EP0023624A2 - Mass-compensated tamping or striking system - Google Patents

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EP0023624A2
EP0023624A2 EP80104120A EP80104120A EP0023624A2 EP 0023624 A2 EP0023624 A2 EP 0023624A2 EP 80104120 A EP80104120 A EP 80104120A EP 80104120 A EP80104120 A EP 80104120A EP 0023624 A2 EP0023624 A2 EP 0023624A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
mass
piston
tools
tool carrier
Prior art date
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Application number
EP80104120A
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German (de)
French (fr)
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EP0023624A3 (en
EP0023624B1 (en
Inventor
Gülertan Vural
Udo Carle
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Bomag Menck GmbH
Original Assignee
Bomag GmbH and Co OHG
Bomag Menck GmbH
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Publication date
Application filed by Bomag GmbH and Co OHG, Bomag Menck GmbH filed Critical Bomag GmbH and Co OHG
Priority to AT80104120T priority Critical patent/ATE2855T1/en
Publication of EP0023624A2 publication Critical patent/EP0023624A2/en
Publication of EP0023624A3 publication Critical patent/EP0023624A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0023624B1 publication Critical patent/EP0023624B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil

Definitions

  • the invention relates to a mass-compensated ramming and / or beating system with at least one pair of tools from two ramming or striking tools, which are connected to a common tool carrier and oscillate in push-pull.
  • the resonance behavior of the system can cause uncontrollable oscillatory movements and forces, which must be avoided in these areas.
  • the object of the invention is to provide a mass-compensated ramming and / or impact system with which an optimal compensation of the forces and moments transmitted to the tool carrier or machine frame is achieved, in particular even when a large number of tools are provided on a common tool carrier is.
  • a mass-compensated ramming and / or striking system of the type mentioned at the outset which is characterized according to the invention in that each ramming or striking tool is assigned to a two-mass vibration exciter system, the oscillating masses of which are essentially positively guided in a linear manner without suspension and that the phase relationship of the vibrating masses is chosen so that the resultant of all mass forces at least is approaching zero.
  • Each two-mass vibration excitation system is balanced so that the product of the individual mass and the associated amplitude of its linear oscillation movement is equal to the corresponding product of the opposite side, the tools of a pair of tools oscillating in push-pull.
  • Each individual two-mass vibration excitation system is therefore mass-compensated in itself.
  • the products from the respective mass and the associated vibration path amplitude are always the same size in relation to a fixed overall system focus. If one wanted to make full use of the effect of self-compensation of the mass forces of a two-mass system, then one would have to make the suspension in the main focus of the system.
  • the tool can be a soil compaction tool or an excavation tool, while the dual mass vibration exciter system can be rigidly attached to the common tool carrier or can be suspended in a spring-loaded manner.
  • each vibration excitation system contains a double-acting piston / cylinder device with a piston, the two end faces of which can preferably be acted upon by a hydraulic fluid.
  • This piston drives one vibrating mass and the associated cylinder drives the other vibrating mass ner linear movement.
  • An arrangement with two eccentric masses can also be provided as the drive of the vibration exciter system, each rotating in opposite directions about an axis and arranged parallel next to one another, as a result of which they set the housing surrounding them with attached tools into linear vibrations.
  • Each individual two-mass vibration exciter system can be suspended on the common tool carrier or machine frame in a rigid, springy manner or also via a hydraulic or pneumatic lifting and compensating device with a piston / cylinder arrangement.
  • the latter embodiment is particularly favorable because it enables the height of each individual tool to be adjusted and the forces transmitted from a two-mass system to the tool carrier to be compensated for by a second two-mass system, which is paired with the former system and oscillates in opposite phase to it.
  • the piston / cylinder arrangements are double-acting and the corresponding cylinder chambers are connected to one another. The piston movements effective in the direction of the tool carrier then cause a displacement of the hydraulic fluid in each case to the corresponding cylinder chamber of the other system, so that these forces are kept away from the tool carrier.
  • the pairing of three dual mass systems is provided.
  • the phase shift of the vibration amplitudes to each other is 120 °, because with this arrangement the addition of the instantaneous values for sinusoidal vibration movement becomes zero.
  • an anti-rotation device which according to one embodiment is one at the factory Tool carrier attached guide rod and a tool attached, slidably mounted on the guide rod bushing.
  • the tool carrier is designed as a processing head of a compaction or ablation machine on which the tool pairs e.g. Axially symmetrical or rotationally symmetrical are arranged, wherein the tools themselves can swing in a direction inclined to the vertical, on the plane of the tool carrier.
  • a number of tools can be arranged in a circle on the circumference of the machining head, while the machining head itself can be designed to be rotatable.
  • At least two tool pairs are arranged on a common mobile machine frame in a straight row, the tool pairs being arranged one behind the other in the direction of travel, for example three tool pairs can be provided.
  • the tool is in the form of a roller, with a roller drum being rotatably mounted on the one vibrating mass of the vibration exciter system.
  • the roller drum can be provided with tool rings for material removal.
  • the embodiment of the mass-compensated ramming system shown in FIG. 1 contains a tool holder designed as a machine frame 10, on which a plurality of ramming tools are suspended, of which a pair of tools 12, 14 is shown in FIG. 1.
  • Each tool 12, 14 is assigned a dual mass vibration exciter system, generally designated 16 and 18, respectively.
  • This essentially consists of a double-acting hydraulic piston / cylinder device with a cylinder 20, 22 and a piston 24, 26. Both end faces 24A, 24B and 26A, 26B of the piston 24 and 26 can be acted upon by a hydraulic fluid.
  • the two pistons 24, 26 are at 180 ° Phase shift driven linearly.
  • the ramming tools 12, 14 are thereby driven with a linear oscillating movement, which is used to solidify or compact the underlying soil.
  • Each tool and the associated vibration exciter are suspended by means of a hydraulic piston / cylinder arrangement 28 or 30.
  • Each piston / cylinder arrangement 28, 30 contains a cylinder 32 or 34 which is fixedly connected to the machine frame 10 and a piston 36 or 38 which slides therein.
  • the two piston / cylinder arrangements 28, 30 are also double-acting; the piston 36 and 38 thus has two end faces 36A, 36B and 38 A , 38b on which the hydraulic fluid can act.
  • the two cylinder chambers 32B, 34B facing the tool are connected to one another via a line 40 or 42 and an electromagnetically operated shut-off valve 44 or 46; they are also connected via a directional valve 48 with three positions and via an adjustable pressure relief valve 50 to a pressure source 53 which is designed as a pump which is driven by a motor.
  • the two other cylinder chambers 32A, 34A are connected to one another via lines 52 and 54 and shut-off valves 56 and 58 and can also be connected directly to the pressure source 53 via the directional valve 48.
  • FIG. 1 shows the middle position of the directional control valve 48, in which the cylinder chambers are shut off from the pressure source 53, but an internal compensation of the cylinder chambers 32A, 34A or 32B, 34B via the opened valves 44, 46 or 56, 58 is possible.
  • the hydraulic system for controlling the piston / cylinder arrangements 28, 30 can be controlled differently.
  • a defined pressure is supplied to the cylinder chambers 32A, 34A, while the cylinder chambers 32B, 34B are relieved. This creates a defined load under which the tool masses vibrate. The tools act on the ground due to the constant load.
  • the pistons 36, 38 are first brought to the desired level by suitable control of the various valves, and then the directional control valve 48 is closed, that is to say into the middle position in FIG. 1 brought.
  • valves 44, 46, 56, 58 serve primarily to position a single piston / cylinder arrangement 28 or 30, because by closing the valves 44 and 56 e.g. the unit 28 can be excluded from the positioning process (by switching the directional valve 48).
  • An overpressure safety device can be provided in the hydraulic system to make suddenly occurring forces harmless, e.g. in the event of sudden, uneven floors.
  • the directional control valve 48 can also be designed as a control valve with appropriate control, e.g. to keep a certain vibration center of the tools constant, or to grant a certain tracking rate.
  • the vibration exciter systems are preferably equipped with an anti-rotation device if the tool is not rotationally symmetrical.
  • an anti-rotation device is shown in FIG. 2.
  • Fig. 2 shows only the essential parts of a single tool, the associated vibration exciter and the machine frame.
  • a connector 60 acts laterally, which is rigidly connected to a guide bush 62.
  • the guide bush 62 is slidably mounted on a shaft 64 which is rigidly connected to the machine frame 10 at its upper end and is guided at its lower end in a bush 66 rigidly attached to the tool 12.
  • Bellows 66, 68 which enclose the free part of the shaft 64, serve to seal against the ingress of dirt and the like.
  • an embodiment with a push-elastic rubber element 17 is shown on the left in FIG. 2.
  • the spring stiffness in the direction of vibration is chosen to be low so that the restoring forces are negligible.
  • FIG. 3 shows, similar to FIG. 1, two ramming tools 12, 14 with the associated vibration exciters 16, 18 and piston / cylinder arrangements 28, 30 for suspending the tools on the machine frame 10.
  • the vibration exciters are different from the embodiment according to FIG 1 not designed as a linear drive, but as an eccentric drive.
  • Each vibration exciter contains two mutually parallel shafts 70, 72 or 74, 76, on each of which an eccentric mass 78, 80 or 82, 84 is mounted.
  • the rotary movements of the eccentric masses are synchronized with each other and he follow in opposite directions within a vibration system with different directions of rotation.
  • neighboring systems also vibrate with a 180 ° phase shift.
  • the synchronization between two adjacent vibration exciters can take place, for example, by means of a toothed belt 86 or the like, which connects two adjacent shafts 72, 74 of two adjacent vibration exciters 16, 18 to one another. This ensures that the tools 14, 12 swing in push-pull.
  • the piston / cylinder arrangements 28, 30 are controlled in the same way as in FIG. 1.
  • ablation tools 88 with the associated vibration exciters 90 are arranged on a common, circular disk-shaped tool carrier 92, which is also referred to as a shield.
  • This tool carrier is attached to the end of a rotatable cantilever arm 94.
  • the formation of the vibration exciter 90 corresponds to that of FIGS. 1 and 2 and therefore need not be explained further.
  • the tools 88 are chisel-shaped and are used for material removal for tunnel or shaft driving in mining.
  • the tools and associated vibration exciters are arranged on the circumference of the tool carrier 92 in such a way that their axes are inclined to the axis of the rotatable cantilever arm 94.
  • This inclination causes a division of the impact force F in a Axialkompo- ne nth FA and a Radialkömponente F R 'Components F R support the rotational movement of the tool carrier and thus cause uniform ablation of the rock.
  • a series of ramming tools 96 with the associated vibration exciters 98 are suspended in a straight line one behind the other on a common mobile machine frame 100.
  • six ramming tools are provided, which are designed as in the embodiment shown in FIG. 1.
  • the schematic representation shows the tools one behind the other in the direction of travel; Of course, several tools can also be arranged side by side. Two neighboring tools and vibration exciters can form a pair. the. However, it is also possible to couple non-adjacent tools in pairs.
  • An inclination of the tool axes to the vertical can also be provided here, e.g. to support locomotion.
  • FIG. 6 shows an embodiment with a rolling, vibrating tool in the form of a drum casing 102.
  • a drum casing 102 with a smooth surface serves, for example, to solidify bulk goods.
  • tool rings 106, 108 are also shown in dashed lines, which can be provided instead of a smooth drum surface and are used, for example, to remove rock or the like.
  • the drum jacket 102 is mounted at two diametrically opposite points on roller bearings 104 on a yoke 110, which is rigidly connected to an end face of a piston 112.
  • the piston 112 is slidably fitted in a cylinder 114 which is formed in the interior of an axis 116 in the radial direction.
  • the axis 116 is rotatably mounted in a frame 120 attached to the machine frame 118.
  • a crank 122 is firmly closed on one end of the axle 116, to which a piston rod 124 is articulated.
  • This piston rod 124 is connected to the piston 126 of a double-acting adjusting cylinder 128 which is articulated on a holder 130 which is rigidly connected to the machine room 118.
  • axis 116 can be pivoted through an angle 2S.
  • the direction of oscillation of the piston 112 is also pivoted, so that it forms an angle ⁇ with respect to the vertical. In this way, a propulsion component is obtained from the impact force.
  • the one mass of the vibration system namely the axis 116 and the cylinder 114, is rigidly mounted on the machine frame 118.
  • the full reaction forces of the oscillating movement of the piston 112 and the parts driven thereby are therefore transmitted to the machine frame 118.
  • At least two such tools are therefore provided on the same machine frame 118, which oscillate with a 180 ° phase shift.
  • the machine frame 118 then processes the reaction forces as internal forces so that no external forces arise.
  • the remaining moments which have the tendency to pivot the machine frame 118, are eliminated by arranging a further pair of tools on the same machine frame 118, the arrangement of the tool pairs taking place in mirror image.
  • the tools of a pair are preferably arranged close to one another or one behind the other on the machine frame 118.
  • Two axes 116 of a pair of tools can then be pivoted simultaneously by an adjusting cylinder 128.
  • the two cranks 122 can be coupled by a push rod or the two axles can be coupled long and pivoted with a common crank.
  • several pairs of tools are arranged on the tunneling shield of a tunnel boring machine or the like, similar to the embodiment according to FIG. 4.
  • an anti-rotation device is provided, which is realized by a rod 132 connecting the two yokes 110, which is slidably mounted in a cylindrical bore 134 of the axis 116.
  • sealing elements 136 are provided which close the end of the rolling tool.
  • Hydraulic lines 138, 140 are fed through the axis 116 in the form of axial bores to feed the cylinder 114.
  • Rolling tools are also provided in the embodiments shown in FIGS. 8 and 9.
  • a roller-shaped tool 142 which can be provided with tool rings 144, is rotatably mounted on an axis 148 via slide or roller bearings 146.
  • the axis 148 is rigidly mounted in a fork-shaped holder 150.
  • the holder 150 is rigidly connected to the piston 152 of a double-acting hydraulic cylinder 154, which represents the linear drive of the tool.
  • the cylinder 154 is rigidly connected to the tool carrier 156.
  • a yoke 158 is rigidly connected to the piston 152 and has at its opposite ends guide bolts 160 directed towards the tool carrier 156, which are slidably guided in bushings 162 which are fastened to the tool carrier 156.
  • This anti-rotation lock can be omitted if a rotationally symmetrical tool is used.
  • the arrangement of elastic rubber elements between the frame 156 and the yoke 158 similar to the embodiment according to FIG. 2 is conceivable as a further protection against rotation.
  • the embodiment according to FIG. 9 differs from that according to FIG. 8 in that two rolling tools 164 are provided which are rotatably mounted on the outer ends of an axle shaft 166 which is supported in its central region by a rod-shaped holder 168.
  • reaction forces are transmitted to the machine frame 156. Therefore, at least two tools are always paired and arranged on the tool carrier 156 with a 180 ° phase shift. To eliminate the remaining moments, two pairs of tools with a mirror-image arrangement are preferably provided.
  • a rigid suspension of the vibration exciter system on the machine frame has the advantage that the entire piston stroke is available for the tool movement.
  • an elastic suspension of the vibration exciter and the tool driven by it on the machine frame is advantageous.
  • Corresponding embodiments are shown in FIGS. 10 and 11.
  • the embodiment according to FIG. 10 is the same as that according to FIG. 6, so that only the different features compared to FIG. 6 are explained.
  • the yoke 110 is connected on both end faces to an annular suspension plate 168, on the end face of which a likewise annular fastening plate 170 is fastened.
  • a corresponding mounting plate 172 is connected in parallel to the machine frame 174.
  • a vulcanized, ring-shaped, elastic suspension element 176 by means of which the tool with the associated vibration exciter is suspended on the machine frame. Due to the ring-shaped suspension element 176, the interior of the tool is simultaneously turned outwards sealed and thus protected against the ingress of contaminants.
  • rolling compaction tools on compaction machines for earthworks and road construction are provided with rotating unbalances for generating vibrations. These unbalances cause a so-called non-directional swinging movement of the cylindrical tool, ie the swing path amplitude is all around a center.
  • the vibration movement is not only perpendicular to the surface to be compacted, but also parallel to it, ie in the direction of travel of the machine. Since the compaction tools of such machines usually also have to perform drive and steering functions, the horizontal components of the swinging movement have an unfavorable effect on the suspension in the machine frame. On the one hand, the elastic elements for suspension should have as little spring stiffness as possible so that the machine frame is largely spared dynamic vibrating forces. On the other hand, the drive and steering function of the rolling tool requires a relatively hard suspension in the horizontal direction so that instabilities in traction and cornering behavior are prevented, which in turn results in a higher vibration load on the machine frame and thus on the entire device, including the operator.
  • the solution to the problem according to the invention i.e. To a large extent keep the machine frame free from dynamic forces from the tool movement - is achieved in the embodiments according to FIGS. 10 and 11 in that the two-mass linear excitation system used generates vibrations in one direction only.
  • the spring stiffness of the suspension elements 176 can be designed differently in the main axes. For example, a relatively low spring stiffness is provided in the direction of the vibration, but a relatively large spring stiffness in the direction perpendicular to the vibration, and the disadvantages described are thus avoided.
  • the embodiment according to FIG. 11 essentially differs from that according to FIG. 10 in that the vibration exciter of the tool is rotatably mounted on the machine frame.
  • the two outer fastening plates 172 are connected to a flange 178 of a bearing hub 180, which is mounted on roller bearings 182 in a cylindrical bore in the machine frame 174.
  • the anti-rotation device 132, 134 of the embodiments according to FIGS. 6 and 10 is not shown for the sake of simplicity, but is preferably also present.
  • the direction of oscillation of the tool can be adjusted by pivoting the axis 116, whereby a pivoting mechanism similar to that in the embodiment according to FIGS. 6 and 7 can be provided, which is attached to one of the bearing hubs 180 attacks.
  • two lateral guide columns 184, 186 are provided instead of an elastic suspension on the machine frame.
  • a piston 112 is mounted with a tool foot 188, which forms the lower mass.
  • the cylinder spaces 114A, 114B are acted on alternately, and both masses oscillate against one another in accordance with the law of maintaining the center of gravity of the system, the relatively heavier upper mass carrying out the lower oscillation amplitude.
  • a directional control valve 190 which is fed by a pressure source 192, the chambers 184A, 184B and 186A, 186B of the two guide cylinders 184, 186 are connected to one another, so that the upper mass oscillates freely with respect to the machine frame 194 without generating support forces can.
  • the guide cylinders 184, 186 are with their jackets on the machine frame 194 and with theirs Piston rods attached to the upper mass.
  • An anti-rotation device according to FIG. 2 can be arranged between the upper mass and the tool foot 188.
  • the entire unit can be raised or lowered, or if valve 190 is used as a control valve, a specific load or tracking rate can be specified (see page 101).
  • FIG. 13 shows an embodiment in which a ramming system comprising a cylinder 196 and piston 198 with a ramming tool 200 attached to it is articulated on a machine frame 206 via two trailing arms 202, 204.
  • the articulation point 208 of the trailing arm 202 on the machine frame 206 is fixed, while the trailing arm 204 is articulated on the machine frame via a horizontally displaceable bearing 210, which can be moved or blocked by means of an adjusting cylinder 212. This allows the tool axis to be inclined towards the floor as required.
  • the adjusting cylinder 212 can be driven periodically, the frequency being adjustable in such a way that a horizontal component is superimposed on the tool movement, which compensates for the relative movement of a movable tool carrier to the ground in the contact area between the tool and the ground . This ensures that, when the tool hits the ground, the tool has only a vertical component in its movement relative to the ground and thus the surface of the processed ground is not stressed in the horizontal direction. This ensures that even with very shear sensitive surfaces, no cracks can occur due to horizontal movement components of the tools during compaction.

