EP0865327A1 - Verstelleinrichtung für einen unwucht-richtschwinger mit verstellbarem fliehmoment - Google Patents

Verstelleinrichtung für einen unwucht-richtschwinger mit verstellbarem fliehmoment

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EP0865327A1
EP0865327A1 EP96939923A EP96939923A EP0865327A1 EP 0865327 A1 EP0865327 A1 EP 0865327A1 EP 96939923 A EP96939923 A EP 96939923A EP 96939923 A EP96939923 A EP 96939923A EP 0865327 A1 EP0865327 A1 EP 0865327A1
Authority
EP
European Patent Office
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motors
type
unbalance
angle
control device
Prior art date
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EP96939923A
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English (en)
French (fr)
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EP0865327B1 (de
Inventor
Hubert Bald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH
Original Assignee
Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH
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Publication date
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Publication of EP0865327A1 publication Critical patent/EP0865327A1/de
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Publication of EP0865327B1 publication Critical patent/EP0865327B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161—Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B06B1/166—Where the phase-angle of masses mounted on counter-rotating shafts can be varied, e.g. variation of the vibration phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/18—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid
    • B06B1/186—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid operating with rotary unbalanced masses

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device for adjusting the relative setting angle ⁇ of unbalance vibrators with at least two pairs of mutually adjustable partial unbalance bodies.
  • a special type of adjusting device is described in the patent DE 40 00 011 or in PCT / EP90 / 02239.
  • the terms of the partial unbalance bodies and the partial centrifugal forces (or partial centrifugal force vectors) and the “pair” of partial unbalance bodies used in the last-mentioned publication have been adopted in a simplified manner.
  • the relative setting angle ⁇ is theoretically defined between the partial centrifugal force vectors of the individual partial unbalance bodies of a "pair" of partial unbalance bodies.
  • the relative positioning angle ß can also be defined between features (e.g. geometrical features) because the partial unbalance body of a pair, provided the position of the center of gravity of the eccentric mass is known.
  • these average reaction moments MRQ act at a set relative setting angle 0 ° ⁇ ⁇ 180 ° in such a way on the partial unbalance bodies of a pair that the reaction moments MRQ of one type cause the rotation of the partial Want to accelerate unbalance bodies of one type and that the reaction moments MRQ of the other type want to delay the rotation of the partial unbalance bodies of the other type.
  • the invention is particularly dedicated to the unbalance vibrators with a predetermined direction of vibration, which e.g. are used as ramming vibrators and in which there are at least via unbalanced shafts or partial unbalanced bodies which can be rotated in corresponding bearings of the vibrator frame
  • each unbalanced shaft or each partial unbalanced body is assigned its own motor without the interposition of a gear.
  • the motor also serves as a drive motor for the implementation of the useful power or friction (screed friction and bearing friction with the ramming vibrator) and as an adjustment motor.
  • This type of energy supply for the 5 partial unbalance bodies makes it possible to dispense with the otherwise customary gear drives. This has several advantages at the same time. Because of the dispensability of gear drives, these vibrators are to be called “gearless vibrators with adjustable unbalance moment" below.
  • the motors which are used with the invention can be hydraulic motors 10 which can normally work both as motors and as pumps, or else also electric motors.
  • the hydraulic motors are driven by the volume flow of a fluid medium (e.g. hydraulic oil), the volume flow having to be generated by one or more pumps which are driven by one or more motors (e.g. diesel engine).
  • a fluid medium e.g. hydraulic oil
  • the volume flow having to be generated by one or more pumps which are driven by one or more motors (e.g. diesel engine).
  • FIG. 1 shows a hydraulically operated "gearless vibrator" with an adjustable unbalance torque with the first motors 103 and 104 belonging to the first partial unbalance bodies and second motors 107 and 108 belonging to the second partial unbalance bodies.
  • the first two motors become parallel
  • the two second motors are each connected to a first motor by means of a series connection. It is a so-called open circuit of the fluid medium.
  • the adjustment range for the adjustment of the unbalance torque is limited to an angle 0 ° ⁇ ß ⁇ 25 90 °.
  • the vibrator shown is provided with the ability to mirror the synchronous movement
  • the vibrator shown has to be regarded as an additional disadvantage that the part-unbalance moments of the part-unbalance bodies have to be dimensioned larger than normal in order to achieve comparably large resulting unbalance moments. This leads to unnecessarily increased bearing forces and reaction torques MRQ.
  • Patent specification DE 40 00 011 What is remarkable is the fact that a closer examination of the circuit shown shows that the throttling shown in FIG. 1 of the flow through the motor 116
  • volume flow with the help of the pressure relief valve 124 can not (starting from a position in which the resulting unbalanced moment has the value zero) to change the relative setting angle ß such that the resulting unbalanced moment increases.
  • the condition would also have to be met in this case that the pressure measurable at the input of engine 114 is greater than the pressure measurable at the input of engine 116. This requirement alone cannot be met (with inevitably the same volume flows through both motors), since both volume flows are taken from a common source (122).
  • FIG. 1 serves rather to describe the terms used.
  • Patent specification DE 41 16 647 Here an adjustable gearless vibrator with electric motors is shown, with each motor having its own electronic control device. There is a measuring device for each motor, by means of which the relative angular position of all partial unbalance bodies can be measured continuously relative to one another.
  • the angle of rotation of a first partial unbalance body is defined as the reference position, and the angles of rotation of the remaining three partial unbalance bodies are measured as relative angles with respect to the first partial unbalance body.
  • the individual regulation of the angle of rotation of each partial unbalance body ensures that, in addition to the setting of the given relative actuating angle ß, the mirror-image symmetrical rotational angle position between the partial unbalance bodies of the same type is also maintained.
  • DE-OS 44 25 905 provides a contribution to a state of the art, as it was published later:
  • a solution is described - with the help of which, in particular in the case of gearless vibrators, in which the resulting unbalance moment can be adjusted, with additional ones Measures can force the synchronous operation from that relative angle of rotation which is definable between the partial unbalance bodies of the same type.
  • This contribution does not give any indication of the solution of the existing problem in the present invention, but it points to the problem of compliance with synchronous operation of the Relative angle of rotation between the partial unbalance bodies of the same type.
  • the desired solution should also enable the creation of an uncomplicated and robust vibrator, which is reflected in the invention in the property that two motors are acted upon in parallel.
  • the requirement is Task as follows: It must be ensured that the necessary relative rotation angle is held securely at least for that adjustment range of the relative adjustment angle ß in which a maximum can be set for the resulting unbalance torque, because an important working range of the vibrator is seen in this adjustment range . In the event of asymmetry of the mirror-image synchronous relative rotation angles (which exist between the partial unbalance bodies of the same type), cross vibrations which are not permitted are generated.
  • the mechanical reactive power which must be introduced into the motor-driven motors and which is passed on to the shafts of the partial unbalance bodies of the one type (as a power corresponding to the product from reaction moment MRQ times angular frequency ⁇ ), is transformed in a first conversion step into the "power of the kinetic energy" of the vibrating mass (this mass is also called “dynamic mass” m y ⁇ ).
  • the "power of the kinetic energy” is transformed again into a mechanical reactive power, which must be emitted again by the waves of the partial unbalance bodies of the other type (as a power from the reaction moment MRQ times ⁇ ).
  • This power is emitted by the waves with a first part as the friction power of the bearings and with a second part as the power which is converted from the generator-operated motors into a generator power and which must be delivered by these motors.
  • the nature of the effect of these agents can only be explained on the basis of the diagrams in FIG.
  • Figure 1 shows in schematic form and in the manner of a hydraulic plan for the hydraulic solution variant the configuration of pumps and motors of a gearless vibrator according to the invention.
  • the figure plotted with the axis of ordinate is only shown as a in FIG.
  • Torque ⁇ MD integrated the conditions that occur when using electric motors are also described.
  • each partial unbalance body is connected to its own hydraulic motor, by means of which it can be driven or braked for the purpose of adjusting the relative setting angle ß and through which the partial unbalance body is supplied with the power which is subsequently lost in the form of bearing friction power, and partly in the form of useful output, for example to the
  • Motors 110, 112 of the one type are assigned to the partial unbalance bodies of one type 102, 104 and motors 114, 116 of the other type are assigned to the partial unbalance bodies of the other type 106, 108.
  • the respective direction of rotation of the motors and the partial unbalance body is shown by arrows with the symbol ⁇ .
  • the motors of the same type in each case are connected in parallel to a closed hydraulic circuit of one type 118 or of the other type 120, the volume flow of which is generated by a respective assigned pump P1 of the one type or pump P2 of the other type.
  • the motors and the pump P2 of the hydraulic circuit of the other type can produce pressure differences in both directions. This means that the motors can work both as motors (motorized) and as pumps (generator) and that the pump P2 can work both as a pump (generator) and as a motor (motor).
  • Both pumps are connected to a common diesel engine DM via a drive device 122.
  • the drive device could be a common shaft or a distributor gear drive.
  • Both pumps, symbolized by the arrows 126 and 10 128, are equipped with adjusting devices for adjusting the delivery volume, so that with the aid of these pump adjusting devices, the volume flows and thus the rotational frequencies of the motors can be changed within predetermined limits with their synchronous change.
  • a component 130 is installed, which is flowed through by the volume flow of the return line 120 and which is able to throttle the volume flow in a predetermined manner and thereby generate a predeterminable pressure in the feed line in front of its input.
  • the level of the pressure built up in this way can be predetermined by means of an electrical control device which controls the
  • Motors of the one type 110, 112 must apply an opposing torque in a motorized manner with a value which is the same as the value of MRQ, and without a useful power being correspondingly given off by the vibrator.
  • FIG. 2 shows two diagrams, of which the upper diagram with the characteristic curve KA describes certain states on the motors 110, 112 of one type and the lower diagram with the characteristic curve KB describes specific states on the motors 114, 116 of the other type.
  • the relative setting angle ⁇ is plotted on the abscissa axis, while the values of the ordinate axis can be interpreted as different variables, which, however, can be derived from one another.
  • the following are provided as different variables: the differential pressure ⁇ p on the motors, the differential torque ⁇ MD (proportional to ⁇ p) on the motors and the differential power ⁇ P (proportional to ⁇ p) of the motors.
  • the characteristic curves KA and KB result from the supe ⁇ osition or addition of different variables, which in the example the diagram variable "differential torque ⁇ MD" is explained in more detail. In this case, the characteristic curves KA and KB represent the torques that act on the motors.
  • the broken line D-E-F shows the course of the torque by which the entire friction power is generated.
  • the entire friction work comprises two components: One component is indicated by the broken line D-K-F, which represents the frictional torque of the bearing friction with a size corresponding to the distance A-D.
  • the bearing friction has a constant size over the entire angular range.
  • the linearly drawn V ⁇ lauf of the useful work torque is a simplification of the V ⁇ lauf of the useful work torque, which is not linear in practice.
  • the V ⁇ einfachung shown is based on the assumption that the useful work torque arises approximately in proportion to the size of the oscillation amplitude, which is known to also change with the size of the angle ⁇ .
  • the size of the reaction moment MRQ v ⁇ which is dependent on the angle ⁇ , runs according to the unbroken line A-H-B-J-C.
  • the characteristic KA finally results from the superposition of the wate as the characteristic for the reaction moments MRQ and the wate as the characteristic for the torques for the entire friction work.
  • the characteristic curve KA is drawn for the operation of a ramming vibrator with a high load due to the useful work which is transferred from there to the earth. With a good proportion of useful work, point E turns downward in the direction of point K. If the ramming vibrator is running (without a contact between the pile and the ground) and the useful work is zero, point E falls with the point K together. It is mentioned that the size of the maximum value of the Reaction torque MRQ (distance GH) varies both with the size of the dynamic mass, including the mass of the pile, and with the depth of penetration of the pile into the ground, or with the size of the work performed.
