EP1076602A1 - Verstelleinrichtung zur verstellung des resultierenden statischen momentes von unwucht-vibratoren - Google Patents

Verstelleinrichtung zur verstellung des resultierenden statischen momentes von unwucht-vibratoren

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Publication number
EP1076602A1
EP1076602A1 EP99927723A EP99927723A EP1076602A1 EP 1076602 A1 EP1076602 A1 EP 1076602A1 EP 99927723 A EP99927723 A EP 99927723A EP 99927723 A EP99927723 A EP 99927723A EP 1076602 A1 EP1076602 A1 EP 1076602A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
type
torque
phase angle
partial
stop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99927723A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Bald
Brigitte Ludwig
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH filed Critical Gedib Ingenieurbuero und Innovationsberatung GmbH
Publication of EP1076602A1 publication Critical patent/EP1076602A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Definitions

  • Adjustment device for adjusting the resulting static moment of unbalance vibrators
  • the invention relates to an adjusting device for adjusting the resulting static moment of unbalance vibrators for generating directional vibrations, which static moment is generated by at least two pairs of partial unbalance bodies that can be adjusted relative to one another by a relative angle of adjustment ⁇ .
  • a special type of adjusting device for unbalance vibrators for generating directional vibrations is described in document EP 0506722 B1, which is to be considered as part of the general prior art.
  • the terms of the partial unbalance bodies and the partial centrifugal forces (or partial centrifugal force vectors), the partial unbalance bodies of one type and the other, used in the cited publication have been simplified. as well as the "pair" of partial unbalance bodies.
  • phase angle ⁇ is theoretically defined between the partial centrifugal force vectors of the individual partial unbalance bodies of the one and the other type of a "pair" of partial unbalance bodies.
  • phase angle ß can also be defined between features (e.g. geometric features) of the partial unbalance bodies of a pair, provided the position of the center of gravity of the eccentric mass is known.
  • these average reaction torques MRQ [which in turn now represent a function of the phase angle ⁇ , that is to say: MRQ ( ⁇ )] at a set phase angle 0 ° ⁇ ⁇ 180 ° on the partial unbalance bodies of a pair in such a way that the reaction torques MRQ of one type want to accelerate the rotation of the partial unbalance bodies of the one type and that the reaction torques MRQ of the other type want to delay the partial unbalance body of the other type.
  • the present invention further relates specifically to that type of ramming vibrators which are adjustable with regard to their static moment and work with high working rotational frequencies and which are set up for a special operating mode such that when they are used the excitation from below the working rotational frequency fo of the vibrator lying resonance frequencies f R should be avoided.
  • two special resulting static moments can optionally be set by means of their control devices during the vibrator rotation (in addition to the setting of any resulting static moments): Setting a "minimum position" with a minimum resulting static moment for generation a vibration amplitude equal to zero and setting a "maximum position" with a maximum resulting static moment to generate a maximum vibration amplitude.
  • the mode of operation of the special mode of operation is as follows: adjustment of the phase angle when the vibrator is at a standstill to the minimum position. Run-up of the vibrator with the minimum position set to the working rotational frequency fo. Adjustment of the phase angle to the maximum position and implementation of the vibration work. Adjustment of the phase angle to the minimum position. Reduction of the vibrator rotation frequency from the working rotation frequency to zero with the minimum position maintained.
  • the special mode of operation described last is also to be cited below under the designation “resonance avoidance mode”
  • Two types of adjustable vibrators are known for carrying out an operating mode as described above.
  • One genus which is described, for example, in EP 0 473449 B1 or in EP 524 056 B1 works for the purpose of adjusting the phase angle with a mechanical superposition gear, by means of which there is always a torque-transmitting connection of the partial unbalance bodies of one type to the partial unbalance bodies of the other type via the superposition gear.
  • the phase angle is adjusted without a superposition gear, using adjusting motors, which can also be working motors.
  • the present invention is of the latter type, since the adjustment of the phase angle is also carried out with the inclusion of drive motors.
  • the vibrator presented in DE 44 39 170 A1 is a very specific way of generating a directed resultant centrifugal force, using at least 3 pairs of partial unbalance bodies with at least 6 individual partial unbalance bodies.
  • This configuration results in a number of still unknown physical effects for a vibrator that is adjustable with respect to the phase angle (as shown in DE 44 39 170 A1).
  • the behavior of this vibrator "with regard to the question of whether, and if so, with what effects reaction torques occur" (column 4, lines 36-38). How the regulation of the phase angle with such effects, especially in the range -90 ° ⁇ ⁇ + 90 °, could be dealt with is left open in the description.
  • phase angle open control circuit
  • This control would then, as is also indicated by the control line 80 which opens between the motors 40 and 42 connected in series, function in a special way, as described in the document DE 43 01 368 cited there (corresponding to WO94 / 01225).
  • This particular way also includes, inter alia, that an adjustment of the phase angle ⁇ is only possible in the range 90 ° ⁇ ⁇ 180 ° (according to the angle definition of the present invention).
  • a stop for limiting the phase angle ⁇ for the purpose of setting a minimum amplitude which is not to be undercut is provided in order to be able to prevent a further change in the phase angle by means of restraint in the event of a failure of the motor control. This happens because if a real zero amplitude was set, the rolling bearings of all unbalanced shafts would be damaged. However, this stop does not serve to maintain the phase angle ⁇ as a minimum position in the sense of the "resonance avoidance Operating mode "when the vibrator starts up from standstill to the working rotational frequency. There is also a stop for setting the maximum amplitude, but only in the event of failure of the normal control device for the phase angle ⁇ .
  • Such as. 1 shows that in the vibrator described there each partial unbalance body is to be driven by its own motor, two hydraulic motors belonging to different partial unbalanced bodies being connected in series. A very special control of the motors (with an open control circuit), which is only suitable for a series connection, is possible in order to change the phase angle.
  • This limitation of the phase angle is necessary here as a safety measure because no control with a closed control loop is provided for this vibrator, and because the range of a phase angle ⁇ 0 ° ⁇ ⁇ 90 ° (according to the angle definition of the present invention) is not a here controllable area and is therefore excluded [page 7, lines 1 to 21; Page 11, lines 9 to 21].
  • a further disadvantage is the fact that there is only a clear correlation between the actuating torques of the servomotors and the relative actuating angles ⁇ set thereby if the vibrator vibrates at a constant rotational frequency and with the output of a constant useful power. If the amount of one of the last-mentioned variables changes in a non-predetermined manner, as can occur when using ramming vibrators, the use of a control system is necessary for setting or maintaining a predetermined relative actuation angle ⁇ .
  • the effort is reduced in particular by dispensing with a closed control loop.
  • a reduction in the maximum motor load is achieved, which means that motors with smaller dimensions can be used.
  • the problem of the controllability of the phase angle in the range -90 ° ⁇ ⁇ + 90 ° is avoided.
  • An automatic mode of operation of the vibrator regardless of the set working frequency and output power can be guaranteed, without using a closed control loop for the phase angle ß.
  • the adjustment from a minimum position to a maximum position (and vice versa) can take place extremely quickly.
  • Open and closed circuits can be used with hydraulically operated motors. When using hydraulic motors that are not connected in series, there is no need to provide a special energy source for carrying out the angle adjustment.
  • FIGS. 1 to 4 the FIGS. 3 and 3 each containing two partial drawings to illustrate the different switching states of the hydraulic circuit before the adjustment and after the adjustment of the resulting static Moment from a minimum position to a maximum position. Show:
  • FIGS. 1a and 1b show the diagram of an exemplary embodiment with a pump and two motors, different motors being subjected to power when the vibrator is operated with different static moments.
  • FIG. 2a and 2b the schematic of an embodiment with a pump and two motors, the operation of the vibrator with different static
  • FIGS. 3a and 3b show the diagram of an exemplary embodiment with a pump and two motors connected in series, the power to be supplied to the vibrator being distributed to both motors when the vibrator is operated with different static moments.
  • FIGS. 4a and 4b show an exemplary embodiment with partial unbalance bodies of the first and second types arranged concentrically on an unbalanced shaft.
  • FIG. 4b shows, on a reduced scale, an incision marked with AA in FIG. 4a.
  • the invention represents the result of the consideration that, at least for use as ramming vibrators, a simpler and cheaper solution compared to the prior art is created by dispensing with the possibility of setting any predetermined phase angle ⁇ , and is limited to the possibility of setting a minimum position and a maximum position, with which over 90% of practical tasks can be carried out.
  • the simpler solution must also enable the "resonance avoidance mode" to be carried out, since it has been shown that adjustable vibrators are used primarily because of the latter property.
  • the adjustment of the phase angle ⁇ is made more difficult by the phenomenon of the reaction torques, which act in different ways on the partial unbalance bodies of different types.
  • the effect of the average reaction torques MRQ or the course of the motor torques ⁇ MD to be applied to compensate for the reaction torques MRQ on the partial unbalance bodies as a function of the phase angle ⁇ is illustrated clearly in FIG. 2 of WO97 / 19765.
  • the curves KA and KB here represent the motor torques .DELTA.MD, which are to be applied by the motors when the respective phase angle .beta. Is set and maintained by the action of a closed control loop.
  • the curve KA runs through the point K (instead of E) and the curve KB runs through the point K '(instead of E'), because the distances EK and E'-K 'are the proportional engine torques for the implementation of the (now represent deleted) useful work.
  • the maximum of curve KA is 90 ° and the minimum of curve KB is also 90 °.
  • the curve KB would correspond to the new definition in the range 0 ° to 180 ° of one that would come about by supe ⁇ onation of the (straight) curve K'-D "and the curve B'-H'-A * .
  • the angular position of a minimum position of a vibrator according to the present invention is 180 ° (new definition).
  • the example described also shows the following facts: Provided that a constant brake pressure is generated from the beginning of the adjustment to its end at the output of the motor M1, which brake pressure is also in a certain ratio to the excess kinetic energy of the system generated by the motor M2 together rotating parts, you need in any case a lower pressure than is necessary to drive the non-braked motor when making adjustments using a closed control loop.
  • the adjustment energy E A must be greater than when the vibrator is idling.
  • this requires that the energy converted when braking the motor M1 must be higher.
  • the braking energy is dosed by a suitable empirically found combination of braking time and braking pressure in such a way that all tasks occurring in practice are taken into account. This requirement alone makes it necessary to use a stop that defines the maximum position.
  • the maximum stop has a first meaning in that it defines the maximum position. Its second meaning is that with the use of one of the claims in claim 3 under feature b) means to maintain the maximum position, the partial unbalance bodies of different types of a pair can act almost like a single composite unbalance body. This has a dynamic favorable effect, in that under these conditions both composite unbalance bodies (both pairs) tend to self-synchronize in the oscillating state (as in the case of a two unbalance directional oscillator), which is known to the person skilled in the art. This property can be used particularly advantageously in an arrangement of the partial unbalance bodies of different types on a common axis of rotation, such that one can do without any positively synchronizing gearwheels.
  • switching on e.g. an adjusting brake torque acting on the partial unbalance bodies of one type
  • switching is derived from the overarching term "switching" of a torque.
  • Switching a torque in this context means that the function of a brake or acceleration actuator is activated without this activation being dependent on the output signal of a closed control circuit for regulating the phase angle ⁇ .
  • a "stop is produced dynamically” if the stop surfaces are brought towards one another by a relative movement of the partial unbalance bodies of different types, so that the relative movement is essentially ended by the stop impact and not by a control measure.
  • a vibrator is identified by 100 and the hydraulic circuit for operating the vibrator by 150.
  • the schematically illustrated vibrator 100 with two motors M1 and M2 is used in an identical manner in all partial drawings of FIGS. 1 to 3 and is therefore only described once with reference to FIG.
  • a circle 102 symbolizes a gear wheel that can be rotated and driven about an axis of rotation 104.
  • the filled-in small circle 108 schematically indicates the welding point of a partial unbalance body and the bar marked 106 symbolizes the lever arm of the welding point.
  • 106 and 108 together symbolize a partial unbalance body which can be rotated about the axis of rotation 104 and which at the same time represents a partial centrifugal force vector and a partial torque of the resulting static moment M R ⁇ > .
  • the features identified by 102, 106 and 108 together form a symbol which is used several times and which is identified overall by U1-1. Accordingly, a combination of characters, starting with the letter U, should always be summarized as follows: a partial unbalance body with the partial centrifugal force vector represented by the position of the bar (106) with respect to its direction and a gearwheel that is always connected to the partial unbalance body to transmit torque (102).
  • the directions of rotation and also the rotational speeds of the partial unbalance bodies of the first and second types are identified by the arrows ⁇ 1 and e> 2, respectively.
  • the partial unbalance bodies shown can be contained in different types of vibrators.
  • the partial unbalance bodies could be arranged on four separate axes of rotation arranged parallel to one another.
  • U1-1 and U1-2 could correspond to the partial unbalance bodies 107 and 108 of FIG. 1 and U2-1 and U2-2 to the partial unbalance bodies 104 and 105 of FIG. 1 and also that Develop the mode of action described there.
  • the partial unbalance bodies could e.g.
  • the part unbalance bodies which are characterized by the same type and are forcibly synchronized by gearwheels, always produce a resulting centrifugal force seen in vectorial terms in the vertical direction with constant amplitude.
  • the partial unbalance bodies of different types can be rotated relative to one another by a certain phase angle ⁇ , as a result of which the total centrifugal force vector which moves the vibrator results from the resulting centrifugal forces of the different types by superimposing them .
  • a phase angle of ⁇ 180 ° is set, which corresponds to a minimum position.
  • the second function of the stop clutch C is that it can transmit torques in the stop positions from one part of the unbalance body to the other, the direction of action of the torques being dependent on the stop position assumed.
  • the stop coupling C has special elements for carrying out these tasks: With the part unbalance body U1-2, a torque-transmitting part 110 is used, at the end of which there is a first stop lever 112. A torque transmitting part 118 is connected to the part unbalance body U2-2, at the end of which there is a stop crank 116.
  • the schematic representation in FIG. 1a means that the first stop lever 112 forms a stop contact with the stop crank 116 in such a way that a torque is transmitted from the first stop lever 112 to the stop crank 116.
  • a small partial view A1 is drawn to the left of the stop coupling C, which results when one looks in the direction of arrow A at the end of part 110.
  • the first stop lever 112 is symbolized by 112 'and the stop crank 116 is symbolized by 116'.
  • the arrow 120 is intended to show that the torque is transmitted from 112 'to 116'.
  • a second stop lever 114 is shown, which as well the first stop lever 112 is attached to the end of the torque transmitting part 110.
  • the second stop lever 114 forms a stop contact with the stop crank 116 in such a way that a torque is transmitted from the stop crank 116 to the second stop lever 114.
  • a small partial view A2 is drawn to the left of the stop coupling C, which results when one looks in the direction of arrow A at the end of part 110.
  • the second stop lever 114 is symbolized by 114 'and the stop crank 116 is symbolized by 116'.
  • the arrow 122 is intended to show that the torque is transmitted from 116 * to 114 '.
  • FIGS. 1 to 3 show (indicated by the drawing with broken lines) an assembly 124 which is to be used alternatively in order to implement stop functions as are also carried out by the stop coupling C. can.
  • the assembly 124 is described in more detail with reference to FIG. 1b:
  • the assembly 124 is driven on the one hand via the gear wheel 132 with the partial unbalance bodies of the second type U2-1 and U2-2 and on the other hand via the gear wheel 134 with the partial unbalance bodies of the first type U1- 1 and U1-2 connected.
  • the stop group 136 On the same axis of rotation 130 as that of the gear wheels, the stop group 136, which also rotates, is arranged.
  • the double arrow 138 is intended to symbolize that the stop group 136 allows a relative rotation of the gear wheels 132 and 134 until a double stop contained in the stop group is reached.
  • the partial unbalance bodies U1-1 and U1-2 are driven by a hydraulic motor M1, which transmits its torque to the gearwheel of the partial unbalance body U1-2 via a shaft 142 and a gearwheel 140.
  • the partial unbalance bodies U2-1 and U2-2 are driven by a hydraulic motor M2, which transmits its torque to the gearwheel of the partial unbalance body U2-2 via a shaft 146 and a gear 144.
  • the relative positions of the partial unbalanced bodies of a pair can also be changed during the rotation of the partial unbalanced bodies.
  • the adjustment from one position to the other can not only take place with the application of torques generated by motors, but can also take place through the action of such mass torques which are caused by dynamic inertial forces of the polar moments of inertia of those rotating with the said partial unbalance bodies Parts are created. If e.g. In FIG.
  • FIG. 1 The exploitation of the effect of the dynamically generated mass torques in FIG. 1 essentially takes place in that the motors M1 are temporarily hydraulically strongly be slowed down. This can be done with different measures, of which 3 different hydraulic measures according to the invention are explained in more detail in FIGS. 1 to 3.
  • the high hydraulic pressure that can be generated during the braking process is passed into the input line of the motor M2 and the dynamic mass torque acting on the partial unbalance bodies U2-1 and U2-2 is thus also generated by a motor-generated torque supports to achieve the angular adjustment with an even lower braking of the motor M1.
  • FIGS. 1 to 3 are supposed to be closed circuits; alternatively, open circuits could also be used in other circuit designs.
  • the circuits are self-explanatory for the person skilled in the art. Therefore, the description of the individual figures can be limited to special effects.
  • Sub-figures 1a, 2a and 3a that circuit is shown with which all the partial unbalance bodies could be brought to a constant working rotational frequency before the angle adjustment process.