Abstract

Ein massenkompensiertes Stampf- und/oder Schlagsystem, wie eine Bodenverdichtungsmaschine für den Strassenbau oder Abbaumaschine für den Bergbau, umfasst mindestens ein Werkzeugpaar aus zwei Stampf- bzw. Schlagwerkzeugen, die mit einem gemeinsamen Werkzeugträger verbunden sind und im Gegentakt schwingen. Die bei solchen Systemen vorhandene Schwierigkeit der Übertragung von Kräften und Momenten auf den Werkzeugträger bzw. den Maschinenrahmen wird dadurch vermieden, dass jedes Stampf- bzw. Schlagwerkzeug einem Zweimassen-Schwingungserregersystem zugeordnet ist, dessen schwingende Massen im wesentlichen federungsfrei linear zwangsgeführt sind, und dass die Phasenbeziehung der schwingenden Massen so gewählt ist, dass die Resultierende aller Massenkräfte wenigstens angenähert zu Null wird.A mass-compensated ramming and / or striking system, such as a soil compaction machine for road construction or mining machine for mining, comprises at least one pair of tools from two ramming or striking tools, which are connected to a common tool carrier and oscillate in push-pull. The difficulty of transmitting forces and moments to the tool carrier or the machine frame, which is present in such systems, is avoided in that each ramming or striking tool is assigned to a two-mass vibration excitation system, the oscillating masses of which are essentially positively guided in a linear manner without suspension, and that The phase relationship of the vibrating masses is selected so that the resultant of all mass forces is at least approximately zero.

Description

Die Erfindung betrifft ein massenkompensiertes Stampf-und/oder Schlagsystem mit mindestens einem Werkzeugpaar aus zwei Stampf- bzw. Schlagwerkzeugen, die mit einem gemeinsamen Werkzeugträger verbunden sind und im Gegentakt schwingen.The invention relates to a mass-compensated ramming and / or beating system with at least one pair of tools from two ramming or striking tools, which are connected to a common tool carrier and oscillate in push-pull.

