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Walze zur Verdichtung von Bodenmassen, Schüttgütern od. dgl., insbesondere
für den Straßenbau Die Erfindung betrifft eine Walze, bei welcher neben dem Eigengewicht
der Walze noch die Beschleunigungskräfte schwingender Massen für die Verdichtung
nutzbar gemacht werden.
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Es sind bereits Konstruktionen bekannt, die demselben Zweck dienen.
In dem Patent 664 8=9 und dem Patent 695 074 ist eine Konstruktion beschrieben,
bei welcher an einem Fahrgestell nach oben frei schwingbare Arme angehängt sind,
welche an ihrem unteren Ende einen Walzenzylinder tragen. Dieser Walzenzylinder
ist auf einer Welle frei drehbar und führt durch seine exzentrische Bewegung Rüttel-
und Stampfbewegungen auf den Untergrund aus.
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Weiter ist durch die Patente 585 520 und 666 401 eine Konstruktion
bekannt, deren schwingende Massen an federnden Stangen befestigt sind. Die Schwungmassen
werden dabei gruppenweise mit verschiedenen Drehzahlen derart in Bewegung versetzt,
daß die Massen infolge Resonanz schwingen und sich die Kräfte in der Verdichtungsrichtung
addieren, während sie sich in der entgegengesetzten Richtung teilweise aufheben.
Die Gewichtsschwinger sind in einem Walzenzylinder mit Druckplatten als Druckverteiler
angeordnet, der nur absatzweise weitergedreht werden kann.
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Gegenüber diesen Konstruktionen besteht das Neue der Erfindung darin,
daß der Walzenzylinder in eine Anordnung ähnlich der Form der bekannten Straßenwalzen
eingebaut wird, wobei der Walzenzylinder jedoch nach oben nicht frei schwingen kann,
sondern gegen den Walzenkörper abgefedert ist. Außerdem trägt der Walzenzylinder
gleichzeitig die gesamte Konstruktion mit.
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Gegenüber den Patenten 585 520 und 666 401: besteht das Neue
der vorliegenden Erfindung darin, daß keine freien Schwingungen infolge Resonanz
erzeugt
werden, sondern erzwungene Schwingungen, wobei sowohl die
Schwingungszahl als auch die Größe der Beschleunigungskräfte beliebig veränderlich
sind. Außerdem dient der Walzenzylinder zur Fortbewegung der gesamten Walze, wobei
diese Fortbewegung unabhängig und ungestört von der Schwingungszahl des Walzenzylinders
mit beliebiger Geschwindigkeit erfolgen kann.
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Die beschriebenen Neuerungen sichern der Erfindung durch Vereinfachung
der Konstruktion eine größere Verwendungsmöglichkeit, bessere Manövrierfähigkeit
und erheblich besseren Wirkungsgrad gegenüber den bisher bekannten Konstruktionen.
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In den Zeichnungen sind die Ausführungsarten des Erfindungsgegenstandes
in Abb. i bis 29 dargestellt. Es zeigen Abb. i bis 3 die Walze mit exzentrisch gelagertem
Walzenzylinder, Abb. q. und 5 die Walze mit zentrisch gelagerter Welle und exzentrisch
angeordneten Schwungmassen, Abb. 6 und 7 die Walze mit verschiebbaren Schwungmassen,
Abb. 8 bis io die Walze mit veränderlicher Exzentrizität der Schwungmassen während
des Betriebes, Abb. ii die Walze mit elektrischem Antrieb der Schwungmassen, Abb.