  • Sub-figures 1b, 2b and 3b each show the circuit with which the adjustment process was started.
  • Figure 1b shows the situation at the start of the adjustment of the phase angle ⁇ .
  • the driving pressure at the input I of the motor M1 was switched off and at the output O of the motor M1 a braking pressure builds up, which is set by the pressure limiting valve PLV, via which the backflow from the motor M1 Pump P can flow again.
  • a connection can be made from line point 170 to line point 172, with which the high pressure generated at motor output O can be directed to input I of motor M2.
  • the minimum position can be maintained in any case by switching on a throttle element in the return line of the motor M2 (as shown in FIG. 2 with 200).
  • the switching element 200 could also be a motor (e.g. an axial piston motor) that can be changed in terms of its volumetric flow, the drive power of which could be fed back to the drive of the pump.
  • a motor e.g. an axial piston motor
  • FIG. 2b shows the situation at the start of the adjustment of the phase angle.
  • the driving pressure at the input I of the motor M1 was switched off and at the output O of the motor M1 a braking pressure builds up, which is set by the pressure relief valve PLV, via which the backflow from the motor M1 the pump P can flow again.
  • a connection can be made from line point 270 to line point 272, with which the high pressure generated at output O of motor M1 can be directed to input I of motor M2.
  • the valves V3 and V4 are switched back again.
  • Measures can be taken to ensure that the maximum position is adhered to, such as the use of a mechanical interlocking of two partial unbalanced bodies against one another, shown in FIG. 4, or the use of the effect of reversing the direction of the reaction torques MRQ when setting a maximum position with a phase angle ß ⁇ 0 ° (later called "over-adjustment").
  • both motors M1 and M2 can output their power in parallel.
  • the switching back of the phase angle ⁇ from the maximum position to the minimum position when the working rotational frequency is set can be done, for example, by briefly using the switching element 200 already mentioned.
  • the minimum position can be maintained in that the motor M2 develops a higher braking torque than the motor M1 by switching on the throttling switching element 200 .
  • the adjusting device according to FIG. 3 works with two successively connected hydraulic motors M1 and M2.
  • the hydraulic control 300 for the motors contains an electrical pressure control valve Vpc, which is fed by a special pressure source S and which can be set electrically to three different output pressures p ⁇ dj-i to p ⁇ dj-3.
  • the pressure control valve also has the property of being able to reduce a pressure at its outlet which is higher than the set pressure and is caused by a flow flowing backwards into the valve (and to a leakage drain).
  • the adjusting device can carry out the following procedure in several phases, from starting up the vibrator to stopping, starting with the positions 0 of the two
  • Valves V ⁇ and V6 Already in the process of leaving the vibrator at rest a minimum position is set at a rotational frequency lower than the working rotational frequency and then maintained. When the vibrator is at a standstill, all partial unbalanced masses are oriented downwards under the influence of gravitational acceleration.
  • the valve V5 in position 1 With a set small delivery volume of the pump P, the partial unbalance bodies U1-1 and U1-2 are first rotated by approximately 180 °, after which a switch back of the valve V5 to position 0 and at the same time an increase in the delivery volume Pump P takes place after a predetermined time ramp.
  • the motor M2 is dragged along without a pressure drop acting on it as the driving torque.
  • the phase angle ß is adjusted from the minimum position to the maximum position when the operating rotational frequency is set by applying an increased adjustment pressure (compared to the pressures present at the input of motor M2 during the minimum position) in position 1 of valve V6.
  • an increased adjustment pressure compared to the pressures present at the input of motor M2 during the minimum position
  • the partial unbalance bodies of the one type (U1-1, U1-2) adjusting braking torques and the partial unbalanced bodies of the other type have the effect of adjusting acceleration torques.
  • the maximum position reached is shown in Figure 3b.
  • the maximum position is secured against the influence of reset torques using the same principle that was used to set the maximum position.
  • position 1 of valve V6 at the input of motor M2 another special adjustment pressure pAdj, - 2 is applied , the level of which is sufficient to prevent resetting.
  • the level of the adjustment pressure P M - 2 is adapted to the operating situation using a special control algorithm for generating a variable control signal for the pressure control valve Vpc.
  • phase angle ß is reset from the maximum position to the minimum position when the working rotational frequency is set by briefly switching on the special adjustment pressure already mentioned with V6 in position 2 at the output of motor M2. This measure develops a braking torque on the M2 motor.
  • phase angle ß in the range 0 °
  • the minimum position is observed during the process of stopping the vibrator based on the working rotational frequency as follows: There is a reduction in the
  • valve V6 switches a low pressure p M i, -3 ⁇ Pcharg ⁇ to the input of motor M2.
  • the motor M2 is braked while the motor M1 tries to advance.
  • the special property of the pressure control valve Vpc ensures that 1
  • FIG. 4a shows a vertical section through the axis of rotation of the unbalanced shaft 400 shown, in which the partial unbalance bodies 403a and 403b follow an incision marked BB in FIG. 4b, while all other parts correspond to the incision marked CC in FIG. 4b.
  • the setting of the phase angle shown in FIG. 4a corresponds to a maximum position, in which, however, the possible mechanical locking of this position has not yet been switched on.
  • a vibrator can be operated with two versions.
  • the gearwheels 424 and 426 represented by dash-dot lines are in principle omitted, since synchronous guidance occurs automatically after the partial unbalance body is locked and can also be supported with other control means for the rotation angles of the motors known to the person skilled in the art.
  • version 2 described later the unbalanced shafts are driven according to a diagram shown in FIG. 2.
  • FIG. 4a shows: An unbalanced shaft 400 is mounted in a housing 402 by means of roller bearings 436 and 436 '. On the right side is the unbalanced shaft with a hole
  • a pressure fluid can be supplied both under pressure and can be returned without pressure.
  • a partial unbalance body of one type 401 is connected to the unbalanced shaft 400 in a torque-transmitting manner with the aid of two feather keys, while the two parts 403a and 403b of the partial unbalance body of another type, with the participation of the needle bearings 404 and 408, can be rotated relative to the unbalanced shaft.
  • a flange bushing 410 for receiving the gear 426 is also connected in a rotationally fixed manner to the unbalanced shaft 400 with the aid of a parallel key 422.
  • Part 403a which carries a second gear 424 on its left side, is connected to part 403b by means of a stop bolt 427, which is used both for transmitting a torque between the two parts and as a stop element for forming two stops for limiting
  • the two stops are formed when the stop bolt 427 contacts one of the two stop surfaces 428 and 430 (FIG. 4b), which stop surfaces are embodied on the partial unbalance body of the one type 401. As can be seen from Fig. 4b,
  • the other stop is formed, at which the stop bolt 427 (designated 427 'in this position) in
  • the partial unbalance bodies 401 and 403 can be fixed in their relative position both in the minimum position and in the maximum position with a switchable mechanical lock, with the participation of the three parts which can be axially displaced in their mounting holes: 5 driving pin 450, locking pin 452 and bush 454.
  • the locking is caused by the removal of the driving bolt 450 on its left side in the cylinder 466 which can be pressurized with the pressurized fluid, which thereby displaces the other two parts to the right until the bush 454 touches the bottom of its bore.
  • the locking is released by the fact that the pressure fluid on the left side of the driving pin 450 is depressurized, which enables the spring 456 to move all three parts back into the drawn starting position.
  • the locking function described can also take place if the partial unbalance body 401 is relative to the partial unbalance body
  • the 15 403 is moved from the maximum position shown by the adjustment angle ⁇ ß (e.g. 180 °) to the minimum position. After such an adjustment, the locking bolt 458 takes the place of the locking bolt 452, and vice versa.
  • ⁇ ß e.g. 180 °
  • the second unbalanced shaft 400 ' is constructed identically to the unbalanced shaft 400, but mirror-symmetrically to the axis of symmetry 460, and with a center distance such that the two gear wheels mesh with each other.
  • the center line 432 symbolizes the coaxial connection of the unbalanced shaft 400 with the motor M4 and the center line 432 'the coaxial connection of the unbalanced shaft 400' with the motor M5.
  • the diagram of the hydraulic circuit 462 shows that the 5 (equally large) motors M4 and M5 are connected in parallel to a pump P operated in a closed circuit.
  • the pump P can be variably adjusted with respect to the volume flow it pumps.
  • the adjustment angle ⁇ lying between the minimum position and the maximum position does not necessarily have to be 180 °.
  • a minimum position ß 180 °
  • an adjustment angle ⁇ ß> 180 ° with "over-adjustment” a maximum position can be achieved at a phase angle ß ⁇ 0 °, at which the reversed directions of action of the reaction torques MRQ results in an automatic compliance with the maximum position.
  • a maximum position is reached with a phase angle ß> 0 °. If this maximum position is not artificially fixed, the vibrator will automatically return to the minimum position due to the effect of the reaction torques MRQ.
  • the stops could also be equipped with damping functions.
  • the organs 480 and 480 'could for example, be pistons of hydraulic dampers which are arranged in the partial unbalance bodies 401 and 401' in a plane perpendicular to their axes of rotation.
  • the operating mode of a vibrator is as follows: When the vibrator is at a standstill, all of the unbalance bodies hang down and automatically form a maximum position when the lock is switched off. When the motors are started simultaneously by adjusting the volume flow of the pump P after a time ramp from zero after about half a turn (in the direction of the arrows ⁇ 1), the partial unbalance body 401, 401 '(only these are rotated first) ) reaches the minimum position (stop bolt 427 'on stop surface 430), which minimum position is maintained as a result of the developing acceleration-adjusting torque and, at higher speeds, as a result of the effort of self-adjustment to a minimum position even after the working rotational frequency has been reached.
  • the pump volume flow is briefly reduced by a switching operation on the pump, as a result of which an adjusting braking torque is briefly developed on the partial unbalance body 401.
  • the partial unbalance bodies 403, 403 Due to its polar moment of inertia, the partial unbalance bodies 403, 403 'overtake the partial unbalance bodies 401, 401' in the direction of arrow 464 and the stop (427 + 428) occurs when the maximum position is reached. Since a pressure fluid under pressure had already been loaded on its left side during the process of adjusting the angle of the driving bolts 450, the partial unbalance bodies are locked against one another immediately after the maximum position has been reached.
  • the reset from the maximum position to the minimum position is released by relieving the pressure in the cylinder space 466. Since a maximum position is assumed at a phase angle of ⁇ > 0 °, the pha is automatically reset immediately after unlocking due to the effect of the reaction torques MRQ - Senwinkel in the minimum position.
  • the resetting of the phase angle to the minimum position can alternatively be achieved by briefly increasing the volume flow of the pump P are effected, whereby an acceleration of the partial unbalance body 401, 401 'takes place, or alternatively can also be initiated when using at least the two gears 426 and 426' by briefly switching on a throttle element 470 in the feed line to the motor M4.
  • version 1 can also be operated with only a single motor.
  • Fig. 4a shows a maximum position corresponding to Fig. 2b.
  • the set amplitude again becomes a little smaller than the theoretically maximum possible amplitude, but after falling below the
  • curves ⁇ MD describe the useful torque required in each case on the motors, that the motor operated according to curve KA
  • an abrupt acceleration of one type of partial unbalanced body could also be carried out, with a dynamic mass torque being developed on the other type of partial unbalanced body on the other type of partial unbalance body could compensate for the adjustment-preventing reaction torques MRQ.
  • the phase angle ⁇ could be adjusted from a minimum position to a maximum position.
  • the direction of rotation of the partial unbalance bodies of a pair can be both in the same direction and in opposite directions, for example for the use of the assembly 124 to form a stop.
  • the adjusting device Since with the adjusting device according to the invention a very quick adjustment from the minimum position to the maximum position (and vice versa) is possible, it also makes sense to operate the vibrator intermittently, with the dwell times switched on in the minimum position. Since the power consumption is relatively low in the minimum position, there is an average lower power consumption for the vibrator during work. This enables the vibrator to be connected to lower power pump drive motors. As an area of application for the invention, not only ram vibrators come into question, but also other working machines such as earth-moving machines or vibrators for

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Abstract

Verstelleinrichtung für einen Unwucht-Richtvibrator mit wenigstens zwei Paaren von zum Umlauf um eine zugeordnete Achse antreibbaren Teil-Unwuchtkörpern, deren vektorisch summierte Teil-Fliehkraftvektoren den resultierenden Fliehkraftvektor bilden. Die Verstellung geschieht zwischen einem minimalen resultierenden Unwuchtmoment (Schwingamplitude = minimal) und einem maximalen resultierenden Unwuchtmoment (Schwingamplitude = maximal) ohne Zwischenstellungen, wobei die zugeordneten beiden Grenz-Phasenwinkel unter Benutzung zweier Anschläge eingestellt werden. Die Verstelleinrichtung ermöglicht auch ein Hochlaufen und eine Stillsetzung des Vibrators mit eingestelltem minimalem Unwuchtmoment. Die Verstelleinrichtung bedient sich wahlweise eines oder zweier Antriebsmotoren zur Verstellung des Phasenwinkels. Wegen der Benutzung von Anschlägen zur Einstellung des Phasenwinkels kann auf sonst notwendige aufwendige Steuerungsmittel verzichtet werden und eine kompakte Bauweise ist möglich. Anwendung bevorzugt bei Baumaschinen und Baustoffmaschinen.

Description

Versteileinrichtung zur Verstellung des resultierenden statischen Momentes von Unwucht-Vibratoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Versteileinrichtung zur Verstellung des resultierenden statischen Momentes von Unwucht-Vibratoren zur Erzeugung von gerichteten Schwingun- gen, welches statische Moment erzeugt wird durch wenigstens zwei Paare von gegeneinander um einen Reiativ-Stellwinkel ß verstellbaren Teil-Unwuchtkörpern. Eine besondere Gattung von Versteileinrichtungen für Unwucht-Vibratoren zur Erzeugung von gerichteten Schwingungen wird in dem zum allgemeinen Stand der Technik zu rechnenden Dokument EP 0506722 B1 beschrieben. Für die anschließende Beschreibung der vorliegenden Erfin- düng wurden vereinfachend die in der genannten Druckschrift benutzten Begriffe der Teil- Unwuchtkörper und der ihnen zugeordneten Teil-Fliehkräfte (bzw. Teil-Fliehkraft-Vektoren), der Teil-Unwuchtkörper der einen und der anderen Art, sowie des "Paares" von Teil-Unwuchtkörpern übernommen. In Übereinstimmung mit der zitierten Druckschrift wird nachfolgend auch der Reiativ-Stellwinkel ß (anschließend Phasenwinkel ß genannt) derart definiert, daß der Wert ß = 180° einer Schwingungsamplitude Null und der Wert ß = 0°einer maximalen Schwingungsamplitude entspricht.
Der Phasenwinkel ß ist theoretisch definiert zwischen den Teil-Fliehkraft-Vektoren der einzelnen Teil-U/iwuchtkörper der einen und der anderen Art eines "Paares" von Teil-Unwucht- körpern. Praktisch kann man den Phasenwinkel ß auch definieren zwischen Merkmalen (z.B. geometrischen Merkmalen) der Teii-Unwuchtkörper eines Paares, sofern die Lage des Massenschwerpunktes der exzentrischen Masse bekannt ist. Die Kennzeichnung "MR" wird benutzt für die Reaktions-Drehmomente "MR", welche bei einem Phasenwinkel ß ≠ 180° bei jeder Unwucht-Umdrehung um den Rotations-Winkel μ = 2π an den Wellen derTeil-Un- wuchtkörper 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 Reaktions-Drehmomente, wel- ehe berechnet werden können durch Integration von MR(μ) über den Drehwinkel μ = 2π und durch anschließende Teilung des Integrationswertes durch 2π, werden hier mit "MRQ" bezeichnet. Wie der Fachmann sich z.B. aus dem Dokument EP 0 506722 B1 ableiten kann, wirken diese durchschnittlichen Reaktions-Drehmomente MRQ [die nun ihrerseits eine Funktion des Phasenwinkels ß darstellen, also: MRQ(ß)] bei einem eingestellten Phasen- Winkel 0° < ß < 180° derart an den Teil-Unwuchtkörpern eines Paares, daß die Reaktions- Drehmomente MRQ der einen Art die Drehung der Teil-Unwuchtkörper der einen Art beschleunigen möchten und daß die Reaktions-Drehmomente MRQ der anderen Art die Dre- hung der Teil-Unwuchtkörper der anderen Art verzögern möchten. Diese Wirkungsweise würde bei einem Unwucht-Vibrator gemäß Fig 1 der Erfindungsbeschreibung, sofern dieser mit einem Phasenwinkel von z.B. ß = 90° im Leerlauf arbeiten würde, dazu führen, daß der Motor M2 in einer motorischen Weise und der Motor M1 in einer generatorischen Weise ar- beiten müßte, wobei beide Motoren (unter Berücksichtigung der Lagerreibungs-Leistung) einen Teil ihrer Leistung als Scheinleistung umsetzen. Die Arbeitsweise von mit Scheinleistungen arbeitenden Vibrator-Motoren wird auch gut veranschaulicht in Figur 2 des ebenfalls zum allgemeinen Stand der Technik zu zählenden Dokumentes WO 97/19765 (wobei hier eine andersartige Definition des Phasenwinkels ß zu beachten ist, derart, daß hier ß = 0° gleichgesetzt ist mit einer Schwingungsamplitude = Null) . Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß für die Bezeichnung "statisches Moment" dem Fachmann noch andere Bezeichnungen wie z.B. "Fliehmoment" oder "Unwuchtmoment" bekannt sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner speziell auf jene Gattung von bezüglich ihres statischen Momentes verstellbaren und mit hohen Arbeits-Drehfrequenzen arbeitenden Rammvibratoren, welche eingerichtet sind für eine besondere Betriebsart, derart, daß bei ihrem Arbeitseinsatz die Anregung von unterhalb der Arbeits-Drehfrequenz fo des Vibrators liegenden Resonanzfrequenzen fR vermieden werden soll. Bei den für diese Betriebsart in Frage kommenden Richt-Vibratoren können mittels ihrer Steuerungseinrichtungen während der Vibratordrehung (neben der Einstellung von beliebigen resultierenden statischen Momenten) wahlweise zwei besondere resultierende statische Momente eingestellt werden: Einstellung einer "Minimalstellung" mit einem minimalen resultierenden statischen Moment zu Erzeugung einer Schwingungsamplitude gleich Null und Einstellung einer "Maximalstellung" mit einem maximalen resultierenden statischen Moment zur Erzeugung einer maximalen Schwingungsamplitude. Die Arbeitsweise der besonderen Betriebsweise ist folgende: Verstellung des Phasenwinkels im Stillstand des Vibrators auf die Minimalstellung. Hochlauf des Vibrators mit eingestellter Minimalstellung auf die Arbeits-Drehfrequenz fo . Verstellung des Phasenwinkels auf die Maximalstellung und Durchführung der Vibrationsarbeit . Verstellung des Phasenwinkels auf die Minimalstellung. Reduzierung der Vibrator-Drehfrequenz von der Arbeits-Drehfrequenz ausgehend auf Null mit eingehaltener Minimalstellung. Die zuletzt geschilderte besondere Betriebsweise soll nachfolgend auch unter der Bezeichnung "Resonanz-Vermeidungs-Betriebsart" zitiert werden
Für die Durchführung einer wie zuvor beschriebenen Betriebsweise sind zwei Gattungen von verstellbaren Vibratoren bekannt. Die eine Gattung, die z.B. beschrieben ist in der EP 0 473449 B1 oder in der EP 524 056 B1 , arbeitet zwecks Verstellung des Phasenwinkels mit einem mechanischen Überlagerungsgetriebe, durch welches stets eine drehmomentübertragende Verbindung der Teil-Unwuchtkörper der einen Art mit den Teil-Unwuchtkörpern der anderen Art über das Überiagerungsgetriebe gegeben ist. Bei der anderen Gattung der "motorisch verstellbaren Vibratoren" wird die Verstellung des Phasenwinkels ohne ein Überiagerungsgetriebe bewerkstelligt, und zwar unter Einsatz von Versteilmotoren, welche zugleich auch Arbeitsmotoren sein können. Die vorliegende Erfindung ist der letztgenannten Gattung zuzurechnen, da bei ihr die Verstellung des Phasenwinkels auch unter Miteinbeziehung von Antriebsmotoren vorgenommen wird.