  • the ⁇ -differential torque ⁇ MD (or the ⁇ -differential pressure) ⁇ p) only a type to be set for the motors. It is in the nature of the selected adjusting device that in this case the motors of the other type automatically and automatically set the required ratios as the differential torques ⁇ MD (or the differential pressure ⁇ p) in accordance with the other characteristic.
  • the torque part S2 is derived from the reaction torques, while the torque part Sl is derived from motor torques Motors because the other type is derived.
  • Participation of the leakage bypass volume flow in the motors and in the pump) in the pipeline 140 is first reduced until the point N 'is reached (up to the system filling pressure) and that from the point N' to the point L 'since the pressure in the pipeline 142 is constantly increasing (starting at point N' with the system filling pressure). Because of the given coupling there between pumps Pl and P2 via the common drive device 122, the reduction in the delivery volume of pump P2 has the same effect as if the delivery volume of pump P1 were variable. It is only for this reason that the pressure in the pipeline 144 rises.
  • the above-described influencing of the relative actuating angle ß with the aid of generating a pressure at the outlet since motors and so on by the use of a throttle element in the return line to the pump P2 can advantageously be modified or modified by means of parallel or alternative measures.
  • These measures include, for example: the removal of a small bypass volume flow from the main volume flow, which leaves the pump P2 at its outlet, or the size increase of the delivery volume since the pump Pl by means of the division of the pump Pl or by adding a small bypass volume flow to the main volume flow, which leaves the pump P1 at the outlet.
  • the throttle element 130 must then be inserted into the return flow volume flow through the pipeline 146 from pump P1 .
  • independent claims 1 and 2 is based on the exemplary embodiment according to FIG. 1, which in principle represents a (particularly important) further development since the main idea of the invention disclosed by the description of FIG.
  • the independent claims 3 and 4 describe the technical teaching from the main idea set out in FIG Connection with hydraulic or electric motors. Claims 3 and 4 do not require a special description.
  • the arrangement according to FIG. 1 can also be used if one imagines the following modifications as given in FIG. 1:
  • the motors 110, 112 and 114, 116 represent electrical motors and the lines 144, 146 and 140, 142 represent the electrical supply lines to the motors.
  • the component 130 is omitted.
  • the symbols for the pumps P 1 and P2 each represent an electrical control unit with which the motors can be forced to different speeds and to develop variable torques even in different directions. At least on the motors 114, 116 a negative torque can also be developed , while at the same time a positive torque is used on the motors 110, 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

Die Erfindung widmet sich jener speziellen Gattung von Vibratoren, bei welchen jede Unwuchtwelle mit einem eigenen Motor (110, 112, 114, 116) versehen ist und bei welchen keinerlei Getriebe-Mittel zur Verbindung zwischen den wenigstens zu verwendenden vier Unwuchtwellen vorgesehen sind. Für mit vier Hydraulikmotoren (110, 112, 114, 116) ausgerüstete Rammvibratoren dieser Gattung wird eine neue Art der hydraulischen Beaufschlagung der Motoren beschrieben. Dabei sind je zwei Motoren, und zwar jene, welche den beiden auch bei einer Verstellung stets gegenläufig synchron umlaufenden Unwuchtwellen zugeordnet sind, parallel an einen eigenen Hydraulik-Kreis angeschlossen. Jeder der beiden Hydraulik-Kreise (118, 120) verfügt über eine eigene Pumpe (P1, P2) und ist bezüglich der Druckverhältnisse in der Vorlauf- und/oder Rücklaufleitung jeder für sich von aussen durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung (126, 128) beeinflußbar, derart daß mit ihrer Hilfe die Höhe des Fliehmomentes nach vorgebbarer Weise eingestellt werden kann. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß bei eingestelltem vollen Fliehmoment alle Motoren (110, 112, 114, 116) gleich hoch belastet sind. Bei einer speziellen Variante können beide Pumpen (P1, P2) auch im offenen Kreislauf eingesetzt werden.

Description

Verstel l ei πri chtung für ei nen Unwucht-Ri chtschwi nger mi t ver ste 1 1 barem Fl iehmoment
Die Erfindung bezieht sich auf eine VerStelleinrichtung zur Verstellung des Relativ-Stellwinkels ß von Unwucht- Vibratoren mit wenigstens zwei Paaren von gegeneinander verstellbaren Teil-Unwuchtkörpern. Eine besondere Gattung von VerStelleinrichtungen wird in dem Patent DE 40 00 011 bzw in der PCT/EP90/02239 beschrieben. Für die anschließende Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurden vereinfachend die in der zuletzt genannten Druckschrift benutzten Begriffe der Teil-Unwuchtkörper und der ihnen zugeordneten Teil-Fliehkräfte (bzw. Teil-Fliehkraft- Vektoren), sowie des "Paares" von Teil- Unwuchtkörpern übernommen. Im Gegensatz zu den oben zitierten Druckschriften wird der Relativ- Stellwinkel ß nachfolgend derart definiert, daß der Wert ß = 0° einer Schwingungsamplitude Null und der Wert ß = 180° einer maximalen Schwingungsamplitude entspricht.
Der Relativ-Stellwinkel ß ist theoretisch definiert zwischen den Teil-Fliehkraft-Vektoren der einzelnen Teil- Unwuchtkörper eines "Paares" von Teil-Unwuchtkörpern. Praktisch kann man den Relativ-Stellwinkel ß auch definieren zwischen Merkmalen (z.B. geometrischen Merkmalen) da Teil-Unwuchtkörper eines Paares, sofern die Lage des Massenschwerpunktes der exzentrischen Masse bekannt ist. Die Kennzeichnung "MR" wird benutzt für die Reaktionsmomente "MR", welche bei jeder Unwucht-Umdrehung um den Rotations-Winkel μ= 2π an den Wellen der Teil-Unwuchtkörper zweimal als Wechselmomente auftreten [Diese Wechselmomente haben einen sinoidischen Verlauf mit zwei minimalen und zwei maximalen Werten pro Umdrehung des Teil-Unwuchtkörpers].
Die durchschnittlichen und nur in einer Richtung wirkenden Reaktionsmomente, welche berechnet werden können durch Integration von MR über den Drehwinkel μ = 2π und durch anschließende Teilung des Integrationswertes durch 2π, werden "MRQ" genannt. Wie der Fachmann sich z.B. aus der Patentschrift DE 40 00 011 ableiten kann,, wirken diese durchschnittlichen Reaktionsmomente MRQ bei einem eingestellten Relativ-Stellwinkel 0° < ß < 180° derart an den Teil-Unwuchtkörpern eines Paares, daß die Reaktionsmomente MRQ der einen Art die Drehung der Teil-Unwuchtkörper der einen Art beschleunigen möchten und daß die Reaktionsmomente MRQ der anderen Art die Drehung der Teil-Unwuchtkörper der anderen Art verzögern möchten. Diese Wirkungsweise fuhrt bei einem 4- Wellen Unwucht- Vibrator mit je einem nur einer Welle zugeordneten Motor dazu, daß bei einem im Leerlauf mit eingestelltem Relativ- Stellwinkel 0° < ß < 180° arbeitenden Vibrator zwei Motoren in einer motorischen Weise und zwei Motoren in einer generatorischen Weise arbeiten müssen. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß für die Bezeichnung "Unwucht-Moment" dem Fachmann noch andere Bezeichnungen wie z.B. "statisches Moment" bekannt sind.
Ganz speziell widmet sich die Erfindung den Unwucht- Vibratoren mit vorgegebener Schwingrichtung, welche z.B. als Ramm-Vibratoren eingesetzt werden und bei welchen mindestens via Unwuchtwellen bzw. Teil-Unwuchtkörper vorhanden sind, welche in entsprechenden Lagern des Vibrator-Gestells drehbar
ORIGINAL UNTERLAGEN angeordnet sind. Bei diesen Vibratoren ist einer jeden Unwuchtwelle bzw. einem jeden Teil- Unwuchtkörper ein eigener Motor zugeordnet ohne Zwischenschaltung eines Getriebes. Dabei dient der Motor zugleich als Antriebsmotor für die Umsetzung der Nutzleistung bzw. Reibleistung (Bohlenreibung und Lagerreibung beim Ramm- Vibrator) und als Verstellmotor. Durch diese Art der Energiezufuhr für die 5 Teil-Unwuchtkörper kann man auf sonst übliche Zahnradgetriebe verzichten. Hiermit ergeben sich mehrere Vorteile zugleich. Wegen der Entbehrlichkeit von Zahnradgetrieben sollen diese Vibratoren nachfolgend "zahnradlose Vibratoren mit verstellbarem Unwucht-Moment" genannt werden.
Bei den Motoren, welche mit der Erfindung zum Einsatz kommen, kann es sich um Hydraulikmotoren, 10 welche normalerweise sowohl als Motoren als auch als Pumpen arbeiten können, handeln oder aber auch um Elektromotoren. Die Hydraulikmotoren werden angetrieben durch den Volumenstrom eines Fluidmediums (z.B. Hydrauliköl), wobei der Volumenstrom erzeugt werden muß durch eine oder mehrere Pumpen, welche von einem oder mehreren Motoren (z.B. Dieselmotor) angetrieben werden.
15 Der zu der Erfindung nächstgelegene Stand der Technik ist gekennzeichnet durch die Druckschrift DE-OS 43 01 368 mit den in den Figuren 1 und 4 dargestellten Konfigurationen: In Figur 1 wird ein hydraulisch betriebener "zahnradloser Vibrator" mit verstellbarem Unwucht-Moment gezeigt mit den zu den ersten Teil-Unwuchtkörpern zugehörigen ersten Motoren 103 und 104 und den zu den zweiten Teil- Unwuchtkörpern zugehörigen zweiten Motoren 107 und 108. Die beiden ersten Motoren werden parallel
20 und mit gleichem Eingangsdruck versorgt von einem durch die verstellbare Pumpe 1 14 erzeugten Volumenstrom. Die beiden zweiten Motoren sind jeweils mit einem ersten Motor mittels einer Serienschaltung verbunden. Es handelt sich um einen sogenannten offenen Kreislauf des Fluidmediums.
Der Verstellbereich für die Verstellung des Unwucht-Momentes ist begrenzt auf einen Winkel 0° < ß≤ 25 90°. Der gezeigte Vibrator ist versehen mit der Fähigkeit, den spiegelbildlichen Synchronlauf der
Drehwinkel der Teil-Unwuchtkörper gleicher Art aufrechterhalten zu können, auch unter dem Einfluß von im allgemeinen zu erwartenden Störkräften, wenigstens aber in jenem Verstellbereich, bei welchem das maximale Unwucht-Moment einstellbar ist. Diese Fähigkeit wird als abgeleitet gesehen von den Auswirkungen jener Wechselmomente, welche durch die Reaktionsmomente MR erzeugt werden und 30 welche auch für die Entstehung der durchschnittlichen Reaktionsmomente MRQ ursächlich verantwortlich sind. In der zitierten Druckschrift wird nichts gesagt über das Verhalten der Stabilität des spiegelbildlichen Synchronlaufes der Teil-Unwuchtkörper jeweils der gleichen Art beim denkbaren Einsatz einer anderen Art der Regelung für den Winkel ß für einen Verstellbereich 90° < ß < 180°. Bei näherer Untersuchung der gezeigten Konfiguration kann man den Nachweis erbringen, daß beim Arbeiten mit dem maximalen 35 Unwucht-Moment (was bei dem vorgesehenen Einsatzbereich der Erfindung eher der normale Fall ist) bei Berücksichtigung des "Summendruckes" die ersten Motoren mehr als zweieinhalbmal soviel wie die zweiten Motoren belastet werden. Dabei ist der "Summendruck" die für die Lebensdauer der Motoren maßgebende Summe von Eingangsdruck und Ausgangsdruck am Motor. Bei dem gezeigten Vibrator hat man neben der extrem unsymmetrischen Belastung der Motoren als zusätzlichen Nachteil anzusehen, daß zwecks Erzielung vergleichbar großer resultierender Unwucht- Momente die Teil-Unwucht-Momente der Teil-Unwuchtkörper größer als normal dimensioniert werden müssen. Dies führt zu unnötig vergrößerten Lagerkräften und Reaktions-Drehmomenten MRQ.
