EP2881516A1 - Bodenverdichtungsmaschine - Google Patents
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- EP2881516A1 EP2881516A1 EP14004040.3A EP14004040A EP2881516A1 EP 2881516 A1 EP2881516 A1 EP 2881516A1 EP 14004040 A EP14004040 A EP 14004040A EP 2881516 A1 EP2881516 A1 EP 2881516A1
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- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/02—Improving by compacting
- E02D3/026—Improving by compacting by rolling with rollers usable only for or specially adapted for soil compaction, e.g. sheepsfoot rollers
Definitions
- the invention relates to a soil compaction machine, in particular a vibratory compactor comprising a vibration exciter with two juxtaposed parallel unbalanced shafts and with a drive device for the imbalance shafts.
- Construction machinery for soil compaction or soil compacting machines are used wherever an increase in the density of the substrate is desired. This applies in particular to the compaction of asphalt, earth, gravel, sand, etc. This is the case, for example, regularly in road, path and track construction, and this list is by no means to be understood as limiting.
- ground compaction machines have a vibration means, via which the ground can be introduced compacting load pulses into the surface of the ground.
- a vibration means usually comprises a vibration exciter and a ground contact device.
- vibratory compactors vibrating plates, with a plate as ground contact device, and vibrating rollers, with a hollow-cylindrical drum as ground contact device, are particularly to be mentioned, which are particularly preferred developments of the present invention.
- Such vibratory rollers can be self-propelled or hand-guided. Specifically, it may in particular be, for example, so-called compactors or tandem rollers.
- the vibration exciters used are specially developed for this application "compaction of the ground surface" and optimally adapted to the structural conditions and the intended use of construction machinery for soil compaction. This concerns in particular the interpretation of the Here usable vibration exciter with regard to their operating variables, such as vibration frequency, vibration amplitude, etc.
- a vibratory roller is known in the bandage, a vibration generator is installed, which has two parallel counter-rotating unbalanced shafts. These are arranged opposite each other with respect to the center axis of the bandage in the bandage and connected to each other via a mechanical coupling in the form of a gear transmission.
- the drive of the two imbalance shafts via a motor which acts on one of the imbalance shafts, while the other imbalance shaft is rotated via the gear transmission in rotation.
- a vibratory plate and a hand-guided soil compaction roller are for example from EP 2 743 402 A2 known.
- phase position of the two imbalance shafts is changed by means of an adjusting device to each other.
- the change of the phase position is effected by an adjustment of the angular position of an imbalance shaft with respect to the other imbalance shaft.
- a hydraulically axially displaceable adjusting spiral is present at the respective imbalance shaft, with which an axial control movement is converted into a rotational movement.
- the invention has for its object to provide a soil compaction machine of the type mentioned, in which the vibration exciter with relatively simple technical means allows a large number of excitation functions.
- the drive means of the vibration exciter comprises two motors, of which a first motor with the first imbalance shaft and a second motor with the second imbalance shaft are in operative connection.
- the invention has the advantage that no mechanical or hydraulic coupling between the two unbalanced shafts is present, and that instead each unbalanced shaft can be controlled independently via the associated motor.
- both the rotational speed and the phase angle of each unbalanced shaft can be adjusted independently.
- the rotational speed and the phase angle of each imbalance shaft can be changed individually.
- the directions of rotation of the two imbalance shafts can be changed independently of each other. It is also possible to stop one of the two imbalance shafts while the other imbalance shaft is rotating. In this way, a large number of excitation functions is made possible.
- Operating mode 1 In operating mode 1, the first imbalance shaft runs at a constant speed, while the second imbalance shaft is stationary or runs at a maximum of half the speed of the first imbalance shaft. The result is a centrifugal force amplitude, which circulates the vibration exciter in a circle. Due to the significantly lower rotational speed of the second imbalance shaft, its centrifugal force is so low that it has no noticeable influence on the movement behavior and in particular the exciter vibration of the entire vibration exciter. Since the centrifugal force is proportional to the square of the rotational speed, the centrifugal force initiated by the second imbalance shaft or by the imbalance mass arranged thereon only corresponds to a maximum of one quarter of the centrifugal force of the first imbalance shaft.
- the slow rotation of the second imbalance shaft has the advantage that vibration bearings, in which the unbalanced shafts are usually stored, can build up a lubricating film and are not damaged in the state by the vibration of the first imbalance shaft.
- Operating mode 2 In operating mode 2, the first imbalance shaft is running at constant speed, while the second imbalance shaft is phase synchronous and substantially identical Speed follows in the same direction of rotation, ie with the same sign of the rotational speed. This results in a centrifugal force amplitude, which circulates in a circle. The resulting amplitude is twice as high as in operating mode 1.
- Operating mode 3 In operating mode 3, the first imbalance shaft runs at constant speed, while the second imbalance shaft follows the same imbalance in synchronism with the first imbalance shaft, ie with the same rotational speed sign, but offset by a phase angle of 180 °. The centrifugal forces of the two unbalanced shafts are exactly opposite during the entire operating time. It thus creates no vibration movement. If the two imbalance shafts are not arranged coaxially but offset parallel to one another, however, a changing oscillation moment arises. This oscillation torque causes a torsional vibration of the vibration exciter.
- Operating mode 4 In operating mode 4, the first imbalance shaft runs at constant speed, the second imbalance shaft runs in phase with the speed of the first imbalance shaft, but in the opposite direction. The result is a (perpendicular to the plane of extension of the imbalance waves) directed vibration with the same maximum amplitude as in operation mode. 2
- Operating mode 5 In operating mode 5, the first imbalance shaft runs at a constant speed, while the second imbalance shaft runs synchronously with the first imbalance shaft, but in the opposite direction of rotation and with a phase rotated by 180 °. This produces a directional oscillation with the same maximum amplitude as in operating mode 4, but the resulting oscillation direction and in particular the oscillation vector are rotated by 90 °.
- the drive means of the vibration exciter is designed such that it is in operative connection with the two imbalance shafts that the rotational speed of the first imbalance shaft and / or the rotational speed of the second imbalance shaft between a positive and a negative rotational speed can be changed.
- This switching between a positive and a negative rotational speed which of course also the setting of a rotational speed with the value zero is possible, thus allowing a rotation reversal of the respective imbalance shaft, so that at two unbalanced shafts a synchronization, but also a counter run of the unbalanced shafts can be adjusted.
- any intermediate position between the operating modes 4 and 5 can be set.
- a vertically directed to the ground vibration allows a maximum compression effect, wherein upon rotation of the oscillation direction in the horizontal compression effect is successively reduced.
- any other phase position can also be set between the operating modes described above.
- the effective compaction performance can be adapted to the requirements.
- the resulting vibration is a combination of circular (so-called undirected oscillation) and oscillation.
- the first and the second motor of the vibration exciter each have a first and a second drive shaft, which are respectively operatively connected via a transmission, in particular a gear transmission, with the first and the second unbalanced shaft.
- a transmission in particular a gear transmission
- the first and the second drive shaft are arranged coaxially with each other.
- the two motors are aligned on a common axis, wherein they are preferably arranged in particular each side of the two parallel unbalanced shafts.
- the drive shafts are thus located on a common axis of symmetry, to which, offset relative to the left and right in a plane, the first and the second imbalance shaft are arranged. In this way, the power transmission from the drive shaft to the respective unbalanced shaft is very easily realized by a pair of gears or the like gear, said gears are arranged on the drive shaft and the respective imbalance shaft and mesh with each other.
- the first and the second imbalance shaft are preferably arranged relative to one another in the direction of their axes of rotation such that the centrifugal force resultant of the two imbalance shafts lie at least approximately in a common plane. 'At least approximately in one plane' should in this case be understood to mean that the two levels are less than 100 mm or a maximum of 5% of the total width of the bandage in particular differ. In this way, the loads acting on the vibration exciter are very easy, especially in a vibration exciter housing, ablatable.
- the oscillation exciter of the soil compaction machine preferably comprises at least one sensor device which is designed to detect the angular position of the first and / or the second imbalance shaft.
- the sensor data are preferably transmitted to the actuating means, the corresponding steps for setting the respective operating modes initiate steps and in particular can selectively control the respective motor.
- At least one first additional imbalance mass rotatable about its axis of rotation and / or on the second imbalance shaft at least one second additional imbalance mass rotatable about its axis of rotation are arranged on the first imbalance shaft of the vibration generator, wherein the first additional imbalance mass is over at least a first coupling element is rotatably coupled to the second imbalance shaft or the second additional imbalance mass is rotationally coupled via at least one second coupling element with the first imbalance shaft.