Soweit die motorisch verstellbaren Vibratoren dazu vorgesehen sind, mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises und einer Winkel-Meßeinrichtung den Phasenwinkel kontinuierlich auf einen beliebig vorgebbaren Wert zwischen ß = 180° und ß = 0° einstellen und halten zu können (wie dies z.B. im Falle der EP/ 515 305 B1, der EP 0 506722 B1 und der WO 97/19765 vorgesehen ist) sind sie zwar geeignet zur Durchführung der "Resonanz- Vermeidungs-Betriebsart", sie weisen jedoch den Nachteil auf , daß sie sehr kostenaufwendig sind und daß eine Regelung des Phasenwinkels im Bereich von etwa -90° < ß < +90° praktisch noch nicht zufriedenstellend möglich ist. Dies hängt zusammen mit dem Verlauf der Funktion des Reaktions-Drehmomentes MRQ(ß) bzw. des davon abhängigen notwendigen Motordrehmomentes MD(ß) in Abhängigkeit vom Phasenwinkel ß (mit einem positiven Kurvengradienten in einem Winkelbereich etwa 0° < ß < 90° und mit einem negativen Kurvengradienten in dem Winkelbereich etwa 90° < ß < 180°), wie z.B. aus Fig. 2 der WO 97/19765 entnommen werden kann. Hinzu kommt als Nachteil, daß bei Anwendung der kontinuierlichen Regelung des Phasenwinkels ß selbst für den Fall, daß man nur mit der Maximalstellung arbeiten will (Punkt E bzw. E' in Fig.2 der WO 97/19765), beim Durchfahren des ganzen Verstellbereiches des Phasenwinkels ß die Motoren mit weit höheren Drehmomenten als für die Maximalstellung nötig, belasten muß.
Betrachtet man zwei weitere mit der DE 44 39 170 A1 und der WO94/01225 bekanntgewordene Lösungen, bei denen die Verstellung des Phasenwinkels ß ebenfalls unter Mit- einbeziehung von Antriebsmotoren möglich sein, und bei denen die Einstellung eines Phasenwinkels ohne aufwendige Meß- und Regeleinrichtung möglich sein soll, so kann man generell feststellen, daß die dort vorgesehenen und ohne geschlossenen Regelkreis arbeitenden Versteileinrichtungen zur Verstellung des Phasenwinkels ß natürlich erst recht nicht zur Einstellung eines Phasenwinkels ß im Bereich von etwa -90° < ß < +90° geeignet sind. Weiterhin mangelt es diesen Lösungen an der Fähigkeit der Durchführung einer "Resonanz-Vermeidungs-Betriebsart". Bei genauerer Betrachtung kann man weiterhin folgendes feststellen:
Bei dem mit der DE 44 39 170 A1 vorgestellten Vibrator handelt es sich um eine ganz spezifische Art der Erzeugung einer gerichteten resultierenden Fliehkraft, und zwar unter Benutzung von wenigstens 3 Paaren von Teil-Unwuchtkörpern mit wenigstens 6 einzelnen Teil-Unwuchtkörpem. Aus dieser Konfiguration ergeben sich für einen bezüglich des Phasenwinkels (wie in der DE 44 39 170 A1 gezeigt) verstellbaren Vibrator eine Reihe von noch unbekannten physikalischen Effekten. Z.B. die Verhaltensweise dieses Vibrators "bezüglich der Frage, ob, und wenn ja, mit welchen Effekten Reaktions-Drehmomente auftreten" (Spalte 4, Zeile 36 - 38). Wie eine Regelung des Phasenwinkels mit derartigen Effekten, speziell auch im Bereich -90° < ß < +90° fertig werden könnte, ist in der Beschreibung offengelassen. In den Ausführungen zur Aufgabe der Erfindung (Spalte4, Zeilen 46+) wird generell ausgesagt, daß der Einsatz der Hydromotoren als Antriebs- und Stellmotoren nur im Zusammenhang mit Reglern geschehen soll, um beliebig vorgegebene Werte für den Reiativ-Stellwinkel einstellen zu können (was allerdings die Existenz eines Meßsystems voraussetzt). Für den Fall, daß der Vibrator nur mit einer Regelung unter Benutzung eines geschlossenen Regelkreises zu betreiben wäre, würde ein Vibrator gemäß der DE 44 39 170 A1 in die zuletzt beschriebene Gattung von Vibratoren, welche auch zur Durch- führung der "Resonanz-Vermeidungs-Betriebsart" fähig ist, einzuordnen sein.
Wie in den Ausführungen in Spalte 8, Zeilen 49 bis 56 zum Ausdruck kommt, soll jedoch auch eine Steuerung des Phasenwinkels (offener Steuerungskreis) möglich sein. Diese Steuerung müßte dann, worauf auch die zwischen den hintereinander geschalteten Moto- ren 40 und 42 einmündende Steuerungsleitung 80 hinweist, in der besonderen Weise funktionieren, wie es in der dort zitierten Druckschrift DE 43 01 368 (entsprechend der WO94/01225) beschrieben ist. Diese besondere Weise beinhaltet unter anderem auch, daß eine Verstellung des Phasenwinkels ß nur möglich ist im Bereich 90° < ß < 180° (gemäß der Winkeldefinition der vorliegenden Erfindung).
Ein Anschlag zur Begrenzung des Phasenwinkels ß zwecks Einstellung einer nicht zu unterschreitenden Minimalamplitude ist vorgesehen, um im Falle eines Versagens der Motorregelung eine weitere Veränderung des Phasenwinkels mit Zwangsmitteln verhindern zu können. Dies geschieht, weil im Falle einer eingestellten echten Null-Amplitude die Wälzlager aller Unwuchtwellen beschädigt werden würden. Dieser Anschlag dient jedoch nicht der Einhaltung des Phasenwinkels ß als Minimalstellung im Sinne der "Resonanz-Vermeidungs- Betriebsart" beim Hochlauf des Vibrators vom Stillstand an bis zur Arbeits-Drehfrequenz. Es ist ebenfalls ein Anschlag für die Einstellung der maximale Amplitude vorgesehen, allerdings nur für den Notfall des Versagens der normalen Regeleinrichtung für den Phasenwinkel ß.
Zu beachten ist noch, daß in diesem Dokument die Definition des Phasenwinkels ß anders- artig ist, derart, daß ß = 0° mit einer Schwingungsamplitude = Null gleichzusetzen wäre.
Die Druckschrift WO94/ 01225 kann als der nächstgelegene Stand der Technik angesehen werden: Zu beachten ist, daß bei diesem Dokument der Phasenwinkel ß entgegen der Definition der vorliegenden Erfindung derart festgelegt ist, daß ß = 0° einer Nullamplitude ent- spricht. Wie z.B. aus Figur 1 hervorgeht, soll bei dem dort beschriebenen Vibrator jeder Teil-Unwuchtkörper von einem eigenen Motor angetrieben werden, wobei je zwei zu unterschiedlichen Teil-Unwuchtkörpem zugehörige Hydraulikmotoren hintereinander geschaltet sind. Es kommt eine ganz spezielle, nur für eine Hintereinanderschaltung geeignete An- steuerung der Motoren (mit offenem Steuerungskreis) zwecks Veränderung des Phasen- winkeis in Frage. Die mit den Teil-Unwuchtkörpern 101 und 102 verbundenen und miteinander kämmenden Zahnräder sollen in diesem Falle aber nur aus Gründen der Sicherheit in Funktion treten für den Fall, daß die im Prinzip durch die Motoren vorzunehmende Synchronisierung durch anderweitige Störkräfte gestört wird. Ein in Figur 2 und 3 gezeigter Anschlag 228/213 soll speziell dazu dienen, daß ein Phasenwinkel von ß = 90° nicht über- schritten wird. Diese Begrenzung des Phasenwinkels ist hier deshalb als eine Sicherungsmaßnahme notwendig, weil für diesen Vibrator keine Regelung mit einem geschlossenen Regelkreis vorgesehen ist, und weil der Bereich eines Phasenwinkels ß 0° < ß < 90° (gemäß der Winkeldefinition der vorliegenden Erfindung) hier ein nicht beherrschbarer Bereich ist und daher ausgeschlossen ist [Seite 7, Zeilen 1 bis 21 ; Seite 11 , Zeilen 9 bis 21].
Aus diesem Grunde muß bei dieser Konstruktion auch der Nachteil in Kauf genommen werden, daß bereits bei einem Phasenwinkel von ß = 90° das gewünschte maximale resultierende statische Moment erreicht sein muß, was die Anwendung von größeren Unwuchtmassen voraussetzt und was zu unnötig hohen Lagerkräften führt. Ein weiterer Nachteil des hier gezeigten Vibrators besteht in der extrem unsymmetrischen Belastung der Motoren. Bei einem Anschlag-Phasenwinkel von ß = 90° werden 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. Als weiterer Nachteil erweist sich die Tatsache, daß eine eindeutige Zuordnung zwischen den Stell-Drehmomenten der Stellmotoren und den dadurch eingestellten Relativ-Stellwin- keln ß nur dann gegeben ist, wenn der Vibrator bei gleichbleibender Dreh-Frequenz und unter Abgabe einer konstanten Nutzleistung schwingt. Sofern sich der Betrag von einer der letztgenannten Größen in nicht vorbestimmter Weise verändert, wie dies beim Einsatz von Rammvibratoren auftreten kann, wird für die Einstellung oder Einhaltung eines vorbestimmten Relativ-Stellwinkels ß der Einsatz einer Regelung notwendig. Das heißt, daß in diesem Falle eine Rückmeldung der Istlage der Drehwinkel der Teil-Unwuchtköφer doch erforderlich ist, um den Relativ-Stellwinkels ß auf einen vorbestimmten Wert einzustellen und zu halten (womit dieser Vibrator wieder in die zuletzt beschriebene Gattung einzuordnen wäre, bei welcher jeder vorgebbare Phasenwinkel ß mittels eines geschlossenen Regelkreises einstellbar ist.). Für den Vibrator nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch verlangt, daß die vorgesehene Arbeitsweise auch bei veränderten Werten für die Drehfrequenz und für die umgesetzten Nutzarbeiten durchgeführt werden können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den zitierten Stand der Technik von Vibratoren mit motorischer Winkelverstellung zu verbessern, um bei Vibratoren unterschiedlicher Bauweise eine Verstellung des statischen Momentes zwischen einer Minimalstellung und einer Maximalstellung einfacher und kostengünstiger bewerkstelligen zu können, wobei auch die Durchführung der "Resonanz-Vermeidungs-Betriebsart" möglich sein soll.
Die Lösung der Aufgabe ist definiert durch die unabhängigen Patentansprüche 1 und 7, wobei sich der Patentanspruch 7 mit jener speziellen Ausführungsvariante der Erfindung befaßt, bei welcher an der Verstellung des Phasenwinkels zwei hydraulisch hintereinander geschaltete Hydraulikmotoren beteiligt sind und wobei der Phasenwinkel nur im Bereich +90° < ß < +180° einstellbar ist. Das diesen beiden Ansprüchen zugrunde liegende gemeinsame Prinzip besteht darin, daß die Verstellung des Phasenwinkels ß von einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung bewirkt ist durch den Vorgang des Einschaltens eines an den Teil-Unwuchtköφern wirkenden Verstell-Brems-Drehmomentes und/oder Verstell- Beschleunigungs-Drehmomentes, durch deren Einwirkung die Teil-Unwuchtköφer unterschiedlicher Art in einer ununterbrochenen Verstellbewegung relativ zueinander verdreht werden, bis die Verstellbewegung durch die Kontaktierung zweier Anschlagflächen eines Anschlages zwangsläufig beendet wird und damit die Maximalstellung eingestellt ist. Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrie- ben. Besondere Vorteile beim Einsatz der Erfindung zeigen sich auch noch bezüglich der folgenden Merkmale: Der Aufwand wird insbesondere durch Verzicht auf einen geschlossenen Regelkreis verkleinert. Es wird eine Verringerung der maximalen Motorenbelastung erreicht, wodurch Motoren mit kleineren Dimensionen verwendet werden können. Das Pro- blem der Regelbarkeit des Phasenwinkels im Bereich -90° < ß < +90° wird umgangen. Eine automatische Betriebsweise des Vibrators unabhängig von eingestellter Arbeits- Drehfrequenz und abgegebener Nutzleistung kann gewährleistet werden, und zwar ohne Einsatz eines geschlossenem Regelkreis für den Phasenwinkel ß. Die Verstellung von einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung (und umgekehrt) kann äußerst schnell erfol- gen. Bei hydraulisch betriebenen Motoren kann der offene und der geschlossene Kreislauf zur Anwendung kommen. Bei Verwendung von nicht hintereinander geschalteten Hydraulikmotoren kann auf die Bereitstellung einer besonderen Energiequelle für die Durchführung der Winkelverstellung verzichtet werden.
Die Erfindung wird an vier Beispielen von erfindungsgemäßen Vibratoren mit hydraulisch betriebenen Motoren unter Verwendung der Figuren 1 bis 4 näher erläutert, wobei die Figuren Ibis 3 jeweils zwei Teilzeichnungen enthalten zur Darstellung der unterschiedlichen Schaltzustände der hydraulischen Schaltung vor der Verstellung und nach der Verstellung des resultierenden statischen Momentes von einer Minimalstellung auf eine Maximalstel- lung. Dabei zeigen:
- Die Figuren 1a und 1b das Schema eines Ausführungsbeispiels mit einer Pumpe und zwei Motoren, wobei beim Betrieb des Vibrators mit unterschiedlichen statischen Momenten unterschiedliche Motoren mit Leistung beaufschlagt werden.
- Die Figuren 2a und 2b das Schema eines Ausführungsbeispiels mit einer Pumpe und zwei Motoren, wobei beim Betrieb des Vibrators mit unterschiedlichen statischen
Momenten jeweils beide Motoren mit Leistung beaufschlagt werden.
- Die Figuren 3a und 3b das Schema eines Ausführungsbeispiels mit einer Pumpe und zwei hintereinander geschalteten Motoren, wobei beim Betrieb des Vibrators mit unterschiedlichen statischen Momenten die dem Vibrator zuzuführende Leistung auf beide Motoren verteilt wird.