Bei den mit den Figuren 1 und 4 beschriebenen Vibratoren werden Verfahren zur Beeinflussung der Motoren zwecks Einstellung eines vorgegebenen Relaltiv-Stellwinkels ß angewendet, mit denen in der Tat ein Verstellbereich von ß=90° bis ß=l 80° nicht erschlossen werden kann. Wie später gezeigt wird, leiden die beschriebenen Verfahren vor allem darunter, daß bei ihnen nicht die in der Praxis wichtige Einflußnahme der Lagerreibungs-Leistung und der Nutzleistung berücksichtigt wurde.
Zur Beschreibung des allgemeinen Standes der Technik sind folgende Druckschriften von Interesse:
Patentschrift DE 40 00 011 : Bemerkenswert ist die bei näherer Untersuchung der gezeigten Schaltung sich ergebende Tatsache, daß die in Figur 1 gezeigte Drosselung des durch den Motor 1 16 fließenden
Volumenstromes mit Hilfe des Druckbegrenzungsventils 124 nicht dazu führen kann, (ausgehend von einer Stellung, in der das resultierende Unwucht-Moment den Wert null aufweist) den Relativ-Stellwinkel ß derart zu verändern, daß das resultierende Unwucht-Moment sich vergrößert. Um diesen Effekt wirklich erreichen zu können, wäre es erforderlich, mit Hilfe der Funktion des Elements 124 bewirken zu können, daß ein Druckanstieg stattfindet zwischen Eingang und Ausgang des Motors 116 , während gleichzeitig an Motor 114 zwischen Eingang und Ausgang eine Verringerung des Druckes stattfindet. Zwecks Erfüllung der gewünschten Funktion müßte in diesem Falle außerdem die Bedingung realisiert sein, daß der am Eingang von Motor 114 meßbare Druck größer ist als der am Eingang von Motor 1 16 meßbare Druck. Allein diese Forderung ist (bei zwangsläufig gleich großen Volumenströmen durch beide Motoren) nicht erfüllbar, da beide Volumenströme aus einer gemeinsamen Quelle (122) entnommen werden. Die Figur 1 dient also in der Tat eher der Beschreibung von verwendeten Ausdrücken.
Patentschrift DE 41 16 647: Hier wird ein verstellbarer zahnradloser Vibrator mit Elektromotoren gezeigt, wobei jedem Motor eine eigene elektronische Regeleinrichtung zugeordnet ist. Es existiert für jeden Motor eine Meßeinrichtung, mit Hilfe derer die relative Winkellage aller Teil-Unwuchtkörper relativ zueinander ständig gemessen werden kann. Dabei wird da Drehwinkel eines ersten Teil-Unwuchtkörpers als Referenz-Position definiert und die Drehwinkel der übrigen drei Teil-Unwuchtkörper werden als relative Winkel bezüglich des ersten Teil-Unwuchtkörpers gemessen. Bei dieser Lösung wird durch die individuelle Regelung des Drehwinkels eines jeden Teil-Unwuchtkörpers erreicht, daß neben der Einstellung des gegebenen Relativ-Stellwinkels ß gleichzeitig auch noch die spiegelbildlich symmetrische Drehwinkel- Position zwischen den Teil-Unwuchtkörpern gleicher Art eingehalten wird. Diese Lösung ist nicht nur wegen des enorm hohen Aufwandes nicht für die Anwendung bei Ramm- Vibratoren geeignet. Die gezeigte Lösung gibt aber ein gutes Beispiel dafür, mit welcher Vielfalt eine Belastung der 4 Motoren eines regelbaren zahnradlosen Vibrators erfolgen kann. DE-OS 44 07 013: In dieser Druckschrift findet sich ein Hinweis auf die Anwendung bei zahnradlosen Vibratoren. Allerdings liefert die entsprechende Bemerkung auf Seite 6, Zeilen 3 bis 8 lediglich Hinweise auf technische Einzelheiten, die auch schon bekannt sind aus der DE-OS 43 01 368. Es sei auch hingewiesen auf den Fakt, daß der Patentanspruch 3 sich nicht auf zahnradlose Vibratoren bezieht. Bereits der Oberbegriff dieses Patentanspruches schließt die Anwendung auf zahnradlose Vibratoren aus, weil die Rotoren der VerStellmotoren verbunden sein sollen jeweils mit mehr als einem Teil-Unwuchtkörper. Zusätzlich kann man aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 3 (erstes Merkmal) ableiten, daß die VerStellmotoren nicht gleichzeitig Antriebsmotoren sein können.
Die DE-OS 44 25 905 liefert einen Beitrag zu einem Stand der Technik, wie er später veröffentlicht wurde: Hier wird eine Lösung beschrieben- mit Hilfe derer man insbesondere bei zahnradlosen Vibratoren, bei welchen man das resultierende Unwucht-Moment verstellen kann, mit zusätzlichen Maßnahmen den Synchronlauf von jenem relativen Drehwinkel erzwingen kann, welcher definierbar ist zwischen den Teil- Unwuchtkörpern gleicher Art. Dieser Beitrag gibt zwar keinen Hinweis auf die Lösung der bestehenden Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung, er weist aber hin auf die Problematik der Einhaltung des Synchronlaufes der Relativ-Drehwinkel zwischen den Teil-Unwuchtkörpern gleicher Art.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den durch die DE-OS 43 01 368 beschriebenen Stand der Technik zu verbessern für die Anwendung bei zahnradlosen Vibratoren, die mit hydraulischen Motoren oder auch mit elektrischen Motoren angetrieben sind und die bezüglich des resultierenden Unwucht- Momentes verstellbar sind. Mit der Verbesserung sollen 4 Ziele erreicht werden: Wenigstens bei erfolgter Einstellung des bei der gefundenen Lösung maximal einstellbaren resultierenden Unwucht-Momentes und bei dabei erfolgender Abgabe von hoher Nutzleistung (bei Ramm- Vibratoren über die Rammbohle in den Erdboden) soll wenigstens bei einem eingestelltem maximalen Unwucht-Moment (was in der Praxis die überwiegende Arbeit ist) eine Belastung aller vier Motoren mit gleicher Größe erreichbar sein. Zusätzlich soll es bei der Verwendung von hydraulischen Motoren möglich sein, unter Einhaltung dieser Bedingung die zu verwendenden Pumpen sowohl im offenen wie im geschlossenen Kreislauf einzusetzen. Die Anwendung von geschlossenen Kreisläufen kann Vorteile bringen zum Beispiel durch die dabei mögliche Art der Schaltung. Bei Verwendung von offenen Kreisläufen kann es zum Beispiel vorteilhaft sein, aus einer größeren Zahl von Pumpen-Typen auswählen zu können.
Weiterhin soll mit der Verbesserung die beim Stand der Technik notwendige Überdimensionierung der Teil-Unwucht-Momente der Teil-Unwuchtkörper vermieden werden (Vermeidung unnötig großer Lagerkräfte). Dies erfordert die Möglichkeit der Einstellung von Relativ-Stellwinkeln auch im Bereich ß =90° bis ß=180°. Schließlich soll die gewünschte Lösung auch die Schaffung eines unkomplizierten und robusten Vibrators ermöglichen, was sich bei der Erfindung in der Eigenschaft der parallelen Beaufschlagung je zweier Motoren wiederspiegelt.
Bezüglich der Gewährleistung der Aufrechterhaltung des gegebenen Relativ-Stellwinkels ß und des Relativ-Drehwinkels zwischen den Teil-Unwuchtkörpern gleicher Art, ist die Forderung der Aufgabenstellung wie folgt: Es muß ein sicheres Halten der notwendigen Relativ-Drehwinkel gewährleistet sein wenigstens für jenen Verstellbereich des Relativ-Stellwinkels ß, in welchem für das resultierende Unwucht-Moment ein Maximum einstellbar ist, weil in diesem Verstellbereich ein bedeutender Arbeitsbereich des Vibrators gesehen wird. Bei auftretender Unsymmetrie der spiegelbildlich synchronen Relativ-Drehwinkel (welche zwischen den Teil-Unwuchtköφern gleicher Art vorhanden sind) werden nicht erlaubte Querschwingungen erzeugt. Von der Verbesserung durch die Lösung gemäß der Erfindung wird auch erwartet, daß jener Winkelbereich kontinuierlich durchfahren werden kann, welcher zwischen dem Relativ-Stellwinkel ß= 0° und jenem Relativ-Stellwinkel ßmax liegt, bei welchem das maximale Unwucht-Moment eingestellt ist.
Ein wesentliches Element der Verbesserungen, welche mit der Aufgabe gefordert und mit der erfinderischen Lösung jetzt erreichbar sind, basiert auf der Entdeckung des erheblichen Nachteiles der ex¬ trem unsymmetrischen Belastung der Motoren, wie er bei dem Stand der Technik (gemäß der DE-OS 43 01 368) entsteht. In der Praxis führt dies zu einem häufig notwendigen Austausch von Motoren und/oder zu einer notwendigen Überdimensionierung der Motoren und damit auch zu Erhöhungen des Aufwandes. Bei der Auswertung der Schaubilder aus den Figuren 5 und 6 der DE-OS 43 01 368 und aus Figur 1 der DE-OS 44 07 013 erhält man noch keinen Hinweis auf die unsymmetrischen Belastungen. Eine gute Möglichkeit der Beurteilung der Belastungen der Motoren ist gegeben mit der Addition (Supeφosition) der Blindleistungen und Wirkleistungen, welche auf die Motoren wirken. Dieses Prinzip wird noch näher beschrieben im Zusammenhang mit der Fig. 2 der vorliegenden Erfindung .
Die Lösung der Aufgabe ist definiert in den unabhängigen Patentansprüchen 1 bis 4. Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der Suche nach der Lösung der Aufgabe war es gefordert, mehrere Kriterien zugleich gemäß der gestellten Aufgabe zu beachten. Dieser Fakt wird nachstehend noch einmal erwähnt: Symmetrische Belastung der Motoren wenigstens bei eingestelltem maximalen Unwucht-Moment und Fähigkeit des Vibrators zum Durchfahren des Winkel-Bereiches von ß=0° bis ß=180°: Mit Bezugnahme auf das in der Beschreibung zur Figur 2 der vorliegenden Erfindung erwähnte Prinzip der Supeφosition sollte sich der fachkundige Leser selbst eine Vorstellung entwickeln über die Umstände, wie bei einem zahnradlosen Vibrator gemäß dem zitierten Stand der Technik (Figur 1 in DE-OS 43 01 368) die äußerst unsymmetrischen Belastungen der Motoren im einzelnen zustande kommen.