- the respective first and second unbalanced shafts associated drive means and in particular the respective first and second motors drive via suitable coupling elements respectively arranged on the parallel shafts further additional imbalance masses at.
- the vibration direction can be adjusted in a simple manner.
- At least one imbalance shaft and the additional imbalance mass arranged thereon are designed such that the imbalance formed by at least one imbalance element of the imbalance shaft and the additional imbalance formed by the additional imbalance mass are equal.
- driving this one imbalance shaft is sufficient to already generate a directional vibration. In this way, a directional vibration can be generated by means of a single unbalance shaft.
- the first and the second additional imbalance mass are formed identically so that the additional imbalances formed by them on the respective unbalanced shafts are equal.
- the first coupling element has at least one transmission element, with at least two actively meshed, in particular meshing gears, namely a first drive gear, which is operatively connected to the first imbalance shaft, and at least one second output gear, with the second additional imbalance mass in Is operative connection, and / or the second coupling element has at least one gear element, with at least two interacting and in particular meshing gears, namely a second drive gear, which is operatively connected to the second imbalance shaft, and at least one first output gear, with the first additional imbalance mass is in operative connection.
- the second coupling element has at least one gear element, with at least two interacting and in particular meshing gears, namely a second drive gear, which is operatively connected to the second imbalance shaft, and at least one first output gear, with the first additional imbalance mass is in operative connection.
- the first and / or the second additional imbalance mass have at least one hollow cylindrical shell which is arranged on the associated imbalance shaft such that it at least partially encloses an imbalance element arranged thereon.
- the hollow cylindrical shell for example, be stored with its two U-legs on the imbalance shaft so that it rotates upon rotation about the imbalance element of the imbalance shaft.
- the first and / or the second additional unbalanced mass may be formed differently geometrically, preferably always designed so that it surrounds the unbalance element arranged on the respective unbalanced shaft or is arranged on the imbalance shaft that they rotates around this imbalance element.
- Fig. 1 Figure a shows a side view of a soil compaction machine designed as a self-propelled vibratory roller 1.
- the vibratory roller 1 has a front end 8 with a cab 42 and a rear end 3 with a diesel engine, which are connected via an articulation 41.
- a bandage 4 ground contact device
- a bandage support 2 At the front of the car 8 and the rear 3 each a bandage 4 (ground contact device) via a bandage support 2 is arranged.
- At least one of the bandages 4 is provided with a travel drive.
- each bandage 4 is inside with a vibration exciter 6 ( Fig. 2 . 3 . 8th ) provided with which the bandages 4 are vibrated, which are delivered to the vibratory compaction to the ground.
- FIG. 1b exemplifies the basic structure of a soil compacting machine type vibrating plate.
- Essential elements here are a drive motor, a compression plate 50 (ground contact device) with a vibration exciter (not visible) and a guide bracket 51st Fig. 1c
- FIG. 1c shows the basic structure of a soil compaction machine of the type hand-held vibratory roller, which in the present embodiment comprises two bandages 4 with vibration exciters (not visible).
- a drive motor and a guide bracket 51 is also present here, with which an operator can direct the hand-held vibratory roller in the working mode.
- FIG. 2 A first embodiment of a vibration generator 6, as he in particular according to the invention for one of the in the FIGS. 1a to 1c is provided as shown in FIG Fig. 2 shown.
- the vibration exciter 6 is in terms of its structural design and the possible operating parameters with him specifically for use in a generic soil compaction machine, in particular one according to the FIGS. 1 a to 1c formed.
- the bandage 4 has a hollow cylinder 5 and on each end face a Ronde 7, with which the bandage 4 by means of bearings 33 on two stub axles 9, 9 'are rotatably mounted.
- the vibration exciter 6 has two identically constructed eccentric devices 13, 13 'and a drive device, which consists of a first and a second motor 12, 12' for the first eccentric device 13 and the second eccentric device 13 '.
- the first and second motors 12, 12 ' are independent so that they can be operated and controlled separately. In this way, the first and the second eccentric device 13, 13 'can be independently controlled and operated.
- the first and second motors 12, 12 ' are designed as hydraulic motors.
- Each of the two eccentric devices 13, 13 ' has a first or second drive shaft 14, 14', which is driven by the first and second motor 12, 12 ', and a first and second unbalanced shaft 10, 10' with a first and second second imbalance mass 11, 11 ', which run parallel to each other and to the axis of rotation A RW of the bandage 4.
- the two unbalanced shafts 10, 10 ' are located with respect to the axis of rotation A RW of the bandage 4 and at the same distance from this.
- the first eccentric device 13 will first be described below.
- the first drive shaft 14 is connected to the first motor 12, arranged outside the cavity of the bandage 4 at the first end face of the bandage and attached to one of the bandage supports 2.
- the first drive shaft 14 is mounted rotatably coaxially therewith and guided from the outside into the interior of the housing 32.
- the first drive shaft 14 is connected via a first gear from a first gear pair 34, 36 with the first imbalance shaft 10 and mounted on the housing 32 via bearings 15.
- the first unbalanced shaft 10 can be set in rotary motion about its axis of rotation A R1 .
- the second motor 12 'of the second eccentric device 13' is connected to the second drive shaft 14 'and arranged in mirror image to the first motor 12 in front of the second end face of the bandage 4 on the associated bandage support 2 (not shown).
- the second drive shaft 14' is rotatably mounted coaxially therewith and guided from the outside into the interior of the housing 32.
- the second drive shaft 14 ' is connected via a second gear from a second gear pair 34', 36 'to the second imbalance shaft 10' and mounted on the housing 32 via bearings 15 '.
- the second imbalance shaft 10' can be set in rotary motion about its axis of rotation A R2 .
- the first and the second motor 12, 12 allow both the rotational speeds of the respective associated imbalance shaft 10, 10' as well as their direction of rotation and adjust the phase position.
- the imbalance masses 11, 11 'of the unbalanced shafts 10, 10' are the same size, so that the forces of centrifugal force F and F 2 acting at an identical rotational speed are also equal.
- the two unbalanced shafts 10, 10 ' are arranged relative to each other along their axes of rotation A R1 and A R2 such that the centrifugal force-resultant F 1 and F 2 act at least approximately in a plane E extending along the in Fig.2 extends shown line.
- the first imbalance shaft 10 can be actively driven via the first motor 12, or only the second imbalance shaft 10 'can be actively driven via the second motor 12', while the respective other imbalance shaft is stopped.
- the first motor 12 is controlled so that the first imbalance shaft 10 runs at a constant speed, while the second motor 12 'is stationary or only rotates at the maximum half speed of the first motor 12, the result is Fliehkraftresultierenden F 1 proportional to the first Imbalance mass 11 and the rotational speed of a circulating pathogen amplitude. Since the rotational speed of the unbalanced shafts 10, 10 'has an exponential influence on the exciter amplitude, in such an operating mode, the slow rotation of the second imbalance shaft 10' is negligible. However, this slow rotation causes lubrication of the bearing 33, which significantly increases the service life of the vibration generator 6.
- the operating mode described here corresponds to the operating mode 1 described in the introduction.
- Fig. 3 The magnitude and direction of the resulting unbalance force of the vibrator 6 and the resulting torques according to operating mode 1 are in Fig. 3 illustrated.
- the direction of the imbalance force resulting in each phase position is indicated by arrow 22 and the different magnitudes of the imbalance forces on the first and second imbalance shafts 10 and 10 'are designated by points 23 and 23', respectively.
- both motors 12, 12 ' are operated at the same speed and phase-synchronously, so that a synchronous rotation of the unbalanced shafts 10, 10' results with the same rotational speed and in particular with a rotational speed with the same sign.
- an exciter oscillation which circulates in a circle, wherein the amplitude is twice as large as in the previously described operating mode 1.
- the centrifugal force F 1 and F 2 are added here.
- the operating mode 2 is in Fig. 4 illustrated, wherein like reference numerals are used for equal sizes.
- Fig. 6 illustrates the operating mode 4.
- both a vector adjustment and an amplitude adjustment of the excitation oscillation can be carried out by a targeted control of the two motors 12, 12 '.
- Fig. 8 shows a second embodiment of a vibration exciter 6 'in a cutting guide as shown in Fig. 1 is shown.
