung der Welle (5) in die entgegengesetzte Richtung in einen zweiten Kammerabschnitt (32B) bewegt wird, um die Unwucht zu verringern und hierdurch eine Schwingung der Welle (5) und der Trommel mit kleiner Amplitude zu erzeugen, wobei eine Begrenzungswand teilweise den ersten Kammerabschnitt begrenzt und die fließfähige Masse von der Welle distanziert, und eine andere Begrenzungswand teilweise den zweiten Kammerabschnitt begrenzt und die fließfähige Masse von der Welle distanziert,
• - und einer Antriebseinrichtung (23), welche die Welle (5) wahlweise nach entgegengesetzten Richtungen antreibt,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kammerabschnitt (32A) und der zweite Kammerabschnitt (32B) jeweils durch Begrenzungswände begrenzt sind, von denen die eine Begrenzungswand einen ersten Wandabschnitt (34) aufweist, der bezüglich der Drehachse der Welle (5) zur einen Seite hin parallel versetzt angeordnet ist und sich im Sinne eines Teils einer Sehne in der Kammer (32) erstreckt, und einen zweiten Wandabschnitt aufweist, der sich von der Welle (5) im wesentlichen radial erstreckt und mit diesem ersten Wandabschnitt (34) verbunden ist, und die andere Begrenzungswand einen ersten Wandabschnitt (35) aufweist, der bezüglich der Drehachse der Welle (5) zur anderen Seite hin parallel versetzt angeordnet ist und sich im Sinne eines Teils einer Sehne in der Kammer (32) erstreckt und einen zweiten Wandabschnitt aufweist, der sich von der Welle (5) radial erstreckt und mit diesem ersten Wandabschnitt (35) verbunden ist, wobei die Begrenzungswände etwa in einem Halbkreis der Kammer (32) angeordnet sind.

2. Vibrationsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wandabschnitte (34; 35) parallel zueinander angeordnet sind.

3. Vibrationsmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatten (2; 3) Mittelöffnungen (4; 14) aufweisen und die Einrichtung zur drehbaren Lagerung der Welle (5) Gehäuse (6; 15) aufweist, welche durch die Mittelöffnungen (4; 14) hindurchgreifen, sowie eine Einrichtung besitzt, welche die Gehäuse (6; 15) an den Abschlußplatten (2; 3) befestigt und eine Lagereinrichtung hat, welche die gegenüberliegenden Enden der Welle (5) an den Gehäusen (6; 15) abstützt.

4. Vibrationsmechanismus nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseeinrichtung (27; 28) zwei Gehäuse aufweist, die an gegenüberliegenden Endabschnitten der Welle (5) befestigt sind, daß jedes Gehäuse eine Kammer (32) hat, die konzentrisch um die Welle (5) angeordnet ist und die fließfähige, zweite Masse (33) aufnimmt, und daß in jeder Kammer zwei, die Kammerabschnitte (32A; 32B) teilweise begrenzende Begrenzungswände angeordnet sind.

5. Vibrationsmechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtseinrichtung (25; 26) zwei Gewichte aufweist, die an der Welle (5) in der Nähe der Gehäuse befestigt sind, und daß jedes Gewicht eine exzentrisch angeordnete, erste Masse besitzt, die in der Nähe der ersten Kammerabschnitte (32A; 32B) für die fließfähige, zweite Masse (33) angeordnet ist.

6. Vibrationsmechanismus nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähige, zweite Masse (33) durch eine Vielzahl von Metallteilen gebildet ist.

7. Vibrationsmechanismus nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (23) für den wahlweisen Antrieb der Welle (5) einen umkehrbaren Motor aufweist, der mit der Welle (5) antriebsmäßig verbunden ist.