DE4021278A1 - Vibrationsantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsantrieb, insbesondere für eine Vibrationsramme, gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Derartige Vibrationsantriebe für Rammen dienen dazu, Pfähle oder Spundwandteile in den Erdboden hineinzudrücken oder aus diesem herauszuziehen.

Für manche Anwendungsfälle wäre es wünschenswert, die Ampli­ tude der Rammkraft einstellen zu können. Dies könnte im Prinzip dadurch geschehen, daß man die Masse der Wuchtkörper und/oder ihre Exzentrizität abändert.

Derartige Anderungen lassen sich jedoch nur sehr umständlich realisieren, da in das Innere des sehr schweren Antriebes eingegriffen werden muß, was im übrigen auch Sicherheits­ risiken mit sich bringt.

Die vom Vibrationsantrieb bereitgestellte Kraft könnte in ihrer Amplitude auch über eine Änderung der Drehzahl erfolgen, mit der die Wuchtkörper umlaufen. In der Praxis ist es aber oft wünschenswert, daß die Frequenz der Kraft konstant bleibt. Änderungen in der Arbeitsfrequenz von Vibrationsrammen können zum Beispiel dazu führen, daß die von ihnen im Untergrund erzeugten und auf der Baustelle benachbarte Gebäude übertragenen Schwingungen in die Nähe von Resonanzfrequenzen der Gebäude kommen, was für im Gebäude befindliche Personen sehr unangenehm ist und auch am Gebäude zu Schäden führen kann.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Vibrations­ antrieb geschaffen werden, bei dem die Amplitude der Abtriebs­ kraft ohne Änderung der Masse, der Exzentrizität und der Drehzahl der Wuchtkörper einstellbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Vibra­ tionsantrieb gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Vibrationsantrieb hat man mindes­ tens zwei Paare von Wuchtkörpern, wobei in jedem Paar die Wuchtkörper bezüglich Masse und Exzentrizität identisch sind und in entgegengesetzter Richtung umlaufen, sodaß jedes Paar in horizontaler Richtung keine effektive Wucht erzeugt. Durch Einstellen der Phase der Drehbewegungen zwischen den beiden Wuchtkörper-Paaren läßt sich die Amplitude der durch Addition der von den beiden Wuchtkörperpaaren bereitgestell­ ten vertikalen Abtriebskraft einstellen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist es möglich, die Gesamtabtriebskraft vom Wert Null bis zum doppelten der von einem Wuchtkörperpaar erzeugten Kraft kontinuierlich einzustellen.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 3 bis 5 zeichnen sich durch mechanisch besonders einfachen und robusten Aufbau und die Möglichkeit aus, die Einstel­ lung der Gesamtabtriebskraft bei laufender Vibrationsantrieb durchführen zu können.

Ein Vibrationsantrieb gemäß Anspruch 6 zeichnet sich durch einen mechanisch besonders einfachen Aufbau aus, wobei bei Verwendung einer normalen Schaltkupplung der Vibrations­ antrieb zum reproduzierbaren Einstellen der Gesamtabtriebs­ kraft allerdings angehalten werden muß.

Überbrückt man die Schaltkupplung gemäß Anspruch 7 durch eine Rutschkupplung, vorzugsweise eine Rutschkupplung mit hoher Drehmomentübertragung, so kann man auch bei der wei­ terhin mechanisch einfachen Koppeleinrichtung die Gesamt­ abtriebskraft bei laufendem Vibrationsantrieb einstellen, wenn auch nicht so fein wie bei Verwendung einer Koppelein­ richtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5.

Auch durch Verwendung von getrennten Elektromotoren als Antriebe für die verschiedenen Wuchtkörperpaare und ein elektrisches Schieben der Phase der Versorgung eines dieser Motoren läßt sich eine mechanisch sehr einfache und robuste Phaseneinstellung der Wuchtkörperpaare realisieren (Anspruch 8).

Gemäß Anspruch 9 kann man den Antriebsmotor für die Wucht­ körper mit konstanter (in der Regel maximaler) Leistung laufen lassen, wobei auch bei unterschiedlicher Last (Beginn des Rammens ./. Ende des Rammens ./. Ziehen des Rammgutes) gewährleistet ist, daß die einmal gewählte Arbeitsfrequenz erhalten bleibt. Die Arbeitsfrequenz einer mit dem Antrieb ausgerüsteten Vibrationsramme wandert so zum Beispiel bei fortschreitendem Einrammen eines Spundwandteiles nicht nach unten in die Nähe von Gebäude-Eigenschwingungen (20 Hz und kleiner; maximale Drehzahlen gängiger Vibrationsantriebe bei kleiner Last bis zu 50 Hz).

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Vibra­ tionsantrieb für eine Vibrationsramme mit konti­ nuierlich einstellbarer Rammkraft;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form für ein Getriebe zum Koppeln zweier umlau­ fender Wuchtkörperpaare des Vibrationsantriebes nach Fig. 1 in einstellbarer Phasenlage;

Fig. 3 eine Einrichtung zum Konstanthalten der Frequenz der Abtriebskraft des Vibrationsantriebes bei mit konstanter Leistung betriebenem Antriebsmotor und sich ändernder Last; und

Fig. 4 eine elektrische Alternative zur Einstellung der Pasenlage zwischen zwei Wuchtkörperpaaren.