- the vibration exciter 6 'shown here is according to the first embodiment according to Fig. 2 extended by some components and adjustment options. Identical parts are provided with the same reference numerals. To the description is so far on Fig. 2 directed.
- additional imbalance masses 16, 16' namely a first additional imbalance mass 16 and a second additional imbalance mass 16 'are arranged.
- These additional imbalance masses 16, 16 'are here designed as hollow bodies in the form of sectors of hollow cylindrical shells, which are rotatably supported by legs 38 on the respective imbalance shaft 10, 10'.
- the additional imbalance masses 16, 16 'are formed and arranged so that they can rotate around the first or second imbalance mass 11, 11' without hindering rotation of the first or second imbalance mass 11, 11 '.
- the additional imbalance masses 16, 16 ' are rotationally coupled in a crosswise manner to the imbalance shafts 10', 10. This means that the first additional imbalance mass 16 arranged on the first imbalance shaft 10 is connected to the second imbalance shaft 10 '.
- the second additional imbalance mass 16 'mounted on the second imbalance shaft 10' is connected to the first imbalance shaft 10.
- the second additional imbalance mass 16 ' also rotates.
- the first additional imbalance mass 16 rotates together with the second imbalance mass 11'.
- first or second mechanical coupling elements 18, 18 ' are present, which transmit the respective rotational forces.
- first coupling element 18 couples the first imbalance shaft 10 with the second additional imbalance mass 16 'and the second coupling element 18' couples the second imbalance shaft 10 'with the first additional imbalance mass 16.
- the respective coupling elements 18, 18' are also here again as one Combination of drive gears 17, 17 'and driven gears 19, 19' formed, which are in Kämm together.
- the first imbalance mass 11 and the first additional imbalance mass 16 are driven via the first motor 12.
- the second imbalance mass 11 'and the second additional imbalance mass 16' are driven by the second motor 12 '. If both motors 12, 12 'operated at the same speed, depending on the phase position of the unbalance directional vibration with greater or smaller amplitude can be achieved.
- the largest amplitude is defined by the following ratio: U 1 + U Z ⁇ 1 + U 2 + U Z ⁇ 2 .
- each unbalanced shaft 10, 10 'so there are two imbalances 11, 16 and 11', 16 ', whose relative positions can be changed to each other.
- the unbalance can be continuously adjusted from the maximum value to zero.
- the bearings of the unbalanced shafts 10, 10 ' are relieved, whereby higher rotational speeds of the unbalanced shafts 10, 10' are possible.
- the storage of additional imbalance masses 16, 16 'on the unbalanced shafts 10 and 10' is not critical, since only the adjustment movements are transmitted here. It occur regardless of the vibration speed only low relative velocities during a change in the phase position.
- the vibration exciter 6 ' a further mode of operation is possible.
- the motors 12, 12 ' are driven in such a way that the imbalance shafts 10, 10' rotate in the same direction of rotation and with the same sign of the respective rotational speed.
- the first imbalance mass 11 rotates in opposite directions to the first additional imbalance mass 16 and the second imbalance mass 11 'in opposite directions to the second additional imbalance mass 16'.
- a directional vibration is generated with a constant oscillation amplitude.
- the unbalanced shafts 10, 39 and 10 ', 39' of each pair of unbalanced shafts according to Fig. 9 are aligned so that the imbalance waves of a pair circulate in phase.
- the third and the fourth imbalance shaft 39, 39 'at the same distance from the axis of rotation A RW of the bandage 4 and diametrically to the axis of rotation A RW of the bandage 4 are arranged.
- the planes spanned by the axes of rotation of each pair of unbalanced shafts are parallel to each other.
- the rotational axis A R1 of the first imbalance shaft 10 and the rotational axis A R3 of the third imbalance shaft clamp a first plane parallel to the plane passing from the rotational axis A R2 of the second imbalance shaft 10 'and the rotational axis A R4 of the fourth imbalance shaft 39 'is spanned.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere einen Vibrationsverdichter, die einen Schwingungserreger mit zwei nebeneinander liegenden parallelen Unwuchtwellen und mit einer Antriebseinrichtung für die Unwuchtwellen umfasst.
- Baumaschinen zur Bodenverdichtung beziehungsweise Bodenverdichtungsmaschinen finden überall dort Anwendung, wo eine Erhöhung der Dichte des Untergrundes gewünscht ist. Dies betrifft insbesondere die Verdichtung von Asphalt, Erdreich, Kies, Sand etc. Dies ist beispielsweise regelmäßig im Straßen-, Wege- und Trassenbau der Fall, wobei diese Aufzählung keineswegs einschränkend zu verstehen ist. Häufig weisen Bodenverdichtungsmaschinen dazu ein Vibrationsmittel auf, über das den Untergrund verdichtende Lastimpulse in die Oberfläche des Untergrunds eingeleitet werden können. Ein solches Vibrationsmittel umfasst üblicherweise einen Schwingungserreger sowie eine Bodenkontakteinrichtung. Als Beispiele für solche Vibrationsverdichter sind insbesondere Rüttelplatten, mit einer Platte als Bodenkontakteinrichtung, und Vibrationswalzen, mit einer hohlzylinderförmigen Bandage als Bodenkontakteinrichtung, zu nennen, die besonders bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind. Solche Vibrationswalzen können selbstfahrend oder handgeführt sein. Konkret kann es sich insbesondere beispielsweise um sogenannte Walzenzüge oder Tandemwalzen handeln. Die dabei verwendeten Schwingungserreger sind speziell für diesen Anwendungsfall "Verdichtung des Bodenuntergrundes" entwickelt und optimal auf die konstruktiven Gegebenheiten und den Einsatzzweck von Baumaschinen zur Bodenverdichtung abgestimmt. Dies betrifft insbesondere die Auslegung der hier verwendbaren Schwingungserreger hinsichtlich ihrer Betriebsgrößen, wie beispielsweise Schwingungsfrequenz, Schwingungsamplitude etc.
- Die in derartigen Bodenverdichtungsmaschinen eingesetzten Schwingungserreger werden eingesetzt, um alternierende Lastimpulse zur Verdichtung eines Untergrunds zu erzeugen, die über die jeweilige Bodenkontakteinrichtung in den Bodenuntergrund eingebracht werden. Aus
EP 0704575 B1 ist eine Vibrationswalze bekannt, in deren Bandage ein Schwingungserreger eingebaut ist, der über zwei parallele gegenläufige Unwuchtwellen verfügt. Diese sind bezüglich der Mittenachse der Bandage einander gegenüberliegend in der Bandage angeordnet und über eine mechanische Kopplung in Form eines Zahnradgetriebes miteinander verbunden. Der Antrieb der beiden Unwuchtwellen erfolgt über einen Motor, der auf eine der Unwuchtwellen wirkt, während die andere Unwuchtwelle über das Zahnradgetriebe in Rotation versetzt wird. Eine Rüttelplatte sowie eine handgeführte Bodenverdichtungswalze sind beispielsweise aus derEP 2 743 402 A2 bekannt. - Durch die parallele Anordnung der zwei Unwuchtwellen ist es möglich, gerichtete Schwingungen zu erzeugen, indem die Phasenlage der beiden Unwuchtwellen zueinander mittels einer Verstellvorrichtung geändert wird. Die Änderung der Phasenlage erfolgt durch eine Verstellung der Winkelposition einer Unwuchtwelle in Bezug auf die andere Unwuchtwelle. Dazu ist an der betreffenden Unwuchtwelle beispielsweise eine hydraulisch axial verschiebbare Verstellwendel vorhanden, mit welcher eine axiale Steuerbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bodenverdichtungsmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher der Schwingungserreger mit relativ einfachen technischen Mitteln eine große Zahl von Erregerfunktionen ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Antriebseinrichtung des Schwingungserregers zwei Motoren aufweist, von denen ein erster Motor mit der ersten Unwuchtwelle und ein zweiter Motor mit der zweiten Unwuchtwelle in Wirkverbindung stehen.