- Die Figuren 4a und 4b ein Ausführungsbeispiel mit auf einer Unwuchtwelle konzentrisch angeordneten Teil-Unwuchtköφern erster und zweiter Art. Fig. 4b gibt in verkleinertem Maßstab eine in Fig. 4a mit A-A gekennzeichnete Schnittführung wieder. Im Folgenden werden einige Anmerkungen gemacht, mit denen das Wesen der Erfindung, soweit die Funktion der Verstellung des Phasenwinkels ß betroffen ist, noch besser sichtbar gemacht werden soll:
Die Erfindung repräsentiert das Ergebnis der Überlegung, daß wenigstens für den Einsatz als Rammvibratoren eine im Vergleich zum Stand der Technik einfachere und kostengünstigere Lösung dadurch entsteht, daß man auf die Möglichkeit zur Einstellung beliebig vorgebbarer Phasenwinkel ß verzichtet, und sich beschränkt auf die Möglichkeit zur Einstellung einer Minimalstellung und einer Maximalstellung, womit über 90% der praktischen Aufga- benstellungen erledigt werden können. Allerdings muß die einfachere Lösung zugleich die Durchführung der "Resonanz-Vermeidungs-Betriebsart" ermöglichen, da sich nämlich gezeigt hat, daß der Einsatz verstellbarer Vibratoren überwiegend wegen der letztgenannten Eigenschaft erfolgt.
Die Verstellung des Phasenwinkels ß wird vor allem erschwert durch das Phänomen der Reaktions-Drehmomente, welche in unterschiedlicher Weise an den Teil-Unwuchtköφern unterschiedlicher Art wirksam werden. Das Wirken der durchschnittlichen Reaktions- Drehmomente MRQ bzw. der Verlauf der zur Kompensation der Reaktions-Drehmomente MRQ an den Teil-Unwuchtköφern in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel ß aufzubringen- den Motordrehmomente ΔMD wird anschaulich verdeutlicht in Fig. 2 der WO97/19765. Die Kurven KA und KB repräsentieren hier die Motordrehmomente ΔMD, welche von den Motoren aufzubringen sind, wenn der jeweilige Phasenwinkel ß durch die Einwirkung eines geschlossenen Regelkreises eingestellt und eingehalten ist. Um die Deutung des Diagrammes in Fig. 2 zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung für den Spezialfall, daß vier Teil- Unwuchtköφer auf vier eigenen Unwuchtwellen angeordnet sind, zu erleichtem, werden folgenden Annahmen gemacht: In Anpassung an die bei der vorliegenden Erfindung andersartige Definition des Phasenwinkels ß sollen in Fig.2 die Angaben für spezielle Positionen des Phasenwinkels wie folgt geändert angenommen werden: 0° = -180°; 90° = -90°; 180° = 0°; 270° = +90°; 360° = +180°. Es wird weiterhin angenommen, daß die Motor- drehmomente ΔMD nur für den Spezialfall des leerlaufenden Vibrators untersucht werden sollen. In diesem Falle verläuft die Kurve KA durch den Punkt K (anstatt E) und verläuft die Kurve KB durch den Punkt K' (anstatt E'), weil die Strecken E-K und E'-K' die anteiligen Motordrehmomente für die Durchführung der (jetzt entfallenden) Nutzarbeit darstellen. Als Ergebnis dieser gedachten Veränderung verschiebt sich die Position der Punkte M und N, das Maximum der Kurve KA liegt bei 90° und das Minimum der Kurve KB liegt ebenfalls bei 90°. Die Kurve KB zum Beispiel entspräche gemäß der neuen Definition im Bereich 0° bis 180° einer solchen, die zustande käme durch eine Supeφonierung der (geraden) Kurve K'- D" und der Kurve B'-H'-A*.
Die Winkelposition einer Minimalstellung eines Vibrators gemäß der vorliegenden Erfindung liegt bei 180° (neue Definition). Für den angenommenen Fall, daß auch bei der vorliegenden Erfindung eine Einstellung beliebig vorgebbarer Phasenwinkel ß unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises möglich wäre, und daß der Winkelbereich von ß = 180° (Minimalstellung) langsam und kontinuierlich bis ß = 0° (Maximalstellung) durchfahren würde, müßten die Motordrehmomente ΔMD bei jeweils ß = 90° ein Minimum bzw. ein Maxi- mum annehmen. Es ist wichtig, festzustellen, daß ein vorgegebener Phasenwinkel nur dann eingehalten werden kann, wenn die durch beide Kurven gekennzeichneten Motordrehmomente ΔMD an den Motoren eingestellt sind. Wenn abweichend von dieser Bedingung im Winkelbereich 90° < ß < 180° zum Beispiel das Drehmoment des Motors der Kurve KB einen mit Bezug auf einen vorgegebenen Wert des Phasenwinkels ß korrekten Wert aufweist, jedoch das (negative) Drehmoment des Motors der Kurve KA einen größeren Wert als den korrekt benötigten aufweist, so stellt sich ein dem realen Drehmoment des Motors der Kurve KB entsprechender Phasenwinkel ß ein und das überschüssige (negative) Drehmoment des Motors der Kurve KA wird umgesetzt in eine Verringerung der Drehfrequenz des gesamten Vibrators. Aus diesem Beispiel kann man bereits erkennen, daß die Regelung des Phasen- winkeis mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises im Winkelbereich 90° < ß < 180° nicht einfach ist. Problematisch kann sich die Regelung im Winkelbereich -90° < ß < +90° auswirken, weshalb man in der Praxis Fälle finden kann, bei denen man im Interesse einer sicheren Beherrschung des Phasenwinkels ß trotz Anwendung eines geschlossenen Regelkreises sich auf den Winkelbereich 90° < ß < 180° beschränkt.
Man erkennt weiterhin aus Fig. 2 im Diagramm der Kurve KB, daß bei Benutzung eines geschlossenen Regelkreises und beim (langsamen) Durchfahren des Winkelbereich 0° < ß < 180°, bzw. beim Wechsel von der Minimalstellung zur Maximalstellung und bei Einhaltung einer gegebenen Drehfrequenz eine Verstellenergie EA = Eo + EF aufgebracht werden muß. Die anteilige Verstellenergie Eσ entspricht der Fläche unterhalb der Kurve KB abzüglich der Fläche des Rechteckes A'-B'-K'-D', wobei die letztgenannte Fläche die Lagerreibungsenergie EF repräsentiert. Mit Kenntnis der Formel für die Kurve KB läßt sich der Betrag der anteiligen Verstellenergie Eo ermitteln zu: Eo = MRβ,2 * ω2 / 2 m (mit m als schwingende Masse). Dies ist gleichzeitig auch die Formel für die maximale kinetische Energie der schwingenden Masse m bei maximaler Schwingamplitude. Dies kann auch nicht anders sein, weil während der laufenden Verstellung des Phasenwinkels ß auch die kinetische Energie der schwingen- den Massen laufend zunehmen muß. Aus diesem Sachverhalt kann man ableiten, daß auch bei jeder anderweitig ausgeführten Verstellung des Phasenwinkels von der Minimalstellung auf die Maximalstellung eine Verstellenergie EA zugeführt werden muß.
Während beim Stand der Technik bei angenommener Anwendung eines geschlossenen Regelkreises die Verstellenergie EA durch die Wirkung des Regelkreises automatisch in der notwendigen Höhe zugeführt wird (auch bei konstant geregelter AΦeits-Drehfrequenz), geschieht dies bei der vorliegenden Erfindung auf anderem Wege, was anschließend für den Fall erläutert wird,"daß die Verstellung des Phasenwinkels ß von einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung bewirkt ist durch das Einschalten eines an den Teil-Unwuchtköφern der einen Art wirkenden Verstell-Brems-Drehmomentes" (Anspruch 1): Es wird angenommen, daß eine Versteileinrichtung zum Einsatz kommt, wie sie durch Figur 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Hier wird der Einfachheit halber angenommen, daß nach Erreichen der Arbeits-Drehfrequenz bei eingestellter Minimalstellung ein Positionswechsel des Ventils V4 solange vorgenommen wird (in Fig. 2b, in welcher jetzt die Verbindung von Punkt 270 nach Punkt 272 nicht existent sein soll), bis die Maximalstellung sicher erreicht ist. Durch diesen Schaltvorgang wird der Motor M1 mit einem zum Druck 420 bar proportionalen Bremsmoment abgebremst. Die Teil-Unwuchtköφer U2-1 und U2-2 laufen jedoch mit einer größeren Drehfrequenz wie die der Teil-Unwuchtköφer U1-1 und U1-2 weiter und be- inhalten zusammen mit den mit ihnen synchron rotierenden Teilen eine im Vergleich zu den Teil-Unwuchtköφern U1-1 und U1-2 überschüssige kinetische Energie. Diese überschüssige kinetische Energie wird zum größten Teil durch die Verstellung des Phasenwinkels von der Minimalstellung zur Maximalstellung, das heißt zur Umsetzung in die Verstellenergie EA verbraucht.
Definiert man die bis zur Beendigung des Bremsvorganges angesammelte überschüssige kinetische Energie mit ΔE, so muß für eine erfolgreiche Durchführung der Verstellung gelten: ΔE > EA. Sofern aber der Wert von ΔE kleiner als der Wert von EA ausfällt (z.B. anstatt 420 bar nur 200 bar), kommt die Verstellung nicht zustande und der Phasenwinkel fällt nach anfänglicher teilweiser Verstellung wieder auf die Minimalstellung zurück. Bei diesem angenommenen Beispiel wird also die gesamte für die Verstellung benötigte Verstellenergie EA aus der ursprünglichen kinetischen Energie des Systems der mit U2-1 und U2-2 zusammen rotierenden Teile gewonnen. Dies allein würde bereits begründen, daß in diesem Beispiel die Verstellung des Phasenwinkels von der Minimalstellung in die Maximalstellung mit einer Reduzierung der Drehfrequenz des Vibrators verbunden sein muß. Wenn bei dem beschriebenen Beispiel die Verbindung von Punkt 270 nach Punkt 272 vorhanden ist, wird ein Teil der bei der Abbremsung des Motors M1 dem System der mit ihm zusammen rotierenden
Teile entnommenen Energie dem Verstellvorgang zwecks Umsetzung in die Verstellenergie
EA wieder zugeführt. Aber auch bei dieser Version muß zwecks Einleitung der Verstellung dem System der mit dem Motor M1 rotierenden Teile anfänglich eine bestimmte Energie entzogen werden.
Das beschriebene Beispiel zeigt auch folgenden Sachverhalt: Sofern man von Beginn der Verstellung an bis zu seinem Ende am Ausgang des Motors M1 einen konstanten Bremsdruck erzeugt, welcher auch in einem bestimmten Verhältnis zu der erzeugten über- schüssigen kinetischen Energie des Systems der mit dem Motor M2 zusammen rotierenden Teile steht, benötigt man in jedem Falle einen geringeren Druck als er notwendig ist, um bei einer Verstellung mit Verwendung eines geschlossenen Regelkreises den nicht abgebremsten Motor anzutreiben. In dem Diagramm in Figur 2 der WO 97/19765 bedeutet dies, daß der Maximaldruck Δp der Kurve KB nicht erreicht werden muß. Dieser Effekt kann vorteilhaft genutzt werden, um die Motoren kleiner zu dimensionieren.
Für den in der Praxis auftretenden Fall der Abgabe einer Nutzleistung durch den Vibrator ist zu bedenken, daß die Verstellenergie EA größer sein muß als beim Leerlauf des Vibrators. Dies erfordert für das beschriebene Beispiel gemäß der Erfindung, daß die beim Abbremsen des Motors M1 umgesetzte Energie höher ausfallen muß. Um diesen Umstand zu berücksichtigen, wird die Abbremsenergie durch eine geeignete, empirisch gefundene Kombination von Abbremszeit und Abbremsdruck derart dosiert, daß damit alle in der Praxis auftretenden Aufgaben berücksichtigt sind. Allein diese Forderung macht bereits den Einsatz eines die Maximalstellung definierenden Anschlages notwendig.
Man erkennt auch, daß das bei einer Verstellung des Phasenwinkels ß unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises auftretende Problem der Beherrschung des Winkelbereiches -90° < ß < +90° bei der vorliegenden Erfindung vermieden wird. Dies geschieht dadurch, daß dieser Bereich durchfahren wird, unter der Wirkung des Antriebs der kinetische Energie der Verstellbewegung, welche kinetische Energie bereits vordem Durchfahren des Winkelbereiches -90° < ß < +90° in die Teil-Unwuchtköφer der einen und/oder der anderen Art eingebracht wurde. Der in Frage kommende problematische Winkelbereich wird einfach "blind" durchfahren, bis der Anschlag für die Maximalstellung erreicht ist.
Der Maximal-Anschlag hat eine erste Bedeutung darin, daß damit die Maximalstellung definiert wird. Seine zweite Bedeutung liegt darin, daß mit dem Einsatz eines der in Anspruch 3 unter dem Merkmal b) genannten Mittel zur Einhaltung der Maximalstellung die Teil-Unwuchtköφer unterschiedlicher Art eines Paares quasi wie ein einziger Verbund-Unwuchtkörper wirken können. Dies wirkt sich dynamisch günstig aus, insofern, als daß unter diesen Bedingungen beide Verbund-Unwuchtköφer (beide Paare) im schwingenden Zustand (wie bei einem Zwei-Unwuchten-Richtschwinger) zur Selbst-Synchronisierung neigen, was dem Fachmann bekannt ist. Diese Eigenschaft kann bei einer Anordnung der Teil-Unwuchtköφer unterschiedlicher Art auf einer gemeinsamen Drehachse besonders vorteilhaft genutzt werden, derart, daß man auf jegliche zwangssynchronisierende Zahnräder verzichten kann.
Nachfolgend werden zwei in den Ansprüchen verwendete Begriffe noch weitergehend definiert: Der Begriff "Einschalten" (z.B. eines an den Teil-Unwuchtköφern der einen Art wirkenden Verstell-Brems-Drehmomentes) ist abgeleitet von dem übergeordneten Begriff "Schalten" eines Drehmomentes. Schalten eines Drehmomentes bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Funktion eines Brems- oder Beschleunigungs-Aktuators aktiviert wird, ohne, daß diese Aktivierung abhängig ist vom Ausgangssignal eines geschlossenen Regelkreises zur Regelung des Phasenwinkels ß. Ein "Anschlag wird dynamisch hergestellt", wenn die Anschlagflächen durch eine Relativbewegung der Teil-Unwuchtköφer unterschiedlicher Art aufeinander zugeführt werden, so daß die Relativbewegung im wesentlichen durch den Anschlag-Aufprall und nicht durch eine regeltechnische Maßnahme beendet wird.
In Figur 1a ist mit 100 ein Vibrator gekennzeichnet und mit 150 die hydraulische Schaltung für den Betrieb des Vibrators. Der schematisch dargestellte Vibrator 100 mit zwei Motoren M1 und M2 ist in allen Teilzeichnungen der Figuren 1 bis 3 in identischer Ausführung ver- wendet und wird daher nur einmal anhand der Figur 1 beschrieben. In Figur 1a symbolisiert ein Kreis 102 ein um eine Drehachse 104 drehbares und antreibbares Zahnrad. Durch den ausgefüllten kleinen Kreis 108 ist schematisch der Schweφunkt eines Teil-Unwuchtköφers gekennzeichnet und der mit 106 gekennzeichnete Balken symbolisiert den Hebelarm des Schweφunktes. 106 und 108 zusammen symbolisieren einen um die Drehachse 104 dreh- baren Teil-Unwuchtköφer, welcher zugleich einen Teil-Fliehkraft-Vektor und ein Teil- Moment des gesamten resultierenden statischen Momentes MRβ> repräsentiert. Die durch 102, 106 und 108 gekennzeichneten Merkmale bilden zusammen ein mehrfach verwendetes Symbol, welches insgesamt mit U1-1 gekennzeichnet ist. Demzufolge soll eine Zeichenkombination, beginnend mit dem Buchstaben U, zusammengefaßt immer bedeuten: Einen Teil-Unwuchtköφer mit dem durch die Lage des Balkens (106) bezüglich seiner Richtung zugleich dargestellten Teil-Fliehkraft-Vektor und ein mit dem Teil-Unwuchtköφer stets drehmomentübertragend verbundenes Zahnrad (102). Insgesamt sind mit den Bezugszei- chen U1-1 , U1-2, U2-1 und U2-2 die vier Teil-Unwuchtköφer eines Richtvibrators dargestellt. Je zwei Teil-Unwuchtköφer, nämlich U1-1 und U1-2 einerseits und U2-1 und U2-2 andererseits, sind über ihre dazugehörigen und miteinander kämmenden Zahnräder zu gegensinnigem Umlauf zwangssynchronisiert. Die derart zusammengefaßten Teil- Unwuchtköφer werden nachfolgend auch bezeichnet mit: Teil-Unwuchtköφer erster Art (U1- 1, U1-2) und Teil-Unwuchtköφer zweiter Art (U2-1, U2-2). Sofern die Wirkungsweise der beiden Gruppen von Teil-Unwuchtköφern ganz allgemein beschrieben werden soll, wird auch von Teil-Unwuchtköφer der einen Art und Teil-Unwuchtköφer der anderen Art gesprochen.