Der in Fig. 1 wiedergegebene Vibrationsantrieb hat einen aus Platten zusammengefügten kastenförmigen Rahmen 10. In gegenüberliegenden Seitenwänden des Rahmens 10 sind über nicht dargestellte Lager Wellen 12, 14, 16, 18 gelagert. Die Wellen 12 bis 18 tragen exzentrische Wuchtkörper 20, 22, 24, 26, deren Schwerpunkt unter einem Abstand e von der Wellenachse umläuft.

Die Wellen 12, 14 tragen miteinander kämmende Zahnräder 28, 30, derart, daß die beiden Wuchtkörper 20, 22 in ent­ gegengesetztem Drehsinne umlaufen, die Wuchtkörperschwer­ punkte aber die gleiche vertikale Stellung haben. Auf diese Weise addieren sich die Wuchtkräfte der Wuchtkörper 20, 22 in vertikaler Richtung, während sich in horizontaler Richtung keine effektive Wuchtkraft ergibt. Ähnlich tragen die Wellen 16, 18 miteinander kämmende Zahnräder 32, 34, das ganze derart, daß die Wuchtkörper 24, 26 in entgegen­ gesetztem Drehsinne umlaufen, wobei wiederum die vertikale Lage beider Wuchtkörper-Schwerpunkte stets gleich ist.

Wie durch strichpunktierte Linien dargestellt, werden die Wellen 14, 18 durch einen Hydromotor 36 angetrieben, der von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle über ein ebenfalls nicht wiedergegebenes Steuerventil mit Drucköl versorgt wird. In die Kraftübertragungsstrecke zwischen dem Hydromotor 36 und die Welle 18 ist ein mechanischer Phasenschieber 38 eingefügt, der ein Phasenstellglied 40 aufweist.

Beim Phasenschieber 38 kann es sich z. B. um ein Differen­ tial handeln, wobei dann das Phasenstellglied die zweite Getriebeeingangswelle ist und in unterschiedlicher Winkel­ stellung festbremsbar ist. Durch Drehen des Phasenstell­ gliedes 40 um 180° läßt sich dann die in Fig. 1 wieder­ gegebene In-Phasen-Stellung der Wuchtkörperpaare 20, 22/24, 26 in eine gegenphasige Stellung verändern, in welcher sich die von den Wuchtkörperpaaren erzeugten vertikalen Wuchten gegenseitig herausheben. In Zwischenstellung des Phasenstellgliedes 40 erhält man Wuchtkräfte mittlerer Größe.

Der Phasenschieber 38 kann aber auch ein Getriebe mit in der Umgebung von 1 : 1 einstellbarem Übersetzungsverhältnis sein. Durch vorübergehendes Einstellen eines von 1:1 ab­ weichenden Übersetzungverhältnisses kann man dann den Phasenunterschied zwischen den Wuchtkörperpaaren einstellen.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten eines weiteren, abgewandelten mechanischen Phasenschiebers. Zwischen zwei Seitenplatten 42, 44 des Phasenschiebergehäuses ist ein Zahnradträger 46 verschiebbar, der seinerseits aus zwei Platten und einem dazwischen liegenden Distanzkörper bestehen kann. Im in Fig. 2 rechts gelegenen Ende des Zahnradträgers 46 sind vier freilaufende Zahnräder 48, 50, 52, 54 angeordnet, deren Drehachsen an den Ecken eines Trapezes liegen. Die endstän­ digen Zahnräder 48, 54 kämmen mit den Zahnrädern 30 und 34.

Der Zahnradträger 46 trägt auf seinen beiden Stirnflächen Führungsbolzen 56, 58, die in bogenförmigen Führungsnuten 60, 62 in den beiden Seitenplatten 42, 44 laufen. Die Krüm­ mung der Nutmittellinie entspricht dem Abstand zwischen den Achsen der Zahnräder 50, 54 und den Achsen der Zahn­ räder 30, 34. Auf diese Weise wird bei Vertikalverstellung des Zahnradträgers 46 ein unveränderter Eingriff zwischen den Zahnrädern 48, 54 und den Zahnrädern 30, 34 gewähr­ leistet.

Zum vertikalen Verstellen des Zahnradträgers 46 ist eine gehäusefest gelagerte Gewindespindel 64 vorgesehen, die unter transversalem Spiel den Zahnradträger 46 durchsetzt und mit einer Spindelmutter 66 zusammenarbeitet, die trans­ versal verschiebbar mit dem Zahnradträger 46 zusammenar­ beitet. Durch Drehen der Gewindespindel 64 läßt sich die Phasenlage zwischen den Zahnrädern 30 und 34 kontinuierlich einstellen, und dies kann auch bei laufendem Hydromotor 36 erfolgen.

Damit kann die Amplitude der Abtriebskraft des beschriebenen Vibrationsantriebes ohne mechanischen Eingriff leicht und kontinuierlich im laufenden Betrieb eingestellt werden.