- Die Erfindung hat den Vorteil, dass keine mechanische oder hydraulische Kopplung zwischen den beiden Unwuchtwellen vorhanden ist, und dass stattdessen jede Unwuchtwelle über den zugehörigen Motor unabhängig angesteuert werden kann. Es können somit sowohl die Rotationsgeschwindigkeit als auch die Phasenlage jeder Unwuchtwelle eigenständig eingestellt werden. Es können die Rotationsgeschwindigkeit und die Phasenlage jeder Unwuchtwelle individuell verändert werden. Zusätzlich zur Einstellung einer positiven oder negativen Phasenverschiebung können auch die Drehrichtungen der beiden Unwuchtwellen unabhängig voneinander verändert werden. Es ist auch möglich, eine der beiden Unwuchtwellen anzuhalten, während sich die andere Unwuchtwelle dreht. Auf diese Weise wird eine große Zahl von Erregerfunktionen ermöglicht.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
- Als Motoren für den Schwingungserreger sind Elektro- oder Hydraulikmotoren besonders geeignet.
- Grundsätzlich sind mit dem Schwingungserreger der erfindungsgemäßen Bodenverdichtungsmaschine eine Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsweisen hinsichtlich Schwingungsamplitude, Schwingungsrichtung und Schwingungsart möglich. Beispielsweise können folgende Betriebsmodi mit dem Schwingungserreger der erfindungsgemäßen Bodenverdichtungsmaschine ausgeführt werden:
- Betriebsmodus 1: Im Betriebsmodus 1 läuft die erste Unwuchtwelle mit konstanter Drehzahl, während die zweite Unwuchtwelle stillsteht oder maximal mit halber Drehzahl der ersten Unwuchtwelle läuft. Das Resultat ist eine Fliehkraft-Amplitude, die den Schwingungserreger kreisförmig umläuft. Durch die erheblich geringere Drehzahl der zweiten Unwuchtwelle ist deren Fliehkraft so gering, dass sie keinen merklichen Einfluss auf das Bewegungsverhalten und insbesondere die Erregerschwingung des gesamten Schwingungserregers hat. Da die Fliehkraft proportional zum Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit ist, entspricht die durch die zweite Unwuchtwelle bzw. die durch die darauf angeordnete Unwuchtmasse initiierte Fliehkraft nur noch maximal einem Viertel der Fliehkraft der ersten Unwuchtwelle. Das langsame Drehen der zweiten Unwuchtwelle hat den Vorteil, dass Vibrationslager, in denen die Unwuchtwellen üblicherweise gelagert werden, einen Schmierfilm aufbauen können und so im Stand nicht durch die Vibration der ersten Unwuchtwelle beschädigt werden.
- Betriebsmodus 2: Im Betriebsmodus 2 läuft die erste Unwuchtwelle mit konstanter Drehzahl, während die zweite Unwuchtwelle phasensynchron und mit im Wesentlichen identischer Drehzahl in gleicher Drehrichtung folgt, d.h. mit gleichem Vorzeichen der Drehgeschwindigkeit. Es entsteht so eine Fliehkraft-Amplitude, die kreisförmig umläuft. Die resultierende Amplitude ist dabei doppelt so hoch wie im Betriebsmodus 1.
- Betriebsmodus 3: Im Betriebsmodus 3 läuft die erste Unwuchtwelle mit konstanter Drehzahl, während die zweite Unwuchtwelle synchron mit der ersten Unwuchtwelle in gleicher Drehrichtung folgt, also mit gleichem Drehgeschwindigkeits-Vorzeichen, jedoch um einen Phasenwinkel von 180° versetzt. Die Fliehkräfte der beiden Unwuchtwellen sind während der gesamten Betriebszeit genau entgegengesetzt. Es entsteht so keine Vibrationsbewegung. Sind die beiden Unwuchtwellen nicht koaxial, sondern parallel zueinander versetzt angeordnet, entsteht jedoch ein wechselndes Oszillationsmoment. Dieses Oszillationsmoment bewirkt eine Drehschwingung des Schwingungserregers.
- Betriebsmodus 4: Im Betriebsmodus 4 läuft die erste Unwuchtwelle mit konstanter Drehzahl, die zweite Unwuchtwelle läuft phasensynchron mit der Drehzahl der ersten Unwuchtwelle, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Es entsteht eine (senkrecht zur Erstreckungsebene der Unwuchtwellen) gerichtete Schwingung mit der gleichen Maximal-Amplitude wie im Betriebsmodus 2.
- Betriebsmodus 5: Im Betriebsmodus 5 läuft die erste Unwuchtwelle mit konstanter Drehzahl, während die zweite Unwuchtwelle synchron zur ersten Unwuchtwelle läuft, jedoch in entgegengesetzter Drehrichtung und mit einer um 180° verdrehten Phase. Es entsteht so eine gerichtete Schwingung mit der gleichen Maximal-Amplitude wie im Betriebsmodus 4, die resultierende Schwingungsrichtung und insbesondere der Schwingungsvektor sind jedoch um 90° gedreht.
- Erfindungsgemäß ist dabei die Antriebseinrichtung des Schwingungserregers derart ausgebildet, wobei sie mit den beiden Unwuchtwellen in Wirkverbindung steht, dass die Rotationsgeschwindigkeit der ersten Unwuchtwelle und/oder die Rotationsgeschwindigkeit der zweiten Unwuchtwelle zwischen einer positiven und einer negativen Rotationsgeschwindigkeit veränderbar ist. Dieses Umschalten zwischen einer positiven und einer negativen Rotationsgeschwindigkeit, wobei natürlich auch das Einstellen einer Rotationsgeschwindigkeit mit dem Wert gleich null möglich ist, erlaubt also eine Rotationsumkehr der jeweiligen Unwuchtwelle, sodass bei zwei Unwuchtwellen ein Gleichlauf, aber auch ein Gegenlauf der Unwuchtwellen eingestellt werden kann.
- Erfindungsgemäß kann jede beliebige Zwischenstellung zwischen den Betriebsmodi 4 und 5 eingestellt werden. Dabei ermöglicht eine vertikal zum Boden gerichtete Schwingung eine maximale Verdichtungswirkung, wobei bei einer Drehung der Schwingungsrichtung in die Horizontale diese Verdichtungswirkung sukzessive reduziert wird.
- Auch zwischen den zuvor beschriebenen Betriebsmodi kann ebenfalls jede beliebige andere Phasenlage eingestellt werden. Dadurch kann die effektive Verdichtungsleistung den Erfordernissen angepasst werden. Die resultierende Schwingung ist dabei eine Kombination aus kreisförmiger (sogenannter ungerichteter Schwingung) und Oszillation.
- Bei einer besonderen Weiterbildung weisen der erste und der zweite Motor des Schwingungserregers jeweils eine erste bzw. eine zweite Antriebswelle auf, die jeweils über ein Getriebe, insbesondere ein Zahnradgetriebe, mit der ersten bzw. der zweiten Unwuchtwelle in Wirkverbindung stehen. Auf diese Weise ist die Position der beiden Unwuchtwellen im Zusammenspiel mit den jeweiligen Motoren bei gleichzeitiger platzsparender Gesamtanordnung sehr einfach einstellbar.
- Vorzugsweise sind die erste und die zweite Antriebswelle koaxial zueinander angeordnet. Bei einer besonderen Ausführungsform sind zudem auch die beiden Motoren auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet, wobei sie vorzugsweise insbesondere jeweils seitlich von den beiden parallel verlaufenden Unwuchtwellen angeordnet sind. Die Antriebswellen liegen also auf einer gemeinsamen Symmetrieachse, zu der, relativ nach links und rechts in einer Ebene versetzt, die erste und die zweite Unwuchtwelle angeordnet sind. Auf diese Weise ist die Kraftübertragung von der Antriebswelle auf die jeweils zugeordnete Unwuchtwelle sehr einfach durch ein Zahnradpaar oder dergleichen Getriebe realisierbar, wobei diese Zahnräder an der Antriebswelle und der jeweiligen Unwuchtwelle angeordnet sind und miteinander kämmen.
- Die erste und die zweite Unwuchtwelle sind vorzugsweise in Richtung ihrer Rotationsachsen derart relativ zueinander angeordnet, dass die Fliehkraftresultierenden der beiden Unwuchtwellen zumindest näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene liegen. 'Zumindest näherungsweise in einer Ebene' soll dabei vorliegend so zu verstehen sein, dass die beiden Ebenen um weniger als 100 mm bzw. maximal 5% der Gesamtbreite insbesondere der Bandage voneinander abweichen. Auf diese Weise sind die auf den Schwingungserreger wirkenden Lasten sehr einfach, insbesondere in einem Schwingungserregergehäuse, abtragbar.
