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Die vorliegende Erfindung betrifft Schmiermittel für Baumaschinen, insbesondere aber nicht ausschließlich Verdichtungsvorrichtungen mit einem Elektromotor. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Baumaschine, insbesondere Verdichtungsvorrichtungen wie Stampfer und Rüttelplatten, mit dem neuartigen Schmiermittel.
Hintergrund der Erfindung
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Stampfer und Rüttler, auch als Verdichtungsvorrichtungen bekannt, sind Baumaschinen für die Verdichtung von Boden, Asphalt und anderen Materialien. Sie werden verwendet, damit der Untergrund stabil und tragfähig ist, was besonders bei Fundamenten, Wegen und Straßen von großer Bedeutung ist.
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Rüttler, oft auch als Rüttelplatten oder Vibrationsplatten bezeichnet, verdichten den Untergrund durch vibrierende Bewegungen. Sie haben eine flache, schwere Grundplatte, die durch Vibrationen in Bewegung gesetzt wird. Rüttler weisen einen größeren Platzbedarf als Stampfer auf, eignen sich jedoch deshalb für größere, flachere Gelände. Sie arbeiten gut bei nicht-kohäsiven Böden wie Sand oder Kies.
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Stampfer, auch als Vibrationsstampfer bezeichnet, arbeiten durch wiederholte vertikale Schläge auf den Boden. Sie besitzen eine kompakte Bauweise und werden meist auf engen oder schwer zugänglichen Flächen verwendet. Durch kräftige, pulsierende Bewegungen wird das Erdreich in die Tiefe verdichtet. Stampfer werden hauptsächlich bei kohäsiven Böden (z. B. Lehm, Ton) eingesetzt, die mehr Energie benötigen, um verdichtet zu werden.
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Vibrationsstampfer zur Untergrundverdichtung basieren beispielsweise auf einem Mehrfeder-Schwingungssystem innerhalb des Gerätes, bei dem mit einem Getriebe die rotierende Bewegung seines Verbrennungs- oder Elektromotors in eine Auf- und Abwärtsbewegung umgesetzt wird. Hierdurch hebt die Grundplatte mehrere cm hochfrequent vom Untergrund ab, um diesen beim Wiederauftreffen zu verdichten.
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Eine ordnungsgemäße Schmierung ist für den Betrieb von Baumaschinen wie Stampfern und Rüttelplatten unerlässlich. Die Wahl des richtigen Schmierstoffs und die regelmäßige Wartung spielen eine zentrale Rolle, um Ausfälle zu verhindern und die Lebensdauer der Maschine zu maximieren. Spezielle Herausforderungen wie Vibrationen, Schmutzeintrag und extreme Temperaturen erfordern eine angepasste Schmierstrategie.
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Maschinen wie Stampfer und Rüttelplatten sind extremen Vibrationen ausgesetzt. Diese Erschütterungen können dazu führen, dass Schmierstoff verloren geht oder nicht gleichmäßig verteilt wird. Darüber hinaus arbeiten diese oft in schmutzigen Umgebungen (z. B. auf Baustellen), wo Staub und Schmutz in die Getriebe eindringen können. Wenn sich Schmutzpartikel im Schmierstoff ansammeln, kann dies die Schmierung beeinträchtigen und zu erhöhtem Verschleiß führen. Auch können durch die Vielzahl an beweglichen Teilen innerhalb eines Stampfers (Kolben, Federn, Pleul, Zahnräder) oder innerhalb eines Rüttlers (bspw. Exzenter im Ölbad) hohe Planschverluste verursacht werden.
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Insbesondere bei Stampfern kann das Fett in Bereiche gefördert werden, wo keine tribologische Belastung stattfindet. Somit können die kritischen Tribosysteme entweder trocken laufen oder es sammelt sich Schmiermittel am Gerätefuß, die nicht mehr verdrängt werden können, sodass es bei einem Hub zur Schädigung der Bauteile (plastische Deformation oder Bruch) kommen kann.