Bei mit vibrierenden Werkzeugen ausgestatteten Maschinen, z.B. Bodenverdichtungsmaschinen für den Straßenbau, Abbaumaschinen für den Bergbau usw., tritt allgemein die Schwierigkeit auf, daß die schwingenden Massensysteme Vibrationen auf den Maschinenrahmen übertragen. Durch diese Vibrationen wird der Maschinenrahmen Belastungen ausgesetzt, die auf Dauer zu Material ermüdung und Schäden führen können. Es wurden daher bereits verschiedene Anstrengungen unternommen, um massenkompensierte Stampf- und/oder Schlagmaschinen zu schaffen. Bei den meisten bisherigen Vibrationsmaschinen sind die schwingenden Massen federnd aneinander gekoppelt, und das aus zwei schwingenden Massen bestehende System ist als solches wiederum federnd an einem Maschinenrahmen angekoppelt. Derartige Lösungen sind grundsätzlich mit dem Mangel behaftet, daß die Kopplung der Feder-Massen-Systeme eine Anzahl störender Eigenfrequenzen beinhaltet. Im Falle, daß die Schwingungsfrequenz der Werkzeuge mit einer solchen Eigenfrequenz zusammentrifft bzw. in deren Nähe gerät, so können infolge des Resonanzverhaltens des Systems unkontrollierbare Schwingbewegungen und Kräfte hervorgerufen werden, wodurch ein Betrieb in diesen Bereichen vermieden werden muß. In der täglichen Praxis ist es jedoch erforderlich, die Schwingungsfrequenz der Werkzeuge an die jeweiligen vorherrschenden Verhältnisse anzupassen. z.B. an die Bodenbeschaffenheit, wenn Verdichungswerkzeuge zum Einsatz gelangen, oder an die Materialbeschaffenheit, wenn mit der Maschine Abtragungsarbeiten durchgeführt werden sollen.In machines equipped with vibrating tools, for example soil compaction machines for road construction, mining machines for mining, etc., the difficulty generally arises that the vibrating mass systems transmit vibrations to the machine frame. These vibrations expose the machine frame to loads that can lead to material fatigue and damage in the long term. Various efforts have therefore already been made to create mass-compensated ramming and / or striking machines. In most previous vibration machines, the vibrating masses are resiliently coupled to one another, and the system consisting of two vibrating masses is in turn resiliently coupled to a machine frame. Such solutions are fundamentally deficient in the fact that the coupling of the spring-mass systems contains a number of disturbing natural frequencies. In the event that the vibration frequency of the tools with such a Eigen frequency meets or comes close to it, the resonance behavior of the system can cause uncontrollable oscillatory movements and forces, which must be avoided in these areas. In daily practice, however, it is necessary to adapt the vibration frequency of the tools to the prevailing conditions. For example, the condition of the ground if compaction tools are used, or the condition of the material if removal work is to be carried out with the machine.

Wenn eine Vielzahl von Werkzeugen mit einem gemeinsamen Werkzeugträger bzw. Maschinenrahmen zum Einsatz gelangen soll, so ist ein Massenausgleich bei federnd aneinander gekoppelten schwingenden Massen praktisch nicht zu beherrschen. Der Werkzeugträger kann dann unkontrollierbaren hohen Belastungen ausgesetzt werden.If a large number of tools with a common tool carrier or machine frame are to be used, then mass balancing with oscillating masses coupled to one another in spring is practically impossible to master. The tool carrier can then be exposed to uncontrollable high loads.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein massenkompensiertes Stampf- und/oder Schlagsystem zu schaffen, mit dem ein optimaler Ausgleich der auf den Werkzeugträger bzw. Maschinenrahmen übertragenen Kräfte und Momente erreicht wird, insbesondere auch dann, wenn eine Vielzahl von Werkzeugen an einem gemeinsamen Werkzeugträger vorgesehen ist.The object of the invention is to provide a mass-compensated ramming and / or impact system with which an optimal compensation of the forces and moments transmitted to the tool carrier or machine frame is achieved, in particular even when a large number of tools are provided on a common tool carrier is.

Diese Aufgabe wird durch ein massenkompensiertes Stampf-und/oder Schlagsystem der eingangs genannten Art gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes Stampf- bzw. Schlagwerkzeug einem Zweimassen-Schwingungserregersystem zugeordnet ist, dessen schwingende Massen im wesentlichen federungsfrei linear zwangsgeführt sind und daß die Phasenbeziehung der schwingenden Massen so gewählt ist, daß die Resultierende aller Massenkräfte wenigstens angenähert zu Null wird.This object is achieved by a mass-compensated ramming and / or striking system of the type mentioned at the outset, which is characterized according to the invention in that each ramming or striking tool is assigned to a two-mass vibration exciter system, the oscillating masses of which are essentially positively guided in a linear manner without suspension and that the phase relationship of the vibrating masses is chosen so that the resultant of all mass forces at least is approaching zero.

Jedes Zweimassen-Schwingungserregersystem ist so abgeglichen, daß das Produkt aus Einzelmasse und zugehöriger Amplitude ihrer linearen Schwingungsbewegung gleich dem entsprechenden Produkt der Gegenseite ist, wobei die Werkzeuge eines Werkzeugpaares jeweils im Gegentakt schwingen. Jedes einzelne Zweimassen-Schwingungserregersystem ist also in sich massenkompensiert. Hierbei besteht der physikalische Zusammenhang, daß die Produkte aus jeweiliger Masse und zugehöriger Schwingwegamplitude, bezogen auf einen raumfesten Gesamtsystemschwerpunkt, stets gleich groß sind. Wollte man den Effekt der Selbstkompensierung der Massenkräfte eines Zweimassensystems voll nutzen, dann müßte man die Aufhängung im Systemschwerpunkt vornehmen.Each two-mass vibration excitation system is balanced so that the product of the individual mass and the associated amplitude of its linear oscillation movement is equal to the corresponding product of the opposite side, the tools of a pair of tools oscillating in push-pull. Each individual two-mass vibration excitation system is therefore mass-compensated in itself. Here there is the physical connection that the products from the respective mass and the associated vibration path amplitude are always the same size in relation to a fixed overall system focus. If one wanted to make full use of the effect of self-compensation of the mass forces of a two-mass system, then one would have to make the suspension in the main focus of the system.

Da dies in praktischer Ausgestaltung in den seltensten Fällen ausführbar sein wird, erfolgt die Lösung der Aufgabenstellung solcherart, daß zur Massenkompensation mehrere gleiche Zweimassen-Schwingungserreger in besonderer Beziehung zueinander an einem gemeinsamen Maschinenrahmen angeordnet werden.Since this will rarely be possible in a practical embodiment, the problem is solved in such a way that for mass compensation, several identical two-mass vibration exciters are arranged in a special relationship to one another on a common machine frame.

Das Werkzeug kann ein Bodenverdichtungswerkzeug oder ein Abtragungswerkzeug sein, während das Zweimassen-Schwingungserregersystem an dem gemeinsamen Werkzeugträger starr befestigt oder federnd aufgehängt sein kann.The tool can be a soil compaction tool or an excavation tool, while the dual mass vibration exciter system can be rigidly attached to the common tool carrier or can be suspended in a spring-loaded manner.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält jedes Schwingungserregersystem eine doppelt wirkende Kolben/ Zylinder-Einrichtung mit einem Kolben, dessen beide Stirnseiten vorzugsweise von einem Hydraulikfluid beaufschlagbar sind. Dieser Kolben treibt die eine schwingende Masse und der zugehörige Zylinder die andere schwingende Masse mit einer Linearbewegung an. Als Antrieb des Schwingungserregersystems kann auch eine Anordnung mit zwei Exzentermassen vorgesehen sein, die jeweils um eine Achse gegenläufig zueinander rotieren und parallel nebeneinander angeordnet sind, wodurch sie das sie umgebende Gehäuse mit angebautem Werkzeug in lineare Schwingungen versetzen.According to a particularly preferred embodiment, each vibration excitation system contains a double-acting piston / cylinder device with a piston, the two end faces of which can preferably be acted upon by a hydraulic fluid. This piston drives one vibrating mass and the associated cylinder drives the other vibrating mass ner linear movement. An arrangement with two eccentric masses can also be provided as the drive of the vibration exciter system, each rotating in opposite directions about an axis and arranged parallel next to one another, as a result of which they set the housing surrounding them with attached tools into linear vibrations.

Die Aufhängung jedes einzelnen Zweimassen-Schwingungserregersystems an dem gemeinsamen Werkzeugträger bzw. Maschinenrahmen kann starr, federnd oder auch über eine hydraulische oder pneumatische Hub- und Ausgleichseinrichtung mit einer Kolben/Zylinder-Anordnung erfolgen. Letztere Ausführungsform ist besonders günstig, denn sie ermöglicht gleichzeitig eine Anpassung der Höhe jedes einzelnen Werkzeugs und die Kompensation der von einem Zweimassensystem auf den Werkzeugträger übertragenen Kräfte durch ein zweites Zweimassensystem, welches mit dem erstgenannten System gepaart ist und zu diesem in Gegenphase schwingt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind hierzu die Kolben/Zylinder-Anordnungen doppelt wirkend ausgebildet, und die entsprechenden Zylinderkammern sind miteinander verbunden. Die in Richtung des Werkzeugträgers wirksamen Kolbenbewegungen verursachen dann eine Verschiebung des Hydraulikfluids jeweils zur entsprechenden Zylinderkammer des anderen Systems, so daß diese Kräfte von dem Werkzeugträger ferngehalten werden.Each individual two-mass vibration exciter system can be suspended on the common tool carrier or machine frame in a rigid, springy manner or also via a hydraulic or pneumatic lifting and compensating device with a piston / cylinder arrangement. The latter embodiment is particularly favorable because it enables the height of each individual tool to be adjusted and the forces transmitted from a two-mass system to the tool carrier to be compensated for by a second two-mass system, which is paired with the former system and oscillates in opposite phase to it. According to a preferred embodiment, the piston / cylinder arrangements are double-acting and the corresponding cylinder chambers are connected to one another. The piston movements effective in the direction of the tool carrier then cause a displacement of the hydraulic fluid in each case to the corresponding cylinder chamber of the other system, so that these forces are kept away from the tool carrier.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die Paarung von drei Zweimassensystemen vorgesehen. Hierbei beträgt die Phasenverschiebung der Schwingamplituden untereinander 120°, denn bei dieser Anordnung wird die Addition der Momentanwerte bei sinusförmiger Schwingbewegung gleich Null.In another advantageous embodiment, the pairing of three dual mass systems is provided. Here, the phase shift of the vibration amplitudes to each other is 120 °, because with this arrangement the addition of the instantaneous values for sinusoidal vibration movement becomes zero.

Wenn während des Betriebes eine Verdrehung der Werkzeuge unerwünscht ist, kann eine Verdrehsicherung vorgesehen werden, die gemäß einer Ausführungsform eine an dem Werkzeugträger befestigte Führungsstange und eine am Werkzeug befestigte, auf der Führungsstange gleitend montierte Buchse umfaßt.If twisting of the tools is undesirable during operation, an anti-rotation device can be provided, which according to one embodiment is one at the factory Tool carrier attached guide rod and a tool attached, slidably mounted on the guide rod bushing.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Werkzeugträger als Bearbeitungskopf einer Verdichtungs- bzw. Abtragungsmaschine ausgebildet, auf dem die Werkzeugpaare z.B. achsensymmetrisch oder rotationssymmetrisch angeordnet sind, wobei die Werkzeuge selber in einer zur Senkrechten, auf der Ebene des Werkzeugträgers geneigten Richtung schwingen können. Hierbei können eine Anzahl Werkzeuge kreisförmig am Umfang des Bearbeitungskopfes angeordnet sein, während der Bearbeitungskopf selber drehbar ausgebildet sein kann.According to an advantageous development, the tool carrier is designed as a processing head of a compaction or ablation machine on which the tool pairs e.g. Axially symmetrical or rotationally symmetrical are arranged, wherein the tools themselves can swing in a direction inclined to the vertical, on the plane of the tool carrier. Here, a number of tools can be arranged in a circle on the circumference of the machining head, while the machining head itself can be designed to be rotatable.