- Vorzugsweise umfasst der Schwingungserreger der Bodenverdichtungsmaschine erfindungsgemäß mindestens eine Sensoreinrichtung, die zur Detektion der Winkelposition der ersten und/oder der zweiten Unwuchtwelle ausgebildet ist. Über die Winkelposition kann ein direkter Rückschluss über die herrschenden Unwuchtlasten und insbesondere deren Richtung gezogen werden, wobei die Sensordaten vorzugsweise an das Stellmittel übertragen werden, das daraus zur Einstellung der jeweiligen Betriebsmodi entsprechende Schritte einleiten und insbesondere den jeweiligen Motor gezielt ansteuern kann. So kann bei Bedarf, nach der Detektion der Winkelpositionen der einzelnen Unwuchtwellen, beispielsweise sehr einfach auf die Phasenlage geschlossen und, wenn nötig, eine Phasenverstellung vorgenommen werden. Auch ist es möglich, entsprechende Geschwindigkeitssensoren vorzusehen, die entweder direkt oder aber über die Winkelposition und deren Veränderung die Geschwindigkeit der Unwuchtwellen detektieren und so einen Rückschluss auf die jeweiligen Betriebsmodi erlauben.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Bodenverdichtungsmaschine sind auf der ersten Unwuchtwelle des Schwingungserregers wenigstens eine um deren Rotationsachse rotierbare erste Zusatz-Unwuchtmasse und/oder auf der zweiten Unwuchtwelle wenigstens eine um deren Rotationsachse rotierbare zweite Zusatz-Unwuchtmasse angeordnet, wobei die erste Zusatz-Unwuchtmasse über wenigstens ein erstes Kopplungselement mit der zweiten Unwuchtwelle rotatorisch gekoppelt bzw. die zweite Zusatz-Unwuchtmasse über wenigstens ein zweites Kopplungselement mit der ersten Unwuchtwelle rotatorisch gekoppelt ist. Das bedeutet, dass bei einer Rotation der ersten Unwuchtwelle auch die auf der zweiten Unwuchtwelle angeordnete zweite Zusatz-Unwuchtmasse in Abhängigkeit von der ersten Unwuchtwelle rotiert, selbst wenn die zweite Unwuchtwelle stillsteht. In umgekehrter Weise rotiert natürlich die auf der ersten Unwuchtwelle angeordnete erste Zusatz-Unwuchtmasse in Abhängigkeit von der Rotation der zweiten Unwuchtwelle.
- Insofern treiben also die den jeweiligen ersten und zweiten Unwuchtwellen zugeordnete Antriebseinrichtung und insbesondere die jeweiligen ersten und zweiten Motoren über geeignete Kopplungselemente jeweils auf den parallelen Wellen angeordnete weitere Zusatz-Unwuchtmassen an. Bei einer solchen Ausbildung kann auf einfache Art und Weise die Schwingungsrichtung eingestellt werden.
- Vorzugsweise sind in diesem Zusammenhang wenigstens eine Unwuchtwelle und die darauf angeordnete Zusatz-Unwuchtmasse derart ausgebildet, dass die durch wenigstens ein Unwuchtelement der Unwuchtwelle gebildete Unwucht und die durch die Zusatz-Unwuchtmasse gebildete Zusatz-Unwucht gleich groß sind. Bei einer solchen Ausführungsform genügt das Antreiben dieser einen Unwuchtwelle, um bereits eine gerichtete Schwingung zu erzeugen. Auf diese Weise kann mittels einer einzigen Unwuchtwelle eine Richtschwingung erzeugt werden.
- Vorzugsweise sind die erste und die zweite Zusatz-Unwuchtmasse derart identisch ausgebildet, dass die durch sie auf den jeweiligen Unwuchtwellen gebildeten Zusatz-Unwuchten gleich groß sind. Insbesondere im Zusammenspiel mit Unwuchtwellen, die ebenfalls identisch bzw. mit identischen Unwuchten versehen sind, ergibt sich so ein Schwingungserreger mit einem sehr breiten Einstell- und Betriebsmodusspektrum.
- Vorzugsweise weist das erste Kopplungselement wenigstens ein Getriebeelement auf, mit wenigstens zwei miteinander in Wirkverbindung stehenden, insbesondere kämmenden Zahnrädern, nämlich einem ersten Antriebszahnrad, das mit der ersten Unwuchtwelle in Wirkverbindung steht, und wenigstens einem zweiten Abtriebszahnrad, das mit der zweiten Zusatz-Unwuchtmasse in Wirkverbindung steht, und/oder weist das zweite Kopplungselement wenigstens ein Getriebeelement auf, mit wenigstens zwei miteinander in Wirkverbindung stehenden und insbesondere kämmenden Zahnrädern, nämlich einem zweiten Antriebszahnrad, das mit der zweiten Unwuchtwelle in Wirkverbindung steht, und wenigstens einem ersten Abtriebszahnrad, das mit der ersten Zusatz-Unwuchtmasse in Wirkverbindung steht. Auf diese Weise ist eine sehr einfache und raumsparende Anordnung erzielbar.
- Selbstverständlich können anstelle der direkten Kämmung zwischen den beiden Zahnrädern auch geeignete ähnliche oder dergleichen wirksame Getriebeelemente vorgesehen werden, die entsprechende Übersetzungsverhältnisse zur Verfügung stellen.
- Die erste und/oder die zweite Zusatz-Unwuchtmasse weisen bei einer besonderen Ausführungsform wenigstens eine Hohlzylinderschale auf, die derart auf der zugeordneten Unwuchtwelle angeordnet ist, dass sie ein darauf angeordnetes Unwuchtelement wenigstens teilweise umschließt. So kann die Hohlzylinderschale beispielsweise mit ihren beiden U-Schenkeln auf der Unwuchtwelle gelagert werden, sodass sie bei einer Rotation um das Unwuchtelement der Unwuchtwelle rotiert. Anstelle einer solchen Hohlzylinderschale kann natürlich die erste und/oder die zweite Zusatz-Unwuchtmasse entsprechend anders geometrisch ausgebildet sein, wobei sie vorzugsweise immer so ausgebildet ist, dass sie das auf der jeweiligen Unwuchtwelle angeordnete Unwuchtelement umschließt oder so an der Unwuchtwelle angeordnet ist, dass sie um dieses Unwuchtelement herum rotiert.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Hierbei zeigen schematisch:
- Fig. 1a
- eine Seitenansicht einer Bodenverdichtungsmaschine vom Typ Vibrationswalze;
- Fig. 1b
- eine Seitenansicht einer Bodenverdichtungsmaschine vom Typ Rüttelplatte;
- Fig. 1c
- eine Seitenansicht einer Bodenverdichtungsmaschine vom Typ handgeführte Vibrationswalze
- Fig. 2
- einen Horizontalschnitt entlang der Schnittlinie II-II in
Fig. 1a durch eine erste Ausführungsform eines Schwingungserregers; - Fig. 3 bis 7
- jeweils eine Veranschaulichung verschiedener Betriebsmodi des Schwingungserregers gemäß
Fig. 2 ; - Fig. 8
- einen Horizontalschnitt entlang der Schnittlinie II-II in
Fig. 1a durch eine zweite Ausführungsform eines Schwingungserregers; und - Fig. 9
- eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Schwingungserregers.
- Im Folgenden werden für gleiche und gleich wirkende Bauteile dieselben Bezugsziffern verwendet, wobei zur Unterscheidung bisweilen Hochindizes ihre Anwendung finden.