Die Darstellung des Verlaufes der Differenzdrücke oder der Differenz-Drehmomente oder der Differenz-Leistungen gemäß den Diagrammen in Figur 2, bei Benutzung des
Supeφositions-Prinzips und bei Berücksichtigung der speziellen Art der Konfiguration von Pumpen (bei einer hydraulischen Lösung) und Motoren, repräsentiert einen notwendigen ersten erfinderischen Schritt bei der Entwicklung der erfinderischen Lösung. Nur auf diese Weise entstehen zwei "Werkzeuge" oder "Hilfsmittel", mit deren Hilfe man sowohl die nachteilige Belastung der Motoren beim Stand der Technik als auch die günstige Belastung der Motoren bei der erfinderischen Lösung beurteilen kann.
Es wird zunächst noch einmal erinnert an die Existenz des folgenden Wirkungs-Prinzips: Die mechanische Blindleistung, welche eingeführt werden muß in die motorisch betriebenen Motoren und welche weitergegeben wird an die Wellen der Teil-Unwuchtköφer der einen Art (als eine Leistung korrespondierend mit dem Produkt aus Reaktionsmoment MRQ mal Kreisfrequenz ω), wird in einem ersten Umwandlungs-Schritt transformiert in die "Leistung der kinetischen Energie" der schwingenden Masse (wobei diese Masse auch genannt wird "dynamischen Masse" m yπ ). In einem zweiten Umwandlungs-Schritt wird die "Leistung der kinetischen Energie" erneut transformiert in eine mechanische Blindleistung, welche wieder abgegeben werden muß von den Wellen der Teil-Unwuchtköφer der anderen Art (als eine Leistung aus Reaktionsmoment MRQ mal ω). Von den Wellen wird diese Leistung abgegeben mit einem ersten Teil als Reibleistung der Lager und mit einem zweiten Teil als jene Leistung, welche konvertiert wird von den generatorisch betreibbaren Motoren in eine Generator-Leistung und welche von diesen Motoren abgegeben werden muß.
Die Anwendung des Supeφositions-Prinzips bei der graphischen Darstellung der Verhältnisse (welche später noch genau beschrieben werden) erklärt anschaulich die Arbeitsweise der generatorisch betreibbaren Motoren in zwei unterschiedlichen
Arbeitsbereichen: Im Arbeitsbereich, welcher in Figur 2 beschrieben ist durch die Teil- Kurve N'-L'-M', müssen die generatorisch betreibbaren Motoren (114 und 116 in Figur 1 ) eine generatorische Leistung nach außen abgeben können. In den Arbeitsbereichen, welche in Figur 2 beschrieben sind durch die beiden Teil-Kurven F'-N' und M'-E'-D', muß eine mechanische Leistung zugeführt werden zu den generatorisch betreibbaren Motoren, und zwar beim Beispiel der hydraulischen Lösung, über den Volumenstrom, welcher durch sie hindurch geführt wird, wobei in diesem Falle diese Motoren motorisch arbeiten müssen.
Da es möglich sein muß, die Kurve KB im Bereich F'-N'-L'-M-E'-D' (im unteren Diagramm in Figur 2) gänzlich zu durchfahren, es ist erforderlich, daß die generatorisch betreibbaren Motoren in diesem Bereich sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden müssen. Diese notwendige Betriebsweise ist nicht ableitbar aus der Lehre des Patentanspruches 3 da DE-OS 44 07 013, bei welchem ebenfalls zwei Kreisläufe von Motoren und Pumpen für einen andersartigen Vibrator vorgesehen sind, und bei welchem gefordert wird (im ersten Merkmal des kennzeichnenden Teiles), daß eine generatorische Blindleistung in einem Motor der einen Art erzeugt wird, während gleichzeitig eine motorische Blindleistung in einem Motor der anderen Art erzeugt wird. Bei einer derartigen Betriebsweise könnte man zum Beispiel in dem Arbeitsbereich M'-E' der Kurve KB nicht arbeiten. Die Erfindung beinhaltet daher auch jene Mittel, mit deren Hilfe die Verstellung des Relativ-Stellwinkels ß vom Wert ß= 0° bis zum Wert ß= 180° kontinuierlich erfolgen kann. Die Art der Wirkung dieser Mittel kann übrigens nur anhand der Diagramme in Figur 2 erklärt werden.
Im Gegensatz zu der Lösung gemäß der DE-PS 41 16 647, bei welcher einem jeden Motor eine eigene Meßeinrichtung für den Drehwinkel des Teil-Unwuchtköφers und eine eigene Regeleinrichtung für den Drehwinkel zugeordnet ist, benutzt die Lösung gemäß der Erfindung, der Einfachheit halber ein Prinzip, bei welchem nicht der Drehwinkel μ eines einzelnen Teil-Unwuchtköφers gemessen werden muß, sondern nur der Relativ-Stellwinkel ß, und bei welchem die beiden Motoren einer Gruppe gemeinsam und parallel geschaltet mit Antriebs leistung versorgt werden. Die setzt allerdings zwingend voraus, daß der spiegelbildlich symmetrisch synchrone Relativ-Drehwinkel μ zwischen Teil-Unwuchtköφern gleicher Art (einer Gruppe) durch den Einsatz anderer Mittel aufrechterhalten wird.
Erhaltung des spiegelbildlich synchronen Relativ-Drehwinkels zwischen Teil-Unwuchtkόφem gleicher Art Es wurde eme zusatzliche Möglichkeit für eine bessere Stabilhaltung der Relaüv-Drehwinkel μ zwischen den Teil-Unwuchtköφern gleicher Art geschaffen, welche wenigstens wirksam ist im Bereich des Relativ-Stellwinkels ßmax = 180°, bei welchem das resultierende Unwucht-Moment den maximal einstellbaren Wert bekommt. Diese geschaffene Möglichkeit der Stabilhaltung der Relativ-Drehwinkel zwischen den Teil-Unwuchtköφern gleicher Art basiert auch auf der Erscheinung, daß an allen Motoren gleich große motorische Drehmomente bei einem gemäß der erfinderischen Lösung einstellten Winkel- Wert im Winkel-Bereich ßmax = 180° auftreten. Im Prinzip repräsentiert der Arbeits-Punkt ß= 180° einen instabilen Punkt, bei welchem der Relativ-Drehwinkel μ verkleinert oder vergrößert wird, wenn ein Störungs-Drehmoment MD§ erscheint, welches den synchronen Relativ-Drehwinkel μ beeinflußt, und wenn in diesem Falle keine geeignete Einrichtung für die Regelung des Relativ-Drehwinkel existiert .
Diese im Vergleich zur Situation im Bereich eines Winkelwertes ß =0° vorhandene Labilitäts-Eigenschaft wird gemäß da Erfindung generell verringert durch den folgenden Sachverhalt: Beim Relativ-Stellwinkel ß= 180° stehen zwei gleich große Drehmomente im Gleichgewicht: Das antreibende Drehmoment MD^ , welches von den Motoren entwickelt wird, und das bremsende Drehmoment MDg , welches durch die Abgabe von Wirkleistung entsteht. Die Wirkung des Störungs-Drehmomentes MDg ist proportional zu dem Verhältnis MD§/MD^ bzw. zu dem Verhältnis MDg/MDß. Daraus folgt, daß die Labilitäts- Neigung verringert wird besonders bei der zusätzlichen Abgabe von Nutzleistung (zusätzlich zur Lager- Reibleistung). Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß sich (wie man zeigen kann) bei den generatorisch betreibbaren Motoren ein Selbstregelungs-Effekt einstellt, mit einem Trend zur Selbst-Regelung auf den Wert ß= 180° (siehe auch den Verlauf der Kurven in der Nähe der Punkte E und E' in Figur 2). Wegen der energetischen Koppelung der Bewegungen der Teil-Unwuchtköφer der einen und der anderen Art beeinflußt der Selbstregelungs-Effekt somit auch die synchronen Relativ-Drehwinkel der motorisch betriebenen Motoren. Eine Voraussetzung für diese Wirkungsweise ist, daß der Relativ-Stellwinkel ß Gegenstand einer Steuerung oder Regelung ist, was gemäß der erfinderischen Lehre vorgeschrieben ist. Einen erheblichen Anteil an der Aufrechterhaltung des spiegelbildlich synchronen Drehwinkels μ haben auch die Wechselmomente MR = f (μ) Die in der DE-OS 43 01 368 in Spalte 6, Zeιlen36 ff gemachte Aussage, wonach man zwecks Vermeidung von anderweitigen Synchromsationsmittel die (durch die mitschwingende dynamische Masse) die selbsttätig wirkenden inneren Kräfte im Prinzip nur im Bereich eines Relativ-Stellwmkels ß kleiner als 90° nutzen könne, muß wie folgt korrigiert werden Die Wirkung der Wechselmomente MR = f (μ), die Synchronhaltung der spiegelbildlich symmetrisch laufenden Drehlage der Teil-Unwuchtkoφer gleicher Art zu unterstutzen, nimmt bei Überschreitung des Relativ- Stellwmkels ß = 90° in Richtung ß = 180° mcht nur mcht ab, sondern un Gegenteil noch zu Dies kann man auch anhand der Diagramme der Figur 5 der DE-OS 43 01 368 wie folgt erklären
Während die Wechselmomente MR = f (μ) im Bereich ß< 90° überwiegend nur in eme Drehrichtung wirken (womit eme Abweichung emes Teil-Unwuchtkoφers von der Synchronlage μ nur m emer Richtung korrigiert werden kann), ändert sich mit zunehmend dem Wert ß = 180° zustrebendem Wert des Winkels ß die Wirkungsweise der Wechselmomente MR = f (μ) derart, daß ihre positiven und negativen Drehimpuls- Anteile gleich groß werden [der Verlaut der Kurve MR = f (ß=l 80°) ist symmetrisch zu der Achse μ] Damit ergibt sich für die Wechselmomente MR = f (μ) un Bereich ß = 180° die im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch genutzte, besonders günstige Wirkung auf den Winkel-Synchronlauf, derart, daß sowohl Winkelabweichungen + Δμ als auch Winkelabweichungen -Δμ von der Soll-Winkellage μson von den Wechselmomenten MR = f (μ) kompensiert werden können
Eignung für offene und geschlossene Kreisläufe Im Gegensatz zu dem Vibrator gemäß dem Stand der Technik kann bei der hydraulischen Losung bei der Konfiguration von Pumpen und Motoren gemäß der Erfindung wahlweise ein offener oder em geschlossener Kreislauf realisiert werden Bei der Entscheidung für einen offenen Kreislauf muß bei jenem Kreislauf, bei welchem die Motoren generatorisch betrieben werden können, lediglich das Folgende beachtet werden Es muß zusätzlich m die Rohrleitung zwischen Motoren- Ausgang und Pumpen-Eingang eingebaut werden Entweder eme steuerbare Drossel zur Veränderung der Drosselwirkung oder em anderes Leistungs-Wandlungsorgan, in welchem mit Verkleinerung des Druckes un Volumenstrom eme Wandlung der hydraulischen Leistung m eme andere Leistung erfolgt
Für den Fall, daß der Winkelbereiches ß= 0° bis ß= 180° durchfahren wird, und daß dabei für die Steuerung des Winkels eme steuerbaren Drossel bei einem offenen Kreislauf benutzt wird, wird eme Leistung in Warme umgesetzt und damit vernichtet Die umgesetzte Warme- Leistung ist proportional zu dem Differenzdruck vor und hinter der Drossel Aber dies ist kern besonderer Nachteil bei den Ramm- Vibratoren, welche vorgesehen smd für die Verwendung der Erfindung In einem solchen Fall wird bei diesen Vibratoren in den meisten Fallen die Verstellbarkeit des Fhehmomentes nur wie folgt benutzt Bei der Verstellung von der Rotations-Frequenz Null bis auf die Arbeits-Rotations- Frequenz wird der Vibrator mit einem Unwucht-Moment mit dem Wert Null gefahren. Mit dieser Methode wird die Anregung von Resonanzfrequenzen im Erdreich vermieden, welche unterhalb der Betriebsfrequenz liegen. Eine Verstellung des Unwucht-Momentes von dem Null-Wert auf den maximalen Wert (und umgekehrt) erfolgt nur, wenn die Rotations- Frequenz auf eine Arbeits-Frequenz eingestellt ist.
