EP3576890B1

EP3576890B1 - Baumaschine mit schwingungserzeuger und verfahren zum erzeugen von schwingungen

Info

Publication number: EP3576890B1
Application number: EP18703701.5A
Authority: EP
Inventors: Hans-Philipp Otto; Wolfgang Kraus
Original assignee: Bauer Maschinen GmbH
Current assignee: Bauer Maschinen GmbH
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: US11420232B2; EP3357589A1; WO2018141601A1; CN110234441A; US20200230652A1; EP3576890A1; CN110234441B

Description

Die Erfindung betrifft eine Baumaschine mit einem Schwingungserzeuger gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen von Schwingungen gemäß Anspruch 10.
Schwingungserzeuger können für viele verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Beispielsweise können Sie im Bauwesen zum Einbringen und/oder Entfernen von Verbauelementen in beziehungsweise aus dem Erdreich eingesetzt werden. Hierfür kann ein Rüttler, der einen Schwingungserzeuger aufweist, verwendet werden. Der Rüttler kann als Aufsatzrüttler auf ein Verbauelement, beispielweise ein Spundwandelement, eine Bohle oder ein Rohr aufgesetzt werden, um auf dieses beim Einbringen oder Entfernen in einen Untergrund Schwingungen zu übertragen.
Aus der DE 42 24 113 A1 ist ein Schwingungserreger für ein Vibrationsgerät mit zwei nebeneinander angeordneten Unwuchten bekannt. Beide Unwuchten werden über ein Getriebe mit einer Antriebswelle angetrieben, wobei ein Drehmoment von einem Motor auf nebeneinander gelagerte Wellen des Getriebes und der Unwuchten übertragen wird.
In der US 4,830,597 ist ein Vibrator für eine Maschine zum Herstellen von Betonformen beschrieben. Der Vibrator weist mehrere versetzt angeordnete Unwuchten als Unwuchtpaare auf, wobei ein Unwuchtpaar von einer Antriebswelle angetrieben wird und die beiden Unwuchten des Unwuchtpaars zur Drehmomentübertragung getriebeartig miteinander gekoppelt sind.
Bei derartigen Schwingungserzeugern bilden die Unwuchtpaare und das zur Drehmomentübertragung vorgesehene Getriebe eine Einheit, welche von den in Drehung versetzten Unwuchten angeregt wird zu schwingen. Dies erlaubt zwar einen effizienten paarweisen Antrieb der Unwuchten, jedoch erfährt auch das Getriebe Schwingungen, welches hierdurch stark beansprucht wird.
In der DE 102 35 980 A1 ist ein Vibrationsmechanismus mit zwei Motoren für eine Vibrationskompaktormaschine beschrieben. Dabei ist ein erster Motor mit einem ersten Gewicht und zweiter Motor mit einem zweiten Gewicht über Antriebswellen verbunden.
Ferner ist aus der US 3,670,631 ein Vibrator mit zwei rotierenden exzentrischen Massen bekannt, wobei die beiden Massen relativ zueinander beweglich sind, um einen vibrierenden und einen nicht vibrierenden Zustand herzustellen.
Auch in der DE 10 2010 056 531 A1 , der JP 2002 129563 A , der US 5,934,824 , der DE 1 920 221 U und der DE 295 16 602 U1 sind Vibrationserzeuger mit zwei Unwuchten beschrieben.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserzeuger und ein Verfahren zum Erzeugen von Schwingungen anzugeben, mit welchen Schwingungen gezielter, insbesondere getriebeschonender, erzeugt werden können.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Baumaschine mit einem Schwingungserzeuger gemäß Anspruch 1, und mit einem Verfahren zum Erzeugen von Schwingungen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Schwingungserzeuger ist dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung ein Eingangsdrehmoment des Antriebs auf ein erstes Abtriebselement für die erste Unwucht und mindestens ein zweites Abtriebselement für die mindestens zweite Unwucht verteilt, dass zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Abtriebselement der Getriebeanordnung und der ersten Unwuchtwelle ein erstes Auslenkelement angeordnet ist und dass zur Drehmomentübertragung zwischen dem zweiten Abtriebselement der Getriebeanordnung und der zweiten Unwuchtwelle ein zweites Auslenkelement angeordnet ist, wobei das erste Ausgleichselement und das zweite Ausgleichselement ausgebildet sind, einen Achsversatz zwischen dem ersten Abtriebselement und der ersten Unwuchtwelle beziehungsweise dem zweiten Abtriebselement und der zweiten Unwuchtwelle auszugleichen.
Ein Auslenkelement gemäß der Erfindung erlaubt eine Auslenkung maßgebllich quer zur Wellenachse. Diese kann im Wesentlichen drehstarre, bewegliche Wellen oder Kuppelelemente umfassen, welche winkel- und/oder querbeweglich gelagert sind. Im Sinne der Erfindung kann daher unter einem Auslenkelement insbesondere eine drehstarre, winkelbewegliche Kupplung verstanden werden. Eine derartige Kupplung kann beispielsweise eine Gelenkwelle sein, die mindestens ein Kreuz- oder Kardangelenk aufweist. Im Sinne der Erfindung kann ferner unter einem Auslenkelement auch eine drehstarre, querbewegliche Kupplung verstanden werden. Eine derartige Kupplung kann beispielsweise eine balgartige Hohlwelle sein, welche quer zur Wellenachse beweglich ist, oder eine radial verstellbar Scheibe. Die Auslenkelemente können nicht nur einen radialen Versatz, sondern auch einen Axial- und/oder Winkelversatz ausgleichen.