-
Fig. 1 a zeigt eine Seitenansicht einer als selbstfahrende Vibrationswalze 1 ausgeführten Maschine zur Bodenverdichtung. Die Vibrationswalze 1 weist einen Vorderwagen 8 mit einem Führerstand 42 und einen Hinterwagen 3 mit einem Dieselmotor auf, die über ein Knickgelenk 41 verbunden sind. Am Vorderwagen 8 und am Hinterwagen 3 ist jeweils eine Bandage 4 (Bodenkontakteinrichtung) über eine Bandagenstütze 2 angeordnet. Mindestens eine der Bandagen 4 ist mit einem Fahrantrieb versehen. Ferner ist jede Bandage 4 im Inneren mit einem Schwingungserreger 6 (Fig. 2 ,3 ,8 ) versehen, mit welchen die Bandagen 4 in Schwingungen versetzt werden, die zur Vibrationsverdichtung an den Untergrund abgegeben werden.Fig. 1b veranschaulicht beispielhaft den Grundaufbau einer Bodenverdichtungsmaschine vom Typ Rüttelplatte. Wesentliche Elemente sind hier ein Antriebsmotor, eine Verdichtungsplatte 50 (Bodenkontakteinrichtung) mit einem Schwingungserreger (nicht sichtbar) sowie einem Führungsbügel 51.Fig. 1c schließlich zeigt den Grundaufbau einer Bodenverdichtungsmaschine vom Typ handgeführte Vibrationswalze, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Bandagen 4 mit Schwingungserregern (nicht sichtbar) umfasst. Ferner ist auch hier ein Antriebsmotor sowie ein Führungsbügel 51 vorhanden, mit dem ein Bediener die handgeführte Vibrationswalze im Arbeitsbetrieb dirigieren kann. - Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schwingungserregers 6, wie er insbesondere erfindungsgemäß für eine der in den
Figuren 1a bis 1c beispielhaft gezeigten Bodenverdichtungsmaschinen vorgesehen ist, ist inFig. 2 dargestellt. Der Schwingungserreger 6 ist hinsichtlich seiner baulichen Auslegung und der mit ihm möglichen Betriebsparameter speziell für den Einsatz in einer gattungsgemäßen Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere einer gemäß denFiguren 1 a bis 1c, ausgebildet. Die Bandage 4 weist einen Hohlzylinder 5 und an jeder Stirnseite eine Ronde 7 auf, mit welchen die Bandage 4 mittels Lagern 33 auf zwei Achsstummeln 9, 9' drehbar gelagert sind. Die Achsstummel 9, 9' sind an gegenüberliegenden Bandagenstützen 2 gelagert (nicht dargestellt). Auf den Achsstummeln 9, 9' ist im Hohlraum der Bandage 4 ferner ein Gehäuse 32 des Schwingungserregers 6 angeordnet. Der Schwingungserreger 6 weist zwei identisch aufgebaute Exzentervorrichtungen 13, 13' und eine Antriebseinrichtung auf, die aus einem ersten und einem zweiten Motor 12, 12' für die erste Exzentervorrichtung 13 bzw. die zweite Exzentervorrichtung 13' besteht. Der erste und der zweite Motor 12, 12' sind unabhängig, so dass sie separat betätigt und gesteuert werden können. Auf diese Weise können auch die erste und die zweite Exzentervorrichtung 13, 13' unabhängig voneinander gesteuert und betrieben werden. Der erste und zweite Motor 12, 12' sind als Hydromotoren ausgebildet. - jede der beiden Exzentervorrichtungen 13, 13' weist eine erste bzw. zweite Antriebswelle 14, 14', die vom ersten bzw. zweiten Motor 12, 12' angetrieben wird, sowie eine erste bzw. zweite Unwuchtwelle 10, 10' mit einer ersten bzw. zweiten Unwuchtmasse 11, 11' auf, die parallel zueinander und zur Rotationsachse ARW der Bandage 4 verlaufen. Die beiden Unwuchtwellen 10, 10' liegen sich bezüglich der Rotationsachse ARW der Bandage 4 und in gleichem Abstand zu dieser gegenüber.
- Nachfolgend wird zunächst die erste Exzentervorrichtung 13 beschrieben. Die erste Antriebswelle 14 ist mit dem ersten Motor 12 verbunden, außerhalb des Hohlraums der Bandage 4 an der ersten Stirnseite der Bandage angeordnet und an einer der Bandagenstützen 2 angebracht. Innerhalb des ersten Achsstummels 9 ist koaxial zu diesem die erste Antriebswelle 14 rotierbar gelagert und von außen in das Innere des Gehäuses 32 geführt. Die erste Antriebswelle 14 ist über ein erstes Getriebe aus einem ersten Zahnradpaar 34, 36 mit der ersten Unwuchtwelle 10 verbunden und über Lager 15 am Gehäuse 32 gelagert. Durch den ersten Motor 12 kann die erste Unwuchtwelle 10 in Drehbewegung um ihre Rotationsachse AR1 versetzt werden.
- Der zweite Motor 12' der zweiten Exzentervorrichtung 13' ist mit der zweiten Antriebswelle 14' verbunden und spiegelbildlich zum ersten Motor 12 vor der zweiten Stirnseite der Bandage 4 an der zugehörigen Bandagenstütze 2 angeordnet (nicht dargestellt). Innerhalb des zugehörigen zweiten Achsstummels 9' ist koaxial zu diesem die zweite Antriebswelle 14' rotierbar gelagert und von außen in das Innere des Gehäuses 32 geführt. Die zweite Antriebswelle 14' ist über ein zweites Getriebe aus einem zweiten Zahnradpaar 34', 36' mit der zweiten Unwuchtwelle 10' verbunden und über Lager 15' am Gehäuse 32 gelagert. Durch den zweiten Motor 12' kann die zweite Unwuchtwelle 10' in Drehbewegung um ihre Rotationsachse AR2 versetzt werden.
- Der erste und der zweite Motor 12, 12' ermöglichen sowohl die Rotationsgeschwindigkeiten der jeweils zugeordneten Unwuchtwelle 10, 10' als auch deren Drehsinn und die Phasenlage einzustellen.
- Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind die Unwuchtmassen 11, 11' der Unwuchtwellen 10, 10' gleich groß, sodass die bei einer identischen Rotationsgeschwindigkeit wirkenden Fliehkraftresultierenden F, und F2 ebenfalls gleich groß sind. Die beiden Unwuchtwellen 10, 10' sind entlang ihrer Rotationsachsen AR1 und AR2 derart zueinander angeordnet, dass die Fliehkraftresultierenden F1 und F2 zumindest näherungsweise in einer Ebene E wirken, die sich entlang der in
Fig.2 dargestellten Linie erstreckt. - Bei einer Rotation der beiden Unwuchtwellen 10, 10' über die jeweils zugeordneten Motoren 12, 12' lassen sich die zuvor ausführlich beschriebenen Betriebsmodi 1 bis 4, trotz der technisch sehr unkomplizierten Realisierung des Schwingungserregers 6 sehr einfach einstellen.
- So kann beispielsweise über den ersten Motor 12 nur die erste Unwuchtwelle 10 aktiv angetrieben werden oder über den zweiten Motor 12' nur die zweite Unwuchtwelle 10' aktiv angetrieben werden, während die jeweils andere Unwuchtwelle angehalten ist. Wird beispielsweise der erste Motor 12 so angesteuert, dass die erste Unwuchtwelle 10 mit einer konstanten Drehzahl läuft, während der zweite Motor 12' stillsteht oder lediglich mit der maximal halben Drehzahl des ersten Motors 12 rotiert, ergibt sich aufgrund der Fliehkraftresultierenden F1 proportional zur ersten Unwuchtmasse 11 und deren Rotationsgeschwindigkeit eine umlaufende Erregeramplitude. Da die Umdrehungsgeschwindigkeit der Unwuchtwellen 10, 10' einen exponentiellen Einfluss auf die Erregeramplitude hat, ist in einem solchen Betriebsmodus die langsame Rotation der zweiten Unwuchtwelle 10' zu vernachlässigen. Allerdings bewirkt diese langsame Rotation eine Schmierung der Lager 33, was die Standzeit des Schwingungserregers 6 deutlich erhöht. Der hier beschriebene Betriebsmodus entspricht dem einleitend beschriebenen Betriebsmodus 1.