Bei einer anderen Ausführungsform sind wenigstens zwei Werkzeugpaare an einem gemeinsamen fahrbaren Maschinenrahmen in einer geraden Reihe angeordnet, wobei die Werkzeugpaare in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet, beispielsweise drei Werkzeugpaare vorgesehen sein können.In another embodiment, at least two tool pairs are arranged on a common mobile machine frame in a straight row, the tool pairs being arranged one behind the other in the direction of travel, for example three tool pairs can be provided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Werkzeug walzenförmig, wobei eine Walzentrommel auf der einen schwingenden Masse des Schwingungserregersystems drehbar gelagert ist. Hierbei kann die Walzentrommel mit Werkzeugringen zur Materialabtragung versehen sein.According to a further embodiment, the tool is in the form of a roller, with a roller drum being rotatably mounted on the one vibrating mass of the vibration exciter system. Here, the roller drum can be provided with tool rings for material removal.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines massenkompensierten Stampfsystems mit zwei im Längsschnitt gezeigten Stampfwerkzeugen und den zugehörigen Schwingungserregern und Aufhängungsvorrichtungen und mit einem zugeordneten hydraulischen Steuerungssystem;
  • Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht eines Stampfwerkzeugs und einer zugeordneten Verdrehsicherung;
  • Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gezeigte schematische Darstellung von zwei Stampfwerkzeugen mit den zugehörigen Schwingungserregern und Aufhängungsvorrichtungen, wobei als Schwingungserreger jeweils eine Anordnung von Exzentermassen zur Anwendung gelangt;
  • Fig. 4 eine schematische Perspektivansicht einer besonderen Ausführungsform, bei der sechs meißelförmige Abtragungswerkzeuge von einem gemeinsamen, kreisscheibenförmigen Werkzeugträger getragen werden;
  • Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der eine Reihe von Stampfwerkzeugen und zugehörigen Schwingungserregern sowie Aufhängungsvorrichtungen in Fahrtrichtung hintereinander an einem fahrbaren Maschinenrahmen einer Bodenverdichtungsmaschine angeordnet ist;
  • Fig. 6 eine Ausführungsform mit einem abrollenden Werkzeug im Schnitt längs der Achse des Werkzeugs;
  • Fig. 7 eine Seitenansicht der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform;
  • Fig. 8 eine schematische, teilweise im Schnitt gezeigte Darstellung einer anderen Ausführungsform mit einem abrollenden Werkzeug;
  • Fig. 9 eine weitere Ausführungsform mit einem abrollenden Werkzeug;
  • Fig. 10 eine Ausführungsform mit abrollendem Werkzeug und federnder Aufhängung desselben am Maschinenrahmen;
  • Fig. 11 eine weitere Ausführungsform mit abrollendem Werkzeug und federnder Aufhängung desselben am Maschinenrahmen;
  • Fig. 12 eine weitere Ausführungsform, bei der zwei seitliche Führungssäulen vorgesehen sind; und
  • Fig. 13 eine Ausführungsform mit einem von einem fahrbaren Maschinenrahmen geschleppten Werkzeug.
Further advantages and features of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. The drawing shows:
  • Figure 1 is a schematic representation of part of a mass-compensated ramming system with two ramming tools shown in longitudinal section and the associated vibration exciters and suspension devices and with an associated hydraulic control system.
  • 2 shows a side view, partly in section, of a ramming tool and an associated anti-rotation device;
  • 3 shows a schematic illustration, partly in section, of two ramming tools with the associated vibration exciters and suspension devices, an arrangement of eccentric masses being used as the vibration exciter;
  • 4 shows a schematic perspective view of a particular embodiment in which six chisel-shaped removal tools are carried by a common circular disk-shaped tool carrier;
  • 5 shows a schematic side view of a further embodiment, in which a number of ramming tools and associated vibration exciters and suspension devices are arranged one behind the other in the direction of travel on a mobile machine frame of a soil compacting machine;
  • 6 shows an embodiment with a rolling tool in section along the axis of the tool;
  • Fig. 7 is a side view of the embodiment shown in Fig. 6;
  • 8 shows a schematic illustration, partly in section, of another embodiment with a rolling tool;
  • 9 shows a further embodiment with a rolling tool;
  • 10 shows an embodiment with a rolling tool and resilient suspension of the same on the machine frame;
  • 11 shows a further embodiment with a rolling tool and resilient suspension of the same on the machine frame;
  • 12 shows a further embodiment in which two lateral guide columns are provided; and
  • 13 shows an embodiment with a tool towed by a mobile machine frame.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des massenkompensierten Stampfsystems enthält einen als Maschinenrahmen 10 ausgebildeten Werkzeugträger, an dem eine Mehrzahl von Stampfwerkzeugen aufgehängt ist, von denen in Fig. 1 ein Werkzeugpaar 12, 14 gezeigt ist. Jedem Werkzeug 12, 14 ist ein allgemein mit 16 bzw. 18 bezeichnetes Zweimassen-Schwingungserregersystem zugeordnet. Dieses besteht im wesentlichen aus einer doppelt wirkenden hydraulischen Kolben/Zylinder-Einrichtung mit einem Zylinder 20, 22 und einem Kolben 24, 26. Beide Stirnseiten 24A, 24B bzw. 26A, 26B des Kolbens 24 bzw. 26 sind von einem Hydraulikfluid beaufschlagbar. Durch geeignete Steuerung des Hydraulikfluids in die beiden zwischen dem Kolben und dem Zylinder gebildeten Zylinderkammern 20A, 20B bzw. 22A, 22B werden die beiden Kolben 24, 26 mit 180° Phasenverschiebung linear angetrieben. Die Stampfwerkzeuge 12, 14 werden dadurch mit einer linearen Schwingbewegung angetrieben, die dazu ausgenutzt wird, um den darunter liegenden Boden zu verfestigen bzw. verdichten.The embodiment of the mass-compensated ramming system shown in FIG. 1 contains a tool holder designed as a machine frame 10, on which a plurality of ramming tools are suspended, of which a pair of tools 12, 14 is shown in FIG. 1. Each tool 12, 14 is assigned a dual mass vibration exciter system, generally designated 16 and 18, respectively. This essentially consists of a double-acting hydraulic piston / cylinder device with a cylinder 20, 22 and a piston 24, 26. Both end faces 24A, 24B and 26A, 26B of the piston 24 and 26 can be acted upon by a hydraulic fluid. By suitably controlling the hydraulic fluid in the two cylinder chambers 20A, 20B and 22A, 22B formed between the piston and the cylinder, the two pistons 24, 26 are at 180 ° Phase shift driven linearly. The ramming tools 12, 14 are thereby driven with a linear oscillating movement, which is used to solidify or compact the underlying soil.

Die Aufhängung jedes Werkzeugs und des zugeordneten Schwingungserregers ist mittels einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Anordnung 28 bzw. 30 verwirklicht. Jede Kolben/Zylinder-Anordnung 28, 30 enthält einen fest mit dem Maschinenrahmen 10 verbundenen Zylinder 32 bzw. 34 und einen gleitend darin eingepaßten Kolben 36 bzw. 38. Auch die beiden Kolben/Zylinder-Anordnungen 28, 30 sind doppelt wirkend; der Kolben 36 bzw. 38 weist also zwei Stirnflächen 36A,36B bzw. 38A,38b aufßie von dem Hydraulikfluid beaufschlagbar sind. Die beiden dem Werkzeug zugewandten Zylinderkammern 32B, 34B sind über eine Leitung 40 bzw. 42 und ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil 44 bzw. 46 miteinander verbunden; sie sind ferner über ein Wegventil 48 mit drei Stellungen sowie über ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 50 mit einer Druckquelle 53 verbunden, die als Pumpe ausgebildet ist, die von einem Motor angetrieben wird. Die beiden anderen Zylinderkammern 32A, 34A sind über Leitungen 52 bzw. 54 und Absperrventile 56 bzw. 58 miteinander verbunden und ferner über das Wegventil 48 mit der Druckquelle 53 direkt verbindbar. In Fig. 1 ist die mittlere Stellung des Wegventils 48 gezeigt, in der die Zylinderkammern von der Druckquelle 53 abgesperrt sind, wobei jedoch ein interner Ausgleich der Zylinderkammern 32A, 34A bzw. 32B, 34B über die geöffneten Ventile 44, 46 bzw. 56, 58 möglich ist.Each tool and the associated vibration exciter are suspended by means of a hydraulic piston / cylinder arrangement 28 or 30. Each piston / cylinder arrangement 28, 30 contains a cylinder 32 or 34 which is fixedly connected to the machine frame 10 and a piston 36 or 38 which slides therein. The two piston / cylinder arrangements 28, 30 are also double-acting; the piston 36 and 38 thus has two end faces 36A, 36B and 38 A , 38b on which the hydraulic fluid can act. The two cylinder chambers 32B, 34B facing the tool are connected to one another via a line 40 or 42 and an electromagnetically operated shut-off valve 44 or 46; they are also connected via a directional valve 48 with three positions and via an adjustable pressure relief valve 50 to a pressure source 53 which is designed as a pump which is driven by a motor. The two other cylinder chambers 32A, 34A are connected to one another via lines 52 and 54 and shut-off valves 56 and 58 and can also be connected directly to the pressure source 53 via the directional valve 48. 1 shows the middle position of the directional control valve 48, in which the cylinder chambers are shut off from the pressure source 53, but an internal compensation of the cylinder chambers 32A, 34A or 32B, 34B via the opened valves 44, 46 or 56, 58 is possible.

Diese Ausführungsform arbeitet folgendermaßen:

  • Die Werkzeuge 12, 14 werden von den zugeordneten Kolben/ Zylinder-Einrichtungen 16, 18 im Gegentakt zwangsgesteuert, wobei die Reaktionskräfte auf die Kolben 36, 38 übertragen werden. Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung der Ventile 44,46 und 56, 58 wird durch die Gegentaktbewegung der Kolben 36, 38 das Hydraulikfluid zwischen den einander entsprechenden Zylinderkammern 32A, 34A und 32B, 34B hin- und hergeschoben. Die Reaktionskräfte werden also von dem einen Schwingungserregersystem jeweils auf dem Umweg über die Kolben/Zylinder-Anordnung 28, 34 und die zwischen den Zylindern vorhandenen Verbindungen auf das andere Werkzeug umgeleitet. Der Maschinenrahmen 10 ist daher optimal gegen die Einwirkung von Reaktionskräften geschützt.
This embodiment works as follows:
  • The tools 12, 14 are positively controlled by the assigned piston / cylinder devices 16, 18, the reaction forces being transmitted to the pistons 36, 38. In the position of the valves 44, 46 shown in FIG. 1 and 56, 58, the push-pull motion of the pistons 36, 38 reciprocates the hydraulic fluid between the corresponding cylinder chambers 32A, 34A and 32B, 34B. The reaction forces are thus diverted from the one vibration excitation system in each case via the piston / cylinder arrangement 28, 34 and the connections existing between the cylinders to the other tool. The machine frame 10 is therefore optimally protected against the action of reaction forces.