In Abwandlung des Kopplungsgetriebes nach Fig. 2 kann man den Zahnradträger 46 auch über ein Parallelogrammge­ stänge führen, wobei die Lenkerenden bei den Achsen der Zahnräder 48, 54 bzw. den Achsen der Zahnräder 30, 34 lie­ gen. Die zum Verstellen des Zahnradträgers 46 notwendige Schwenkbewegung für diese Lenkeranordnung kann einfach von einem auf einen der Lenker arbeitenden Hydromotor bereitge­ stellt werden, der auf dem Rahmen 10 befestigt ist.

Bei Vibrationsantriebn wird der Antriebsmotor im Hinblick auf ein möglichst schnelles Einrammen in der Regel immer mit maximaler Leistung betrieben. Trifft das Rammgut auf härteren Untergrund, reicht die Leistung zur Aufrechterhal­ tung der Drehzahl nicht aus, diese sinkt ab. Fig. 3 zeigt, wie dies bei einem Vibrationsantrieb mit einstellbarer Am­ plitude der Abtriebskraft verhindert werden kann: Mit dem Phasenstellglied 40 ist die Abtriebswelle eines Stellmotors 68 verbunden, der über eine Regeleinheit 70 mit Energie versorgt wird. Die Regeleinheit 70 erhält von einem mit dem Hydromotor 36 und damit auch den Wucht­ körpern 20 bis 26 gekoppelten Drehzahlgeber 72 die Ist- Drehzahl der Wuchtkörper und von einem Drehzahl-Sollwert­ geber 74 ein der gewünschten Drehzahl zugeordnetes Signal. Er regelt hiermit die Leistungsversorgung des Stellmotors 68 so, daß die eingestellte Solldrehzahl eingehalten wird. Änderungen in der Größe der Last werden somit über eine Änderung der Amplitude der Abtriebskraft ausgeregelt.

Anstelle der oben beschriebenen mechanischen Synchronisierung der beiden Wuchtkörperpaare kann man auch eine elektrische Synchronisierung vornehmen, wie in Fig. 4 gezeigt. Den Zahnrädern 30, 34 sind getrennte Drehstrommotoren 76, 78 als Antriebe zugeordnet. Der eine von ihnen ist direkt, der andere über einen einstellbaren elektrischen Phasenschieber 38 mit einer Drehstrom-Netzleitung 80 verbunden.

Claims (9)

1. Vibrationsantrieb, mit einem mit einer anzutreibenden Last verbindbaren starren Rahmen (10), mit einem Paar in entgegengesetzter Drehrichtung um parallele Achsen derart umlaufender Wuchtkörper (20, 22), daß sich die auf den Rahmen (10) ausgeübten Einzelwuchtkräfte in horizontaler Richtung herausmitteln und in vertikaler Richtung addieren, und mit einem auf die Wuchtkörper arbeitenden Primärantrieb (36; 76, 78), gekennzeichnet durch mindestens ein weiteres Paar um parallele Achsen derart umlaufender Wuchtkörper (24, 26), daß sich die auf den Rahmen (10) ausgeübten Einzelwuchtkräfte in horizontaler Richtung herausmitteln und in vertikaler Richtung addieren, und durch eine Einrichtung (38) zum Koppeln der Drehbewegungen beider Wuchtkörperpaare (20, 22; 24, 26) in einstellbarer Phasenlage, wobei die Umlaufachsen des weiteren Wuchtkörperpaares (24, 26) parallel zu denjenigen des ersten Wuchtkörperpaares (20, 22) verlaufen.

2. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Wuchtkörperpaare (20, 22; 24, 26) aufweist, die bezüglich Masse und Exzentrizität identisch sind.

3. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung (38) ein Differentialgetriebe umfaßt.

4. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung (38) ein Über- oder Unter­ setzergetriebe mit kontinuierlich einstellbarem Übersetzungs­ verhältnis aufweist.

5. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung (38) einen Zug freilaufender Zahnräder (48 bis 54) aufweist, die verstellbar gelagert sind und mit getriebenen Zahnrädern (30, 34) der Wuchtkörper­ paare (20, 22; 24, 26) kämmen.

6. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung (38) eine Schaltkupplung aufweist.

7. Vibrationsantrieb nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine zur Schaltkupplung mechanisch parallel geschaltete Rutschkopplung mit vorzugsweise nur geringem Schlupf.

8. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Paare von Wuchtkörpern (20 bis 26) ein Elektrotromotor (76, 78) als Primärantrieb zugeordnet ist und daß die Kopplungseinrichtung (38) mindestens einen elektrischen Phasenschieber aufweist, über welchen die Wechsel- oder Drehstromversorgung eines zugeordneten der Elektromotoren erfolgt.

9. Vibrationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Stellglied (40) der Koppeleinrichtung (38) ein Stellmotor (68) arbeitet, der über eine Regeleinheit (70) erregt wird, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines mit den Wuchtkörpern (20 bis 26) gekoppelten Dreh­ zahlmessers (72) und eines Drehzahl-Sollwertgebers (74) arbeitet.