Die Erfindung wird näher erläutert anhand von zwei Zeichnungen: Figur 1 zeigt in schematischer Form und in der Art eines hydraulischen Planes für die hydraulische Lösungsvariante die Konfiguration von Pumpen und Motoren eines zahnradlosen Vibrators gemäß der Erfindung. In Figur 2 werden zwei Diagramme gezeigt, mit welchen die Verhältnisse der Differenzdrücke bzw. der Differenz-Drehmomente der Motoren (der erfindungsgemäßen Versteileinrichtung gemäß Figur 1) dargestellt werden beim Betrieb in einem Bereich des Relativ-Stellwinkels ß= 0° bis ß= 360°. Sofern man jedoch bei Figur 2 in beiden Diagrammen die mit der Ordinatenachse aufgetragene Größe lediglich als
Drehmoment ΔMD inteφretiert, sind damit auch die beim Einsatz von elektrischen Motoren auftretenden Verhältnisse beschrieben.
Fig. 1 zeigt (mit einer symbolischen Darstellung der 4 Teil-Unwuchtköφer durch 4 entsprechende Kreise) zwei Teil-Unwuchtköφer der emen Art 102, 104 und zwei Teil-Unwuchtköφer der anderen Art 106, 108, welche (in nicht gezeigter Weise) rotieren können um ihre Achsen, welche in dem Vibrator-Gestell in Lagern gelagert sind. Jeder Teil-Unwuchtköφer ist verbunden mit einem eigenen Hydraulikmotor, durch welchen er angetrieben oder gebremst werden kann zwecks Verstellung des Relativ-Stellwinkels ß und durch welchen dem Teil-Unwuchtköφer jene Leistung zugeführt ist, die teils anschließend verloren geht in Form von Lagerreibungs-Leistung, und die teils in Form von Nutzleistung, abgegeben z.B. an die
Rammbohle, in den Erdboden fließt, nachdem dieser Teil der Leistung zuvor mittels der Lagerkräfte auf die schwingende dynamische Masse rn^yn übertragen wurde.
Die in Figur 1 dargestellte Versteileinrichtung für den Relativ-Stellwinkel ß ist für den Betrieb im Bereich ß= 0° bis ß= 180° definiert, was angedeutet sein soll durch die gezeigten Pfeile, welche Wirkungen und Richtungen symbolisieren. Den Teil-Unwuchtköφern der einen Art 102, 104 sind die Motoren 110, 1 12 der einen Art zugeordnet und den Teil-Unwuchtköφern der anderen Art 106, 108 sind die Motoren 114, 1 16 der anderen Art zugeordnet. Die jeweilige Drehrichtung der Motoren und der Teil-Unwuchtköφer ist durch Pfeile mit dem Zeichen ω gezeigt. Die Motoren einer jeweils gleichen Art sind in paralleler Art angeschlossen an einen geschlossenen Hydraulik-Kreislauf der einen Art 118 bzw. der anderen Art 120, dessen Volumenstrom erzeugt wird von einer jeweils zugeordneten Pumpe Pl der einen Art bzw. Pumpe P2 der anderen Art.
Der gezeichnete (positive) Relativ-Stellwinkel ß=90° ist abgeleitet von einer Basis-Position ß=0°, bei welcher das gesamte resultierende Unwucht-Moment den Wert Null hat. Im Gegensatz zu dem Hydraulik-Kreis der einen Art können die Motoren und die Pumpe P2 des Hydraulik-Kreises der anderen Art Druck-Differenzen in beiden Richtungen erzeugen. Das heißt, daß die Motoren sowohl als Motoren (motorisch) als auch als Pumpen (generatorisch) arbeiten können und daß 5 die Pumpe P2 sowohl als Pumpe (generatorisch) als auch als Motor (motorisch) arbeiten kann.
Beide Pumpen sind angeschlossen an einen gemeinsamen Dieselmotor DM über eine Antriebseinrichtung 122. Die Antriebseinrichtung könnte eine gemeinsame Welle oder ein Verteiler-Zahnradgetiebe sein. Beide Pumpen sind, symbolisiert durch die Pfeile 126 und 10 128, ausgestattet mit Versteileinrichtungen für die Verstellung des Fördervolumens, so daß mit Hilfe dieser Pumpen- VerStelleinrichtungen bei ihrer synchronen Veränderung die Volumenströme und damit die Drehfrequenzen der Motoren in vorgegebenen Grenzen verändert werden können.
15 In dem Hydraulik-Kreislauf der anderen Art ist ein Bauelement 130 eingebaut, welches durchströmt ist von dem Volumenstrom der Rückleitung 120 und welches imstande ist, den Volumenstrom in vorgegebener Weise zu drosseln und dabei einen vorgebbaren Druck in der Zuleitung vor seinem Eingang zu erzeugen. Die Höhe des derart aufgebauten Druckes kann dabei vorgegeben werden mittels einer elektrischen Steuereinrichtung, welche das
20 Bauelement 130 beeinflußt über eine elektrische Leitung 132.
Für den Fall, daß den Motoren 114, 116 eine Vibrator-Blindleistung zugeführt wird, derart, daß diese generatorisch arbeiten können oder müssen, entsteht dann vor dem Bauelement 130 ein Druck, welcher in unmittelbarem Zusammenhang steht mit dem gleichzeitig durch
25 die Wirkung des Druckes eingestellten Relativ-Stellwinkel ß. Sofern mit dem Produkt aus dem erzeugtem Druck und dem Volumenstrom nicht die maximale Vibrator-Blindleistung überschritten wird, kann man durch Beeinflussung des Drossel-Druckes wunschgemäß direkt die von den Motoren 114, 116 der anderen Art erzeugte Blindleistung beeinflussen, und damit auch indirekt den Relativ-Stellwinkel ß.
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An den kreisförmigen Symbolen für die Teil-Unwuchtköφer sind Pfeile eingezeichnet, welchen die Zeichen MRQ zugeordnet sind. Mit den Richtungen der Pfeile wird die Wirkrichtung der durchschnittlichen Reaktionsmomente MRQ angezeigt. Man erkennt, daß bei den Teil-Unwuchtköφern der einen Art 102, 104, die Wirkrichtung von MRQ
35 entgegengesetzt ist zu der Drehrichtung (symbolisiert mit ω). Dies bedeutet, daß zwecks
Aufrechterhaltung der Kreisfrequenz ω und des eingestellten Relativ-Stellwinkels ß die
Motoren der einen Art 110, 112 ein entgegengesetztes Drehmoment in motorischer Art aufbringen müssen mit einem Wert welcher gleichgroß ist wie der Wert von MRQ, und ohne, daß dementsprechend eine Nutzleistung von dem Vibrator abgegeben wird.
40 Bei den Teil-Unwuchtköφern der anderen Art 106, 108, wirken die Reaktionsmomente MRQ in Richtung der Drehrichtung. Wenn in diesem Falle die Motoren der anderen Art 114, 116 nicht ein bremsendes Drehmoment erzeugen würden in gleicher Größe wie die Größe des entstehenden Reaktionsmomente MRQ, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu MRQ, beziehungsweise, wenn in diesem Falle die Motoren der anderen Art nicht in einer generatorischen Art ein von außen eingeleitetes Drehmoment in hydraulische Leistung umwandeln würden, würde daraus eine Beschleunigung der Kreisfrequenz ω resultieren, beziehungsweise, würde daraus eine Vergrößerung des Relativ-Stellwinkels ß(welcher in dem gezeichneten Beispiel den Wert hat ß= 90°) entstehen.
In der Konfiguration gemäß Figur 1 sind nicht alle Bestandteile gezeigt, die sonst noch zu der kompletten Versteileinrichtung gehören und die der Fachmann sich ergänzend vorstellen kann. In diesem Zusammenhang wird lediglich erwähnt, daß die Mitwirkung einer Steuer¬ oder Regeleinrichtung angenommen ist, mit deren Hilfe ein vorgegebener Relativ-Stellwinkel ß eingestellt werden kann. Sofern eine Regeleinrichtung vorgesehen werden soll, muß der Relativ-Stellwinkel ß nicht zwangsläufig selbst die Regelgröße sein. Es genügt im Prinzip eine solche Lösung, bei welcher der Relativ-Stellwinkel nur indirekt beeinflußt wird, wobei er jedoch eine bekannte Funktion da eigentlichen Regelgröße sein muß. Sofern der Relativ- Stellwinkel ß selbst die unmittelbare Regelgröße bei der Verwendung einer Regeleinrichtung sein soll, hat man eine Meßeinrichtung vorzusehen, mit weicher der Relativ-Stellwinkel ß gemessen werden kann. In diesem Falle kann es sich um eine Meßeinrichtung handeln wie sie z.B. in der DE-OS 44 07 013 im Zusammenhang mit der dort gezeigten Figur 2 gezeigt ist.
In Figur 2 sind zwei Diagramme gezeigt, von denen das obere Diagramm mit der Kennlinie KA bestimmte Zustände an den Motoren 110, 112 der einen Art beschreibt und das untere Diagramm mit der Kennlinie KB bestimmte Zustände an den Motoren 114, 116 der anderen Art beschreibt. In beiden Diagrammen ist auf der Abszissenachse der Relativ-Stellwinkel ß aufgetragen, während die Werte der Ordinatenachse als unterschiedliche Variable gedeutet werden können, welche jedoch voneinander ableitbar sind. Als unterschiedliche Variable sind vorgesehen: Der Differenz-Druck Δp an den Motoren, das Differenz-Drehmoment ΔMD (proportional zu Δp) an den Motoren und die Differenz-Leistung ΔP (proportional zu Δp) der Motoren.
Der gezeigte Bereich für den Winkel ß umfaßt 360°. Man erkennt, daß bei ß = 0° beziehungsweise ß = 360° und bei ß = 180° ein Wechsel erfolgt zwischen einem motorischen Betrieb (abgekürzt "mot.") und einem generatorischen Betrieb (abgekürzt "gen."). Die motorischen und die generatorischen Bereiche sind mit Doppelpfeilen mit den Bezeichnungen "mot." und "gen." gekennzeichnet. Die Kennlinien KA und KB ergeben sich aus der Supeφosition bzw. Addition von unterschiedlichen Variablen, was am Beispiel der Diagramm- Variablen "Differenz-Drehmoment ΔMD" näher erläutert wird. Die Kennlinien KA und KB repräsentieren in diesem Falle die Drehmomente, welche an den Motoren wirken.
Im oberen Diagramm gibt die unterbrochene Linie D-E-F den Verlauf des Drehmomentes wieder, durch welches die gesamte Reibleistung erzeugt wird. Die gesamte Reibarbeit umfaßt zwei Komponenten: Die eine Komponente wird durch die unterbrochene Linie D-K-F angezeigt, welche das Reibmoment der Lagerreibung repräsentiert mit einer Größe entsprechend der Strecke A-D. Die Lagerreibung hat über den ganzen Winkelbereich eine konstanter Größe. Die andere Komponente, welche im Punkt D und im Punkt F den Wert Null und im Punkt E (bei ß = 180°) ihren maximalen Wert (entsprechend der Strecke K-E) hat, repräsentiert den Verlauf des Nutzarbeit-Drehmomentes, welches für die Nutzarbeit (= überwiegend Reibarbeit der Rammbohle) benötigt wird. Da linear gezeichnete Vαlauf des Nutzarbeit-Drehmomentes ist eine Vαeinfachung des in da Praxis nicht linearen Vαlaufes des Nutzarbeit-Drehmomentes. Die gezeigte Vαeinfachung basiαt auf da Annahme, daß das Nutzarbeit-Drehmoment in etwa proportional zur Größe da Schwingamplitude entsteht, die sich bekanntlich ebenfalls mit da Größe des Winkels ß vaändat.