12 bis 14 die Walzenanordnung mit aufgehobenen Horizontal- und Vertikalkräften,
Abb. 15 bis 22 die Walzenanordnung mit aufgehobenen Kräften und Momenten, Abb. 23
bis 29 eine Exzenterausgleichsvorrichtung. Bei der in Abb. i bis 3 wiedergegebenen
Ausführungsart wird ein Walzenzylinder g auf einer Welle f mit den Exzentern
k, k1 angeordnet. Die Exzenter k, k1 können sich in den Lagern h,
hl des Walzenzylinders g frei drehen. Die den Walzenzylinder g tragende Welle f
ist ihrerseits in den Lagern e, el drehbar gelagert. Wird die Welle
f mit den Exzentern k, k1 in Umdrehung gesetzt, so beschreibt der
Walzenzylinder g in vertikaler Richtung eine Hubbewegung, unabhängig davon, ob sich
der Walzenzylinder g selbst dreht oder nicht. Soweit bis hierhin beschrieben, stellt
die Anordnung nichts Neues dar. Neu dagegen ist, daß der Walzenzylinder g die gesamte
Walze mitträgt und fortbewegt und daß der Walzenzylinder g auch dann noch in ständiger
Berührung mit dem Untergrund bleibt, wenn die dem Walzenzylinder erteilte Beschleunigung
größer wird als die Erdbeschleunigung. Zu diesem Zweck wird der Walzenzylinder
g mit den Schwingarmen b, b1 durch eine Federung i, il, im Ausführungsbeispiel
nach Abb. I bis 3 eine Teleskopfederung, gegen den Walzenkörper a abgefedert.
Die Federung i, il dämpft die Schwingungen des Walzenzylinders g gegen den
Walzenkörper a ab und bringt den Walzenzylinder g in Zusammenwirkung mit seinem
Eigengewicht in seine Ausgangsstellung zurück. Durch die Anordnung der Feder ist
jede praktisch erforderliche Schwingungszahl erreichbar, ohne daß sich dabei der
Walzenzylinder g zeitweilig von seinem Untergrund abhebt. Der Antrieb der Welle
f erfolgt durch den im Innern des Walzenkörpers a unterzubringenden Motor
über die Wellen f l,
f. und die Kegelzahnräder j, il, j2, j3. Der Walzenzylinder
g übernimmt außerdem noch die Fortbewegung der gesamten. Walze. Der Antrieb des
Walzenzylinders g erfolgt zu diesem Zweck über die Wellen f3, f4, f5 und die Kegelzahnräder
j4, j5, ?s> 7v1 die Zahnräder j3, j9 und eine Exzenterausgleichsvorrichtung. Die
Kegelradgetriebe können auch durch ein Schraubenzahnradgetriebe oder Kettengetriebe
ersetzt werden. Ebenso kann an Stelle der Welle f mit den Exzentern k, k1 eine Kurbelwelle
mit entsprechenden Kurbelarmen und Kurbelzapfen treten. Die erwähnte Exzenteraüsgleichsvorrichtung
ist in den Abb.23 bis -29 dargestellt. Die Exzenterausgleichsvorrichtung ist zur
Übertragung der Drehbewegung von dem Zahnrad j9 auf den sich exzentrisch um die
Welle f bewegenden Walzenzylinder g erforderlich. Die Exzenterausgleichsvorrichtung
besteht aus dem Zahnrad j9 mit den Nuten aa, aa." dem Ausgleichsring bb mit den
Nocken co, cal und den Nuten dd, ddl sowie dem Lager hl mit den Nocken ee, eel.
Das Zahnrad j9 sitzt zentrisch auf der Welle f und ist auf dieser drehbar gelagert.
Die Nocken können in den Nuten hin und her gleiten. Die Übertragung der Drehbewegung
von dem Zahnrad j9 erfolgt dann durch die Nuten aa, aal desselben, in welche die
Nocken cc, ccl eingreifen, auf den Ausgleichsring bb und von diesem durch dessen
Nuten dd, ddl, in welche die Nocken ee, eel eingreifen, auf das Lager hl des Walzenzylinders
g, wodurch dieser selbst in Drehung gesetzt wird. Durch die beschriebene Exzenterausgleichsvorrichtung
mit ihren beiden um go° versetzten Nocken- und Nutenpaaren ist ,es möglich, den
sich exzentrisch bewegenden Walzenzylinder g über ein Zahnradgetriebe unabhängig
von seiner Exzenterbewegung in Drehung zu versetzen.