Die Umlaufrichtungen bzw. auch die Drehgeschwindigkeiten der Teil-Unwuchtköφer erster Art und zweiter Art sind jeweils durch die Pfeile ω1 und e>2 gekennzeichnet. Die dargestellten Teil-Unwuchtköφer können in unterschiedlichen Bauarten von Vibratoren enthalten sein. Zum Beispiel könnten die Teil-Unwuchtköφer auf vier eigenen und parallel zueinan- der angeordneten Drehachsen angeordnet sein. Verglichen mit den Figuren in der EP 0 506 722 könnten U1-1 und U1-2 den Teil-Unwuchtköφern 107 und 108 der Figur 1 und U2-1 und U2-2 den Teil-Unwuchtköφern 104 und 105 der Figur 1 entsprechen und auch die dort beschriebene Wirkungsweise entwickeln. Die Teil-Unwuchtköφer könnten z.B. auch mit konzentrisch zusammenfallenden Drehachsen angeordnet sein, wie dies in der EP 0473449 B1 dargestellt ist. Hier könnten U1-1 und U1-2 den Teil-Unwuchtköφern 51B und 52B der Figur 6 und U2-1 und U2-2 den Teil-Unwuchtköφern 51 A und 52A der Figur 6 entsprechen. Bei der Darstellung der Wirkungsweise der Teil-Unwuchtköφer in den Figuren 1 bis 3 wird primär davon ausgegangen, daß die Drehachsen der Teil-Unwuchtköφer U1-1 und U2-1 sowie die Drehachsen der Teil-Unwuchtköφer U1-2 und U2-2 konzentrisch zusammenfallen, vergleichbar mit der Anordnung in Figur 6 der EP 0 473 449 B1. Es versteht sich, daß die Drehachsen stets in einem (nicht gezeichneten) Gestell, vergleichbar mit dem Vibrator gemäß der Fig. 4, gelagert sind. Die Masse des Gestells macht den größten Teil der schwingenden Masse "m" aus.
Die Teil-Unwuchtköφer U1-1 und U2-1 einerseits und U1-2 und U2-2 andererseits definieren bei unterschiedlich ausgebildeter relativer Drehlage den Phasenwinkel ß (z.B. = 180° in Figur 1a) und werden daher auch als "Paare" von Teil-Unwuchtköφern unterschiedlicher Art bezeichnet.
Die als von gleicher Art gekennzeichneten und durch Zahnräder zwangsweise synchronisierten Teil-Unwuchtköφer erzeugen vektorieli gesehen immer eine resultierende Fliehkraft in vertikaler Richtung mit gleichbleibender Amplitude. Um eine Veränderung der Amplitude des gesamten Vibrator-Gestelles zu erreichen, können die Teil-Unwuchtköφer unterschiedlicher Art relativ zueinander um einen bestimmten Phasenwinkel ß verdreht werden, wodurch sich der den Vibrator bewegende Gesamt-Fliehkraftvektor aus den resultierenden Fliehkräften der unterschiedlichen Arten durch Supeφonierung derselben ergibt. In Figur 1a ist ein Phasenwinkel von ß = 180° eingestellt, was einer Minimalstellung entspricht. Die dem Phasenwinkel ß = 180° entsprechende Relativlage der Teil-Unwuchtköφer U1-2 und U2-2 wird sichergestellt durch die besondere Anschlag-Kupplung C, welche eine Doppelaufgabe erfüllt. Zum einen gestattet es die Anschlag-Kupplung C, daß die auf einer gemeinsamen Drehachse rotierenden Teil-Unwuchtköφer U1-2 und U2-2 relativ zueinander verdrehbar sind, wobei ihre Relativlage durch zwei Anschläge begrenzt wird derart, daß in einer ersten Anschlagstellung ein Phasenwinkel von ß = 180° entsteht (gezeigt in Figur 1a) und daß in einer zweiten Anschlagstellung ein Phasenwinkel von ß = 0° bzw. eine Maximalstellung entsteht (gezeigt in Figur 1 b). Die zweite Funktion der Anschlag- Kupplung C besteht darin, daß sie in den Anschlagstellungen Drehmomente übertragen kann von einem Teil-Unwuchtköφer auf den anderen, wobei die Wirkrichtung der Drehmomente abhängig ist von der eingenommenen Anschlagstellung.
Die Anschlag-Kupplung C weist für die Durchführung dieser Aufgaben besondere Ele- mente auf: Mit dem Teil-Unwuchtköφer U1-2 ist ein drehmomentübertragendes Teil 110 veΦunden, an dessen Ende sich ein erster Anschlaghebel 112 befindet. Mit dem Teil- Unwuchtköφer U2-2 ist ein drehmomentübertragendes Teil 118 verbunden, an dessen Ende sich eine Anschlagkurbel 116 befindet. Mit der schematischen Darstellung in Figur 1a ist gemeint, daß der erste Anschlaghebel 112 mit der Anschlagkurbel 116 derart einen An- schlagkontakt bildet, daß ein Drehmoment von dem ersten Anschlaghebel 112 auf die Anschlagkurbel 116 übertragen wird. Um diesen Sachverhalt für die späteren Erläuterungen besser zu veranschaulichen, ist links neben der Anschlag-Kupplung C eine kleine Teiian- sicht A1 gezeichnet, welche sich ergibt, wenn man in Richtung des Pfeiles A auf das Ende des Teils 110 schaut. Mit 112' ist der erster Anschlaghebel 112 und mit 116' ist die An- schlagkurbel 116 symbolisiert. Der Pfeil 120 soll zeigen, daß das Drehmoment von 112' auf 116' übertragen wird.
In Figur 1 b ist der gleiche Vibrator wie in Figur 1 a schematisch dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Anschlag-Kupplung C eine andere Stellung eingenommen hat und daß dadurch der Phasenwinkel auf einen Wert ß = 0° (entsprechend einer Maximalstellung) eingestellt ist. In Figur 1 b ist ein zweiter Anschlaghebel 114 gezeigt, der ebenso wie der erste Anschlaghebel 112 am Ende des drehmomentübertragenden Teils 110 angebracht ist. In Figur 1 b ist gemeint, daß der zweite Anschlaghebel 114 mit der Anschlagkurbel 116 derart einen Anschlagkontakt bildet, daß ein Drehmoment von der Anschlagkurbel 116 auf den zweiten Anschlaghebel 114 übertragen wird. Um diesen Sachverhalt für die späteren Erläuterungen besser zu veranschaulichen, ist links neben der Anschlag-Kupplung C eine kleine Teilansicht A2 gezeichnet, welche sich ergibt, wenn man in Richtung des Pfeiles A auf das Ende des Teils 110 schaut. Mit 114' ist der zweite Anschlaghebel 114 und mit 116' ist die Anschlagkurbel 116 symbolisiert. Der Pfeil 122 soll zeigen, daß das Drehmoment von 116* auf 114' übertragen wird.
Die schematisierte Darstellung der in den Figuren 1 bis 3 benutzten gleichen Vibratoren zeigt (durch das Zeichnen mit unterbrochenen Linien angedeutet) eine Baugruppe 124, welche alternativ zum Einsatz kommen soll, um Anschlagfunktionen zu realisieren, wie sie auch von der Anschlag-Kupplung C übernommen werden können. Die Baugruppe 124 wird anhand der Figur 1b näher beschrieben: Die Baugruppe 124 ist antriebsmäßig einerseits über das Zahnrad 132 mit den Teil-Unwuchtköφern zweiter Art U2-1 und U2-2 und andererseits über das Zahnrad 134 mit den Teil-Unwuchtköφern erster Art U1-1 und U1-2 verbunden. Auf der gleichen Drehachse 130 wie die der Zahnräder ist die ebenfalls mit umlaufende Anschlaggruppe 136 angeordnet. Der Doppelpfeil 138 soll symbolisieren, daß die Anschlaggruppe 136 eine relative Verdrehung der Zahräder 132 und 134 bis zum Erreichen eines in der Anschlaggruppe enthaltenen doppelten Anschlages erlaubt.
Die Teil-Unwuchtköφer erster Art U1-1 und U1-2 werden von einem Hydraulikmotor M1 angetrieben, der über eine Welle 142 und über ein Zahnrad 140 sein Drehmoment an das Zahnrad des Teil-Unwuchtköφers U1-2 überträgt. Die Teil-Unwuchtköφer zweiter Art U2-1 und U2-2 werden von einem Hydraulikmotor M2 angetrieben, der über eine Welle 146 und über ein Zahnrad 144 sein Drehmoment an das Zahnrad des Teil-Unwuchtköφers U2-2 überträgt. Je nach der Richtung der von den Motoren erzeugten Drehmomente können die Relativlagen der Teil-Unwuchtköφer eines Paares auch während der Rotation der Teil- Unwuchtköφer verändert werden. Bei Benutzung der Anschläge kann dabei durch unterschiedlich einwirkende Drehmomente an den Teil-Unwuchtköφern der Phasenwinkel ß von einer ersten Position, entsprechend einer minimalen Schwingungsamplitude des Vibrators (ß = 180° in Figur 1a) in eine zweite Position, entsprechend einer maximalen Schwingungsamplitude des Vibrators (ß = 0° in Figur 1b) verstellt werden. Die Verstellung des Phasenwinkels ß von einer ersten Position (ß = 180° in Figur 1a) in eine zweite Position (ß = 0° in Figur 1b) ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Grund dafür sind die während des Durchfahrens des Verstellwinkels zu überwindenden (durchschnittlichen) Reaktions-Drehmomente MRQ, deren Wirkungsweise z.B. in den Do- kumenten WO 97/19765 und WO 94/01225 (in letzterem MR anstatt MRQ genannt) näher erläutert wird. Die bei den erfindungsgemäßen Vibratoren auftretenden Reaktions- Drehmomente MRQ sind mit Hilfe von entsprechenden Pfeilen vorzeichengerecht in den Figuren 1 bis 3 eingezeichnet. Aus Figur 1a erkennt man z.B., daß bei der Verstellung des Phasenwinkels ß von der ersten Position (ß = 180°) in die zeite Position (ß = 0°) an den Teil-Unwuchtköφem U2-1 und U2-2 ein Reaktions-Drehmoment MRQ-2 auftritt, welches im Augenblick der Entstehung der Verstellung des Phasenwinkels ß das Weiterdrehen der Teil-Unwuchtköφer U2-1 und U2-2 in Richtung von ω2 verhindern möchte und welches sich damit der gewünschten Verstellung entgegensetzt.
Die Verstellung von einer Position in die andere kann aber nicht nur unter Aufbringung von durch Motoren erzeugte Drehmomente erfolgen, sondern kann auch durch die Einwirkung von solchen Massen-Drehmomenten erfolgen, die von dynamischen Massenkräften der polaren Trägheitsmomente der jeweils mit den besagten Teil-Unwuchtköφem mitumlaufenden Teile erzeugt werden. Wenn z.B. in Figur 1a, ausgehend von einer mit gleichmäßi- ger Drehgeschwindigkeit stattfindenden Rotation aller Teil-Unwuchtköφer und ausgehend von einem dabei eingenommenen Phasenwinkel ß = 180°, die Teil-Unwuchtköφer U1-1 und U1-2 plötzlich unter Verminderung ihrer ursprünglichen Drehgeschwindigkeit abgebremst werden, so können die Massen-Drehmomente der mitumlaufenden Teile der Teil- Unwuchtköφer U2-1 und U2-2 eine derartige Größe annehmen, daß diese ausreicht, die der Verstellung entgegenwirkenden Reaktions-Drehmomente MRQ-2 der Teil-Unwuchtkörper U2-1 und U2-2 zu überwinden und damit eine Verstellung der ursprünglichen ersten Position des Phasenwinkels ß (= 180°) einzuleiten und durchzuführen, und zwar bis hin zum Erreichen der zweiten Position des Phasenwinkels ß (= 0°). Ein derart möglicher Effekt wird durch die Erfindung auch ausgenutzt. Falls das Bremsmoment an den Teil- Unwuchtköφern U1-1 und U1-2 zu gering ausfällt, bewirken die Reaktions-Drehmomente MRQ-2 an den Teil-Unwuchtköφem U2-1 und U2-2 eine Rückdrehung der bereits eingeleiteten Winkelverstellung, so daß die beabsichtigte Verstellung des Phasenwinkels ß nicht zustande kommt.
Die Ausnutzung des Effektes der dynamisch erzeugten Massen-Drehmomente geschieht in Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Motoren M1 kurzzeitig hydraulisch stark abge- bremst werden. Dies kann mit unterschiedlichen Maßnahmen geschehen, von denen 3 unterschiedliche erfindungsgemäße hydraulische Maßnahmen in den Figuren 1 bis 3 näher erläutert werden. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der bei dem Abbremsvorgang erzeugbare hohe hydraulische Druck in die Eingangsleitung des Motors M2 geleitet und es wird somit das an den Teil-Unwuchtköφem U2-1 und U2-2 wirkende dynamische Massen-Drehmoment noch durch ein motorisch erzeugtes Drehmoment unterstützt, um die Winkelverstellung mit einer noch geringeren Abbremsung des Motors M1 zu erreichen.
Bei den in den Figuren 1 bis 3 benutzten hydraulischen Schaltungen soll es sich um geschlossene Kreisläufe handeln, alternativ könnten bei anderer Schaltungsgestaltung aber auch offene Kreisläufe zur Anwendung gelangen. Die Schaltungen erkären sich für den Fachmann von selbst. Daher kann sich die Beschreibung der einzelnen Figuren auf spezielle Wirkungen beschränken. In den Teilfiguren 1a, 2a und 3a ist jeweils jene Schaltung dargestellt, mit welcher alle Teil-Unwuchtköφer vor dem Vorgang der Winkelverstellung auf eine konstante Arbeits-Drehfrequenz gebracht werden konnten. In den Teilfiguren 1b, 2b und 3b ist jeweils jene Schaltung dargestellt, mit welcher der Verstellvorgang begonnen wurde.
In Figur 1a wurden zunächst alle Teil-Unwuchtköφer vom Stillstand aus beginnend, bei welchem Stillstand alle Teil-Unwuchtköφer mit ihren Schweφunkten in Richtung der Erdbeschleunigung orientiert waren, und somit einer Maximalstellung entsprachen, allein durch das Antriebsmoment des Motors M1 auf die konstante Arbeits-Drehfrequenz gebracht, wobei die Veränderung der Drehfrequenz des Motors M1 durch eine Verstellung des Fördervolumenstromes der Pumpe P geschah. Dabei kam es bereits kurz nach dem Start zur dynamischen Herstellung eines Anschlages bzw. zur Einnahme der gezeigten Stellung der Anschlag-Kupplung C (ß = 180°, Amplitude = minimal). Die gezeigte Minimalstellung der Anschlag-Kupplung C bleibt auch nach Erreichen der Arbeits-Drehfrequenz erhalten, unter anderem auch, weil der Motor M2 mitgeschleppt werden muß. Figur 1b zeigt die Situation bei dem Start der Verstellung des Phasenwinkels ß. Durch die zugleich vorgenommene Umschaltung der Ventile V1 und V2 wurde am Eingang I des Motors M1der antreibende Druck abgeschaltet und am Ausgang O des Motors M1 baut sich ein bremsender Druck auf, der durch das Druckbegrenzungsventil PLV eingestellt ist, über welches der Rückstrom vom Motor M1 der Pumpe P wieder zufließen kann. Optional kann vom Leitungspunkt 170 eine Verbindung zum Leitungspunkt 172 hergestellt werden, womit der am Motorausgang O erzeugte hohe Druck auf den Eingang I des Motors M2 geleitet werden kann.
Nach Erreichen der in Figur 1b gezeigten Anschlagstellung der Anschlag-Kupplung C ent- 5 sprechend einer Maximalstellung wird das Ventil V2 wieder zurückgeschaltet. Ab diesem Augenblick wird der Motor M1 mitgeschleppt, wodurch bedingt die eingenommene Maximalstellung sicher eingehalten werden kann. Bei der in Figur 1 gezeigten Schaltung muß demnach der Motor M2 auch die gesamte vom Vibrator abgegebene Nutzleistung mit umsetzen. Die umgekehrte Verstellung des Phasenwinkels ß in die Minimalstellung erfolgt
10 durch das Zurückschalten der Ventile V1 und V2, wodurch nun der Motor M2 wieder mitgeschleppt werden muß. Bedingt durch das Schlepp-Drehmoment des Motors M2 und durch den Effekt, daß der Vibrator selbständig bemüht ist, die erreichte Minimalstellung aufrecht zu erhalten, kann bei einer anschließenden langsamen Reduzierung des Fördervolumenstromes der Pumpe P die Minimalstellung bis zum Erreichen des Stillstandes eingehalten
15 werden. Bei einer schnellen Reduzierung des Fördervolumenstromes kann durch Einschaltung eines Drosselelementes in die Rückleitung des Motors M2 (wie in Fig. 2 mit 200 gezeigt) die Einhaltung der Minimalstellung in jedem Falle gesichert werden.