Die vom Winkel ß abhängige Größe des Reaktionsmomentes MRQ vαläuft gemäß da untabrochenen Linie A-H-B-J-C. Das Reaktionsmoment MRQ weist einen sinusförmigen Vαlauf auf mit da Amplitude entsprechend da Strecke G-H bei ß= 90°. Durch die Supeφosition da Wate da Kennlinie fiir die Reaktionsmomente MRQ und da Wate da Kennlinie für die Drehmomente für die gesamte Reibarbeit αgibt sich schließlich die Kennlinie KA. Bedingt durch die Erscheinung, daß das Reaktionsmoment MRQ bei ß= 0° (beziehungsweise bei ß= 360°) und bei ß= 180° den Wαt null aufweist, repräsentiαen die Werte der Kennlinie KA in den Punkten ß= 0° (= 360°) und ß= 180° ausschließlich Reibarbeits-Drehmomente.
Da die maximalen Wate für die Reibarbeits-Drehmomente (entsprechend da Strecke B-E) und für die Reaktionsmomente MRQ (entsprechend da Strecke G-H) in etwa maßstabsgαecht für jene Arbeiten gezeigt sind, welche mit realen Ramm- Vibratoren bei hohen Drehfrequenzen da Teil-Unwuchtköφa durchgeführt waden, agibt sich auch in der Praxis fiir den Bαeich ß= 90° bis ß= 180° ein besondαα Winkelbαeich von dem Punkt M an bis zu dem Punkt N, in welchem genαatorisch wirkende Drehmomente ΔMD auch an den Motoren da einen Art benötigt waden.
Die Kennlinie KA ist gezeichnet für einen Betrieb eines Ramm- Vibrators mit hohα Belastung durch die Nutzarbeit, welche von da Rammbohle in die Erde übαtragen wird. Bei einem gαingen Anteil von Nutzarbeit wandαt da Punkt E nach unten in die Richtung des Punktes K. Wenn da Ramm- Vibrator im Leαlauf läuft (ohne eine Bαührung zwischen Rammbohle und Erdboden) und die Nutzarbeit gleich null ist, fällt da Punkt E mit dem Punkt K zusammen. Es wird noch erwähnt, daß die Größe des maximalen Wαtes des Reaktionsmomentes MRQ (Strecke G-H) variiαt sowohl mit da Größe da dynamischen Masse, zu da auch die Masse da Rammbohle gehört, als auch mit da Tiefe da Eindringung da Rammbohle in den Erdboden, beziehungsweise mit da Größe der abgegebenen Nutzarbeit.
Da Valauf da Kennlinie KB im untaen Diagramm αgibt sich durch Supαposition allα Momenten- Vαläufe ähnlich wie bei da Kennlinie KA, jedoch mit dem Untaschied, daß im Bereich ß= 0° bis ß= 180° das Reaktionsmoment MRQ einen negativen Vαlauf aufweisen kann, während die Reibarbeits-Drehmomente auch hiα ausschließlich positiv αscheinen. Beim Vαgleich da beiden Kennlinien KA und KB ist bemakenswat, daß beim Winkel ß= 180° die Drehmomente ΔMD, welche die Motoren da einen und da andaen Art belasten, von gleichα Größe und in beiden Fällen positiv sind, womit eine rein motorische Belastung da Motoren gegeben ist.
Für die vorliegende Erfindung von besondaem Intaesse ist beim Einsatz des Vibrators als Ramm- Vibrator da Betrieb des zahnradlosen Ramm- Vibrators in da Betriebsweise gemäß Figur 1 in dem gesamten Bαeich des Winkels ßvon ß= 0° bis ß= 180°. Bevor die eigentliche Rammarbeit beginnt, wird da Vibrator zunächst bei eingestelltem Relativ- Stellwinkel ß= 0° auf eine Betriebsfrequenz hochgefahren, welche übα da Erdboden- Resonanzfrequenz liegt. Erst danach wird mit Hilfe da Vasteileinrichtung da für die Rammarbeit vorgegebene Winkel ß (in den meisten Fällen auf den Wαt ß= 180°) eingestellt. Bei da Konstanthaltung odα Vαändαung des Relativ-Stellwinkels ß müssen an den Motoren da einen Art die Differenz-Drehmomente gemäß da Kennlinie KA und zugleich an den Motoren da andaen Art die Diffaenz-Drehmomente gemäß da Kennlinie KB eingestellt sein.
Es ist ein intaessanter Effekt, da im Rahmen da Erfindung auch ausgenutzt wird, daß es zwecks Konstanthaltung eines vorgegebenen Winkels ß odα zwecks Vαändαung des Winkels ß in einα vorgegebenen Weise genügt, das αfordαliche Differenz-Drehmoment Δ MD (bzw. den αfordαlichen Diffαenz-Druck Δp) lediglich bei den Motoren einα Art einzustellen. Es liegt in da Natur da gewählten Vαstelleinrichtung, daß in diesem Falle bei den Motoren da andaen Art sich automatisch und von selbst die αfordαlichen Vαhältnisse da Diffaenz-Drehmomente ΔMD (bzw. des Differenz-Druckes Δp) gemäß da jeweils andaen Kennlinie einstellen.
Beim Durchfahren des Winkelbαeiches ß= 0° bis ß= 180° kann man bei einα Betriebsweise, welche den Kennlinien KA und KB entspricht, bezüglich da Motoren der andaen Art (114,116) gemäß da Kennlinie KB die folgende Vahaltensweise αkennen: Bei Beginn der Vαstellung bei ß= 0° wαden die Motoren motorisch betrieben mit einem Diffαenz-Drehmoment ΔMD entsprechend da Strecke C'-F'. Durch Vakleinaung des Diffαenz-Drehmomentes bis auf den Wαt Null gelangt man auf der Kennlinie KB zunächst bis zu dem Punkt N'. Ab hiα muß bei weitαα Vαgrößαung des Winkels ß ein genαatorisches Diffαenz-Drehmoment αzeugt wαden, bis daß da Punkt M' areicht ist. Danach muß bei weitαα Vαgrößαung des Winkels ß bei den Motoren da andaen Art aneut und in eina ansteigenden Weise ein motorisches Diffαenz-Drehmoment ΔMD αzeugt wαden.
Im Prinzip ist die Wirkung des genαatorischen Reaktionsmomentes MRQ an den Teil- Unwuchtköφαn da andaen Art imma vorhanden im gesamten Bαeich des Winkels ß von ß= 0° bis ß= 180° (gemäß da Kennlinie C'-J'-B'). Es hat sich gezeigt, daß dieses immα wirkende genαatorische Reaktionsmoment automatisch zur Überwindung des Reibarbeits- Drehmoment genutzt wird. Die Ableitung des Reibarbeits-Drehmomentes von dem genαatorischen Reaktionsmoment kann vom Winkel ß= 0° bis zu jenem Winkel αfolgen, welchα dem Punkt M' zugeordnet ist. Bei einα weitαen Steigαung des Winkels ß müssen die Motoren da andaen Art noch zusätzlich ein motorisches Drehmoment αzeugen.
So wird zum Beispiel im Winkelbαeich zwischen den Punkten M' und B', wo die Größe des gesamten Reibarbeits-Drehmomentes den Wαt Sl + S2 hat, da Drehmoment-Teil S2 von den Reaktionsmomenten abgeleitet, während da Drehmoment-Teil Sl von motorischen Drehmomenten da Motoren da andaen Art abgeleitet wird.
Beim Durchfahren des Winkelbαeiches ß= 0° bis ß= 180° mit Benutzung einα Vαstelleinrichtung gemäß da Lehre des Patentanspruches genügt es beim Start vom Wαt ß= 0° an, das Fördervolumen da Pumpe P2 um einen kleinen Betrag zu verringαn. Für die Kennlinie KB gilt dann zum Beispiel für den Bαeich vom Punkt F' bis L', daß (untα
Mitwirkung des Leckage-Bypass-Volumenstromes in den Motoren und in da Pumpe) in da Rohrleitung 140 zunächst bis zum Erreichen des Punktes N' da Druck verringat wird (bis haab auf den System-Fülldruck) und daß ab dem Punkt N' bis zum Punkt L' da Druck in da Rohrleitung 142 stetig vagrößat wird (beginnend beim Punkt N' mit dem System- Fülldruck). Wegen da gegebenen Koppelung da Pumpen Pl und P2 üba die gemeinsame Antriebseinrichtung 122 hat die Verringαung des Fördervolumens da Pumpe P2 den gleichen Effekt, als ob man das Fördervolumen da Pumpe Pl vagrößat hätte. Nur aus diesem Grunde steigt dabei da Druck in da Rohrleitung 144. Es ist offensichtlich, daß das Vαfahren auch umgekehrt funktioniert: Eine Vαgrößαung des Fördervolumens von Pumpe P2 mit dem gleichen Effekt wie eine Vαkleinαung des Fördervolumens von Pumpe Pl bewirkt im Winkelbαeich ß= 0° bis ß= 180° eine Vαkleinαung des Winkels ß.
Man αkennt, daß bei Verwendung einα Steuα- odα Regeleinrichtung mit da Vaändaung des Fördervolumens an einα Pumpe in zwei Richtungen die Regelung des Winkels ß auf einen vorgegebenen Wαt vorgenommen wαden kann. Natürlich kann da gleiche Effekt auch αreicht wαden, wenn man an beiden Pumpen zugleich das Fördervolumen in untαschiedlichen Richtungen vαändαt.
Beim Durchfahren des Winkelbαeiches ß= 0° bis ß= 180° und bei Benutzung einα Vαstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 2 genügt es, beim Start vom Wαt ß= 0° an, durch Vαgrößαung des Drosselwidαstandes mit Hilfe des vαstellbaren Drosselorganes 130 und durch die Steigαung des Druckes in der Rohrleitung 142 (durch diese Maßnahme), zunächst das ursprüngliche motorisch wirkende Diffαenz-Drehmoment ΔMD entsprechend da Strecke C'-F' zu reduziaen, und danach, nach da Ankunft bei dem Wat Null beim Punkt N' bei weitaa Erhöhung des Drossel-Effektes ein negatives Diffαenz-Drehmoment zu αzeugen. Um nach da Ankunft bei dem Winkels ßL (welcha dem Punkt L' zugeordnet ist) eine weitae Vagrößaung des Winkels ß zu erreichen, muß man den durch den Drosseleffekt in da Rohrleitung 142 azeugten Druck wieda vakleinan.
Die zuvor beschriebene Beeinflussung des Relativ-Stellwinkels ß mit Hilfe da Erzeugung eines Druckes am Ausgang da Motoren andaa Art durch den Einsatz eines Drosselorganes in da Rückleitung zur Pumpe P2 kann vorteilhaft untαstützt odα geändαt wαden durch parallel odα altαnativ αgriffene Maßnahmen da Beeinflussung. Zu diesen Maßnahmen gehört zum Beispiel: Die Entnahme eines kleinen Bypass-Volumenstromes aus dem Haupt- Volumenstrom, welchα die Pumpe P2 an ihrem Ausgang verläßt, odα die Vαgrößαung des Fördervolumens da Pumpe Pl durch Vasteilung da Pumpe Pl oda durch Hinzufügung eines kleinen Bypass-Volumenstromes zu dem Haupt- Volumenstrom, welchα die Pumpe Pl am Ausgang vαläßt.