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Abb. q. und 5 zeigen eine Ausführungsart, bei der an Stelle der Welle
mit den Exzentern k, hl eine glatte Welle f ohne Exzenter und Kurbeln tritt. Wird
die Welle in Umdrehung versetzt, so entstehen durch die exzentrischen Scheiben
1, h Zentrifugalkräfte, welche durch die Welle f und die Lager
h, lzi auf den Walzenzylinder g übertragen werden, wodurch dieser Schwingungen
ausführt. Der Antrieb der Welle f, weiter die Befestigung des Walzenzylinders g
durch die Schwingarme b, b1 am Walzenkörper a sowie die Abfederung
des Walzenzylindersg durch die Federungen i, il erfolgen analog zu dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. i bis 3, nur mit dem Unterschied, daß die Federkraft nicht mehr als Rückstellkraft
für den Walzenzylinder g erforderlich ist. Der ,Antrieb des Walzenzylinders g zwecks
Fortbewegung der gesamten Walze erfolgt ebenso analog zu der Ausführungsart nach
Alb. i bis 3, nur mit dem Unterschied, daß die Exzenterausgleichsvorrichtung nach
Abb. 23 bis 29 entfällt. Das Zahnrad j9 kann jetzt direkt am Lager hl des Walzenzylinders
g befestigt werden, da durch die dauernd zentrische Lage der Welle f und des Walzenzylinders
g mit dem Lager hl und Zahnrad j9 zueinander keine Schwierigkeiten für den Zahnradantrieb
mehr bestehen.
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Abb. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsart, bei der eine Veränderung
der Exzentrizität und damit der Zentrifugalliräfte unabhängig von der Drehzahl der
Welle f möglich ist. Hierbei treten an Stelle der in Abb. q. und 5 gezeichneten,
auf der Welle f exzentrisch befestigten Scheiben zwei auf der Welle f zentrisch
angeordnete
Scheiben 13. Diese Scheiben 13 tragen in je zwei Aussparungen P, P1 je zwei
Gewichte n, ü1, welche sich durch Drehung des Gewindebolzens o gleichzeitig in gleicher
Richturig verschieben lassen. Durch die Verschiebung der Gewichte n, % wird der
Massenschwerpunkt der Scheiben 13 verlagert, wodurch sich bei gleichbleibender Drehzahl
der Scheiben 1, die Zentrifugalkräfte verändern lassen.
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Abb. 8 bis 1o zeigen eine Ausführungsart, bei der die Exzentrizität
der Schwungmassen während des Betriebes geändert werden kann, ohne daß die Maschine
stillgesetzt werden muß. Hierbei treten an Stelle der beiden Scheiben
1, h nach Abb. q. und 5 die Exzenterringe 14 nach Abb. 8 und xo, welche mittels
ihrer Zylinderbohrungen und der Kolben q von der Welle f
getragen werden.
Im Ruhezustand und bei niedriger Drehzahl der Exzenterringe 14 werden dieselben
durch die Feder y in fast zentrischer Lage zu der Achse der Welle f gehalten. Der
zylindrische Hohlraum, in welchem sich die Feder y befindet, steht durch eine Druckleitung
s und eine Rücklaufleitung s1, welche beide im Kolbenboden ausmünden, mit einem
Pumpaggregat am Ende der Welle f in Verbindung. Das Pumpaggregat besteht aus den
in die Welle f gebohrten Zylinderbohrungen, den Kolben mit Gleitrollen t, dem Exzenterführungsring
2z, den Saug- und Druckkugelventilen und einem Hohlraum v für die Aufnahme der entspannten
Druckflüssigkeit. Die Kolben t sind mit ihren Gleitrollen in dem Exzenterführungsring