Ein Vorsehen oder Anordnen eines Bauteils des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers zwischen anderen Bauteilen des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers kann nicht nur räumlich sondern auch funktionell, insbesondere im Sinne von einem zwischengeschalteten Vorsehen oder Anordnung, verstanden werden.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine zur Drehmomentübertragung vorgesehene Getriebeanordnung eines Schwingungserzeugers von den schwingenden Unwuchten und deren Wellen im Wesentlichen schwingungsentkoppelt anzuordnen. Bei der Erfindung wurde erkannt, dass eine derart schwingungsentkoppelte Anordnung mittels mehrerer Auslenkelemente realisiert werden kann, wobei jedes Auslenkelement einerseits eine Drehmomentübertragung von der Getriebeanordnung auf eine Unwuchtwelle erlaubt und andererseits eine Schwingungsübertragung von der Unwuchtwelle auf die Getriebeanordnung im Wesentlichen abmindert.
Der erfindungsgemäße Schwingungserzeuger hat somit gegenüber bekannten Schwingungserzeugern den Vorteil, dass die von den Unwuchten erzeugte Schwingungen in geringerem Maße auf ein Getriebe übertragen werden. Dies hat den Vorteil, dass das Getriebe weniger beansprucht wird und somit verschleißärmer betrieben werden kann.
Der Erfindung liegt als eine weitere Erkenntnis zugrunde, dass eine Schwingungsentkopplung des Getriebes von den schwingenden Unwuchtwellen unabhängig von der räumlichen Lage der Getriebeanordnung relativ zu den Unwuchten realisiert werden kann, wenn die Unwuchtwellen und die darauf angeordneten Unwuchten in besonders kompakter Weise als eine Unwuchteinheit angeordnet sind. Diese kompakte Anordnung ist gemäß der Erfindung durch eine Lagerung der ersten Unwuchtwelle in der zweiten Unwuchtwelle und durch eine umlaufende Anordnung der zweiten Unwucht um die erste Unwucht realisiert.
Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers ist es, dass zum Bilden einer Unwuchteinheit die erste Unwuchtwelle innerhalb der zweiten Unwuchtwelle drehbar gelagert ist und dass die zweite Unwucht um die erste Unwucht umlaufend angeordnet ist. Zur Drehmomentübertragung zwischen der Getriebeanordnung und der ersten Unwuchtwelle ist eine erste Auslenkwelle angeordnet und zur Drehmomentübertragung zwischen der Getriebeanordnung und der zweiten Unwuchtwelle ist eine zweite Auslenkwelle angeordnet. Die Unwuchteinheit kann auch als eine Unwuchtzelle bezeichnet werden.Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers besteht darin, dass mindestens eines der Auslenkelemente eine Kardanwelle ist, welche mindestens an einer Seite ein Kardangelenk aufweist. In bevorzugter Weise ist an der Kardanwelle beidseitig jeweils ein Kardangelenk vorgesehen. Eines der Kardangelenke kann die Kardanwelle mit einer der Unwuchten verbinden und das andere Kardangelenk kann die Kardanwelle mit der Getriebeanordnung verbinden. Die Kardanwelle ist derart ausgebildet, dass sie Schwingungen der Unwuchten und der Unwuchtwellen in verschiedenen Richtungen, zum Beispiel in einer vertikalen oder in einer horizontalen Richtung aufnehmen kann. Das heißt, ausgehend von einer fest angeordneten Getriebeanordnung, kann ein Drehmoment über die Kardanwelle auf eine Unwuchtwelle übertragen werden, während sich die Kardangelenke entsprechend den Schwingungsbewegungen der Unwuchtwellen (mit-)bewegen.
Die Kardanwelle kann auch als eine hohle Kardanwelle ausgebildet sein, in welcher koaxial ein anderes Auslenkelement, vorzugsweise eine zweite Auslenk- oder Kardanwelle, angeordnet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers besteht darin, dass mindestens eines der Auslenkelementewellen als eine bewegliche Hohlwelle ausgebildet ist. In bevorzugter Weise kann die bewegliche Hohlwelle als eine querbewegliche Hohlwelle ausgebildet sein. Während das erste Auslenkelement als eine Kardanwelle ein Drehmoment von der Getriebeanordnung auf die erste Unwuchtwelle übertragen kann, kann das zweite Auslenkelement als eine bewegliche Hohlwelle das erste Auslenkelement umgeben und auf die zweite Unwuchtwelle, welche die erste Unwuchtwelle umgibt, ein Drehmoment übertragen. Hierzu ist sowohl die erste Auslenkwelle mit der ersten Unwuchtwelle als auch die zweite Auslenkwelle mit der zweiten Unwuchtwelle drehfest verbunden und beide Auslenkwellen sind mit der Getriebeanordnung drehfest verbunden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Getriebeanordnung einseitig zu den Unwuchten vorgesehen sein kann und diese so nur von einer Seite angetrieben werden können. Der Schwingungserzeuger kann dadurch in besonders kompakter Weise konstruiert sein.