In Figur 2a wurden zunächst alle Teil-Unwuchtköφer vom Stillstand aus beginnend durch
20 die Antriebsmomente der Motoren M1 und M2 auf die konstante Arbeits-Drehfrequenz gebracht. Dabei kam es bereits kurz nach dem Start zur Einnahme der gezeigten Stellung der Anschlag-Kupplung C als Minimalstellung (ß = 180°, Amplitude = minimal), weil diese Stellung von den Teil-Unwuchtköφem in diesem Falle automatisch angestrebt wird. Im Bedarfsfalle kann durch ein zusätzliches, vorübergehend einzuschaltendes Schaltelement
25 200 dafür gesorgt werden, daß bereits unmittelbar bei dem Start der Rotation der Teil- Unwuchtköφer die gezeigte Stellung der Anschlag-Kupplung C durch Herstellung eines dynamischen Anschlages eingenommen wird. Bei dem Schaltelement 200 soll durch einen Schaltbefehl eine Funktion einschaltbar sein, durch welche bedingt der Druck in der Verbindungsleitung zwischen dem Motor M2 und dem Schaltelement 200 auf einen bestimm-
30 ten Wert erhöht wird. Um den beim Einsatz einer Drossel entstehenden Energieveriust zu vermeiden, könnte das Schaltelement 200 auch als ein bezüglich seines durchströmbaren Volumenflusses veränderbarer Motor (z.B. Axialkolbenmotor) sein, dessen gewonnene Antriebsleistung dem Antrieb der Pumpe wieder zugeführt werden könnte. Mit Nutzung der Steuerbarkeit eines derartigen verstellbaren Motors könnten auch die Funktionen der Ven-
35 tile V3 und V4 simuliert werden, so daß diese entfallen könnten. Figur 2b zeigt die Situation bei dem Start der Verstellung des Phasenwinkels. Durch die zugleich vorgenommene Umschaltung der Ventile V3 und V4 wurde am Eingang I des Motors M1 der antreibende Druck abgeschaltet und am Ausgang O des Motors M1 baut sich ein bremsender Druck auf, der durch das Druckbegrenzungsventil PLV eingestellt ist, über welches der Rückstrom vom Motor M1 der Pumpe P wieder zufließen kann. Optional kann vom Leitungspunkt 270 eine Verbindung zum Leitungspunkt 272 hergestellt werden, womit der am Ausgang O des Motors M1 erzeugte hohe Druck auf den Eingang I des Motors M2 geleitet werden kann. Nach Erreichen der in Figur 2b gezeigten Anschlagstellung der Anschlag-Kupplung C als Maximalstellung werden die Ventile V3 und V4 wieder zu- rückgeschaltet. Zur sicheren Einhaltung der Maximalstellung können Maßnahmen getroffen werden, wie z.B. der Einsatz einer in Fig. 4 gezeigten, mit einer Hilfsenergie geschalteten mechanischen Verriegelung zweier Teil-Unwuchtköφer gegeneinander oder die Ausnutzung des Effektes der Richtungs-Umkehrung der Reaktions-Drehmomente MRQ bei Einstellung einer Maximalstellung mit einem Phasenwinkel ß < 0° (später "Überverstellung" genannt). Auch nach der Umschaltung des Phasenwinkels ß in die in Figur 2b gezeigte Maximalstellung können beide Motoren M1 und M2 ihre Leistung parallel abgeben. Das Zurückschalten des Phasenwinkels ß von der Maximalstellung in die Minimalstellung bei eingestellter Arbeits-Drehfrequenz kann z.B. durch den kurzzeitigen Einsatz des bereits erwähnten Schaltelementes 200 geschehen. Bei der Stillsetzung des Vibrators durch eine Reduzierung des Fördervolumenstromes der Pumpe P von der Arbeits-Drehfrequenz ausgehend, kann die Einhaltung der Minimalstellung dadurch erreicht werden, daß durch die Einschaltung des drosselnd wirkenden Schaltelementes 200 der Motor M2 ein höheres abbremsendes Drehmoment entwickelt als der Motor M1.
Die VerStelleinrichtung gemäß Figur 3 arbeitet mit zwei hintereinander geschalteten gleich großen Hydromotoren M1 und M2. Die hydraulische Steuerung 300 für die Motoren enthält ein elektrisches Druckregelventil Vpc , welches von einer spezieilen Druckquelle S gespeist wird, und welches elektrisch auf drei unterschiedliche Ausgangsdrücke pΛdj-i bis pÄdj-3 einstellbar ist. Das Druckregelventil verfügt außerdem über die Eigenschaft, einen an seinem Ausgang anstehenden und von anderer Seite verursachten höheren als den eingestellten Druck abbauen zu können durch einen rückwärts in das Ventil hinein (und zu einem Leckageabfluß) fließenden Volumenstrom.
Die VerStelleinrichtung kann in mehreren Phasen vom Hochlaufen des Vibrators bis zum Stillsetzen folgende Arbeitsweise ausführen, beginnend mit den Stellungen 0 der beiden
VentileVδ und V6: Bereits beim Vorgang des Veriassens der Ruhestellung des Vibrators wird bei einer Drehfrequenz niedriger als die Arbeits-Drehfrequenz eine Minimalstellung eingestellt und anschließend eingehalten. Im Stillstand des Vibrators sind alle Teil-Unwuchtkörper unter der Einwirkung der Erdbeschleunigung nach unten hängend ausgerichtet. Durch Einschalten des Ventils V5 in Stellung 1 werden bei eingestelltem kleinen Fördervolumen der Pumpe P zunächst die Teil-Unwuchtköφer U1-1 und U1-2 um etwa 180° gedreht, wonach eine Rückschaltung des Ventils V5 in Stellung 0 und gleichzeitig eine Steigerung des Fördervolumens der Pumpe P nach einer vorgegebenen Zeitrampe erfolgt. Beim Hochlauf des Vibrators bis auf die Arbeits-Drehfrequenz wird der Motor M2 mitgeschleppt, ohne daß an ihm ein Druckgefälle als antreibendes Drehmoment wirksam würde. Dies ist bedingt da- durch, daß am Eingang von Motor M2 der Druck absinkt, weil der am Ausgang des Motors M1 austretende Volumenstrom infolge motorinterner Leckage kleiner ist als der am Eingang eintretende. Fig 3a zeigt die eingestellte Minimalstellung nach Erreichen der Arbeits-Drehfrequenz, welche Minimalstellung vom Vibrator selbsttätig eingehalten wird.
Die Verstellung des Phasenwinkels ß von der Minimalstellung auf die Maximalstellung bei eingestellter Arbeits-Drehfrequenz erfolgt durch die am Eingang von Motor M2 vorgenommene Aufschaltung eines (im Vergleich zu dem während der Minimalstellung am Eingang von Motor M2 vorhandenen Drucke) erhöhten Verstelldruckes in der Stellung 1 des Ventiles V6. Dadurch werden zugleich an den Teil-Unwuchtköφem der einen Art (U1-1, U1- 2) Verstell-Brems-Drehmomente und an den Teil-Unwuchtköφem der anderen Art Verstell- Beschleunigungs-Drehmomente wirksam. Die dabei erreichte Maximalstellung ist in Figur 3b dargestellt.
Die Maximalstellung wird gegen den Einfluß von Rückstell-Drehmomenten gesichert unter Anwendung des gleichen Prinzips, welches zur Einstellung der Maximalstellung diente. Dabei wird mit Stellung 1 des Ventils V6 am Eingang von Motor M2 ein anderer spezieller Verstelldruck pAdj,-2 aufgeschaltet, dessen Höhe ausreichend ist, um eine Rückstellung zu verhindern. Die Höhe des Verstelldruckes PM -2 ist angepaßt an die Betriebssituation unter Einsatz eines besonderen Steuerungs-Algorithmus zur Erzeugung eines variablen Steuerungs- Signals für das Druckregelventil Vpc.
Die Rückstellung des Phasenwinkels ß von der Maximalstellung zur Minimalstellung bei eingestellter Arbeits-Drehfrequenz erfolgt durch kurzzeitige Aufschaltung des bereits erwähnten speziellen Verstelldruckes mit V6 in Stellung 2 am Ausgang des Motors M2. Durch diese Maßnahme wird am Motor M2 ein Bremsmoment entwickelt. Alternativ könnte man auch am Eingang des Motors M1 einen dort überhöht wirkenden Druck aufschalten, um den Motor M1 zu beschleunigen. Es genügt im Prinzip für die Rückstellung des Phasenwinkels ß von der Maximalstellung zur Minimalstellung, die entsprechend notwendige Relativ-Verdre- hung der Teil-Unwuchtköφer nur einzuleiten. Sobald der Phasenwinkel ß in den Bereich 0°
< ß < 180° verstellt worden ist, wird keine externe Hilfskraft mehr benötigt, weil der Vibrator
5 nun infolge der Wirkung der Reaktions-Drehmomente MRQ eine selbständige Rückstellung auf die Minimalstellung durchführt.
Die Einhaltung der Minimalstellung beim Vorgang der von der Arbeits-Drehfrequenz ausgehenden Stillsetzung des Vibrators geschieht wie folgt: Es erfolgt eine Reduzierung des Vo-
10 lumenflusses der Pumpe P nach vorgegebener Zeitrampe bis zum Wert Null. Gleichzeitig mit der Reduzierung wird mit Stellung 1 des Ventiles V6 ein niedriger Druck pMi,-3 ≥ Pchargβ auf den Eingang des Motors M2 geschaltet. Durch die Reduzierung des Volumenflusses der Pumpe P wird der Motor M2 abgebremst, während der Motor M1 versucht, vorzulaufen. Die besondere Eigenschaft am Druckregelventil Vpc sorgt dafür, daß am Ausgang des Motors 1
15 ein Druck höher als der eingestellte Druck pAdj,-3 dadurch abgebaut wird, daß ein Volumenstrom durch das Ventil V6 rückwärts fließt. Dadurch kann sich am Motor M1 kein Bremsdruck aufbauen und das Abbrems-Drehmoment der Teil-Unwuchtköφer U1-1 und U1- 2 wird über den Anschlag C gegen den Motor M2 abgestützt.
20 Auch für den Vibrator gemäß der Fig. 3 mit hintereinander geschalteten Hydraulikmotoren gilt, daß im Vergleich zum Stand der Technik die Motoren wegen ihrer geringeren Belastung kleinere Dimensionen aufweisen können.
Figur 4 zeigt die Verköφerung eines Richtvibrators mit auf einer Unwuchtwelle 400 konzen- 25 trisch angeordneten und relativ zueinander um einen Verstellwinkel Δß (= 180°) verstellbaren Teil-Unwuchtköφem unterschiedlicher Art. In Fig. 4a ist ein vertikaler Schnitt durch die Drehachse der Unwuchtwelle 400 dargestellt, bei welchem die Teil-Unwuchtköφer 403a und 403b einer in Fig.4b mit B-B gekennzeichneten Schnittführung folgen, während alle anderen Teile der in Fig.4b mit C-C markierten Schnittführung entsprechen. Die in Fig. 4a ge- 30 zeigte Einstellung des Phasenwinkels entspricht einer Maximalstellung, bei der jedoch die mögliche mechanische Verriegelung dieser Position noch nicht eingeschaltet ist. Der Einfachheit halber wurden in Fig 4 Schrauben zur Verbindungen unterschiedlicher Teile durch Mittelpunktslinien (z.B. 434) ersetzt. Mit der in in Fig. 4 dargestellten Anordnung kann ein Vibrator mit zwei Versionen betrieben werden. In einer Version 1 werden die Unwuchtwellen 35 400 und 400' unmittelbar von zwei koaxial zu ihnen angeordneten Hydraulikmotoren M4 und M5 angetrieben, wie in Fig. 4b schematisch dargestellt ist. Für diese Version könnten eines oder beide der durch Strich-Punkt-Linien dargestellten Zahnräder 424 und 426 prinzipiell entfallen, da eine Synchronführung nach der Verriegelung der Teil-Unwuchtköφer von selbst eintritt und auch noch gestützt werden kann mit dem Fachmann bekannten anderweitigen Steuerungsmitteln für die Drehwinkel der Motoren. In der später beschriebenen Ver- 5 sion 2 erfolgt der Antrieb der Unwuchtwellen entsprechend einem in Fig. 2 gezeigten Schema.
In Fig. 4a ist dargestellt: Eine Unwuchtwelle 400 ist mittels Wälzlagern 436 und 436' in einem Gehäuse 402 gelagert. An der rechten Seite ist die Unwuchtwelle mit einer Bohrung
10 438 mit einer speziellen Innenverzahnung versehen, in welche Bohrung das mit entsprechender Außenverzahnung versehene Wellenende 432 eines Hydraulikmotors M4 eingeführt ist. Der rechts von der Trennlinie 440 liegende und von dem Adapterflansch 442 getragene Motor M4 ist durch eine Mittellinie symbolisiert. Am linken Ende trägt die Unwuchtwelle eine Drehdurchführung 444, welche mit einem Rohr 446 verbunden ist, über welches, von
15 einem (nicht gezeigten) hydraulischen Schaltorgan gesteuert, ein Druckfluid sowohl unter Druck zugeführt, als auch drucklos zurückgeführt werden kann. Ein Teil-Unwuchtköφer der einen Art 401 ist mit Hilfe zweier Paßfedern drehmomentübertragend mit der Unwuchtwelle 400 verbunden, während die beiden Teile 403a bzw. 403b des Teil-Unwuchtköφers anderer Art unter Beteiligung der Nadellager 404 bzw. 408 relativ zur Unwuchtwelle verdrehbar ge-
20 lagert sind. Eine Flanschbuchse 410 zur Aufnahme des Zahnrades 426 ist ebenfall mit Hilfe einer Paßfeder 422 drehfest mit der Unwuchtwelle 400 verbunden. Teil 403a, welches an seiner linken Seite ein zweites Zahnrad 424 trägt, ist mit Teil 403b mittels eines Anschlag- bolzens 427 verbunden, welcher sowohl zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen beiden Teilen dient, als auch als Anschlagorgan zur Bildung zweier Anschläge zur Begren-
25 zung der Relativ-Verdrehung der Teil-Unwuchtköφer unterschiedlicher Art.
Die beiden Anschläge werden gebildet bei Kontaktierung des Anschlagbolzens 427 mit einer der beiden Anschlagflächen 428 und 430 (Fig. 4b), welche Anschlagflächen am Teil-Unwuchtköφer der einen Art 401 verköφert sind. Wie aus Fig.4b entnommen werden kann,
30 wird die in Fig. 4 gezeigte Maximalstellung bzw. der dazu gehörige Phasenwinkel ß = 0° definiert durch den einen Anschlag, bei welchem der Anschlagbolzen 427 in Kontakt mit der Anschlagfläche 428 ist. Von diesem Anschlag ausgehend, wird nach einer Relativ-Verdrehung der beiden Teil-Unwuchtköφer 401 und 403 um den Winkel Δß der andere Anschlag gebildet, bei welchem der Anschlagbolzen 427 (in dieser Stellung mit 427' bezeichnet) in
35 Kontakt mit der Anschlagfläche 430 ist und bei welchem Anschlag die Minimalstellung bei einem Phasenwinkel von ß = 180° eingestellt ist. Die Teil-Unwuchtköφer 401 und 403 können sowohl in der Minimalstellung als auch in der Maximalstellung mit einer schaltbaren mechanischen Verriegelung in ihrer Relativlage fixiert werden unter Beteiligung der in ihren Aufnahmebohrungen axial verschiebbaren drei Teile: 5 Treibbolzens 450, Riegelbolzen 452 und Büchse 454. Die Verriegelung wird veranlaßt durch das Herausfahren des auf seiner linken Seite im Zylinder 466 mit dem Duckfluid beaufschlagbaren Treibbolzens 450, welcher dabei die beiden anderen Teile nach rechts verschiebt, solange, bis die Büchse 454 auf den Grund ihrer Bohrung aufsetzt. Bei der Verschiebung aller drei Teile übernehmen die Teile 450 und 452 durch ihr Eindringen in die
10 Bohrung des jeweils benachbarten Teiles eine Verriegelungsfunktion. Die Aufhebung der Verriegelung erfolgt dadurch, daß das Druckfluid auf der linken Seite des Treibbolzens 450 drucklos geschaltet wird, wodurch es der Feder 456 ermöglicht wird, alle drei Teile wieder in die gezeichnete Ausgangslage zu verschieben. Die beschriebene Verriegelungsfunktion kann auch erfolgen, wenn der Teil-Unwuchtköφer 401 relativ zu dem Teil-Unwuchtköφer
15 403 aus der gezeichneten Maximalstellung heraus um den Verstellwinkel Δß (z.B. 180°) in die Minimalstellung verstellt wird. Nach einer derartigen Verstellung gelangt der Riegelbolzen 458 an die Stelle des Riegelbolzens 452, und umgekehrt.
Aus Fig. 4b kann entnommen werden: Die zweite Unwuchtwelle 400' ist mit den von ihr ge- 0 tragenen Teilen baugleich zur Unwuchtwelle 400 aufgebaut, jedoch spiegelsymmetrisch zur Symmetrieachse 460, und mit einem Achsabstand derart, daß die jeweils beiden Zahnräder miteinander kämmen. Die Mittellinie 432 symbolisiert die koaxiale Verbindung der Unwuchtwelle 400 mit dem Motor M4 und die Mittellinie 432' die koaxiale Verbindung der Unwuchtwelle 400' mit dem Motor M5. Das Schema der hydraulischen Schaltung 462 zeigt, daß die 5 (gleichgroßen) Motoren M4 und M5 parallel an eine im geschlossenen Kreislauf betriebene Pumpe P angeschlossen sind. Die Pumpe P ist bezüglich des von ihr geförderten Volumenstromes variabel einstellbar. Zwecks Variation der Vibrator-Drehfrequenz kann sie kontinuierlich verstellt werden. Die Verstellung des Volumenstromes kann jedoch auch sprunghaft geschehen, um damit an den Motoren Drehmoment-Sprünge erzeugen zu können, welche 30 in Form von Verstell-Brems-Drehmomenten oder Verstell-Beschleunigungs-Drehmomenten zur Verstellung des Phasenwinkels ß dienen.