u doppelseitig geführt und führen zwangläufig bei exzentrischer Stellung des Exzenterführungsringes
u zu der Welle f eine Hubbewegung aus, sobald die Welle f in Drehung
versetzt wird, wobei die Gleitrollen der Kolben t in dem feststehenden Exzenterführungsring
laufen. Die Exzentrizität des Exzenterführungsringes u ist verstellbar. Die Hubweite
der Kolben t und damit die Menge der geförderten Flüssigkeit wird durch die Exzentrizität
des Exzenterführungsringes bestimmt. Die Flüssigkeit wird aus dem Hohlraum v durch
die Saugventile in die Zylinder gesaugt und, von den Kolben t verdichtet, durch
die Druckventile in die Druckleitung s gefördert. Von hier aus gelangt die Druckflüssigkeit
in den zylindrischen Hohlraum mit der Feder y. Wächst die Drehzahl und damit die
Zentrifugalkraft des Exzenterringes 14 so stark, daß die Federkraft der Feder y
der Zentrifugalkraft nicht mehr das Gleichgewicht zu halten vermag, so würde der
Exzenterring mit steigender Drehzahl immer weiter in Richtung der der Feder y gegenüberliegenden
Kolbenhälfte des Kolbens q auswandern. Diese Auswanderung des Exzenterringes 14
wird durch den Eintritt der Druckflüssigkeit in den zylindrischen Hohlraum mit der
Feder y verhindert, da die Druckflüssigkeit den Hohlraum ausfüllt. Um jedoch die
Anfüllung des Hohlraumes mit der Flüssigkeit regulieren zu können, muß die Druckflüssigkeit
aus dem Hohlraum abfließen können. Der Abfluß der Druckflüssigkeit wird durch eine
im Boden des Kolbens q eingebaute Entspannungsdüse von bestimmter Größe, welche
vor der Rücklaufleitung sl sitzt, ermöglicht. Durch das Verhältnis der von dem Pumpaggregat
geförderten Flüssigkeitsmenge zu der durch die Entspannungsdüse abfließendenFlüssigkeitsmenge
wird der Füllungsgrad des zylindrischen Hohlraumes, in welchem sich die Feder r
befindet, mit Flüssigkeit bestimmt und damit die Exzentrizität des Exzenterringes
t4. Durch entsprechende Veränderung der Exzentrizität des Exzenterführungsringes
u läßt sich also während des Betriebes bequem jede gewünschte Exzentrizität und
damit auch Zentrifugalkraft des Exzenterringes 1, einstellen.
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Abb. rr zeigt eine Ausführungsart, bei der die Welle f direkt durch
einen Elektromotor angetrieben wird. Ankerwelle des Elektromotors und Welle f sind
dabei identisch. Das Gehäuse des Elektromotors mit dem Stator wird durch die mittlere
Scheibe des Walzenzylinders g getragen. Diese Ausführungsart besitzt folgende Vorteile:
Die Welle f ist nicht nur vierfach, sondern sechsfach gelagert, weshalb die Welle
f wegen der geringeren Biegungsmomente schwächer dimensioniert werden kann. Ferner
sind die Verluste des elektrischen Antriebes geringer als die Verluste der Zahnrad-
und Kettengetriebe, auch wird die Baubreite der Walze geringer. Weiter bietet der
Elektroantrieb die wesentlichen Vorteile der elektrischen Regeltechnik. Die elektrische
Energie erhält der Motor von einem Generator, welcher im Walzenkörper a untergebracht
und von einem Explosionsmotor angetrieben wird. Die Energiezuführung erfolgt durch
Kabel und gekapselte Schleifringe, welche an einem der Lager 1a, lt., angebracht
sind.