Grundsätzlich kann die bewegliche Hohlwelle als beliebige drehstarre und zumindest quer bewegliche Kupplung ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers besteht darin, dass die bewegliche Hohlwelle als ein Metallbalgrohr ausgebildet ist. Das Metallbalgrohr kann die Funktion einer Metallbalgkupplung zwischen der Getriebeanordnung und der zweiten Unwuchtwelle innehaben. Ein Metallbalgrohr kann einen zentralen Balg und zwei außen liegende Naben aufweisen. Der zentrale Balg erlaubt eine relative Verschiebung der beiden Naben zueinander quer zur Hohlwellenachse. Vom Balg des Metallbalgrohrs können Schwingungen insbesondere quer aber auch längs zur Balgachse aufgenommen werden. Die beiden drehfest mit dem Balg verbundenen Naben ermöglichen eine drehstarre Kupplung des Metallbalgrohrs mit einer der Unwuchtwellen und mit der Getriebeanordnung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass mindestens eines der Auslenkelemente eine bewegliche Kupplung mit einer radial verschiebbaren Kupplungsscheibe aufweist. Vorzugsweise sind an der radial verschiebbaren Kupplungsscheibe zu beiden Seiten zwei oder mehr Auslenkhebel an jeweils einem ihrer Enden drehbar angelenkt. Das jeweils andere Ende der Auslenkhebel ist drehbar an der jeweils angrenzenden Welle angeordnet. Das heißt einerseits sind die Hebel mit dem zugeordneten Abtriebselement der Getriebeanordnung und an der gegenüberliegenden Seite mit den Unwuchtwellen verbunden. Vorzugsweise ist eine Kupplung mit einer derartigen radial verschiebbaren Kupplungsscheibe als eine sogenannte Schmidt-Kupplung ausgebildet.
Grundsätzlich kann die Getriebeanordnung in beliebiger Weise zwischen dem Antrieb, insbesondere einem Antriebsmotor, und den Unwuchtwellen zur Übertragung eines Drehmoments des Antriebs auf die Unwuchtwellen angeordnet oder zwischengeschaltet sein. Eine bevorzugte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers besteht darin, dass die Getriebeanordnung einseitig der Unwuchteinheit vorgesehen ist. Dies kann insbesondere dann vorgesehen sein, falls die erste und zweite Unwuchtwelle einseitig angetrieben werden. Hierfür kann es besonders zweckmäßig sein, die erste Unwuchtwelle mit einer Gelenkwelle, insbesondere einer Kardanwelle, und die zweite Unwuchtwelle mit einer die Gelenkwelle umgebenden beweglichen Hohlwelle anzutreiben.
Zur Drehmomentübertragung vom Antrieb auf die Unwuchtwellen kann es insbesondere vorgesehen sein, dass eine mit der Getriebeanordnung wirkverbundene Getriebeantriebswelle von dem Antrieb drehend angetrieben wird. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass ein Drehmoment in die Getriebeanordnung in anderer bekannter Weise mit einem Antriebsmotor eingeleitet wird, welcher mit der Getriebeanordnung wirkverbunden ist. Ein Verstellantrieb zur Drehpositionsverstellung der Unwuchten kann auch als Antrieb zur Drehmomentübertragung ausgebildet sein.Die Getriebeanordnung kann insbesondere ein Zahnradgetriebe aufweisen. Das Zahnradgetriebe kann als Stirnradgetriebe ausgebildet sein, welches die beiden Unwuchtwellen synchron antreiben kann. Ein Zahnrad der Getriebeanordnung kann die erste Auslenkwelle antreiben und ein weiteres Zahnrad der Getriebeanordnung kann die zweite Auslenkwelle antreiben. Die beiden Zahnräder zum Antreiben der beiden Auslenkwellen können auch in zwei verschiedenen Getriebesträngen angeordnet sein. Die beiden Getriebestränge können unabhängig voneinander, jedoch insbesondere synchron, von dem Antrieb angetrieben werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers besteht darin, dass ein Verstellmotor zum Verstellen eines Winkelversatzes der Unwuchten zueinander an oder in der Getriebeanordnung angeordnet ist. Der Verstellmotor kann zueinander verstellbare Schwenkeinrichtungen, insbesondere zueinander drehbare Zahnräder, aufweisen, welche mit den Auslenkwellen wirkverbunden sind und über welche ein Drehmoment übertragen werden kann. Die verstellbaren Schwenkeinrichtungen können so ein Verschwenken der einzelnen Unwuchten und/oder Unwuchtwellen zu deren Synchronisation erlauben und dabei Zahnräder oder Zahnradkränze, welche die Auslenkwellen antreiben, zueinander verstellen. Die Getriebeanordnung kann so auch als Synchronisations- und Antriebsgetriebe verstanden werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers besteht darin, dass die zweite Unwuchtwelle in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, welches die erste Unwucht und die zweite Unwucht umgibt. Das Gehäuse bietet einerseits Schutz vor den sich drehenden und schwingenden Unwuchten und kann andererseits dazu verwendet werden, ein Arbeitswerkzeug an dem Schwingungserzeuger zu befestigen.
Innerhalb eines Gehäuses können in redundanter Weise auch mehrere Unwuchteinheiten angeordnet sein, insbesondere drei oder vier, welche gemeinsam vom Antrieb über die Getriebeanordnung mittels jeweils zwei Auslenkwellen angetrieben werden können. Die Getriebeanordnung kann mehrere Unwuchteinheiten synchron antreiben. In bevorzugter Weise weist die Getriebeanordnung hierfür ein Stirnradgetriebe mit einem oder mehreren Getriebesträngen auf.
Grundsätzlich können beliebige Arbeitswerkzeuge am Schwingungserzeuger angebracht werden. Die Ausführungsform besteht für den erfindungsgemäßen Schwingungserzeuger darin, dass eine Einspanneinrichtung zum Einspannen eines. Arbeitsmittels, nämlich eines Verbauelements, beispielsweise ein Spundwandelement, an dem Gehäuse befestigt ist. Die Einspanneinrichtung kann einen Parallelgreifer zum Greifen und Einspannen des Arbeitsmittels aufweisen. Schwingungen können so über das Gehäuse auf die Einspanneinrichtung und weiter auf das Arbeitsmittel übertragen werden. So kann beispielsweise das Einbringen eines Verbauelements in das Erdreich erleichtert werden.