Der zwischen Minimalstellung und Maximalstellung liegende Verstellwinkel Δß muß nicht zwangsläufig 180° betragen. Ausgehend von einer Minimalstellung ß = 180° kann bei Ver- 35 wendung eines Verstellwinkels Δß > 180° mit einer "Überverstellung" eine Maximalstellung bei einem Phasenwinkel ß < 0° erreicht werden, bei welchem sich auf Grund der dann um- gekehrten Wirkrichtungen der Reaktions-Drehmomente MRQ eine selbsttätige Einhaltung der Maximalstellung ergibt. Bei Benutzung eines Verstellwinkels Δß < 180° wird eine Maximalstellung bei einem Phasenwinkel ß > 0° erreicht. Bei Verzicht auf eine künstliche Fixierung dieser Maximalstellung erfolgt, bedingt durch die Wirkung der Reaktions-Drehmomente MRQ, in diesem Falle eine automatische Rückstellung des Vibrators in die Minimalstellung. Wie durch die mit Strichlinien 480 und 480' gezeichneten Organe in Fig.4b angedeutet ist, könnten die Anschläge auch mit Dämpfungsfunktionen ausgestattet sein. Die Organe 480 bzw. 480' könnten z.B. Kolben von hydraulischen Dämpfern sein, welche in den Teil-Unwuchtköφern 401 bzw. 401' in einer Ebene senkrecht zu deren Drehachsen angeordnet sind.
Die Betriebsweise eines Vibrators nach der Version 1 ist folgende: Im Stillstand des Vibrators hängen alle Teil-Unwuchtköφer nach unten und bilden bei ausgeschalteter Verriegelung automatisch eine Maximalstellung. Bei dem durch eine Verstellung des Volumenstro- mes der Pumpe P nach einer Zeitrampe von Null an erfolgenden gleichzeitigen Start der Motoren ist nach etwa einer halben Umdrehung (in Richtung der Pfeile ω1) der Teil-Unwuchtköφer 401, 401' (nur diese werden zunächst gedreht) die Minimalstellung erreicht (Anschlagbolzen 427' an Anschlagfläche 430), welche Minimalstellung infolge des sich entwickelnden Beschleunigungs-Verstell-Drehmomentes und bei höherer Drehzahl infolge des Bestrebens der Selbsteinstellung auf eine Minimalstellung auch noch nach Erreichen der Arbeits-Drehfrequenz eingehalten wird. Nach Erreichen der Arbeits-Drehfrequenz wird durch einen Schaltvorgang an der Pumpe der Pumpen-Volumenstrom kurzzeitig abgesenkt, wodurch an den Teil-Unwuchtköφem 401 kurzzeitig ein Verstell-Brems-Drehmoment entwickelt wird. Durch sein polares Massenträgheitsmoment bedingt, überholen nun die Teil-Unwucht- köφer403, 403' die Teil-Unwuchtköφer 401, 401' in Richtung des Pfeiles 464 und es kommt zum Anschlag (427 + 428) mit Einnahme der Maximalstellung. Da bereits während des Vorganges der Winkelverstellung der Treibbolzen 450 an seiner linken Seite mit einem unter Druck stehenden Druckfluid belastet worden war, kommt es sogleich nach Einnahme der Maximalstellung zur Verriegelung der Teil-Unwuchtköφer gegeneinander.
Die Rückstellung von der Maximalstellung zur Minimalstellung wird freigegeben durch Druckentlastung des Druckes im Zylinderraum 466. Da eine Maximalstellung bei einem Phasenwinkel von ß > 0° angenommen wird, kommt es nach der Entriegelung infolge der Wirkung der Reaktions-Drehmomente MRQ sofort zur selbständigen Rückstellung des Pha- senwinkels in die Minimalstellung. Die Rückstellung des Phasenwinkels in die Minimalstellung kann alternativ durch eine kurzzeitige Vergrößerung des Volumenstromes der Pumpe P bewirkt werden, wodurch eine Beschleunigung der Teil-Unwuchtköφer 401, 401' erfolgt, oder kann alternativ bei Verwendung wenigstens der beiden Zahnräder 426 und 426' auch dadurch eingeleitet werden, daß kurzzeitig ein Drosselorgan 470 in der Zuleitung zum Motor M4 eingeschaltet wird. Dies verursacht am Motor M4 ein kurzzeitig wirkendes Verstell- 5 Beschleunigungs-Drehmoment, wodurch eine Voreilung der Teil-Unwuchtköφer 401 ,401* relativ zu den Teil-Unwuchtköφem 403,403' eintritt. Beim Vorgang der Stillsetzung des Vibrators aus der Minimalstellung heraus wird zunächst die Verriegelung eingeschaltet. Sodann kommt es bei eingehaltener Verriegelung zur Abbremsung der Motoren durch Reduzierung des Pumpen-Volumenstromes bis auf den Wert Null. Nach erfolgter Stillsetzung
10 kann die Veπiegelung aufgehoben werden. Alternativ könnte ein schnelles Stillsetzen des Vibrators mit gleichzeitiger Umstellung von der Maximalstellung in die Minimalstellung, von der Arbeits-Drehfrequenz ausgehend (z.B. beim Ausfall des Antriebsmotors für die Pumpe) auch dadurch unterstützt werden, daß an den Teil-Unwuchtköφem 403 ein Verstell-Brems- Drehmoment erzeugt wird, und zwar mittels eines (nicht dargestellten) schaltbaren Bremsor-
15 ganes, welches unmittelbar auf eines der Zahnräder 424, 424' einwirkt. Bei Benutzung wenigstens der Zahnräder 426 und 426'kann die Version 1 auch mit nur einem einzigen Motor betrieben werden.
Der Vibrator könnte in einer Version 2 z.B. gemäß der in Fig. 2 gezeigten Anordnung betrie- 20 ben werden. Dabei muß man sich vorstellen, daß die in Fig. 2 gezeigten Zahnräder 280 bzw. 282 den Zahnrädern 426 bzw. 424 der Fig. 4 entsprechen und daß die Motoren M1 und M2 in Fig. 2 mit ihren Zahnrädern 290 bzw. 292 mit den Zahnrädern 426 bzw. 424 in Fig. 4 in Eingriff gebracht werden. In diesem Falle gäbe es folgende Entsprechungen (die Bezugsziffer nach "=" benennt immer das Merkmal in Fig. 2): 401 = U1-2; 403 = U2-2; 427 = 25 216; 428 = 214; 430 = 212; 432 = 242, 432' = 244. Fig. 4a zeigt dabei eine Maximalstellung entsprechend Fig. 2b.
Die Einhaltung des Phasenwinkels in der Maximalstellung (ß = 0°) kann bei allen erfindungsgemäßen Schaltungen auch sicher gegen Stör-Drehmomente dadurch erfolgen, daß
30 bei der Verstellung des Phasenwinkels ß in die Maximalstellung der Phasenwinkel ß = 0° unterschritten wird, was in der Regel auch soviel bedeutet, als daß der Verstellbereich auf einen Wert größer als Δß = 180° eingestellt sein muß. Bei einer derartigen "Überverstellung" wird zwar die eingestellte Amplitude wieder ein wenig kleiner als die theoretisch maximal mögliche Amplitude, jedoch haben sich nach Unterschreitung der
35 Winkelposition ß = 0° die Größenverhältnisse der dann wirksamen Reaktions-Drehmomente MRQ vertauscht. Wie man z.B. aus Figur 2 der WO 97/19765 (unter Berücksichti- gung der dort andersartig vorgenommenen Definition des Phasenwinkels ß) entnehmen kann, steigt die Kurve KA, vom Punkt M aus positiv ansteigend, zwischen dem Punkt E und D noch weiter an, während die Kurve KB in dem Bereich E'-F' weiter abfällt. Da die
Kurven ΔMD das jeweils an den Motoren benötigte Nutz-Drehmoment beschreiben, folgt daraus für die vorliegende Erfindung, daß der gemäß der Kurve KA betriebene Motor
M1 (bzw. M4) auf dem Wege von Punkt M nach Punkt D nach Überschreiten des Punktes E ein höheres Motordrehmoment ΔMD verlangt als Motor M2 (bzw. M5). Da aber z.B. gemäß
Figur 2 der vorliegenden Erfindung beide Motoren M1 und M2 nur ein identisches
Drehmoment abgeben können, führt dies dazu, daß bei einer "Überverstellung" den Teil- Unwuchtköφem U1-1 und U1-2 über die Anschlag-Kupplung C ein Drehmoment zugeführt werden muß, was zu der gewünschten Sicherung der Anschlagstellung führt. Als eine weitere alternative Maßnahme zur Sicherung der Maximalstellung könnte auch vorgesehen werden, die Anschlag-Kupplung C oder die Baugruppe 124 mit einer Hilfsbetätigung derart zu beeinflussen, daß die eingenommene Verstellposition mechanisch gesichert wird, etwa, unter Benutzung der Funktion einer Zahnkupplung.
Anstelle der beschriebenen hydraulischen Abbremsungen könnte man an den Teil- Unwuchtköφem einer Art auch eine mechanische Abbremsung vornehmen, z.B. durch eine Scheibenbremse. Als äquivalente Lösung könnte man ansteile einer kurzzeitigen Ab- bremsung der einen Art von Teil-Unwuchtköφern auch eine abrupte Beschleunigung der einen Art von Teil-Unwuchtköφem vornehmen, wobei an der anderen Art der Teil- Unwuchtköφer ein dynamisches Massen-Drehmoment entwickelt würde, welches die an der anderen Art der Teil-Unwuchtköφer die Verstellung verhindernden Reaktions- Drehmomente MRQ kompensieren könnte. Auch auf diese Weise könnte eine Verstellung des Phasenwinkels ß von einer Minimalstellung in eine Maximalstellung vorgenommen werden. Die Rotationsrichtung der Teil-Unwuchtköφer eines Paares kann, z.B. für den Fa» des Einsatzes der Baugruppe 124, zur Bildung eines Anschlages, sowohl gleichsinnig wie auch gegensinnig sein. Da mit der Versteileinrichtung gemäß der Erfindung eine sehr schnelle Verstellung von der Minimalstellung in die Maximalstellung (und umgekehrt) mög- lieh ist, bietet es sich auch an, den Vibrator intermittierend zu betreiben, mit eingeschalteten Verweilzeiten in der Minimalstellung. Da in der Minimalstellung der Leistungsverbrauch relativ gering ist, ergibt sich durchschnittlich gesehen ein geringerer Leistungsverbrauch für den Vibrator im Arbeitsbetrieb. Dies ermöglicht den Anschluß des Vibrators an Pumpen- Antriebsmotoren von niedrigerer Leistung. Als Anwendungsgebiet für die Erfindung kommen nicht nur Rammvibratoren in Frage, sondern auch andere Arbeitsmaschinen wie z.B. Erdverdichtungsmaschinen oder Rüttler für
Betonsteinmaschinen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Versteileinrichtung für einen Unwucht-Richtvibrator mit den folgenden Merkmalen:
a) es sind wenigstens zwei Paare von zum Umlauf um eine zugeordnete Achse antreibbaren Teil-Unwuchtköφem (U1-1/U2-1, 401/403; U1-2/U2-2, 4017403') vorgesehen, deren vektorisch summierte Teil-Fliehkraftvektoren den resultierenden Fliehkraftvektor bilden, durch dessen Wirkung die Masse des Vibrators in gerichtete Schwingungen versetzt ist,
b) jeweils ein Paar ist gebildet durch einen Teil-Unwuchtköφer der ersten Art (U1-1/U1-2, 401/401' ) und einen Teil-Unwuchtköφer der zweiten Art (U2-1/U2-2, 403/403'), wobei zwischen den zugehörigen Teii-Fliehkraftvektoren der Teil-Unwuchtköφer eines Paares während der Drehung der Teil-Unwuchtköφer ein Phasenwinkel ß definierbar ist, der durch die Verstelleinrichtung verstellbar ist,
c) Der Antrieb zur Rotation der Teil-Unwuchtköφer und/oder zur Verstellung des Phasenwinkels ß ist bewirkt durch den Einsatz von einem oder von mehreren elektrisch oder hydraulisch betriebenen Motoren, mit Ausnahme jener Anordnung, bei welcher für die Verstellung des Phasenwinkels ß im Bereich ß = 180° (ß = 180° entsprechend einer Null- Amplitude) bis ß = 90° oder im Bereich ß = 180° bis ß = 270° zwei hydraulisch hintereinandergeschaltete Hydraulikmotoren vorgesehen sind,
d) die Verstellung des Phasenwinkels ß ist durch eine Relativ-Ve drehung der Teil- Unwuchtköφer der ersten Art relativ zu den Teil-Unwuchtköφem der zweiten Art bewirkt, wobei die für die Verstellung benötigte Verstellenergie von einem oder von mehreren elektrisch oder hydraulisch betriebenen Motoren abgeleitet ist, welche Motoren mit Teil- Unwuchtköφem drehmomentübertragend verbunden sind,
e) Die Versteileinrichtung ist vorgesehen auch zur Durchführung einer Verstellung des Phasenwinkels ß von einer Minimalstellung mit einer Position ß(A) des Phasenwinkels [bei z.B. ß(A) = 180°], bei der die Schwingungsamplituden ein Minimum aufweisen, auf eine Maximalstellung mit einer Position ß(E) des Phasenwinkels [bei z.B. ß(E) = 0°], bei der die Schwingungsamplituden ein Maximum aufweisen, gekennzeichnet dadurch,
- daß die Verstellung des Phasenwinkels ß von einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung bewirkt ist - durch das Einschalten eines an wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der einen Art wirkenden Verstell-Brems-Drehmomentes,
- oder durch das Einschalten eines an wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der anderen Art wirkenden Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes,
- oder durch das Einschalten sowohl des Verstell-Brems-Drehmomentes als auch des Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes,
- und daß die Relativ-Verdrehung bei erreichter Maximalstellung zwangsläufig beendet ist durch einen mechanisch wirkenden Anschlag (114 + 116; 427 + 428), wobei der Anschlag gebildet ist durch zwei sich kontaktierende Organe, von denen das eine (114; 428) drehmomentübertragend verbunden ist mit wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der einen Art (U1-2; 401) und das andere (116; 427) drehmomentübertragend verbunden ist mit wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der anderen Art (U2-2; 403).
2. VerStelleinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, - daß die zum Zwecke der Beteiligung an der Relativ-Verdrehung in Richtung der Maximalstellung erzeugte Abbrems-Energie eines oder mehrerer beteiligter Abbrems- Organe (M1 in Fig. 1 oder M4) dosiert ist durch eine Kombination der Einstellungen für die Größe des Verstell-Brems-Drehmomentes und für die Bremsdauer, wobei die Größe des Verstell-Brems-Drehmomentes und/oder die Bremsdauer konstant oder abhängig ist vom Betrag des zurückgelegten Verstellwinkels (Δß in Fig.4),
- und/oder daß die zum Zwecke der Beteiligung an der Relativ-Verdrehung in Richtung der Maximalstellung erzeugte Beschleunigungs-Energie eines oder mehrerer beteiligter Motoren (M2 in Fig. 1) dosiert ist durch eine Kombination der Einstellungen für die Größe des Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes und für die Beschleunigungdauer, wobei die Größe des Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes und/oder der Beschleunigungsdauer konstant oder abhängig ist vom Betrag des zurückgelegten Verstellwinkels (Δß in Fig. 4).
3. VerStelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteileinrichtung vorgesehen ist zur Durchführung wenigstens einer der folgenden beiden Funktionen: a) Die Relativ-Verdrehung in Richtung der Maximalstellung ist unter Beteiligung der
Abbremsung (durch M1 in Fig. 2) einer oder mehrerer Teil-Unwuchtköφer einer Art und/oder unter Beteiligung der Beschleunigung (durch M2 in Fig.3) einer oder mehrerer Teil-Unwuchtköφer der anderen Art nur derart durchführbar, daß die Relativ-Verdrehung mit dem Verlassen der Minimalstellung begonnen ist und daß die Relativ-Verdrehung durch das Erreichen des Maximal-Anschlages (214 + 216; 314 + 316) beendet ist,
b) die Maximalstellung ist nach Beendigung der Relativ-Verdrehung gegen den Einfluß von Rückstell-Drehmomenten (MRQ-2 in Fig. 1) eingehalten durch den Einsatz wenigstens eines der folgenden Mittel:
- Durch Einwirkung von Reaktions-Drehmomenten (MRQ-1; MRQ-2 in Fig. 1), durch welche nach Überschreiten des Phasenwinkels ß = 0° in Richtung negativer Phasenwinkel der Maximal-Anschlag (114 + 116; 427 + 428) in Richtung negativer Phasenwinkel belastet ist,
- durch Einwirkung eines von einem Motor (M2 in Fig. 2) abgeleiteten Drehmomentes, durch welches das Anschlagorgan der einen Art (214) des Maximal-Anschlages in Richtung negativer Phasenwinkel belastet ist, welcher Motor mit wenigstens einem Teil- Unwuchköφer einer anderen Art (U2-2) drehmomentübertragend verbunden ist, - durch Einwirkung einer mechanisch wirkenden Veniegelung (450 + 452 + 454), mit der die Teil-Unwuchtköφer der einen und anderen Art in der Position ß(E) des Phasenwinkels relativ zueinander fixiert sind.
4. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteileinrichtung vorgesehen ist zur zusätzlichen Durchführung wenigstens einer der folgenden beiden Funktionen:
a) Eine Minimalstellung mit einer Position ß(A) des Phasenwinkels ist eingestellt oder eingehalten bereits während des Veriassens der Ruhestellung des Vibrators bei einer Drehfrequenz niedriger als die Arbeits-Drehfrequenz durch den Einsatz wenigstens eines der folgenden Mittel:
- Durch eine mit Hilfsenergie schaltbare Verriegelung (450 + 452 + 454) der Relativstellung der Teil-Unwuchtköφer der einen und der anderen Art,
- durch einen dynamisch hergestellten Minimal-Anschlag, bei welchem Minimal-Anschlag zwei Anschlagorgane (112, 116) dadurch zum gegenseitigen Kontakt mit Kontaktkraft- Übertragung von einem Organ zum anderen gebracht sind, daß zumindestens beim Vorgang des Anlaufes aus dem Stillstand das dem Antrieb (M1 in Fig. 1) der Teil- Unwuchtköφer der einen Art dienende Drehmoment größer ist als das dem Antrieb (M2 in Fig. 1) der Teil-Unwuchtköφer der anderen Art dienende Drehmoment,
- durch eine besondere elektrische oder hydraulische Schaltung (300, 462) zur Beeinflussung der Drehbewegungen der mit Teil-Unwuchtköφem der einen Art und/oder der anderen Art verbundenen Motoren beim Start der Vibratordrehung beim Verlassen der Stillstands-Situation, wobei durch die besondere elektrische oder hydraulische Schaltung eine zeitlich begrenzte unterschiedliche Drehmomentenentwicklung an den Motoren bewirkt ist, - oder durch Ausnutzung des Effektes, daß der Vibrator von selbst bestrebt ist, die Minimalstellung einzuhalten,
b) eine Minimalstellung ist eingehalten beim Vorgang der von der Arbeits-Drehfrequenz ausgehenden Stillsetzung des Vibrators durch den Einsatz von wenigstens einem der folgenden Mittel:
- Durch Abbremsung aller Motoren (M1 + M2 in Fig.2) mit einem gleichgroßen Motordrehmoment wenigstens zu Beginn der Abbremsung,
- durch Einsatz einer mit Hilfsenergie schaltbaren Verriegelung (450 + 452 + 454) der Relativstellung der Teil-Unwuchtköφer der einen und der anderen Art in der Minimalstellung,
- durch Einhaltung der Kontaktierung der Anschlagflächen eines Minimal-Anschlags (212 + 216) dadurch, daß beim Vorgang des Stillsetzens des Vibrators das abbremsende Drehmoment des Motors (M2 in Fig. 2) der anderen Art größer ist als das abbremsende Drehmoment des Motors (M1 in Fig. 2) der einen Art, - durch Nutzung des Effektes, daß der Vibrator von selbst bestrebt ist, die Minimalstellung einzuhalten.
5. VerStelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein (M4) oder mehrere (M1 + M2 in Fig. 2) Motoren vorgesehen sind sowohl zur Übertragung von Antriebsleistung auf den Vibrator als auch zur Erzeugung eines Verstell-Brems- Drehmomentes oder eines Verstell-Beschleunigungs-Momentes, welches Verstell-Brems- Drehmoment wirksam sein kann
- an der einen Art von Teil-Unwuchtköφem zum Zwecke der Verstellung des Phasenwinkels von einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung (M1 in Fig. 2), - oder an der anderen Art von Teil-Unwuchtköφem zum Zwecke der Verstellung des Phasenwinkels von einer Maximalstellung auf eine Minimalstellung (M2 in Fig. 2), und wobei den Motoren wahlweise eine der folgenden Funktionen zugeordnet ist:
- Der oder die Motoren (M4 oder M4 + M5 in Fig. 4) sind nur verbunden mit der einen Art von Teil-Unwuchtköφem (401 oder 401 + 401'),
- die Motoren (M4 + M5 in Fig. 4) sind nur verbunden mit der einen Art von Teil- Unwuchtköφem und jedem Paar von Teil-Unwuchtköφem (401/403; 4017403') ist ein eigener Motor (M4; M5 in Fig. 4) zugeordnet,
- Wenigstens ein Motor der einen Art (M1 in Fig. 2) ist verbunden mit einem Teil- Unwuchtköφer der einen Art (U1-2) und wenigstens ein Motor der anderen Art (M2 in Fig. 2) ist verbunden mit einem Teil-Unwuchtköφer der anderen Art (U2-2).
6. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximal-Stellung auch einen Phasenwinkel im Bereich zwischen ß(E) gleich +90° und ß(E) größer oder gleich 0° oder im Bereich negativer Werte zwischen ß(E) kleiner oder gleich 0° und ß(E) gleich -90° umfaßt.
7. VerStelleinrichtung für einen Unwucht-Richtvibrator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , in welchem Oberbegriff das Merkmal c) durch das nachfolgende Merkmal f) ersetzt ist:
f) Der Antrieb zur Rotation der Teil-Unwuchtköφer und/oder zur Verstellung des Phasenwinkels ß ist bewirkt durch den Einsatz von einem oder von mehreren elektrisch oder hydraulisch betriebenen Motoren, bei welchem Antrieb für die Verstellung des Phasenwinkels ß im Bereich ß = 180° (ß = 180° entsprechend einer Null-Amplitude) bis ß = 90° oder im Bereich ß = 180° bis ß = 270° wenigstens zwei hydraulisch hintereinander geschaltete Hydraulikmotoren vorgesehen sind,
gekennzeichnet dadurch
- daß die Verstellung des Phasenwinkels ß von einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung bewirkt ist
- durch das Einschalten eines an wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der einen Art wirkenden Verstell-Brems-Drehmomentes durch die Aufschaltung eines erhöhten Verstelldruckes am Ausgang des zugeordneten Hydraulikmotors (M1 in Fig. 3), - oder durch das Einschalten eines an wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der anderen Art wirkenden Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes durch die Aufschaltung eines erhöhten Verstelldruckes am Eingang des zugeordneten Hydraulikmotors (M2 in
Fig. 3), - oder durch das Einschalten sowohl des Verstell-Brems-Drehmomentes als auch des
Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes durch die Aufschaltung eines erhöhten
Verstelldruckes sowohl am Ausgang des einen als auch am Eingang des anderen zugeordneten Hydraulikmotors (M1 , M2 in Fig. 3),
- daß die Relativ-Verdrehung bei erreichter Maximalstellung zwangsläufig beendet ist durch einen mechanisch wirkenden Anschlag (314 + 316; 427 + 428), wobei der Anschlag gebildet ist durch zwei sich kontaktierende Organe, von denen das eine (314; 428) drehmomentübertragend verbunden ist mit wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der einen Art (U1-2; 401) und das andere (316; 427) drehmomentübertragend verbunden ist mit wenigstens einem der Teil-Unwuchtköφer der anderen Art (U2-2; 403),
- und daß die VerStelleinrichtung vorgesehen ist zur zusätzlichen Durchführung wenigstens einer der folgenden beiden Funktionen: a) Eine Minimalstellung mit einer Position ß(A) des Phasenwinkels ist eingestellt oder eingehalten bereits während des Veriassens der Ruhestellung des Vibrators bei einer Drehfrequenz niedriger als die Arbeits-Drehfrequenz durch den Einsatz wenigstens eines der folgenden Mittel:
- Durch eine mit Hilfsenergie schaltbare Veπiegelung (450 + 452 + 454) der Relativstellung der Teil-Unwuchtköφer der einen und der anderen Art, - durch einen dynamisch hergestellten Minimal-Anschlag, bei welchem Minimal-Anschlag zwei Anschlagorgane (312, 316) dadurch zum gegenseitigen Kontakt mit Kontaktkraft- Übertragung von einem Organ zum anderen gebracht sind, daß zumindestens beim Vorgang des Anlaufes aus dem Stillstand das dem Antrieb (M1 in Fig. 3) der Teil- Unwuchtköφer der einen Art dienende Drehmoment größer ist als das dem Antrieb (M2 in Fig. 3) der Teil-Unwuchtköφer der anderen Art dienende Drehmoment,
- durch eine besondere hydraulische Schaltung (300, 462) zur Beeinflussung der Drehbewegungen der mit Teil-Unwuchtköφem der einen Art und/oder der anderen Art verbundenen Motoren (M1 ,M2 in Fig. 3) beim Start der Vibratordrehung beim Verlassen der Stillstands-Situation, wobei durch die besondere hydraulische Schaltung eine zeit- lieh begrenzte unterschiedliche Drehmomentenentwicklung an den Motoren bewirkt ist,
- oder durch Ausnutzung des Effektes, daß der Vibrator von selbst bestrebt ist, die Minimalstellung einzuhalten. b) Eine Minimalstellung ist eingehalten beim Vorgang der von der Arbeits-Drehfrequenz ausgehenden Stillsetzung des Vibrators durch den Einsatz von wenigstens einem der folgenden Mittel: - Durch Abbremsung aller Motoren (M1 + M2 in Fig.2) mit einem gleichgroßen Motordrehmoment wenigstens zu Beginn der Abbremsung,
- durch Einsatz einer mit Hilfsenergie schaltbaren Veniegelung (450 + 452 + 454) der Relativstellung der Teil-Unwuchtköφer der einen und der anderen Art in der Minimalstellung, - durch Einhaltung der Kontaktierung der Anschlagflächen eines Minimal-Anschlags (312 + 316) dadurch, daß beim Vorgang des Stillsetzens des Vibrators das abbremsende Drehmoment des Motors (M2 in Fig. 3) der anderen Art größer ist als das abbremsende Drehmoment des Motors (M1 in Fig. 3) der einen Art,
- durch Aufschaltung eines Verstelldruckes, wirksam am Ausgang eines der Hydraulik- motoren (M2 in Fig. 2 oder 3) und/oder am Eingang des anderen Hydraulikmotors (M1 in Fig. 2 oder 3),
- durch Nutzung des Effektes, daß der Vibrator von selbst bestrebt ist, die Minimalstellung einzuhalten.
8. Versteileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Versteileinrichtung vorgesehen ist zur Durchführung wenigstens einer der folgenden beiden Funktionen:
a) Die Relativ-Verdrehung in Richtung der Maximalstellung ist unter Beteiligung der Abbremsung (durch M1 in Fig. 3) einer oder mehrerer Teil-Unwuchtköφer einer Art und/oder unter Beteiligung der Beschleunigung (durch M2 in Fig. 3) einer oder mehrerer Teil-Unwuchtköφer der anderen Art nur derart durchführbar , daß die Relativ-Verdrehung mit dem Verlassen der Minimalstellung begonnen ist und daß die Relativ-Verdrehung durch das Erreichen des Maximal-Anschlages (314 + 316) beendet ist, b) die Maximal-Stellung ist nach Beendigung der Relativ-Verdrehung gegen den Einfluß von Rückstell-Drehmomenten (MRQ-2 in Fig. 3) eingehalten durch den Einsatz wenigstens eines der folgenden Mittel: - Durch Einwirkung von Reaktions-Drehmomenten (MRQ-1; MRQ-2 in Fig. 3), durch welche nach Überschreiten des Phasenwinkels ß = 0° in Richtung negativer Phasenwinkel der Maximal-Anschlag (314 + 316; 427 + 428) in Richtung negativer Phasenwinkel belastet ist, - durch Einwirkung «ines von einem Motor (M2 in Fig. 3) abgeleiteten Drehmomentes, durch welches das Anschlagorgan der einen Art (314) des Maximal-Anschlages in Richtung negativer Phasenwinkel belastet ist, welcher Motor mit wenigstens einem Teil- Unwuchköφer einer anderen Art (U2-2) drehmomentübertragend verbunden ist, 5 - durch Einwirkung einer mechanisch wirkenden Verriegelung (450 + 452 + 454), mit der die Teil-Unwuchtköφer der einen und anderen Art in der Position ß(E) des Phasenwinkels relativ zueinander fixiert sind.
9. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die 10 Verstellung des Phasenwinkels ß auf eine Minimalstellung beim Start des Vibrators oder von einer Minimalstellung auf eine Maximalstellung bei eingestellter Arbeits-Drehfrequenz durch das Einschalten eines Verstell-Brems-Drehmomentes und/oder eines Verstell- Beschleunigungs-Drehmomentes unter Einsatz eines oder mehrerer hydraulischer Motoren (M1 , M2 in Fig. 2) bewirkt ist dadurch, daß ein Verstell-Brems-Drehmoment durch das
15 Einschalten oder Steuern der Veränderung des Strömungsquerschnitts eines vom
Volumenstrom wenigstens eines Motors (M2 in Fig. 2) durchströmten Organes (200) erzeugt ist, wobei die Wirkung der eingeschalteten oder gesteuerten Veränderung des Strömungsquerschnitts nicht bestimmt ist zur Einsteilung eines vorgebbaren und ohne Beanspruchung eines Anschlages einnehmbaren Phasenwinkels ß, und wobei das durchströmte Organ
20 (200) ausgebildet ist als eine Drossel oder als ein zusätzlich vorhandener Motor, welcher veränderbar ist bezüglich des ihn durchströmenden Volumenstromes.
10. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten eines Verstell-Brems-Drehmomentes oder das Einschalten eines Verstell-
25 Beschleunigungs-Drehmomentes derart ausgeführt ist, daß die Größe des Verstell-Brems- Drehmomentes oder des Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes von einer Anfangsgröße auf eine Endgröße geändert ist als vorgebbare Funktion einer Zeit oder einer anderen Variablen.
30 11. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil-Unwuchtköφer einer Art (U1-2, 401) und der Teil-Unwuchtköφer anderer Art (U2-2, 403') eines jeden Paares mit konzentrisch zusammenfallenden Drehachsen, vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle (400), gelagert sind.
35 12. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Teil-Unwuchtköφer der einen Art (U1-1/U1-2; 401/401') und/oder der anderen Art (U2-1/U2- 2; 403/403'), welche Teil-Unwuchtköφer zu unterschiedlichen Paaren gehören, durch den Einsatz von Getriebemitteln, bevorzugt durch den Einsatz von Zahnrädern (426, 426'), zwangssynchronisiert sind.
13. VerStelleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine umlaufende Anschlageinrichtung (100) mit folgenden Merkmalen vorgesehen ist: -Die Anschlageinrichtung (100) ist in ihrer Gesamtheit um eine Achse (130) drehbar gelagert und ist mit zwei um die Achse drehbaren Zahnrädern (132, 134) ausgestattet.
- Über das eine Zahnrad (134) ist eine drehmomentübertragende Verbindung mit den Teil- Unwuchtköφem der einen Art (U 1 -1 ) und über das andere Zahnrad (132) ist eine drehmomentübertragende Verbindung mit den Teil-Unwuchtköφem der anderen Art (U2-1) hergestellt.
- Die Anschlageinrichtung beinhaltet wenigstens zwei relativ zueinander verdrehbare Anschlagorgane, von denen das eine mit dem einen Zahnrad und das andere mit dem anderen Zahnrad verbunden ist, wobei durch die Verdrehbarkeit (138) der Anschlagorgane wenigstens zwei Drehwinkel-Anschlagstellungen herstellbar sind.
- Mit der einen Drehwinkel-Anschlagstellung ist eine Minimalstellung (Fig. 1a) einstellbar und mit der anderen Drehwinkel-Anschlagstellung, deren Anschlag-Drehwinkel auch variabel ausführbar ist, ist eine Maximaistellung (Fig. 1 b) einstellbar.
14. VerStelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die VerStelleinrichtung eingerichtet ist zur Herstellung unterschiedlicher statischer Momente durch den Einsatz wenigstens einer der nachfolgenden Merkmalskombinationen:
- Der Vibrator ist ausgestattet mit einem ersten und einem zweiten Doppel-Paar von Teil- Unwuchtköφem, wobei beide Paare eines jeden Doppel-Paares (401/403 + 4017403') zum gegensinnig synchronen Umlauf (ω1 in Fig. 4b) antreibbar sind, und wobei die Minimalstellung (427' + 430) und die Maximalsteliung (427 + 428) für jedes Doppel-Paar getrennt und unterschiedlich einstellbar ist. Zwei unterschiedliche statische Momente sind einstellbar dadurch, daß in dem einen Falle das eine Doppel-Paar auf eine Maximalstellung eingestellt ist, während gleichzeitig das andere Doppel-Paar auf eine Minimalstellung eingestellt ist und daß in dem anderen Falle beide Doppel-Paare auf eine Maximalstellung eingestellt sind.
- Der Vibrator ist ausgestattet mit einer mittels einer Hilfsenergie schaltbaren mechanischen Verriegelung (450, 452,454) der Relativstellung der Teil-Unwuchtköφer der einen und der anderen Art für die Fixierung in unterschiedlichen Maximalstellungen. Der Einsatz der mechanischen Verriegelung (450, 452,454) ist bei Einnahme wenigstens einer der Maximalstellungen realisiert unter Verzicht auf die Funktion eines Maximal-Anschlags (427 + 428). Unterschiedliche Maximaisteliungen sind durch Manipulierung der Schaltzeiten für die Ein- und/oder Auschaltung der Hilfsenergie ausgewählt.
5 - Der Vibrator ist ausgestattet mit zwei unterschiedlichen Anschlägen für zwei unterschiedliche Maximalstellungen mit zwei unterschiedlichen Phasenwinkeln ß, welche unterschiedlichen Maximalstellungen einstellbar sind unter Umkehrung der Drehrichtung aller Teil-Unwuchtköφer.
10 15. VerStelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt zweier Paare von Teil-Unwuchtköφem 3 oder mehr Paare vorgesehen sind, wobei ein mit 3 Paaren ausgestatteter Vibrator vorzugsweise als Senkrechtvibrator mit übereinander liegenden 3 Paaren ausgebildet ist.
15 16. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das durch einen hydraulischen Motor realisierte Einschalten eines Verstell-Brems- Drehmomentes oder Einschalten eines Verstell-Beschleunigungs-Drehmomentes bewirkt ist durch die Veränderung des Verdrängervolumens einer hydraulischen Maschine, deren durchfließender Volumenstrom wenigstens zum Teil gleichzeitig auch von dem
20 hydraulischen Motor durchflössen ist.
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