Je nach Bodenbeschaffenheit und Art der durchzuführenden Arbeit kann das Hydrauliksystem zur Steuerung der Kolben/ Zylinder-Anordnungen 28, 30 unterschiedlich gesteuert werden. Bei ausweichendem Untergrund wird den Zylinderkammern 32A, 34A ein definierter Druck zugeführt, während die Zylinderkammern 32B, 34B entlastet sind. Dadurch wird eine definierte Auflast bewirkt, unter der die Werkzeugmassen schwingen. Durch die konstant wirkende Auflast werden die Werkzeuge dem Boden nachgeführt. Wenn hingegen der Untergrund in einem definierten Abstand vom Maschinenrahmen verbleiben soll, so werden zunächst die Kolben 36, 38 durch geeignete Steuerung der verschiedenen Ventile auf das gewünschte Niveau gebracht, und dann wird das Wegventil 48 geschlossen, also in die in Fig. 1 mittlere Stellung gebracht. Dadurch wird die hydraulische Nachführung unterbunden, während jedoch weiterhin ein Ausgleich zwischen den entsprechenden Zylinderkammern über die geöffneten Ventile 44, 46, 56, 58 erfolgt. Die Ventile 44, 46, 56, 58 dienen vornehmlich der Positioniermöglichkeit einer einzelnen Kolben/Zylinder-Anordnung 28 bzw. 30, denn durch Schließen der Ventile 44 und 56 kann z.B. die Einheit 28 vom Positioniervorgang (durch Schalten des Wegeventils 48) ausgeschlossen werden. In dem Hydrauliksystem kann eine überdrucksicherung vorgesehen sein, um plötzlich auftretende Kräfte unschädlich zu machen, z.B. bei plötzlichen starken Bodenunebenheiten.Depending on the nature of the ground and the type of work to be carried out, the hydraulic system for controlling the piston / cylinder arrangements 28, 30 can be controlled differently. In the case of a different ground, a defined pressure is supplied to the cylinder chambers 32A, 34A, while the cylinder chambers 32B, 34B are relieved. This creates a defined load under which the tool masses vibrate. The tools act on the ground due to the constant load. If, on the other hand, the substrate is to remain at a defined distance from the machine frame, the pistons 36, 38 are first brought to the desired level by suitable control of the various valves, and then the directional control valve 48 is closed, that is to say into the middle position in FIG. 1 brought. As a result, the hydraulic tracking is prevented, but a compensation between the corresponding cylinder chambers continues via the open valves 44, 46, 56, 58. The valves 44, 46, 56, 58 serve primarily to position a single piston / cylinder arrangement 28 or 30, because by closing the valves 44 and 56 e.g. the unit 28 can be excluded from the positioning process (by switching the directional valve 48). An overpressure safety device can be provided in the hydraulic system to make suddenly occurring forces harmless, e.g. in the event of sudden, uneven floors.

Das Wegeventil 48 kann auch bei entsprechender Ansteuerung als Regelventil ausgebildet sein, um z.B. eine bestimmte Schwingungsmitte der Werkzeuge konstant zu halten, oder eine bestimmte Nachführrate zu gewähren.The directional control valve 48 can also be designed as a control valve with appropriate control, e.g. to keep a certain vibration center of the tools constant, or to grant a certain tracking rate.

Die Schwingungserregersysteme sind vorzugsweise mit einer Verdrehsicherung ausgerüstet, wenn das Werkzeug nicht rotationssymmetrisch ist. Eine solche Verdrehsicherung ist in Fig. 2 gezeigt. Fig. 2 zeigt nur die wesentlichen Teile eines einzelnen Werkzeugs, des zugehörigen Schwingungserregers und des Maschinenrahmens. Am Zylinder 20 greift seitlich ein Stutzen 60 an, der mit einer Führungsbuchse 62 starr verbunden ist. Die Führungsbuchse 62 ist auf einem Schaft 64 gleitend gelagert, der an seinem oberen Ende mit dem Maschinenrahmen 10 starr verbunden ist und an seinem unteren Ende in einer am Werkzeug 12 starr befestigten Buchse 66 geführt ist. Zur Abdichtung gegen das Eindringen von Schmutz und dgl. dienen Faltenbälge 66, 68, die den freien Teil des Schaftes 64 umschließen. Als weitere Möglichkeit zur Verdrehsicherung ist links in Fig. 2 eine Ausführung mit schubelastischem Gummielement 17 dargestellt. Die Federsteife in Schwingungsrichtung wird hierbei gering gewählt, damit die Rückstellkräfte vernachlässigbar sind.The vibration exciter systems are preferably equipped with an anti-rotation device if the tool is not rotationally symmetrical. Such an anti-rotation device is shown in FIG. 2. Fig. 2 shows only the essential parts of a single tool, the associated vibration exciter and the machine frame. On the cylinder 20, a connector 60 acts laterally, which is rigidly connected to a guide bush 62. The guide bush 62 is slidably mounted on a shaft 64 which is rigidly connected to the machine frame 10 at its upper end and is guided at its lower end in a bush 66 rigidly attached to the tool 12. Bellows 66, 68, which enclose the free part of the shaft 64, serve to seal against the ingress of dirt and the like. As a further possibility of securing against rotation, an embodiment with a push-elastic rubber element 17 is shown on the left in FIG. 2. The spring stiffness in the direction of vibration is chosen to be low so that the restoring forces are negligible.

Fig. 3 zeigt ähnlich wie Fig. 1 zwei Stampfwerkzeuge 12, 14 mit den zugeordneten Schwingungserregern 16, 18 und Kolben/ Zylinder-Anordnungen 28, 30 zur Aufhängung der Werkzeuge am Maschinenrahmen 10. Die Schwingungserreger sind jedoch im Unterschied zu der.Ausführungsform nach Fig. 1 nicht als Linearantrieb, sondern als Exzenterantrieb ausgebildet. Jeder Schwingungserreger enthält zwei zueinander parallele Wellen 70, 72 bzw. 74, 76, auf denen jeweils eine Exzentermasse 78, 80 bzw. 82, 84 gelagert ist. Die Drehbewegungen der Exzentermassen sind miteinander synchronisiert und erfolgen mit verschiedener Drehrichtung gegenläufig innerhalb eines Schwingungssystems. Ferner schwingen benachbarte Systeme ebenfalls mit 180° Phasenverschiebung. Die Synchronisation zwischen zwei benachbarten Schwingungserregern kann z.B. mittels eines Zahnriemens 86 o. dgl. erfolgen, der jeweils zwei benachbarte Wellen 72, 74 zweier benachbarter Schwingungserreger 16, 18 miteinander verbindet. Dadurch wird erreicht, daß die Werkzeuge 14, 12 im Gegentakt schwingen. Die Steuerung der Kolben/Zylinder-Anordnungen 28, 30 erfolgt in derselben Weise wie bei Fig. 1.FIG. 3 shows, similar to FIG. 1, two ramming tools 12, 14 with the associated vibration exciters 16, 18 and piston / cylinder arrangements 28, 30 for suspending the tools on the machine frame 10. However, the vibration exciters are different from the embodiment according to FIG 1 not designed as a linear drive, but as an eccentric drive. Each vibration exciter contains two mutually parallel shafts 70, 72 or 74, 76, on each of which an eccentric mass 78, 80 or 82, 84 is mounted. The rotary movements of the eccentric masses are synchronized with each other and he follow in opposite directions within a vibration system with different directions of rotation. Furthermore, neighboring systems also vibrate with a 180 ° phase shift. The synchronization between two adjacent vibration exciters can take place, for example, by means of a toothed belt 86 or the like, which connects two adjacent shafts 72, 74 of two adjacent vibration exciters 16, 18 to one another. This ensures that the tools 14, 12 swing in push-pull. The piston / cylinder arrangements 28, 30 are controlled in the same way as in FIG. 1.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind sechs Abtragungswerkzeuge 88 mit den zugeordneten Schwingungserregern 90 auf einem gemeinsamen, kreisscheibenförmig ausgebildeten Werkzeugträger 92 angeordnet, der auch als Schild bezeichnet wird. Dieser Werkzeugträger ist am Ende eines drehbaren Auslegerarmes 94 befestigt. Die Ausbildung der Schwingungserreger 90 entspricht derjenigen nach den Fig. 1 und 2 und braucht daher nicht weiter erläutert zu werden. Die Werkzeuge 88 sind meißelförmig und dienen zur Materialabtragung für den Tunnel-oder Schachtvortrieb im Bergbau. Die Werkzeuge und zugehörigen Schwingungserreger sind am Umfang des Werkzeugträgers 92 angeordnet, und zwar derart, daß ihre Achsen zur Achse des drehbaren Auslegerarmes 94 geneigt sind. Diese Neigung bewirkt eine Aufteilung der Schlagkraft F in eine Axialkompo- nente FA und eine Radialkömponente FR' Die Komponenten FR unterstützen die Drehbewegung des Werkzeugträgers und bewirken somit ein gleichmäßiges Abtragen des Gesteins.In the embodiment shown in FIG. 4, six ablation tools 88 with the associated vibration exciters 90 are arranged on a common, circular disk-shaped tool carrier 92, which is also referred to as a shield. This tool carrier is attached to the end of a rotatable cantilever arm 94. The formation of the vibration exciter 90 corresponds to that of FIGS. 1 and 2 and therefore need not be explained further. The tools 88 are chisel-shaped and are used for material removal for tunnel or shaft driving in mining. The tools and associated vibration exciters are arranged on the circumference of the tool carrier 92 in such a way that their axes are inclined to the axis of the rotatable cantilever arm 94. This inclination causes a division of the impact force F in a Axialkompo- ne nth FA and a Radialkömponente F R 'Components F R support the rotational movement of the tool carrier and thus cause uniform ablation of the rock.