Die erfindungsgemäße Baumaschine weist den erfindungsgemäßen Schwingungserzeuger auf.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baumaschine, welche einen Mast, der an einer Trägereinheit angeordnet ist, aufweist, besteht darin, dass der Schwingungserzeuger an einem an dem Mast geführten Schlitten angeordnet ist, wobei die Getriebeanordnung und der Antrieb des Schwingungserzeugers an dem Schlitten befestigt sind. Auch der Verstellmotor kann an dem Schlitten befestigt sein. Der an dem Mast geführte Schlitten der Baumaschine kann so ebenfalls schwingungsentkoppelt sein. Von den Unwuchten erzeugte Schwingungen können über ein die Unwuchteinheit umgebendes Gehäuse auf ein an dem Gehäuse angeordnetes Arbeitswerkzeug übertragen werden. Dieses kann beispielsweise eine Einspanneinrichtung zum Einspannen eines Verbauelements und zum Einbringen desselben in das Erdreich sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Baumaschine besteht darin, dass der Schwingungserzeuger an einem Mäkler geführt ist. Als Mäkler kann eine Führungseinrichtung einer Ramme verstanden werden, welche Rohre oder Spundwandbohlen in dem Baugrund einbringen kann. Ein derart mäklergeführter Schwingungserzeuger, insbesondere ein mäklergeführter Aufsatzrüttler, hat den Vorteil, dass ein Verbauelement mit höherer Genauigkeit als mit einem freireitenden Aufsatzrüttler in das Erdreich eingebracht werden kann.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von Schwingungen wird die eingangs genannte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass eine erste Auslenkwelle das Drehmoment des Antriebs von einem ersten Abtriebselement der Getriebeanordnung auf die erste Unwuchtwelle überträgt und dass ein zweites Auslenkelement das Drehmoment des Antriebs von einem zweiten Abtriebselement der Getriebeanordnung auf die zweite Unwuchtwelle überträgt, wobei das erste Ausgleichselement und das zweite Ausgleichselement ausgebildet sind, einen Achsversatz zwischen dem ersten Abtriebselement und der ersten Unwuchtwelle beziehungsweise dem zweiten Abtriebselement und der zweiten Unwuchtwelle auszugleichen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der zuvor beschriebenen Schwingungserzeuger betrieben werden und es können die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die zweite Unwucht die erste Unwucht umläuft, wobei die erste Unwuchtwelle innerhalb der zweiten Unwuchtwelle gelagert ist, eine erste Auslenkwelle das Drehmoment des Antriebs von der Getriebeanordnung auf die erste Unwuchtwelle überträgt und eine zweite Auslenkwelle das Drehmoment des Antriebs von der Getriebeanordnung auf die zweite Unwuchtwelle überträgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die beiden Unwuchtwellen gegenläufig drehend angetrieben werden. Durch das gegenläufig drehende Antreiben der Unwuchtwellen und die daraus resultierend gegenläufig drehenden Unwuchten können Schwingungen in einer Ebene, zum Beispiel der horizontalen Raumebene kompensiert werden, wobei sich Schwingungen in einer anderen Ebene, zum Beispiel der vertikalen Raumebene, summieren können.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die beiden Unwuchtwellen synchron angetrieben werden. Hierfür kann die Getriebeanordnung als Synchronisationsgetriebe ausgebildet sein. Unter synchron angetriebenen Unwuchtwellen können gleichzeitig angetriebene Unwuchtwellen, das heißt mit gleicher Winkelgeschwindigkeit angetrieben, verstanden werden. Die Unwuchtwellen können synchron gleichläufig drehend angetrieben oder synchron gegenläufig drehend angetrieben sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nach der Erfindung darin, dass ein Versatz der Unwuchten in einer Startposition der Unwuchten, in der die Unwuchten gegenüberliegend angeordnet sind, korrigiert wird. Eine derartige Versatzkorrektur ermöglicht es insbesondere, dass bei einem gegenläufig drehenden Antreiben der beiden Unwuchten in der oberen Startposition und in einer unteren Position gegenüberliegen, das heißt sich treffen, wobei sie in einem Winkelversatz von 90° zu den beiden Positionen gegenüberliegend sind, wodurch sich Schwingungen in dieser Ebene kompensieren.
Mit der Baumaschine gemäß der Erfindung kann ein Bauwerk errichtet werden. Ein derartiges Bauwerk kann beispielweise eine Baugrubenumschließung sein, welche mit Verbauelementen errichtet wird, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers in den Boden eingebracht worden sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers mit drei Unwuchteinheiten und einer einseitigen Getriebeanordnung;
Fig. 2: eine Seitenansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers mit vier Unwuchteinheiten und einer einseitigen Getriebeanordnung;
Fig. 3: eine Seitenansicht eines dritten erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers mit drei Unwuchteinheiten und einer zweiseitigen Getriebeanordnung;
Fig. 4: eine Querschnittsansicht zu einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers;
Fig. 5: eine erste perspektivische Ansicht zu einer Ausgleichskupplung; und
Fig. 6: eine zweite perspektivische Ansicht zu einer Ausgleichskupplung.

Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils einen Schwingungserzeuger 100, 200 mit einer Vielzahl von Unwuchteinheiten 2. Die einzelnen Unwuchteinheiten 2 sind in allen diesen Ausführungsformen des Schwingungserzeugers 100, 200 im Wesentlichen gleich ausgebildet.
Eine einzelne Unwuchteinheit 2 umfasst eine erste Unwuchtwelle 12 mit einer ersten Unwucht 10 und einer zweiten Unwuchtwelle 22 mit einer zweiten Unwucht 20. Die erste Unwuchtwelle 12 und die zweite Unwuchtwelle 22 sind koaxial gelagert, wobei sich die erste Unwuchtwelle 12 zumindest abschnittsweise innerhalb der zweiten Unwuchtwelle 22 befindet.
Die zweite Unwuchtwelle 22 ist als Hohlwelle ausgebildet. Die erste Unwuchtwelle 12 ist mittels eines ersten Unwuchtradiallagers 14 in der zweiten hohlen Unwuchtwelle 22 gelagert.
Auf der ersten Unwuchtwelle 12 ist die erste Unwucht 10 mit einer Welle-Nabe-Verbindung 13 angeordnet. Bei der Welle-Nabe-Verbindung 13 kann es sich um eine Passfeder-Verbindung handeln. Die zweite Unwuchtwelle 22 umgibt die erste Unwucht 10, wobei die zweite Unwucht 20 so auf oder in der Mantelfläche der zweiten Unwuchtwelle 22 angeordnet ist, dass sie radial zur gemeinsamen Wellenachse 3 der koaxial angeordneten ersten Unwuchtwelle 12 und zweiten Unwuchtwelle 22 nach außen versetzt angeordnet ist. Werden beide Unwuchten 10, 20 in Drehung versetzt, umläuft die zweite Unwucht 20 so die erste Unwucht 10.
Die zweite Unwuchtwelle 22 ist in einem Gehäuse 50 mit zweiten Unwuchtradiallagern an beiden Enden der zweiten Unwuchtwelle 22 gelagert. Zweite Unwuchtradiallager 24 und erste Unwuchtradiallager 14 sind an den Endabschnitten der ersten Unwuchtwelle 12 und der zweiten Unwuchtwelle 22 angeordnet, wobei zwischen den beiden Endabschnitten die beiden Unwuchten 10, 20 dazwischenliegend angeordnet sind. Das Gehäuse 50 umgibt so die beiden Unwuchten 10, 20, welche sich im Inneren des Gehäuses 50 drehen können. Das Gehäuse 50 kann die Unwuchten 10, 20 und zumindest abschnittsweise die Unwuchtwellen 12, 22 einhausen. Die Unwuchteinheiten 2 und das Gehäuse 50 bilden eine schwingende Einheit, da sich von den Unwuchten erzeugte Schwingungen über die Unwuchtwellen 12, 22 auf das Gehäuse 50 übertragen.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen außerdem jeweils eine Einspanneinrichtung 60 als ein Arbeitswerkzeug, auf das Schwingungen mit den erfindungsgemäßen Schwingungserzeugern 100, 200 übertragen werden können.
In den Figuren 1 und 2 sind die beiden Unwuchtwellen 12, 22 mit einer Kardanwelle 15 und einer beweglichen Hohlwelle 115 an einer Getriebeanordnung 30 angelenkt. Diese beiden Auslenkwellen, die Kardanwelle 15 und die bewegliche Hohlwelle 115, sind koaxial angeordnet. Dabei befindet sich die Kardanwelle 15 im Inneren der beweglichen Hohlwelle 115. Eine gemeinsame Wellenachse der Kardanwelle 15 und der beweglichen Hohlwelle 115 kann in einer Ruheposition des Schwingungserzeugers 100 parallel zur Wellenachse 3 der Unwuchtwellen 12, 22 sein.
Die Kardanwelle 15 ist mit einem ersten Kardangelenk 5 an der ersten Unwuchtwelle 12 angelenkt und mit einem zweiten Kardangelenk 5 an einer von einem Antrieb (nicht gezeigt) drehend angetriebenen Getriebewelle 37 der Getriebeanordnung 30 angelenkt. Ein Drehmoment der angetriebenen Getriebewelle 37 kann so über die Kardanwelle 15 auf die erste Unwuchtwelle 12 und die erste Unwucht 10 übertragen werden.
Die bewegliche Hohlwelle 115 kann beispielsweise als Metallbalgrohr ausgebildet sein. Die bewegliche Hohlwelle 115 ist mit einer ersten Nabe 7 an der zweiten Unwuchtwelle 22 angeflanscht. Diese erste Nabe 7 kann daher als Unwuchtnabe der beweglichen Hohlwelle 115 bezeichnet werden. Am anderen Ende der beweglichen Hohlwelle 115 ist diese mit einer zweiten Nabe 7 an einem Abtriebszahnradkranz 35 der Getriebeanordnung 30 angeflanscht. Die zweite Nabe 7 kann daher als Zahnradnabe der beweglichen Hohlwelle 115 bezeichnet werden. Die bewegliche Hohlwelle 115 ist für eine Drehmomentübertragung von einem Abtriebszahnradkranz 35 der Getriebeanordnung 30 auf die zweite Unwuchtwelle 22 mittels zweier Flansch-Naben 7 angeflanscht. Der Abtriebszahnradkranz 35 kann ferner mit einer Zahnradkranzlagerung 39 auf der angetriebenen Getriebewelle 37 radial gelagert sein. Mit der Getriebeanordnung 30 kann ein Drehmoment von der angetriebenen Getriebewelle 37 über einen Verstellmotor 40 auf den Abtriebszahnradkranz 35 und somit auch auf die beweglichen Hohlwelle 115 und die zweite Unwuchtwelle 22 übertragen werden.
Werden die Unwuchteinheiten 2 und das Gehäuse 50 in Schwingungen versetzt, kann sich sowohl die Kardanwelle 15 als auch die bewegliche Hohlwelle 115 in Schwingungsrichtung bewegen und so Schwingungen aufnehmen beziehungsweise abfedern.