- Die Größe und Richtung der resultierenden Unwuchtkraft des Schwingungserregers 6 und der resultierenden Drehmomente gemäß Betriebsmodus 1 sind in
Fig. 3 veranschaulicht. Für den Betriebsmodus 1, in welchem sich die zweite Unwuchtwelle 10' langsam dreht, sind inFig. 8 die resultierende Unwuchtkraft und das resultierende Drehmoment für die erste und zweite Unwuchtwelle 10, 10' paarweise bei acht aufeinanderfolgenden Phasenlagen a) bis h) dargestellt, die sich um jeweils 45° unterscheiden. Die Richtung der in jeder Phasenlage resultierenden Unwuchtkraft ist mit Pfeil 22 und die unterschiedlichen Größen der Unwuchtkräfte an der ersten und zweiten Unwuchtwelle 10 bzw. 10' sind mit Punkten 23 bzw. 23' bezeichnet. Die Drehrichtungen der ersten und zweiten Unwuchtwellen 10, 10' sind mit Bogenpfeilen 24 bzw. 24' bezeichnet, wobei unterschiedliche Drehzahlen durch unterschiedliche Größen der Bogenpfeile 24, 24' dargestellt sind. Um die Darstellung übersichtlich zu halten sind die Bezugszeichen lediglich in der Darstellung der ersten Phasenlage a) angegeben. - Im Betriebsmodus 2 werden dagegen beide Motoren 12, 12' mit gleicher Drehzahl und phasensynchron betrieben, so dass eine synchrone Rotation der Unwuchtwellen 10, 10' mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit und insbesondere mit einer Rotationsgeschwindigkeit mit gleichem Vorzeichen resultiert. Auf diese Weise entsteht eine Erregerschwingung, die kreisförmig umläuft, wobei deren Amplitude doppelt so groß ist wie im zuvor beschriebenen Betriebsmodus 1. Die Fliehkraftresultierenden F1 und F2 addieren sich hier. Der Betriebsmodus 2 ist in
Fig. 4 veranschaulicht, wobei für gleiche Größen gleiche Bezugszeichen verwendet sind. - Wird dagegen bei gleichen Drehzahlen der ersten und zweiten Unwuchtwellen 10, 10' die Phase des ersten oder des zweiten Motors 12, 12' um 180° gedreht, verlaufen die resultierenden Fliehkräfte F1 und F2 der beiden Unwuchtwellen 10, 10' während des Rotationsbetriebs entgegengesetzt. Es entsteht eine Unwuchtinterferenz und somit keine Vibrationsamplitude. Allerdings kommt es bedingt durch den Abstand der beiden Unwuchtwellen zueinander zu einem wechselnden Oszillationsmoment, das eine Drehschwingung des Schwingungserregers bewirkt. Dieser Betriebsmodus ist der Betriebsmodus 3, welcher in
Fig. 5 dargestellt ist. InFig. 5 sind die resultierenden Drehmomente mit einem weiteren Bogenpfeil 25 veranschaulicht, der entsprechend der Größe des Drehmoments in den unterschiedlichen Phasenlagen unterschiedlich groß ist. - Im Betriebsmodus 4 wird, wie ebenfalls bereits erläutert, der erste Motor 12 mit konstanter Drehzahl betrieben, während der zweite Motor 12' phasensynchron und mit einer solchen Drehgeschwindigkeit betrieben wird, dass die Unwuchtwellen 10, 10' gegenläufig rotieren. Auf diese Weise entsteht bei der hier dargestellten Ausführungsform eine senkrecht gerichtete Schwingung mit der gleichen Maximalamplitude wie sie bereits im Betriebsmodus 2 aufgetreten ist.
Fig. 6 veranschaulicht den Betriebsmodus 4. - Durch eine Verdrehung der Phase der Motoren 12, 12' um 180° gelangt man vom Betriebsmodus 4 in den Betriebsmodus 5, wobei eine gerichtete Schwingung mit der gleichen Maximalamplitude wie im Betriebsmodus 4 resultiert.
- Erfindungsgemäß kann also durch eine gezielte Ansteuerung der beiden Motoren 12, 12' sowohl eine Vektorverstellung als auch eine Amplitudenverstellung der Erregerschwingung durchgeführt werden.
-
Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schwingungserregers 6' in einer Schnittführung wie sie inFig. 1 dargestellt ist. Der hier dargestellte Schwingungserreger 6' ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäßFig. 2 um einige Bauteile und Einstellmöglichkeiten erweitert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Beschreibung wird insoweit aufFig. 2 verwiesen. - Zusätzlich sind auf den Unwuchtwellen 10, 10' Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16', nämlich eine erste Zusatz-Unwuchtmasse 16 und eine zweite Zusatz-Unwuchtmasse 16' angeordnet. Diese Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16' sind hier als Hohlkörper in Form von Sektoren von Hohlzylinderschalen ausgebildet, die mit Schenkeln 38 rotatorisch auf der jeweiligen Unwuchtwelle 10, 10' gelagert sind. Die Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16' sind so ausgeformt und angeordnet, dass sie um die erste bzw. zweite Unwuchtmasse 11, 11' herum rotieren können, ohne eine Rotation der ersten bzw. zweiten Unwuchtmasse 11, 11' zu behindern.
- Die Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16' sind kreuzweise mit den Unwuchtwellen 10', 10 rotatorisch gekoppelt. Dies bedeutet, dass die auf der ersten Unwuchtwelle 10 angeordnete erste Zusatz-Unwuchtmasse 16 mit der zweiten Unwuchtwelle 10' in Verbindung steht. Die auf der zweiten Unwuchtwelle 10' gelagerte zweite Zusatz-Unwuchtmasse 16' ist mit der ersten Unwuchtwelle 10 verbunden. Bei einer Rotation der ersten Unwuchtwelle 10 rotiert neben dem ersten Unwuchtelement 11 auch die zweite Zusatz-Unwuchtmasse 16'. Bei einer Rotation der zweiten Unwuchtwelle 10' rotiert die erste Zusatz-Unwuchtmasse 16 zusammen mit der zweiten Unwuchtmasse 11'.
- Dazu sind entsprechende erste bzw. zweite mechanische Kopplungselemente 18, 18' vorhanden, die die jeweiligen Rotationskräfte übertragen. So koppelt das erste Kopplungselement 18 die erste Unwuchtwelle 10 mit der zweiten Zusatz-Unwuchtmasse 16' und das zweite Kopplungselement 18' die zweite Unwuchtwelle 10' mit der ersten Zusatz-Unwuchtmasse 16. Die jeweiligen Kopplungselemente 18, 18' sind hier ebenfalls wieder als eine Kombination aus Antriebszahnrädern 17, 17' und Abtriebszahnrädern 19, 19' ausgebildet, die miteinander in Kämmung stehen.
- Bei der hier dargestellten Ausführungsform treiben also die von den Motoren 12, 12' angetriebenen Unwuchtwellen 10, 10' über die zusätzlichen Kopplungselemente 18, 18' die jeweils auf der anderen Unwuchtwelle 10, 10' angeordneten Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16' an. Die auf jeder Unwuchtwelle 10, 10' angeordneten Unwuchtmassen 11, 11' und Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16' sind bei dieser Ausführungsform gleich groß, so dass die aus ihnen jeweils resultierenden Gesamtunwuchten auf jeder Unwuchtwelle 10, 10' gleich groß sind. So bewirkt bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit die Unwuchtmasse 11 auf der ersten Unwuchtwelle 10 die (dem Betrag nach) gleiche Unwucht U1 wie die erste Zusatz-Unwuchtmasse 16 (Unwucht UZ1). Insofern genügt das Antreiben eines einzigen Motors 12, 12' bzw. einer Unwuchtwelle 10, 10', um eine gerichtete Schwingung zu erzeugen.
- Besonders vorteilhaft ist es, beide Motoren 12, 12' mit gleicher Drehzahl derart anzutreiben, dass die Unwuchtwellen 10, 10' gegenläufig rotieren. Dadurch rotieren die Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16' ebenfalls mit der gleichen Drehzahl wie die fest an den Unwuchtwellen 10, 10' angeordneten Unwuchtmassen 11, 11'. Die zweite Zusatz-Unwuchtmasse 16' dreht sich also synchron mit der zweiten Unwuchtmasse 11'. Gleichzeitig rotiert die erste Zusatz-Unwuchtmasse 16 identisch mit der ersten Unwuchtmasse 11. Durch eine Veränderung der Phasenlage (hier der Winkel zwischen der ersten Zusatz-Unwuchtmasse 16 und der ersten Unwuchtmasse 11 bzw. der zweiten Zusatz-Unwuchtmasse 16' und der zweiten Unwuchtmasse 11') kann die Gesamtunwucht verändert werden. Für besonders hohe Drehzahlen kann z.B. die Gesamtunwucht reduziert werden, um Belastungen der Vibrationslager zu reduzieren.
- In
Fig. 8 werden die erste Unwuchtmasse 11 und die erste Zusatz-Unwuchtmasse 16 über den ersten Motor 12 angetrieben. Die zweite Unwuchtmasse 11' und die zweite Zusatz-Unwuchtmasse 16' werden vom zweiten Motor 12' angetrieben. Werden beide Motoren 12, 12' mit gleicher Drehzahl betrieben, kann je nach Phasenlage der Unwuchten eine gerichtete Schwingung mit größerer oder kleinerer Amplitude erzielt werden. Die größte Amplitude definiert sich zu folgendem Verhältnis: - Wenn U und UZ gleich groß gewählt werden, kann die Amplitude der Schwingung nur durch Veränderung des Relativwinkels zwischen dem ersten Motor 12 und dem zweiten Motor 12' auf Null reduziert werden.