Da jedes Werkzeugpaar in sich massenkompensiert ist, greifen an dem Werkzeugträger 92 außer dem Drehmoment und der durch das unterschiedliche Abplatzen des Gesteins hervorgerufenen Störkräfte keine dynamischen freien Kräfte an.Since each pair of tools is mass-compensated, no dynamic free forces act on the tool carrier 92 apart from the torque and the interfering forces caused by the different flaking off of the rock.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausbildungsform ist eine Reihe von Stampfwerkzeugen 96 mit den zugehörigen Schwingungserregern 98 in einer geraden Linie hintereinander an einem gemeinsamen fahrbaren Maschinenrahmen 100 aufgehängt. Es sind beispielsweise sechs Stampfwerkzeuge vorgesehen, die wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ausgebildet sind. Die schematische Darstellung zeigt die Werkzeuge in Fahrtrichtung hintereinander; es können natürlich auch mehrere Werkzeuge nebeneinander angeordnet sein. Es können jeweils zwei benachtbarte Werkzeuge und Schwingungserreger ein Paar bil-. den. Es kann jedoch auch eine paarweise Kopplung nicht benachbarter Werkzeuge vorgenommen werden. Auch hier kann eine Neigung der Werkzeugachsen zur Senkrechten vorgesehen werden, um z.B. die Fortbewegung zu unterstützen.In the embodiment shown in FIG. 5, a series of ramming tools 96 with the associated vibration exciters 98 are suspended in a straight line one behind the other on a common mobile machine frame 100. For example, six ramming tools are provided, which are designed as in the embodiment shown in FIG. 1. The schematic representation shows the tools one behind the other in the direction of travel; Of course, several tools can also be arranged side by side. Two neighboring tools and vibration exciters can form a pair. the. However, it is also possible to couple non-adjacent tools in pairs. An inclination of the tool axes to the vertical can also be provided here, e.g. to support locomotion.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit einem abrollenden, vibrierenden Werkzeug in Form eines Trommelmantels 102. Ein solcher Trommelmantel 102 mit glatter Oberfläche dient z.B. zur Verfestigung von Schüttgut. In Fig. 6 sind ferner gestrichelt Werkzeugringe 106, 108 gezeigt, die anstelle einer glatten Trommeloberfläche vorgesehen sein können und z.B. zur Abtragung von Gestein oder dgl. dienen. Der Trommelmantel 102 ist an zwei diametral einander gegenüberliegenden Stellen über Wälzlager 104 auf jeweils einem Joch 110 gelagert, das mit einem Stirnende eines Kolbens 112 starr verbunden ist. Der Kolben 112 ist gleitend in einen Zylinder 114 eingepaßt, der im Inneren einer Achse 116 in radialer Richtung gebildet ist. Die Achse 116 ist in einem am Maschinenrahmen 118 befestigten Gestell 120 drehbeweglich gelagert. Wie die Seitenansicht dieser Ausführungsform in Fig. 7 zeigt, ist auf einem Ende der Achse 116 eine Kurbel 122 festgeschlossen, an der eine Kolbenstange 124 angelenkt ist. Diese Kolbenstange 124 ist mit dem Kolben 126 eines doppelt wirkenden Verstellzylinders 128 verbunden, der an einer Halterung 130 angelenkt ist, die starr mit dem Maschinenraum 118 verbunden ist. Mittels des Verstellzylinders 128 kann die Achse 116 um einen Winkel 2S verschwenkt werden. Dabei wird folglich die Schwingrichtung des Kolbens 112 mit verschwenkt, so daß sie gegenüber der Senkrechten einen Winkel α bildet. Auf diese Weise wird aus der Schlagkraft eine Vortriebskomponente gewonnen.6 shows an embodiment with a rolling, vibrating tool in the form of a drum casing 102. Such a drum casing 102 with a smooth surface serves, for example, to solidify bulk goods. In FIG. 6, tool rings 106, 108 are also shown in dashed lines, which can be provided instead of a smooth drum surface and are used, for example, to remove rock or the like. The drum jacket 102 is mounted at two diametrically opposite points on roller bearings 104 on a yoke 110, which is rigidly connected to an end face of a piston 112. The piston 112 is slidably fitted in a cylinder 114 which is formed in the interior of an axis 116 in the radial direction. The axis 116 is rotatably mounted in a frame 120 attached to the machine frame 118. As shown in the side view of this embodiment in FIG. 7, a crank 122 is firmly closed on one end of the axle 116, to which a piston rod 124 is articulated. This piston rod 124 is connected to the piston 126 of a double-acting adjusting cylinder 128 which is articulated on a holder 130 which is rigidly connected to the machine room 118. By means of the adjustment cylinder 128, axis 116 can be pivoted through an angle 2S. As a result, the direction of oscillation of the piston 112 is also pivoted, so that it forms an angle α with respect to the vertical. In this way, a propulsion component is obtained from the impact force.

Bei dieser Ausführungsform ist die eine Masse des Schwingungssystems, nämlich die Achse 116 und der Zylinder 114, starr am Maschinenrahmen 118 gelagert. Es werden daher die vollen Reaktionskräfte der Schwingbewegung des Kolbens 112 und der davon angetriebenen Teile auf den Maschinenrahmen 118 übertragen. Es sind daher mindestens zwei derartige Werkzeuge an demselben Maschinenrahmen 118 vorgesehen, die mit 180° Phasenverschiebung schwingen. Der Maschinenrahmen 118 verarbeitet dann die Reaktionskräfte als innere Kräfte, so daß keine äußeren Kräfte entstehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die verbleibenden Momente, die die Tendenz haben, den Maschinenrahmen 118 zu verschwenken, dadurch ausgeschaltet, daß ein weiteres Werkzeugpaar an demselben Maschinenrahmen 118 angeordnet wird, wobei die Anordnung der Werkzeugpaare spiegelbildlich erfolgt. Um das von einem Werkzeugpaar verursachte Moment möglichst klein zu halten, werden die Werkzeuge eines Paares vorzugsweise dicht nebeneinander bzw. hintereinander am Maschinenrahmen 118 angeordnet. Es können dann von einem Verstellzylinder 128 gleichzeitig zwei Achsen 116 eines Werkzeugpaares verschwenkt werden. Zu diesem Zweck können die beiden Kurbeln 122 durch eine Schubstange gekoppelt bzw. können die beiden Achsen langgekuppelt und mit einer gemeinsamen Kurbel geschwenkt werden.In this embodiment, the one mass of the vibration system, namely the axis 116 and the cylinder 114, is rigidly mounted on the machine frame 118. The full reaction forces of the oscillating movement of the piston 112 and the parts driven thereby are therefore transmitted to the machine frame 118. At least two such tools are therefore provided on the same machine frame 118, which oscillate with a 180 ° phase shift. The machine frame 118 then processes the reaction forces as internal forces so that no external forces arise. According to a preferred embodiment, the remaining moments, which have the tendency to pivot the machine frame 118, are eliminated by arranging a further pair of tools on the same machine frame 118, the arrangement of the tool pairs taking place in mirror image. In order to keep the torque caused by a pair of tools as small as possible, the tools of a pair are preferably arranged close to one another or one behind the other on the machine frame 118. Two axes 116 of a pair of tools can then be pivoted simultaneously by an adjusting cylinder 128. For this purpose, the two cranks 122 can be coupled by a push rod or the two axles can be coupled long and pivoted with a common crank.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Werkzeugpaare auf dem Vortriebsschild einer Tunnel-Vortriebsmaschine o. dgl. angeordnet, ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4.According to a preferred embodiment, several pairs of tools are arranged on the tunneling shield of a tunnel boring machine or the like, similar to the embodiment according to FIG. 4.

Auch bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform ist eine Verdrehsicherung vorgesehen, die durch eine die beiden Joche 110 verbindende Stange 132 verwirklicht ist, welche in einer zylindrischen Bohrung 134 der Achse 116 gleitend gelagert ist. Zum Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern sind Dichtelemente 136 vorgesehen, die das abrollende Werkzeug stirnseitig verschließen.Also in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, an anti-rotation device is provided, which is realized by a rod 132 connecting the two yokes 110, which is slidably mounted in a cylindrical bore 134 of the axis 116. To protect against the ingress of foreign bodies, sealing elements 136 are provided which close the end of the rolling tool.

Zur Speisung des Zylinders 114 sind Hydraulikleitungen 138, 140 in Form von axialen Bohrungen durch die Achse 116 hindurchgeführt.Hydraulic lines 138, 140 are fed through the axis 116 in the form of axial bores to feed the cylinder 114.

Bei den in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen sind ebenfalls abrollende Werkzeuge vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist ein walzenförmiges Werkzeug 142, das mit Werkzeugringen 144 versehen sein kann, drehbar über Gleit- oder Wälzlager 146 auf einer Achse 148 gelagert. Die Achse 148 ist starr in einer gabelförmigen Halterung 150 gelagert. Die Halterung 150 ist starr mit dem Kolben 152 eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 154 verbunden, der den Linearantrieb des Werkzeugs darstellt. Der Zylinder 154 ist starr mit dem Werkzeugträger 156 verbunden. Zur Verdrehsicherung ist ein Joch 158 mit dem Kolben 152 starr verbunden und weist an seinen gegenüberliegenden Enden zum Werkzeugträger 156 hin gerichtete Führungsbolzen 160 auf, die in Buchsen 162 gleitend geführt sind, die am Werkzeugträger 156 befestigt sind. Diese Verdrehsicherung kann entfallen, wenn ein rotationssymmetrisches Werkzeug verwendet wird. Als weitere Verdrehsicherung ist die Anordnung schubelastischer Gummielemente zwischen dem Rahmen 156 und dem Joch 158 ähnlich der Ausführungsform gemäß Fig. 2 denkbar.Rolling tools are also provided in the embodiments shown in FIGS. 8 and 9. In the embodiment according to FIG. 8, a roller-shaped tool 142, which can be provided with tool rings 144, is rotatably mounted on an axis 148 via slide or roller bearings 146. The axis 148 is rigidly mounted in a fork-shaped holder 150. The holder 150 is rigidly connected to the piston 152 of a double-acting hydraulic cylinder 154, which represents the linear drive of the tool. The cylinder 154 is rigidly connected to the tool carrier 156. To prevent rotation, a yoke 158 is rigidly connected to the piston 152 and has at its opposite ends guide bolts 160 directed towards the tool carrier 156, which are slidably guided in bushings 162 which are fastened to the tool carrier 156. This anti-rotation lock can be omitted if a rotationally symmetrical tool is used. The arrangement of elastic rubber elements between the frame 156 and the yoke 158 similar to the embodiment according to FIG. 2 is conceivable as a further protection against rotation.

Die Ausführungsform nach Fig. 9 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 8 dadurch, daß zwei abrollende Werkzeuge 164 vorgesehen sind, die auf den äußeren Enden einer Achswelle 166 drehbar gelagert sind, die in ihrem mittleren Bereich von einer stangenförmigen Halterung 168 getragen wird.The embodiment according to FIG. 9 differs from that according to FIG. 8 in that two rolling tools 164 are provided which are rotatably mounted on the outer ends of an axle shaft 166 which is supported in its central region by a rod-shaped holder 168.

Bei den beiden Ausführungsformen nach Fig. 8 und Fig. 9 werden wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 Reaktionskräfte auf den Maschinenrahmen 156 übertragen. Daher werden immer mindestens zwei Werkzeuge gepaart und mit 180° Phasenverschiebung am Werkzeugträger 156 angeordnet. Zur Beseitigung der restlichen Momente sind vorzugsweise zwei Werkzeugpaare mit spiegelbildlicher Anordnung vorgesehen.In the two embodiments according to FIGS. 8 and 9, as in the embodiment according to FIGS. 6 and 7, reaction forces are transmitted to the machine frame 156. Therefore, at least two tools are always paired and arranged on the tool carrier 156 with a 180 ° phase shift. To eliminate the remaining moments, two pairs of tools with a mirror-image arrangement are preferably provided.