In Figur 1 ist eine Getriebeanordnung 30 gezeigt, welche ein Drehmoment eines Antriebs (nicht gezeigt) auf drei Unwuchteinheiten 2 überträgt. Die Getriebeanordnung 30 weist zwei Getriebestränge auf, welche beide von dem Antrieb angetrieben werden. Die beiden Getriebestränge erstrecken sich von dem Verstellmotor 40 welcher zwei zueinander verstellbare und feststellbare Zwischenzahnräder 32, 33 aufweist. Bei festgestellten Zwischenzahnräder 32, 33 kann ein Drehmoment vom Antrieb über den Verstellmotor 40 auf die Unwuchtwellen 12, 22 übertragen werden und bei nicht festgestellten Zwischenzahnräder 32, 33 kann ein Winkelversatz zwischen den Unwuchten 10, 20 vom Verstellmotor 40 eingestellt oder korrigiert werden.
Der erste Getriebestrang bildet ein Stirnradgetriebe aus mehreren ineinander eingreifenden und von der angetrieben Getriebewelle 37 synchron angetriebenen Antriebsrädern 36.. An jedem dieser Antriebsräder 36 befindet sich axial eine Getriebewelle 41, die über eines der Kardangelenke 5 mit jeweils einer Kardanwelle 15 drehstarr verbunden ist. Eine der Getriebewellen 41 ist die angetriebene Getriebewelle 37.
Die Antriebsräder 36 des Stirnradgetriebes können denselben Umfang aufweisen, womit die Getriebewellen 41 mit gleicher Drehzahl angetrieben werden und daher auch die mit den Kardanwellen 15 angelenkten Unwuchtwellen 12 mit gleicher Drehzahl drehen, das heißt rotieren.
Der zweite Getriebestrang weist zur Drehmomentübertragung vom Antrieb auf die zweiten Unwuchten 20 mehrere Abtriebszahnradkränze 35 auf. Die Abtriebszahnradkränze 35 stehen als Stirnradgetriebe miteinander in Eingriff und werden über die Zwischenzahnräder 32, 33 angetrieben.
Auch die Abtriebszahnradkränze 35 können den gleichen Umfang aufweisen und somit mit gleicher Drehzahl angetrieben werden. Die Getriebewellen 41 des ersten Getriebestrangs sind jeweils in den Abtriebszahnradkränzen 35 mittels eines Getriebewellenradiallagers 38 gelagert. Eine Getriebewelle 41 durchläuft so einen Abtriebszahnradkranz 35.
Der Verstellmotor 40 kann so ausgebildet sein, dass die beiden Zwischenzahnräder 32, 33 und somit auch die beiden Unwuchtwellen 12, 22 gleichläufig oder gegenläufig vom Antrieb angetrieben werden.
Der Antrieb, der Verstellmotor 40 und/oder die Getriebeanordnung 30 können an einer Baumaschine oder einem Bauwerkzeug (beide nicht gezeigt) befestigt sein. Durch die bewegliche Anlenkung mit den Kardanwellen 15 und den beweglichen Hohlwellen 115 werden Schwingungen der Unwuchteinheiten 2 und des Gehäuses 50 von den Auslenkwellen, den Kardanwellen 15 und den beweglichen Hohlwellen 115, aufgenommen. Die von den Unwuchteinheiten 2 erzeugten Schwingungen werden so im Wesentlichen nicht auf die Getriebeanordnung 30 und den Antriebübertragen. Zur Befestigung der Getriebeanordnung 30 sind Halterungen 70 ansatzweise gezeigt, in denen die Getriebewellen 41 mit Getriebewellenradiallagern 38 gelagert sein können. Weitere Halterungen zum Befestigen der Getriebeanordnung 30, des Verstellmotors 40 und des Antriebs, beispielsweise an der nicht gezeigten Baumaschine oder dem Bauwerkzeug, können außerdem vorgesehen sein.
Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils eine Einspanneinrichtung 60, welche an dem schwingenden Gehäuse 50 befestigt ist. Die Einspanneinrichtung 60 kann beispielsweise ein Spundwandelement einspannen, um auf diese Schwingungen des Schwingungserzeugers 100, 200 zu übertragen.
Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform des Schwingungserzeugers 100 unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform lediglich darin, dass vier Unwuchteinheiten 2 anstelle von drei Unwuchteinheiten 2 vorgesehen sind. Grundsätzlich kann der Schwingungserzeuger 100 mit einer beliebigen Anzahl an Unwuchteinheiten 2 ausgebildet sein.
Eine Vielzahl an Unwuchteinheiten 2 beschreibt jedoch in vorteilhafter Weise ein Schwingungsredundanzkonzept zur Verstärkung der erzeugten Schwingungskräfte.
Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich daneben noch von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass der Verstellmotor 40 zentral angeordnet ist, wobei das erste sowie das zweite Zwischenrad 32, 33 ein Drehmoment auf jeweils gegenüberliegende Getriebestränge überträgt, welche ansonsten identisch zu den Getriebesträngen in Figur 1 ausgebildet sein können.
Während in den Figuren 1 und 2 der Antrieb, der Verstellmotor 40 und die Getriebeanordnung 30 einseitig zu den Unwuchteinheiten 2 und dem Gehäuse 50 angeordnet sind, befindet sich die Getriebeanordnung 30 in der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform des Schwingungserzeugers 200 beidseitig der Unwuchteinheiten 2.
Während in den Ausführungsformen des Schwingungserzeugers 100 in den Figuren 1 und 2 die Unwuchtwellen 12, 22 einseitig an der Getriebeanordnung 30 angelenkt sind, sind die Unwuchtwellen 12, 22 in Figur 3 von zwei gegenüberliegenden Seiten angelenkt.
In Figur 3 ist die erste Unwuchtwelle 12 mit einer ersten Kardanwelle 15 an einem ersten Getriebestrang der Getriebeanordnung 30 angelenkt und die zweite Unwuchtwelle 22 ist mit einer zweiten Kardanwelle 225 an einem zweiten Getriebestrang der Getriebeanordnung 30 angelenkt.