Bei Benutzung eines Drosselorganes in einα Rückleitung (zum Beispiel 142) zu einα Pumpe zwecks Erzeugung einα genαatorischen Arbeitsweise da entsprechend zugeordneten Motoren waden weda an dem Eingang da Pumpe da einen Art noch an dem Eingang da Pumpe da andaen Art durch den Rücklauf- Volumenstrom Drücke erzeugt. Aus diesem Grunde ist es in jedem Falle möglich, die Hydraulik-Kreisläufe auch als offene Kreisläufe zu betreibea
Man kann, ausgehend vom Relativ-Stellwinkel ß=0° =360° in Punkt C (im obαen Diagramm), den Relativ-Stellwinkel ß=180° auch dadurch erreichen, daß man den Bαeich da Relativ-Stellwinkel ß im negativen Sinne, nämlich von ß=360° übα ß=270° nach ß=180° durchfährt. Wie man aus Fig. 2 αsehen kann, kommt es in diesem Falle zu einα Vαtauschung da Arbeitsweise da Motoren da einen und der andaen Art. Bei eina solchen Vorgehensweise hat man dann das Drosselorgan 130 in den Rücklauf- Volumenstrom da Rohrleitung 146 von Pumpe Pl einzusetzen.
Die technische Lehre da unabhängigen Ansprüche 1 und 2 orientiαt sich an dem Ausführungsbeispiel gemäß da Figur 1, welches im Prinzip eine (besondas wichtige) Weitaentwicklung da durch die Beschreibung da Figur 2 geoffenbarten Haupt-Idee da Erfindung darstellt. Die unabhängigen Ansprüche 3 bzw. 4 beschreiben die technische Lehre aus da in Figur 2 dargelegten Haupt-Idee bei ihrα Anwendung im Zusammenhang mit hydraulischen bzw. elektrischen Motoren. Die Ansprüche 3 bzw. 4 bedürfen keinα besondαen αläutαnden Beschreibung. Für die praktische Ausführung eines mit elektrischen Motoren betriebenen Vibrators kann man auch die Anordnung gemäß da Figur 1 zu Hilfe nehmen, wenn man sich in Figur 1 die folgenden Abwandlungen als gegeben vorstellt:
Die Motoren 110,112 und 114,116 stellen elektrische Motoren und die Leitungen 144,146 und 140,142 stellen die elektrischen Zuleitungen zu den Motoren dar. Das Bauteil 130 entfällt. Die Symbole für die Pumpen P 1 und P2 stellen je ein elektrisches Ansteuαgαät dar, mit welchem die Motoren zu variablen Drehzahlen und zur Entwicklung von variablen Drehmomenten auch untαschiedlichα Richtung gezwungen wαden könnea Dabei kann wenigstens an den Motoren 114, 116 auch ein negatives Drehmoment entwickeilt wαden, während gleichzeitig an den Motoren 110,1 12 ein positives Drehmoment zum Einsatz gelangt.

Claims

Patentansprüche
1. Vαstelleinrichtung für einen Unwucht-Vibrator mit den folgenden Mαkmalen:
- wenigstens zwei Paare von Teil-Unwuchtköφαn (102,106; 104,108) sind vorgesehen, welche zur Rotation um eine zugeordnete Achse antreibbar sind, und dαen vektorisch summiαte Teil-Fliehkraft- Vektoren den resultiαenden Fliehkraft- Vektor bilden, durch dessen Wirkung die Masse des Vibrators gαichtete Schwingungen ausführt,
- jedem Teil-Unwuchtköφα ist ein Teil-Unwucht-Moment zugeordnet, welches als Vektor angesehen wαden kann, und alle Teil-Unwucht-Momente bilden mit ihrα vektorischen Summe das resultiαende Unwucht-Moment, welches proportional ist zu dem resultiαenden Fliehkraft-Vektor,
- jedes Paar wird gebildet durch einen Teil-Unwuchtköφα da einen Art (102; 104) und emen Teil- Unwuchtköφa da andaen Art (106; 108), und zwischen den Teil-Fliehkraft- Vektoren da Teil- Unwuchtköφa eines Paares ist wenigstens für eine ganz bestimmte Rotations-Position beidα Teil- Unwuchtköφα ein Relativ-Stellwinkel ß definiαbar,
- jedα Teil-Unwuchtköφα da einen Art und da andaen Art ist vasehen mit einem eigenen Motor da einen Art (110,112) beziehungsweise da andaen Art (114,116), und da Rotor eines jeden Motors ist daart vαbunden mit seinem Teil-Unwuchtköφα, daß ein Drehmoment von dem Rotor auf den Teil- Unwuchtköφα (und umgekehrt) übαtragen wαden kann,
- wenigstens eine Steuαeinrichtung odα eine Regeleinrichtung ist vorgesehen zur direkten odα indirekten Einstellung eines vorgebbaren Wαtes für den Relativ-Stellwinkels ß odα eines vorgebbaren Wαtes für die Amplitude des Schwingweges x odα einα zeitlichen Ableitung x' bzw. x" davon, wobei die eine Grenze des Bαeiches da vorgebbaren Wate mit einem minimalen resultiαenden Fliehkraft- Vektor korrespondiαt und die andαe Grenze des Bαeiches da vorgebbaren Wate mit einem maximalen resultiαenden Fliehkraft- Vektor korrespondiαt,
gekennzeichnet durch die Kombination da folgenden Makmale:
a) die hydraulisch arbeitenden Motoren da einen Art (110,112) sind in eina parallelen Art angeschlossen an einen eigenen Hydraulik-Kreislauf da einen Art, die hydraulisch arbeitenden Motoren da andaen Art (114,116) sind in eina parallelen Art angeschlossen an einen eigenen Hydraulik- Kreislauf da andaen Art, und jeda Hydraulik-Kreislauf da einen und da andaen Art schließt wenigstens eine eigene Pumpe da einen Art (P 1) beziehungsweise da andaen Art (P2) mit ein, b) da durch die eingestellte Größe des Relativ-Stellwinkels ß definiαbare Betriebspunkt für das maximal einstellbare resultiαende Unwucht-Moment kann auch bei einem Relativ-Stellwinkel ß größer als ß= ±90° gewählt wαden, wie z.B. bei einem Relativ-Stellwinkel in da Nähe von odα exakt bei ß= ± 180°,
c) eine Meßeinrichtung ist vorgesehen zur Messung des Istwαtes einα solchen Regelgröße (z.B. Amplitude, Geschwindigkeit odα Beschleunigung da Schwingungsbewegung, oda Winkel ß selbst), von welcha die Größe des Relativ-Stellwinkels ß direkt odα indirekt beinflußt ist, und da Istwat der Regelgröße ist zur Vaarbeitung durch die Steuαeinrichtung odα Regeleinrichtung bestimmt.
d) da Vastellbaeich des Relativ-Stellwinkels ß von etwa ß= 0° bis etwa ß= ±180° ist wenigstens beim Betrieb des Vibrators ohne die Abgabe einα Nutzleistung durchfahrbar mit einem rein motorischen Betrieb da Motoren da einen Art und mit einem abwechselnd genαatorischen und motorischen Betrieb da Motoren da andaen Art,
e) die bei dem genaatorischen Betrieb da Motoren da andaen Art mittels des Druckanstieges in dem durchfließenden Volumenstrom zwischen Eingang und Ausgang da andaen Motoren (114,1 16) genaiate hydraulische Leistung ist im wesentlichen umgewandelt zwischen Eingang und Ausgang der Pumpe (P2) da andaen Art bei gleichzeitiga Druckvamindaung im Volumenstrom in eine entsprechende motorische Leistung, die von da Pumpe (P2) abgegeben wird,
f) jede Pumpe ist mit einα Vαbindung (122) zu wenigstens einem Antriebsmotor (MD) vαsehen, übα welche Vαbindung da Pumpe Antriebs leistung zugeführt oda entnommen waden kann.
2. Vαstelleinrichtung nach dem Obαbegriff von Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Mαkmale:
a) die hydraulisch arbeitenden Motoren da einen Art (110,112) sind in eina parallelen Art angeschlossen an einen eigenen Hydraulik-Kreislauf da einen Art, die hydraulisch arbeitenden Motoren da andaen Art (1 14,116) sind in eina parallelen Art angeschlossen an einen eigenen Hydraulik- Kreislauf da andaen Art, und jeda Hydraulik-Kreislauf da einen und da andaen Art schließt wenigstens eine eigene Pumpe da einen Art (Pl) beziehungsweise da andaen Art (P2) mit ein,
b) da durch die eingestellte Größe des Relativ-Stellwinkels ß definiαbare Betriebspunkt für das maximal einstellbare resultiαende Unwucht-Moment kann auch bei einem Relativ-Stellwinkel ß größer als ß= ±90° gewählt wαden, wie z.B. bei einem Relativ-Stellwinkel in da Nähe von odα exakt bei ß= ± 180°, c) eine Meßeinrichtung ist vorgesehen zur Messung des Istwαtes einα solchen Regelgröße (z.B. Amplitude, Geschwindigkeit odα Beschleunigung da Schwingungsbewegung, oda Winkel ß selbst), von welcha die Größe des Relativ-Stellwinkels ß direkt odα indirekt beinflußt ist, und da Istwat da Regelgröße ist zur Vaarbeitung durch die Steuαeinrichtung odα Regeleinrichtung bestimmt.
d) da Vastellbaeich des Relativ-Stellwinkels ß von etwa ß= 0° bis etwa ß= ±180° ist wenigstens beim Betrieb des Vibrators ohne die Abgabe einα Nutzleistung durchfahrbar mit einem rein motorischen Betrieb der Motoren da einen Art und mit einem abwechselnd genαatorischen und motorischen Betrieb da Motoren da andaen Art,
e) die bei dem genaatorischen Betrieb der Motoren da andaen Art mittels des Druckanstieges in dem durchfließenden Volumenstrom zwischen Eingang und Ausgang da andaen Motoren (114,116) genaiate hydraulische Leistung ist im wesentlichen umgewandelt durch die Wirkung eines besondαen Elementes (130) zur Leistungs-Umwandlung bei gleichzeitigα Vαmindαung des Druckes im Volumenstrom zwischen dem Eingang und dem Ausgang des besondαen Elementes (130) in eine andαe Art von Leistung (zum Beispiel in eine Wärme-Leistung), die nicht odα wenigstens nicht unmittelbar da Pumpe asta Art (Pl) wieda zugeführt wird,
0 jede Pumpe ist mit eina Vabindung (122) zu wenigstens einem Antriebsmotor (MD) vasehen, üba welche Vabindung da Pumpe Antriebsleistung zugeführt oda entnommen waden kann.