Eine starre Aufhängung des Schwingungserregersystems am Maschinenrahmen hat den Vorteil, daß der gesamte Kolbenhub für die Werkzeugbewegung zur Verfügung steht. Für zahlreiche Anwendung ist jedoch eine elastische Aufhängung des Schwingungserregers und des davon angetriebenen Werkzeugs am Maschinenrahmen vorteilhaft. Entsprechende Ausführungsformen sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Die Ausführungsform nach Fig. 10 gleicht derjenigen nach Fig. 6, so daß nur die gegenüber Fig. 6 unterschiedlichen Merkmale erläutert werden. Das Joch 110 ist auf beiden Stirnseiten mit einer ringförmigen Aufhängplatte 168 verbunden, an deren Stirnseite eine ebenfalls ringförmige Befestigungsplatte 170 befestigt ist. Eine entsprechende Befestigungsplatte 172 ist parallel dazu mit dem Maschinenrahmen 174 verbunden. Zwischen den Befestigungsplatten 170, 172 befindet sich ein einvulkanisiertes,ringförmiges, elastisches Aufhängungselement 176, durch welches das Werkzeug mit dem zugehörigen Schwingungserreger am Maschinenrahmen aufgehängt ist. Durch das ringförmige Aufhängungselement 176 wird gleichzeitig das Innere des Werkzeuges nach außen verschlossen und somit vor dem Eindringen von Verunreinigungen bewahrt. Allgemein sind abrollende Verdichtungswerkzeuge bei Verdichtungsmaschinen für den Erd- und Straßenbau mit rotierenden Unwuchten zur Schwingungserzeugung versehen. Diese Unwuchten verursachen eine sogenannte ungerichtete Schwingbewegung des zylinderförmigen Werkzeugs, d.h., die Schwingwegamplitude ist umlaufend um ein Zentrum. Das bedeutet, daß die Vibrationsbewegung nicht nur senkrecht zu der zu verdichtenden Oberfläche verläuft, sondern auch parallel dazu, d.h. in Fahrtrichtung der Maschine. Da die Verdichtungswerkzeuge solcher Maschinen meist auch Antriebs- und Lenkfunktionen erfüllen müssen, wirken sich die horizontalen Komponenten der Schwingbewegung ungünstig auf die Aufhängung im Maschinenrahmen aus. Die elastischen Elemente zur Aufhängung sollen einerseits möglichst geringe Federsteife aufweisen, damit der Maschinenrahmen weitgehend vor dynamischen Rüttelkräften verschont bleibt. Andererseits erfordert die Antriebs- und Lenkfunktion des abrollenden Werkzeuges jedoch in horizontaler Richtung eine relativ harte Federung, damit Instabilitäten im Traktions- und Kurvenfahrverhalten verhindert werden, was aber wiederum eine höhere Erschütterungsbelastung des Maschinenrahmens und damit des gesamten Gerätes einschließlich des Bedieners zur Folge hat.A rigid suspension of the vibration exciter system on the machine frame has the advantage that the entire piston stroke is available for the tool movement. For numerous applications, however, an elastic suspension of the vibration exciter and the tool driven by it on the machine frame is advantageous. Corresponding embodiments are shown in FIGS. 10 and 11. The embodiment according to FIG. 10 is the same as that according to FIG. 6, so that only the different features compared to FIG. 6 are explained. The yoke 110 is connected on both end faces to an annular suspension plate 168, on the end face of which a likewise annular fastening plate 170 is fastened. A corresponding mounting plate 172 is connected in parallel to the machine frame 174. Between the fastening plates 170, 172 there is a vulcanized, ring-shaped, elastic suspension element 176, by means of which the tool with the associated vibration exciter is suspended on the machine frame. Due to the ring-shaped suspension element 176, the interior of the tool is simultaneously turned outwards sealed and thus protected against the ingress of contaminants. In general, rolling compaction tools on compaction machines for earthworks and road construction are provided with rotating unbalances for generating vibrations. These unbalances cause a so-called non-directional swinging movement of the cylindrical tool, ie the swing path amplitude is all around a center. This means that the vibration movement is not only perpendicular to the surface to be compacted, but also parallel to it, ie in the direction of travel of the machine. Since the compaction tools of such machines usually also have to perform drive and steering functions, the horizontal components of the swinging movement have an unfavorable effect on the suspension in the machine frame. On the one hand, the elastic elements for suspension should have as little spring stiffness as possible so that the machine frame is largely spared dynamic vibrating forces. On the other hand, the drive and steering function of the rolling tool requires a relatively hard suspension in the horizontal direction so that instabilities in traction and cornering behavior are prevented, which in turn results in a higher vibration load on the machine frame and thus on the entire device, including the operator.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe - d.h. weitgehendes Freihalten des Maschinenrahmens von dynamischen Kräften aus der Werkzeugbewegung - wird bei den Ausführungen nach Fig. 10 und 11 dadurch erreicht, daß das verwendete Zweimassen-Linearerregersystem Schwingungen nur in einer Richtung erzeugt. Dadurch kann die Federsteife der Aufhängungselemente 176 in den Hauptachsen unterschiedlich ausgebildet werden. So wird z.B. in Richtung der Schwingung eine relativ geringe, in Richtung senkrecht zur Schwingung jedoch eine relativ große Federsteife vorgesehen, und damit werden die beschriebenen Nachteile vermieden.The solution to the problem according to the invention - i.e. To a large extent keep the machine frame free from dynamic forces from the tool movement - is achieved in the embodiments according to FIGS. 10 and 11 in that the two-mass linear excitation system used generates vibrations in one direction only. As a result, the spring stiffness of the suspension elements 176 can be designed differently in the main axes. For example, a relatively low spring stiffness is provided in the direction of the vibration, but a relatively large spring stiffness in the direction perpendicular to the vibration, and the disadvantages described are thus avoided.

Die Ausführungsform nach Fig. 11 unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen nach Fig. 10 dadurch, daß der Schwingungserreger des Werkzeugs drehbar am Maschinenrahmen gelagert ist. Die beiden äußeren Befestigungsplatten 172 sind mit einem Flansch 178 einer Lagerungsnabe 180 verbunden, die auf Wälzlagern 182 in einer zylindrischen Bohrung des Maschinenrahmens 174 gelagert ist.The embodiment according to FIG. 11 essentially differs from that according to FIG. 10 in that the vibration exciter of the tool is rotatably mounted on the machine frame. The two outer fastening plates 172 are connected to a flange 178 of a bearing hub 180, which is mounted on roller bearings 182 in a cylindrical bore in the machine frame 174.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 ist die Verdrehsicherung 132, 134 der Ausführungen nach Fig. 6 und 10 der Einfachheit halber nicht dargestellt, jedoch vorzugsweise ebenfalls vorhanden.In the embodiment according to FIG. 11, the anti-rotation device 132, 134 of the embodiments according to FIGS. 6 and 10 is not shown for the sake of simplicity, but is preferably also present.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 kann die Schwingrichtung des Werkzeuges dadurch eingestellt werden, daß die Achse 116 verschwenkt wird, wobei zur Verschwenkung ein ähnlicher Steuermechanismus wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 vorgesehen sein kann, der an einer der Lagerungsnaben 180 angreift.In the embodiment according to FIG. 11, the direction of oscillation of the tool can be adjusted by pivoting the axis 116, whereby a pivoting mechanism similar to that in the embodiment according to FIGS. 6 and 7 can be provided, which is attached to one of the bearing hubs 180 attacks.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 sind statt einer elastischen Aufhängung am Maschinenrahmen zwei seitliche Führungssäulen 184, 186 vorgesehen. In einem Zylinder 114, der gleichzeitig als Obermasse dient, ist ein Kolben 112 mit Werkzeugfuß 188 gelagert, der die Untermasse bildet. Die Zylinderräume 114A, 114B werden abwechselnd beaufschlagt, und beide Massen schwingen nach dem Gesetz der Erhaltung des Systemschwerpunktes gegeneinander, wobei die relativ schwerere Obermasse die geringere Schwingamplitude ausführt. In der gezeigten Mittelstellung eines Wegeventils 190, welches von einer Druckquelle 192 gespeist wird, sind die Kammern 184A, 184B bzw. 186A, 186B der beiden Führungszylinder 184, 186 miteinander verbunden, so daß die Obermasse frei gegenüber dem Maschinenrahmen 194 ohne Erzeugung von Abstützkräften schwingen kann. Die Führungszylinder 184, 186 sind mit ihren Mänteln am Maschinenrahmen 194 und mit ihren Kolbenstangen an der Obermasse befestigt. Zwischen Obermasse und Werkzeugfuß 188 kann eine Verdrehsicherung nach Fig. 2 angeordnet sein. Je nach Schaltstellung des Ventils 190 kann die ganze Einheit gehoben oder gesenkt werden, bzw. bei Verwendung des Ventils 190 als Regelventil kann eine bestimmte Auflast oder Nachführrate vorgegeben werden (s.S. 101).In the embodiment according to FIG. 12, two lateral guide columns 184, 186 are provided instead of an elastic suspension on the machine frame. In a cylinder 114, which also serves as the upper mass, a piston 112 is mounted with a tool foot 188, which forms the lower mass. The cylinder spaces 114A, 114B are acted on alternately, and both masses oscillate against one another in accordance with the law of maintaining the center of gravity of the system, the relatively heavier upper mass carrying out the lower oscillation amplitude. In the shown central position of a directional control valve 190, which is fed by a pressure source 192, the chambers 184A, 184B and 186A, 186B of the two guide cylinders 184, 186 are connected to one another, so that the upper mass oscillates freely with respect to the machine frame 194 without generating support forces can. The guide cylinders 184, 186 are with their jackets on the machine frame 194 and with theirs Piston rods attached to the upper mass. An anti-rotation device according to FIG. 2 can be arranged between the upper mass and the tool foot 188. Depending on the switching position of valve 190, the entire unit can be raised or lowered, or if valve 190 is used as a control valve, a specific load or tracking rate can be specified (see page 101).

In Fig. 13 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der ein Stampfsystem aus einem Zylinder 196 und Kolben 198 mit daran befestigtem Stampfwerkzeug 200 über zwei Längslenker 202, 204 an einem Maschinenrahmen 206 angelenkt ist. Der Anlenkpunkt 208 des Längslenkers 202 am Maschinenrahmen 206 liegt fest, während der Längslenker 204 am Maschinenrahmen über eine horizontal verschiebbare Lagerung 210 angelenkt ist, die mittels eines Verstellzylinders 212 verschoben bzw. blockiert werden kann. Dadurch kann die Werkzeugachse je nach Bedarf zum Boden hin geneigt werden.FIG. 13 shows an embodiment in which a ramming system comprising a cylinder 196 and piston 198 with a ramming tool 200 attached to it is articulated on a machine frame 206 via two trailing arms 202, 204. The articulation point 208 of the trailing arm 202 on the machine frame 206 is fixed, while the trailing arm 204 is articulated on the machine frame via a horizontally displaceable bearing 210, which can be moved or blocked by means of an adjusting cylinder 212. This allows the tool axis to be inclined towards the floor as required.