Beide Kardanwellen 15, 225 weisen jeweils zwei Kardangelenke 5 auf. Die Kardanwellen 15, 225 können so als Doppelgelenkwelle ausgebildet sein. Die erste Kardanwelle 15 ist mit einem Kardangelenk 5 an der ersten Unwuchtwelle 12 angelenkt und mit einem weiteren Kardangelenk 5 an einer Getriebewelle 41 des ersten Getriebestrangs angelenkt. Die zweite Kardanwelle 225 ist mit einem Kardangelenk 5 an der zweiten Unwuchtwelle 22 und mit einem anderen Kardangelenk 5 an einer Getriebewelle 41 des zweiten Getriebestrangs angelenkt.
Beide Getriebestränge weisen jeweils mehrere Antriebsräder 36 mit jeweils einer Getriebewelle 41 auf. Die Getriebewellen 41 sind in Getriebewellenradiallagern 38 einer Halterung 70 gelagert.
Die Unwuchtwellen 12, 22 der in Figur 3 gezeigten drei Unwuchteinheiten 2 können synchron von der Getriebeanordnung 30 angetrieben werden. Zur Drehmomentübertragung von einem Antrieb (nicht gezeigt) auf beide Getriebestränge ist eine Antriebswelle 242 vorgesehen, an der die beiden Zwischenzahnräder 32, 33 jeweils endseitig angeordnet sind. Die Antriebswelle 242 ist mit Antriebswellenradiallagern 243 in der Halterung 70 gelagert. Die Halterung 70 kann an einer nicht gezeigten Baumaschine oder einem Bauwerkzeug befestigt sein. Die Antriebswelle 242 oder eines der beiden Zwischenzahnräder 32, 33 kann von dem Antrieb drehend angetrieben werden.
Die Unwuchteinheiten 2 können so mittig zwischen den Getriebesträngen der Getriebeanordnung 30 schwingen, wobei die Kardanwellen 15, 225 die Schwingungen aufnehmen und im Wesentlichen nicht auf die Getriebeanordnung 30 übertragen.
Mit den in Figur 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen des Schwingungserzeugers 100, 200 ist es veranschaulicht, dass kompakt angeordnete Paare von Unwuchten 10, 20 im Schutz eines Gehäuses 50 von einer Getriebeanordnung 30 schwingungsentkoppelt schwingen können.
Durch die kompakte Anordnung der Unwuchten in Unwuchteinheiten 2 und dem Unwuchtwellen-separaten und beweglichen Anlenkungsprinzip ist es ermöglicht, sowohl ein- als auch zweiseitige Getriebeanordnungen vorzusehen.
Durch die Schwingungsentkopplung wird die Getriebeanordnung 30 einerseits weniger beansprucht und das durch das beschriebene Anordnungs- und Anlenkungsprinzip der Unwuchtwellen 12, 22 kann die Getriebeanordnung 30 variabel, insbesondere ein- oder zweiseitig, ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers 300 ist in Fig. 4 dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau des Schwingungserzeugers 300 hinsichtlich der Unwuchteinheiten 10, 20 entspricht dem zuvor beschriebenen Aufbau, wobei in dem Gehäuse 50 insgesamt vier Unwuchteinheiten 10, 20 gelagert sind.
Die Getriebeanordnung 30 weist insgesamt sechs wellenförmige Abtriebselemente auf, wobei für die nachfolgende Beschreibung Bezug genommen wird auf ein erstes Abtriebselement 77 und ein zweites Abtriebselement 78. Der Antrieb 80 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei hydraulische Antriebsmotoren auf, welche ihr Drehmoment in die gemeinsame Getriebeanordnung 30 einleiten, wobei die Getriebeanordnung 30 das eingeleitete Drehmoment gleichmäßig auf die Abtriebselemente 77, 78 verteilt. Wie zuvor beschrieben, ist auch ein Stellmotor 40 für eine Relativverstellung der Unwuchteinheiten 10, 20 in bekannter Weise vorgesehen.
Zum Ausgleich eines möglichen radialen Wellenversatzes zwischen einer ersten Unwuchtwelle 12 der ersten Unwucht 10 zu dem zugeordneten ersten Abtriebselement 77 beziehungsweise zwischen einer zweiten Unwuchtwelle 22 der zweiten Unwucht 20 gegenüber dem zugehörigen zweiten Abtriebselement 78 der Getriebeanordnung 30 ist jeweils eine Kupplung 115 mit einer radial verstellbaren Kupplungsscheibe 120 angeordnet. Eine derartige Kupplung 115 kann auch als eine Ausgleichskupplung oder Schmidt-Kupplung bezeichnet werden.
Eine derartige Schmidt-Kupplung ist anschaulich in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Die Kupplung 115 weist dabei eine radial verstellbare Kupplungsscheibe 120 auf, welche zwischen einer rechtsseitigen Antriebsscheibe 121 und einer linksseitigen Abtriebsscheibe 122 angeordnet ist. Die Antriebsscheibe 121 ist dabei koaxial an dem ersten Abtriebselement 77, also der ersten Abtriebswelle der Getriebeanordnung 30, angebracht. In entsprechender Weise ist die Abtriebsscheibe 122 drehfest und koaxial an der Unwuchtwelle 12 der ersten Unwucht 10 befestigt. Zum Ausgleich eines Radialversatzes zwischen der Antriebsscheibe 121 und der Abtriebsscheibe 122 ist die mittige Kupplungsscheibe 125 jeweils über drei schwenkbare Hebel 125 mit der Antriebsscheibe 121 beziehungsweise der Abtriebsscheibe 122 gelenkig verbunden. Hierzu sind an den Scheiben 120, 121, 122 jeweils entsprechende Lagerzapfen 126 angebracht, an welchen die auslenkbaren Hebel schwenkbar oder drehbar gelagert sind. Auf diese Weise kann durch die Kupplung 115 ein Drehmoment zwischen dem Abtriebselement und der zugehörigen Unwuchtwelle übertragen werden, wobei gleichzeitig ein radialer Versatz zwischen Antrieb und Abtrieb ausgeglichen werden kann.