- Auf jeder Unwuchtwelle 10, 10' befinden sich also zwei Unwuchten 11, 16 bzw. 11', 16', deren Relativpositionen zueinander verändert werden können. Die Unwucht kann stufenlos vom Maximalwert bis auf Null eingestellt werden. Bei Reduzierung der Unwucht werden die Lager der Unwuchtwellen 10, 10' entlastet, wodurch höhere Drehzahlen der Unwuchtwellen 10, 10' möglich werden. Dies liegt daran, dass die Fliehkräfte der Einzel-Unwuchten U2 und UZ2 bzw. U1 und UZ1 nur mit ihrer Vektorsumme auf die zugehörigen Lagerstellen wirken. Die Lagerung der Zusatz-Unwuchtmassen 16, 16' auf den Unwuchtwellen 10 bzw. 10' ist unkritisch, da hier nur die Verstellbewegungen übertragen werden. Es treten unabhängig von der Vibrationsdrehzahl nur geringe Relativgeschwindigkeiten während einer Veränderung der Phasenlage auf.
- Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel des Schwingungserregers 6' ist zudem auch eine weitere Betriebsart möglich. Dabei werden die Motoren 12, 12' derart angetrieben, dass die Unwuchtwellen 10, 10' in gleicher Drehrichtung und mit gleichem Vorzeichen der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit rotieren. Dadurch rotiert die erste Unwuchtmasse 11 gegenläufig zur ersten Zusatz-Unwuchtmasse 16 und die zweite Unwuchtmasse 11' gegenläufig zur zweiten Zusatz-Unwuchtmasse 16'. Bei gleicher Antriebsdrehzahl der Motoren 12, 12' wird eine gerichtete Schwingung mit konstanter Schwingungsamplitude erzeugt. Durch Änderung der Phasenlage zwischen den Motoren 12, 12' kann die Schwingungsrichtung frei eingestellt werden.
- Im dritten Ausführungsbeispiel des Schwingungserregers 6" gemäß
Fig. 9 sind parallel zur ersten und zweiten Unwuchtwelle 10, 10' jeweils eine dritte bzw. vierte Unwuchtwelle 39 bzw. 39' angeordnet. Die erste und die dritte Unwuchtwelle (10, 39) sind über ein mechanisches Getriebe in Form eines Zahnrads 40 gekoppelt, welches mit dem Zahnrad 36 auf der ersten Unwuchtwelle 10 kämmt. In gleicher Weise ist die zweite Unwuchtwelle 10' mit der vierten Unwuchtwelle 39' über ein Zahnrad 40' verbunden, welches mit dem Zahnrad 36' auf der zweiten Unwuchtwelle 10' kämmt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäßFig. 1 liegen hier also statt zweier unabhängiger Unwuchtwellen zwei unabhängige Paare von Unwuchtwellen vor, die jeweils von einem eigenen Motor 12, 12' angetrieben werden. - Die Unwuchtwellen 10, 39 bzw. 10', 39' eines jeden Paares von Unwuchtwellen gemäß
Fig. 9 sind so ausgerichtet, dass die Unwuchtwellen eines Paares phasengleich umlaufen. Außerdem sind die dritte und die vierte Unwuchtwelle 39, 39' in gleichem Abstand von der Rotationsachse ARW der Bandage 4 und diametral zur Rotationsachse ARW der Bandage 4 angeordnet. Die von den Rotationsachsen eines jeden Paares von Unwuchtwellen aufgespannten Ebenen verlaufen parallel zueinander. Demnach spannen die Rotationsachse AR1 der ersten Unwuchtwelle 10 und die Rotationsachse AR3 der dritten Unwuchtwelle eine erste Ebene auf, die parallel zu der Ebene verläuft, die von der Rotationsachse AR2 der zweiten Unwuchtwelle 10' und der Rotationsachse AR4 der vierten Unwuchtwelle 39' aufgespannt wird.
Claims (9)
- Bodenverdichtungsmaschine, insbesondere Vibrationsverdichter, umfassend einen Schwingungserreger zur Erzeugung unterschiedlicher Erregerschwingungen mit zwei nebeneinander liegenden parallelen Unwuchtwellen (10, 10') und einer Antriebseinrichtung für die Unwuchtwellen (10, 10'),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebseinrichtung zwei Motoren (12, 12') aufweist, von denen ein erster Motor (12) mit der ersten Unwuchtwelle (10) und ein zweiter Motor (12') mit der zweiten Unwuchtwelle (10') in Wirkverbindung steht. - Bodenverdichtungsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Motor (12, 12') jeweils eine erste bzw. eine zweite Antriebswelle (14, 14') aufweisen, die jeweils über ein Getriebeelement (30, 30') und insbesondere eine Kämmung mit der ersten bzw. der zweiten Unwuchtwelle (10, 10') in Wirkverbindung stehen. - Bodenverdichtungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und die zweite Antriebswelle (14, 14') koaxial zueinander angeordnet sind. - Bodenverdichtungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und die zweite Unwuchtwelle (10, 10') in Richtung ihrer Rotationsachsen (AR1, AR2) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass die Fliehkraftresultierenden (F1, F2) der beiden Unwuchtwellen (10, 10') zumindest näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene (E) liegen. - Bodenverdichtungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der ersten Unwuchtwelle (10) wenigstens eine um deren Rotationsachse (AR1) rotierbare erste Zusatz-Unwuchtmasse (16) und/oder auf der zweiten Unwuchtwelle (10') wenigstens eine um deren Rotationsachse (AR2) rotierbare zweite Zusatz-Unwuchtmasse (16') angeordnet sind, wobei die erste Zusatz-Unwuchtmasse (16) über wenigstens ein erstes Kopplungselement (18) mit der zweiten Unwuchtwelle (10') rotatorisch gekoppelt ist bzw. die zweite Zusatz-Unwuchtmasse (16') über wenigstens ein zweites Kopplungselement (18') mit der ersten Unwuchtwelle (10) rotatorisch gekoppelt ist. - Bodenverdichtungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Unwuchtwelle (10, 10') und die darauf angeordnete Zusatz-Unwuchtmasse (16, 16') derart ausgebildet ist, dass die durch wenigstens eine Unwuchtmasse (11, 11') der Unwuchtwelle (10, 10') gebildete Unwucht (U1, U2) und die durch die Zusatz-Unwuchtmasse gebildete Zusatz-Unwucht (UZ1, UZ2) gleich groß sind. - Bodenverdichtungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und die zweite Zusatz-Unwuchtmasse (16, 16') derart identisch ausgebildet sind, dass die durch sie auf den jeweiligen Unwuchtwellen (10, 10') gebildeten Zusatz-Unwuchten (UZ1, UZ2) gleich groß sind. - Bodenverdichtungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Kopplungselement (18) wenigstens ein Getriebeelement aufweist, mit wenigstens zwei miteinander in Wirkverbindung stehenden, insbesondere kämmenden Zahnrädern (17, 19), nämlich einem ersten Antriebszahnrad (17), das mit der ersten Unwuchtwelle (10) in Wirkverbindung steht, und wenigstens einem zweiten Abtriebszahnrad (19), das mit der zweiten Zusatz-Unwuchtmasse (16') in Wirkverbindung steht, und/oder,
dass das zweite Kopplungselement (18') wenigstens ein Getriebeelement aufweist, mit wenigstens zwei miteinander in Wirkverbindung stehenden und insbesondere kämmenden Zahnrädern (17', 19'), nämlich einem zweiten Antriebszahnrad (17'), das mit der zweiten Unwuchtwelle (10') in Wirkverbindung steht, und wenigstens einem ersten Abtriebszahnrad (19'), das mit der ersten Zusatz-Unwuchtmasse (16) in Wirkverbindung steht. - Bodenverdichtungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und/oder die zweite Zusatz-Unwuchtmasse (16, 16') wenigstens eine Hohlzylinderschale aufweist, die derart auf der zugeordneten Unwuchtwelle (10, 10') angeordnet ist, dass sie eine darauf angeordnete Unwuchtmasse (11, 11') wenigstens teilweise umschließt.
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