Bei einer Weiterbildung der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform ist der Verstellzylinder 212 periodisch antreibbar, wobei die Frequenz einstellbar ist und zwar derart, daß der Werkzeugbewegung eine horizontale Komponente überlagert ist, die die Relativbewegung eines fahrbaren Werkzeugträgers zum Boden im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Boden ausgleicht. Hierdurch wird erreicht, daß im Augenblick des Auftreffens des Werkzeuges auf den Boden das Werkzeug nur eine vertikale Komponente in seiner Bewegung relativ zum Boden aufweist und somit die Oberfläche des bearbeiteten Bodens in horizontaler Richtung nicht beansprucht wird. Somit ist selbst bei sehr schubempfindlichen Oberflächen gewährleistet, daß bei der Verdichtung keine Risse aufgrund von horizontalen Bewegungskomponenten der Werkzeuge entstehen können.In a further development of the embodiment shown in FIG. 13, the adjusting cylinder 212 can be driven periodically, the frequency being adjustable in such a way that a horizontal component is superimposed on the tool movement, which compensates for the relative movement of a movable tool carrier to the ground in the contact area between the tool and the ground . This ensures that, when the tool hits the ground, the tool has only a vertical component in its movement relative to the ground and thus the surface of the processed ground is not stressed in the horizontal direction. This ensures that even with very shear sensitive surfaces, no cracks can occur due to horizontal movement components of the tools during compaction.

Claims (17)

1. Massenkompensiertes Stampf- und/oder Schlagsystem mit mindestens einem Werkzeugpaar aus zwei Stampf- bzw. Schlagwerkzeugen, die mit einem gemeinsamen Werkzeugträger verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stampf- bzw. Schlagwerkzeug (12, 14, 88, 96, 102) einem Zweimassen-Schwingungserregersystem (16, 18, 90, 98) zugeordnet ist, dessen schwingende Massen im wesentlichen federungsfrei linear zwangsgeführt sind, und daß die Phasenbeziehung der schwingenden Massen so gewählt ist, daß die Resultierende aller Massenkräfte wenigstens angenähert zu Null wird.1. Mass-compensated ramming and / or striking system with at least one pair of tools from two ramming or striking tools which are connected to a common tool carrier, characterized in that each ramming or striking tool (12, 14, 88, 96, 102) is assigned to a two-mass vibration exciter system (16, 18, 90, 98), the oscillating masses of which are essentially positively guided in a linear manner without suspension, and that the phase relationship of the oscillating masses is selected such that the resultant of all mass forces is at least approximately zero. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zweimassen-Schwingungserregersysteme (16, 18, 90, 98) je einen Werkzeugsatz bilden, die an einem gemeinsamen Werkzeugträger befestigt sind, wobei die Zweimassen-Schwingungserregersysteme mit jeweils solcher Phasenverschiebung zueinander schwingen, daß die Addition der Momentanwerte der dynamischen Kräfte über eine Periode von 360° zu Null wird.2. System according to claim 1, characterized in that a plurality of two-mass vibration excitation systems (16, 18, 90, 98) each form a tool set which are fastened to a common tool carrier, the two-mass vibration excitation systems vibrating with respect to each other with such a phase shift that the addition of the instantaneous values of the dynamic forces over a period of 360 ° to zero. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zweimassen-Schwingungserregersystem (16, 18, 90) über eine doppelt wirkende Hydraulik-Kolben/Zylinder-Einrichtung (28, 30) mit dem gemeinsamen Werkzeugträger (10, 92),und zwar der Zylinder (32, 34) starr mit dem gemeinsamen Werkzeugträger (10), und der Kolben (36, 38) starr mit dem Zweimassen-Schwingungserregersystem (16, 18), verbunden ist.3. System according to claim 1 or 2, characterized in that each two-mass vibration excitation system (16, 18, 90) via a double-acting hydraulic piston / cylinder device (28, 30) with the common tool carrier (10, 92), namely the cylinder (32, 34) is rigidly connected to the common tool carrier (10), and the piston (36, 38) is rigidly connected to the dual-mass vibration excitation system (16, 18). 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einander entsprechenden Zylinderkammern (32A, 34A; 32B, 34B) der doppelt wirkenden Kolben/Zylinder-Einrichtungen (28, 30) eines Werkzeugpaares Verbindungsleitungen (40, 42; 52, 54) angeordnet sind, in die Absperrventile (44, 46, 56, 58) eingeschaltet sind, und daß die Verbindungsleitungen (40, 42; 52, 54) über ein Wegeventil (48) mit der Druckquelle bzw. der Rücklaufleitung verbindbar sind.4. System according to claim 3, characterized in that between corresponding cylinder chambers (32A, 34A; 32B, 34B) of the double-acting piston / cylinder devices (28, 30) of a pair of tools connecting lines (40, 42; 52, 54) are arranged are, in which the shut-off valves (44, 46, 56, 58) are switched on and that the connecting lines (40, 42; 52, 54) can be connected to the pressure source or the return line via a directional valve (48). 5. System nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zweimassen-Schwingungserregersystem als Antrieb eine doppelt wirkende Hydraulik-Kolben/Zy- linder-Einrichtung (16, 18, 114, 112) enthält.5. System according to any one of claims 1-4, characterized in that each two-mass vibration excitation system is a double-acting hydraulic piston / Zy as a drive - relieving means (16, 18, 114, 112). 6. System nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (88, 102) in einer zur Senkrechten auf der Ebene des Werkzeugträgers geneigten Richtung schwingen.6. System according to any one of claims 1-5, characterized in that the tools (88, 102) swing in a direction inclined to the vertical on the plane of the tool carrier. 7. System nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger als Bearbeitungskopf (92) einer Verdichtungs- bzw. Abtragungsmaschine ausgebildet ist, auf dem die Werkzeugsätze solcherart angeordnet sind, daß die Addition.der Momentanwerte der dynamischen Kräfte und Momente in Bezug auf die Rotationsachse annähernd zu Null wird.7. System according to any one of claims 1-6, characterized in that the tool carrier is designed as a machining head (92) of a compaction or ablation machine, on which the tool sets are arranged such that the addition of the instantaneous values of the dynamic forces and moments becomes almost zero with respect to the axis of rotation. 8. System nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Werkzeugpaare (96) an einem gemeinsamen fahrbaren Maschinenrahmen (100) in einer geraden Reihe angeordnet sind.8. System according to any one of claims 1-6, characterized in that at least two pairs of tools (96) on a common mobile machine frame (100) are arranged in a straight row. 9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug walzenförmig ist, mit einer Walzentrommel (102), die auf der einen schwingenden Masse (112, 110) des Schwingungserregersystems drehbar gelagert ist, und mit einer Achse (116), die eine zylindrische Bohrung (114) aufweist, in der ein auf beiden Stirnseiten durch ein Fluid beaufschlagbarer Kolben (112) gleitend eingepaßt ist, wobei die Achse (116) am Maschinenrahmen (120) starr gelagert ist.9. System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tool is roller-shaped, with a roller drum (102) which is rotatably mounted on the one vibrating mass (112, 110) of the vibration excitation system, and with an axis (116 ) which has a cylindrical bore (114) in which a piston (112) which can be acted upon by a fluid on both end faces is slidably fitted, the axis (116) being rigidly mounted on the machine frame (120). 10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (116) derart schwenkbar ist, daß der Kolben (112) in einer zur Senkrechten auf der Ebene des Werkzeugträgers (118) geneigten Richtung schwingt.10. System according to claim 9, characterized in that the axis (116) is pivotable such that the piston (112) swings in a direction inclined to the vertical on the plane of the tool carrier (118). 11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein abrollendes Werkzeug vorgesehen ist, das auf einer Achse (148) drehbar gelagert ist, welche in einer gabelfömigen Halterung (150) gehaltert und zusammen mit dem Kolben (152) einer Kolben/Zylinder-Einrichtung (152, 154) die eine schwingende Masse des Erregersystems darstellt.11. System according to one of claims 1 to 6, characterized in that a rolling tool is provided which is rotatably mounted on an axis (148) which is held in a fork-shaped holder (150) and together with the piston (152) one Piston / cylinder device (152, 154) which represents a vibrating mass of the excitation system. 12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei walzenförmige bzw. ablaufende Werkzeuge (164, 165) im Abstand voneinander auf einer gemeinsamen Achse (166) drehbar gelagert sind und daß die Achse (166) durch eine zwischen den Werkzeugen angreifende faustförmige Halterung (168) starr mit dem Kolben (152) verbunden ist.12. System according to one of claims 1 to 6, characterized in that two roller-shaped or running tools (164, 165) are rotatably mounted at a distance from each other on a common axis (166) and that the axis (166) by a between the Tool-engaging fist-shaped bracket (168) is rigidly connected to the piston (152). 13. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine schwingende Masse des Zweimassen-Schwingungserregersystems, die mit dem Kolben (112) starr verbunden ist, federnd an dem Werkzeugträger (174) aufgehängt ist.13. System according to claim 9, characterized in that the one oscillating mass of the two-mass vibration excitation system, which is rigidly connected to the piston (112), is resiliently suspended on the tool carrier (174). 14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Aufhängung durch ein hohlzylinderförmiges, elastisches Aufhängungselement (176) verwirklicht ist, das mit seiner einen ringförmigen Stirnfläche an der einen schwingenden Masse (112) konzentrisch zu der Achse (116) und mit seiner anderen Stirnfläche am Werkzeugträger (174) angreift.14. System according to claim 13, characterized in that the resilient suspension is realized by a hollow cylindrical, elastic suspension element (176) which, with its one annular end face on the one oscillating mass (112), concentric with the axis (116) and with it attacks the other end face on the tool carrier (174). 15. System nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zweimassen-Schwingungserregersystem über wenigstens jeweils einen Längslenker (204) mit dem gemeinsamen Werkzeugträger (206) verbunden ist.15. System according to one of claims 1, 2 or 5-8, characterized in that each two-mass vibration excitation system is connected to the common tool carrier (206) via at least one trailing arm (204). 16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zweimassen-Schwingungserregersystem mittels einer am Längslenker angreifenden pneumatischen oder hydraulischen Kolben/Zylinder-Einrichtung (212) mit seiner Arbeitsachse gegenüber der Lotrechten verschwenkbar ist.16. System according to claim 15, characterized in that each two-mass vibration excitation system by means of a pneumatic or hydraulic piston / cylinder device (212) acting on the trailing arm is pivotable with its working axis with respect to the vertical. 17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben/Zylinder-Einrichtung periodisch antreibbar ist, derart, daß der Werkzeugbewegung eine horizontale Komponente überlagert ist, die die Relativbewegung eines fahrbaren Werkzeugträgers zum Boden im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Boden ausgleicht.17. System according to claim 16, characterized in that the piston / cylinder device can be driven periodically, such that the tool movement is superimposed on a horizontal component which compensates for the relative movement of a mobile tool carrier to the ground in the contact area between the tool and the ground.
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