Claims

Baumaschine mit einem Mast, der an einer Trägereinheit angeordnet ist, und mit einem
Schwingungserzeuger (100, 200) mit
- einem Gehäuse (50),

- einer ersten drehend antreibbaren Unwuchtwelle (12), auf der eine erste Unwucht (10) angeordnet ist,

- mindestens einer zweiten drehend antreibbaren Unwuchtwelle (22), auf der eine zweite Unwucht (20) angeordnet ist,

- einem Antrieb (80) zum drehenden Antreiben der Unwuchtwellen (12, 22) und

- einer Getriebeanordnung (30), welche zwischen dem Antrieb (80) und den Unwuchtwellen (12, 22) zur Übertragung eines Drehmoments des Antriebs (80) auf die Unwuchtwellen (12, 22) angeordnet ist, und

- einer Einspanneinrichtung (60) zum Einspannen eines in das Erdreich einzubringenden Verbauelements, welche an dem Gehäuse (50) befestigt ist,
wobei der Schwingungserzeuger (100, 200, 300) an einem an dem Mast geführten Schlitten angeordnet ist und die Getriebeanordnung (30) und der Antrieb (80) des Schwingungserzeugers (100, 200) an dem Schlitten befestigt sind, wobei,

- die Getriebeanordnung (30) ein Eingangsdrehmoment eines gemeinsamen Antriebs (80) auf ein erstes Abtriebselement für die erste Unwucht (10) und mindestens ein zweites Abtriebselement für die mindestens eine zweite Unwucht (20) verteilt,

- zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Abtriebselement der Getriebeanordnung (30) und der ersten Unwuchtwelle (12) ein erstes Auslenkelement angeordnet ist und

- zur Drehmomentübertragung zwischen dem zweiten Abtriebselement der Getriebeanordnung (30) und der zweiten Unwuchtwelle (22) ein zweites Auslenkelement angeordnet ist,

- wobei das erste Auslenkelement und das zweite Auslenkelement ausgebildet sind, eine Auslenkung maßgeblich quer zur Wellenachse zu erlauben und einen Achsversatz zwischen dem ersten Abtriebselement und der ersten Unwuchtwelle (12) beziehungsweise dem zweiten Abtriebselement und der zweiten Unwuchtwelle (22) auszugleichen.
Baumaschine (100, 200) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zum Bilden einer Unwuchteinheit (2) die erste Unwuchtwelle (12) innerhalb der zweiten Unwuchtwelle (22) drehbar gelagert ist, und

- dass die zweite Unwucht (20) um die erste Unwucht (10) umlaufend angeordnet ist.
Baumaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eines der Auslenkelemente eine Kardanwelle (15, 225) ist, welche mindestens an einer Seite ein Kardangelenk (5) aufweist.
Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eines der Auslenkelemente eine Kupplung (115) mit einer radial verschiebbaren Kupplungsscheibe (120) aufweist.
Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Auslenkelement als eine bewegliche Hohlwelle (115), insbesondere als ein Metallbalgrohr, ausgebildet ist.
Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Getriebeanordnung (30) einseitig an der Unwuchteinheit (2) vorgesehen ist.
Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Verstellmotor (40) zum Verstellen eines Winkelversatzes der Unwuchten (10, 20) zueinander an der Getriebeanordnung (30) angeordnet ist.
Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Unwuchtwelle (22) in einem Gehäuse (50) drehbar gelagert ist, welches die erste Unwucht (10) und die zweite Unwucht (20) umgibt.
Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwingungserzeuger (100, 200) an einem Mäkler geführt ist.
Verfahren zum Betreiben einer Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
- ein gemeinsamer Antrieb (80) eine erste Unwuchtwelle (12), auf der eine erste Unwucht (10) angeordnet ist, und eine zweite Unwuchtwelle (22), auf der eine zweite Unwucht (20) angeordnet ist, drehend antreibt,

- eine Getriebeanordnung (30), welche zwischen dem Antrieb (80) und den Unwuchtwellen (12, 22) angeordnet ist, ein Drehmoment des Antriebs (80) auf die Unwuchtwellen (12, 22) überträgt,

- ein erstes Auslenkelement das Drehmoment des Antriebs (80) von einem ersten Abtriebselement der Getriebeanordnung (30) auf die erste Unwuchtwelle (12) überträgt und

- ein zweites Auslenkelement das Drehmoment des Antriebs (80) von einem zweiten Abtriebselement der Getriebeanordnung (30) auf die zweite Unwuchtwelle (22) überträgt,

- wobei das erste Auslenkelement und das zweite Auslenkelement eine Auslenkung maßgeblich quer zur Wellenachse erlauben und einen Achsversatz zwischen dem ersten Abtriebselement und der ersten Unwuchtwelle (12) beziehungsweise dem zweiten Abtriebselement und der zweiten Unwuchtwelle (22) ausgleichen.
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Unwuchtwellen (12, 22) gegenläufig drehend angetrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Unwuchtwellen (12, 22) synchron angetrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Verbauelement mittels der Einspanneinrichtung (60) an dem Gehäuse (50) des Schwingungserzeugers (100, 200, 300) eingespannt und in das Erdreich eingebracht wird.