3. Vαstelleinrichtung für einen Unwucht- Vibrator mit den folgenden Mαkmalen:
- Es sind wenigstens zwei Gruppen von Teil-Unwuchtköφαn vorgesehen, welche zur Rotation um eine zugeordnete Achse antreibbar sind, wobei durch die resultiαende Wirkung da Fliehkräfte aller Teil- Unwuchtköφα die Masse des Unwucht- Vibrators zur Durchführung von gαichteten Schwingungen gezwungen ist,
- jede Gruppe umfaßt zwei beim Schwingbetrieb mit spiegelbildlich symmetrischen Drehwinkeln gegenläufig synchron umlaufende Teil-Unwuchtköφα,
- jedα Teil-Unwuchtköφα ist vαsehen mit einem eigenen Hydraulikmotor, dessen Rotor mit seinem Teil-Unwuchtköφα drehmomentübαtragend vαbunden ist,
- Zwischen zwei zu untαschiedlichen Gruppen zugehörigen Teil-Unwuchtköφαn ist ein Relativ- Stellwinkel ß definiαbar, welchα durch die Beeinflussung da Motoren vasteilbar ist, - eine hydraulische Antriebs- und Steuαeinrichtung ist vorgesehen zur Erzeugung da durch die Motoren Hießenden Volumenströme und zur Erzeugung von hydraulischen Drücken wenigstens an den Eingängen da Hydraulikmotoren,
- wenigstens eine Steuαeinrichtung odα eine Regeleinrichtung ist vorgesehen zur direkten odα indirekten Einstellung eines vorgebbaren Wαtes für den Relativ-Stellwinkels ß odα eines vorgebbaren Wαtes für die Amplitude des Schwingweges x odα einα zeitlichen Ableitung x' bzw. x" davon, wobei die eine Grenze des Bαeiches da vorgebbaren Wate mit einem minimalen resultiαenden Fliehkraft- Vektor korrespondiαt und die andαe Grenze des Bαeiches da vorgebbaren Wate mit einem maximalen resultiαenden Fliehkraft-Vektor korrespondiαt,
gekennzeichnet durch die Kombination da folgenden Makmale:
- eine Meßeinrichtung ist vorgesehen zur Messung des Istwαtes einα solchen Regelgröße (z.B. Amplitude, Geschwindigkeit odα Beschleunigung da Schwingungsbewegung, oda Winkel ß selbst), von welcha die Größe des Relativ-Stellwinkels ß direkt odα indirekt beinflußt ist, und da Istwat da Regelgröße ist zur Vaarbeitung durch die Steuαeinrichtung odα Regeleinrichtung bestimmt,
- mittels da hydraulischen Antriebs- und Steuαeinrichtung sind zu einem gleichen Zeitpunkt an beiden Gruppen von Hydraulikmotoren zwischen den Eingängen und Ausgängen da Motoren meßbare
Druckgradienten mit von Gruppe zu Gruppe untαschiedlichen Vorzeichen einstellbar, wobei bei jenα Gruppe, in welchα die Motoren bei eingestelltem positivem Druckgradienten in einen genαatorischen Betrieb (Pumpbetrieb) gebracht sind, da Druckgradient beim Durchfahren eines Vαstellbαeiches von einem kleinαen resultiαenden statischen Moment bis hin zu einem maximalen resultiαenden statischen Moment von einem positiven Wαt in einen negativen Wαt wechselnd einstellbar ist,
-Wenigstens bei Einhaltung da bevorzugten Schwingrichtung des Vibrators sind die Wate da Druckgradienten an den hydraulischen Motoren einα Gruppe da Richtung und der durchschnittlichen Größe nach gleich,
- ein vorgebbarα Wate für den Relativ-Stellwinkels ß odα ein vorgebbarα Wαt für die Amplitude des Schwingweges x odα einα zeitlichen Ableitung x' bzw. x" davon ist einstellbar durch die Beeinflussung da Wate da Druckgradienten an den hydraulischen Motoren nach Größe und Richtung mit Hilfe da Steuaeinrichtung oda Regeleinrichtung.
4. Vastelleinrichtung für einen Unwucht-Vibrator mit den folgenden Mαkmalen:
- Es sind wenigstens zwei Gruppen von Teil-Unwuchtköφαn vorgesehen, welche zur Rotation um eine zugeordnete Achse antreibbar sind, wobei durch die resultiαende Wirkung da Fliehkräfte allα Teil- Unwuchtköφα die Masse des Unwucht- Vibrators zur Durchführung von gαichteten Schwingungen gezwungen ist,
- jede Gruppe umfaßt zwei beim Schwingbetrieb mit spiegelbildlich symmetrischen Drehwinkeln gegenläufig synchron umlaufende Teil-Unwuchtköφer,
- jedα Teil-Unwuchtköφα ist vαsehen mit einem eigenen elektrischen Motor, dessen Rotor mit seinem Teil-Unwuchtköφα drehmomentübαtragend vαbunden ist,
- Zwischen zwei zu untαschiedlichen Gruppen zugehörigen Teil-Unwuchtköφαn ist ein Relativ- Stellwinkel ß definiαbar, welchα durch die Beeinflussung da Motoren vasteilbar ist,
- eine elektrische Antriebs- und Steuαeinrichtung ist vorgesehen zur Erzeugung da durch die Motoren fließenden Ströme,
- wenigstens eine Steuaeinrichtung oda eine Regeleinrichtung ist vorgesehen zur direkten oda indirekten Einstellung eines vorgebbaren Wαtes für den Relativ-Stellwinkels ß odα eines vorgebbaren Wαtes für die Amplitude des Schwingweges x odα einα zeitlichen Ableitung x' bzw. x" davon, wobei die eine Grenze des Bαeiches da vorgebbaren Wate mit einem minimalen resultiαenden Fliehkraft - Vektor korrespondiαt und die andαe Grenze des Bαeiches da vorgebbaren Wate mit einem maximalen resultiαenden Fliehkraft-Vektor korrespondiαt,
gekennzeichnet durch die Kombination da folgenden Makmale:
- eine Meßeinrichtung ist vorgesehen zur Messung des Istwαtes einα solchen Regelgröße (z.B. Amplitude, Geschwindigkeit oder Beschleunigung da Schwingungsbewegung, oda Winkel ß selbst), von welcha die Größe des Relativ-Stellwinkels ß direkt odα indirekt beinflußt ist, und da Istwat da Regelgröße ist zur Vaarbeitung durch die Steuαeinrichtung odα Regeleinrichtung bestimmt,
- die beiden Motoren je einα Gruppe sind elektrisch parallel geschaltet und gemeinsam beaufschlagt,
- mittels da elektrischen Antriebs- und Steuaeinrichtung sind zu einem gleichen Zeitpunkt an beiden Gruppen von Motoren an den Wellen da Motoren meßbare Drehmoment-Gradienten mit von Gruppe zu Gruppe untαschiedlichen Vorzeichen einstellbar, wobei bei jenα Gruppe, in welchα die Motoren bei eingestelltem positivem Drehmoment-Gradienten in einen genαatorischen Betrieb (Bremsbetrieb) gebracht sind, da Drehmoment-Gradient beim Durchfahren eines Vαstellbαeiches von einem kleinαen resultiαenden statischen Moment bis hin zu einem maximalen resultiαenden statischen Moment von einem positiven Wαt in einen negativen Wαt wechselnd einstellbar ist, -Wenigstens bei Einhaltung da bevorzugten Schwingrichtung des Vibrators sind die Wate da Drehmoment-Gradienten an den Motoren einα Gruppe da Richtung und da durchschnittlichen Größe nach gleich,
- ein vorgebbarα Wate für den Relativ-Stellwinkels ß odα ein vorgebbarα Wαt für die Amplitude des Schwmgweges x odα einα zeitlichen Ableitung x' bzw. x" davon ist einstellbar durch die Beeinflussung da Wate da Drehmoment-Gradienten an den Motoren nach Größe und Richtung mit Hilfe da Steuaeinrichtung oda Regeleinrichtung.
5. Vastelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 oda 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Vo¬ lumenstrom durch die andaen Motoren (114,116) eingeprägte hydraulische Leistung in eine andαe Leistung umgesetzt ist durch die Miteinbeziehung sowohl eines besondαen Leistungs- Wandlungsorgans (130) als auch einα Pumpe (P2), von welcher die von ihr gewandelte Leistung in Form einer mo¬ torischen Leistung abgegeben ist.
6. Vαstelleinrichtung nach einem da Ansprüche 2 oda 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungs- Wandlungsorgan (130) eine bezüglich da Höhe ihres Drosseleffektes beeinflußbare Drossel ist.
7. Vαstelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine in den genαatorisch betriebenen Motoren αzeugte Leistung den motorisch betriebenen Motoren wieder zugeführt wird, und zwar wahlweise
- durch die Hintαeinandαschaltung von genαatorisch und motorisch betriebenen Motoren, oder
- durch die mechanische Kupplung zweiα Pumpen zweiα untαschiedlichα Hydraulik-Kreisläufe, odα
- durch die Übαleitung von elektrischα Enαgie von den genαatorisch betriebenen zu den motorisch betriebenen Motoren.
8. Vαstelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ein¬ gestellten Relativ-Stellwinkel ß = 180° da maximale resultiαende Fliehkraft- Vektor eingestellt ist und daß auch bei gleichzeitig vom Vibrator nach außen abgegebenα Nutzleistung in den Motoren da einen Art im wesentlichen die gleiche Leistung wie in den Motoren da andaen Art in motorischa Weise umgesetzt ist.
9. Vastelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 bis 3 oda 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einα da Hydraulik-Kreisläufe als ein geschlossenα Kreislauf ausgebildet ist.
10. Vαstelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 bis 2 oda 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Fördervolumens beidα Pumpen vαstellbar ist und daß eine abweichende Vαstellung beidα Pumpen vorgenommen ist, damit die für die Einstellung odα Einregelung eines vorgegebenen Wαtes für den Relativ-Stellwinkels ß (odα für eine damit funktionsmäßig vαknüpfte Größe) notwendigen Druckvαhältnisse in wenigstems einem da Hydraulik-Kreise geschaffen sind.
1 1. Vαstelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 bis 2 oda 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Einstellung odα Einregelung eines vorgegebenen Wαtes für den Relativ-Stellwinkels ß (oder für eine damit funktionsmäßig vαknüpfte Größe) notwendigen Druckvαhältnisse in wenigstens einem Hydraulik-Kreislauf durch Zuführung eines zusätzlichen Volumenstromes zu dem Haupt-Volumensü-om odα durch Entnahme eines bestimmten Volumenstromes aus dem Haupt-Volumenstrom bewirkt ist.
12. Vαstelleinrichtung nach einem da voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Teil-Unwuchtköφα noch ein zweitα Stell- und/odα Antriebsmotor zugeordnet ist.
13. Vαstelleinrichtung nach einem da voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren zugleich Vαstellmotoren und Antriebsmotoren sind.
14. Vαstelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 oda 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhandensein einα solchen Vαstelleinrichtung bei einem zahnradlosen und bezüglich des statischen Momentes vαstellbaren 4- Wellen- Vibrator geschlossen wαden kann aus den folgenden Mαkmaicn:
- es sind zwei Hydraulik-Kreisläufe mit wenigstens je einα eigenen Pumpe vorgesehen,
- zwischen den Pumpen und den Motoren sind wenigstens je zwei Schläuche zum Transport da Volu¬ menströme zu den Motoren hin und wenigstens je zwei Schläuche zum Transport der Volumenströme von den Motoren weg vorgesehen.
15. Vαstelleinrichtung nach einem da Ansprüche 1 oda 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorhandensein einα solchen Vαstelleinrichtung bei einem zahnradlosen und bezüglich des statischen Momentes vαstellbaren 4-Wellen- Vibrator geschlossen wαden kann aus den folgenden Mαkmalen: - je zwei Motoren von insgesamt 4 Motoren sind parallel an emen eigenen Hydraulik-Kreislauf angeschlossen,
- es sind nicht zwei Motoren in einα Reihenschaltung geschaltet.
16. Vαstelleinrichtung nach einem da voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unwucht- Vibrator als Ramm- Vibrator vorgesehen ist.
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