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In den Abb. 12, 13 und 1q. ist eine Walze in Form der bekannten englischen
Bauart schematisch in Aufriß, Seitenansicht und Grundriß dargestellt. Die beiden
Walzenzylinder g1, g2 sollen dabei nach den vorstehend beschriebenen Ausführungsarten
in Schwingung versetzt werden, während der vordere Walzenzylinder wie bisher nur
als Lenkwalze dient. In den Abb. =2 a, 13a und =q.a sind die Kräftediagramme als
Vektor= diagramme für den Fall dargestellt, daß die Kraft der Schwungmasse des Walzenzylinders
g1 in Größe und Richtung gerade dem mit P1 bezeichneten Kraftpfeil entspricht. Die
Kraft der Schwungmasse des Walzenzylinders g2 entspricht in der Größe ebenfalls
P1, ist aber in der Richtung um z8o° verschoben, wirkt also P1 entgegen. Beide Schwungmassen
haben denselben Drehsinn. Die Kräfte P1 und P2 lassen sich in die Horizontal- und
Vertikalkomponenten PH und Ply bzw. P2g und P2y zerlegen, und es zeigt sich, daß
die Gleichgewichtsbedingungen TH = o und IV = o erfüllt sind. Diese Anordnung hat,
den Vorteil, daß Schwingungen bzw. Erschütterungen der gesamten Walze in horizontaler
und vertikaler Richtung ausgeschaltet werden. Es bleiben lediglich noch die Kräftepaare
Plg-P2g und Ply-P2y wirksam.
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Abb. 15 und 16 zeigen eine Ausführungsart, bei der auch diese Momente
verschwinden. Bei dieser Anordnung werden zwei schwingende Walzenzylinder g1, g2
in den Lagern der Doppelschwingarme b2, b3 gelagert. Die Doppelschwingarme b2, b3
sind um die Drehzapfen d, dl gelagert, um welche sie sich drehen können. Die Drehzapfen
d, dl sind durch ein Wellengehäuse w starr miteinander verbunden. Das Wellengehäuse
w wird mittels zweier Schlittenführungen in den Seitenwänden des Walzenkörpers a
derart geführt, daß es sich mit den Schlittenführungen in den Seitenwänden des Walzenkörpers
a auf und ab bewegen kann. Auf dem
Wellengehäuse rv ist im Innern
des Walzenkörpers a der Motor mit Getrieben für den Fahr- und Schwingungsantrieb
der Walze untergebracht. Die beiden genannten Antriebe erfolgen auf eine der vorstehend
beschriebenen Arten. Die gesamte Anordnung von Walzenzylindern, Doppelschwingarmen,
Drehzapfen, Wellengehäuse und Motor wird durch die doppelte Federung x, xl und die
Federungen i, il, i2, i3 gegen den Walzenkörper abgefedert. Auf diese Weise
können die beiden Walzenzylinder g1, g2 um die Drehzapfen d, dl drehend schwingen.
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Die Abb. i7, 18, ig stellen die Walzenzylinder g1, g2 in Aufriß, Seitenriß
und Grundriß schematisch dar bei gleichzeitiger Einzeichnung der Vektordiagramme
für die durch dynamische Einflüsse hervorgerufenen Kräfte. Für die Darstellung der
Kräfte ist angenommen, daß in jedem der Walzenzylinder g1, g2 zwei Scheiben mit
exzentrischem Massenschwerpunkt wirken. Die Exzentrizität der Scheiben ist um 18o°
versetzt, entsprechend den in Abb. 17 eingetragenen Kraftpfeilen 2 - P, welche in
der Größe gleich, aber entgegengesetzt gerichtet sind. Die Kräfte P können durch
ihre Komponenten PH und Py ersetzt werden. Die Darstellung aller Komponenten in
den Abb, 17, 18, ig zeigt deutlich, daß für die Anordnung nach Abb. 15 bis ig die
Gleichgewichtsbedingungen 1 H = o, X Y = o, 1 M = o erfüllt
sind. Dadurch wird erreicht, daß der Walzenkörper a im Betrieb vollkommen ruhig
liegt und erschütterungsfrei ist.
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Derselbe Effekt für die Erfüllung der drei Gleichgewichtsbedingungen
läßt sich durch die in Abb. 2o, 2i, 22 schematisch dargestellte Anordnung der Walzenzylinder
g1, g2, g, erzielen. Hierbei treten an Stelle des Walzenzylinders g1, nach Abb.
15 und 16 zwei Walzenzylinder g1, g3 mit halber Breite nach Abb. 2o bis 2i. Aufhängung
und Lagerung der Walzenzylinder in den Doppelschwingarmen, Abfederung, Antrieb usw.
erfolgen analog zu der Ausführungsart nach Abb. i5 und 16.