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Auf Grundlage der oben genannten Problemstellung ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schmiermittel für Baumaschinen anzugeben, welches geringe Verlustleistung erzeugt und robust hinsichtlich Leckage/Staubeintrag in harten Baustellenumgebungen ist. Schließlich soll eine Baumaschine mit dem neuartigen Schmiermittel angegeben werden, welche bezüglich des Schmiermittels wartungsfrei ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen zu dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Schmiermittel für eine Baumaschine, wobei das Schmiermittel ein Schmierfett ist, welches ein Grundöl sowie einen Verdicker aufweist, wobei das Schmiermittel eine Walkpenetration nach DIN 2137 von 265 bis 430 [0,1 mm] aufweist. Die Klassifizierung nach NLGI beschrieben in der DIN 51 818 reicht von sehr weich (Klasse 000) bis sehr fest (Klasse 6). Das erfindungsgemäße Schmierfett weist somit eine NGLI-Klasse zwischen 2 und 00 auf. Bei dem Schmiermittel der vorliegenden Erfindung handelt es sich also um ein Schmierfett, nicht um ein Schmieröl. Dies hat den Vorteil, dass die durch den Verdicker gebildete dreidimensionale Netzstruktur das Grundöl schwammartig aufnimmt (es entsteht eine kolloidale Suspension) und über einen definierbaren Zeitraum an die Reibungsflächen der Baumaschine abgibt. Dabei entgegnet die Lehre der vorliegenden Erfindung einem technischen Vorurteil von Baumaschinen, wie insbesondere Stampfern bzw. Vibrationsplatten. Um eine ausreichende Schmierung zu gewährleisten, werden diese derzeit ausschließlich mit Ölschmierung versehen. Jedoch kommt es bei der Ölschmierung häufig zu hohen Planschverlusten. Darüber hinaus muss eine verlässliche Abdichtung gegenüber Fremdkörpern aus der Umwelt gewährleistet werden. Durch die erfindungsgemäße Walkpenetration des Schmiermittels wird gewährleistet, dass zu jeder Zeit genügend Öl aus der Netzstruktur des Verdicker ausblutet und somit die beweglichen Teile der Baumaschine schmiert. Gleichzeitig werden zu hohe Planschverluste durch die kontrollierte Abgabe des Grundöls verhindert. Auch wird durch das erfindungsgemäße Schmierfett eine Abdichtung gegenüber Fremdpartikeln wie Baustaub gewährleistet, ohne weitere Dichtmittel vorzusehen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Grundöl eine Viskosität von 22 bis 220 mm2/s bei 40°C auf. Vorzugsweise kann die Viskosität des Grundöls 34-64 mm2/s bei 40°C betragen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Grundöl ein Mineralöl, Polyalphaolefin, Polyglykol, Ester oder Kombinationen daraus auf.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Verdicker Ca-Komplex, Al-Komplex, Ba-Komplex, Na-Komplex, Li-Komplex, Polyurea, Li, LiCa, Bentonit, amorphes Siliziumoxid oder Kombinationen daraus auf. Derartige Verdicker weisen eine besonders vorteilhafte Netzstruktur auf, um das oben genannte ausbluten des Grundöls über einen definierten Zeitraum, in einem relevanten für eine Baumaschine typischen Temperaturbereich bestmöglich bestimmen zu können.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Schmiermittel eine Fresstragfähigkeit nach DIN ISO 14635-3 von Schadenskraftstufe 10 oder höher auf.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Baumaschine, insbesondere Stampfer oder Rüttler, wobei die Baumaschine folgendes aufweist:
- einen Motor;
- eine Verdichterplatte;
- wenigstens ein Gehäuse, welches zwischen dem Motor und der Verdichterplatte angeordnet ist und wenigstens eine Kinematik aufweist, wobei ein oben erwähntes Schmiermittel im Gehäuse vorgesehen ist, um die Kinematik zu schmieren.
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Im Falle eines Stampfers kann es sich bei dem Gehäuse um ein Volumen handeln, welches ein Getriebe sowie ein mit dem Getriebe verbundenes Schlagwerk umfasst. Das Schmiermittel ist derart im Gehäuse vorgesehen, dass dieses Tribokontakte sowohl im Getriebe als auch im Stampfwerk schmiert. Bei einem Rüttler kann ein Getriebegehäuse zur Aufnahme des Getriebes und ein davon getrenntes Exzentergehäuse zur Aufnahme eines Exzenters zur Erzeugung von Unwuchten aufweisen. Das Schmiermittel ist vorzugsweise in beiden Gehäusen vorgesehen. Das Schmiermittel kann bspw. an der Innenwand der jeweiligen Gehäuse angebracht werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Baumaschine ein Getriebe auf, welches zwischen dem Motor und der Verdichterplatte angeordnet ist, wobei das Getriebe mit dem Schmiermittel geschmiert ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Motor ein Elektromotor. Die Baumaschine ist vorzugsweise batteriebetrieben. Es wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße Schmiermittel insbesondere mit batteriebetriebenen Baumaschinen große Vorteile entwickelt. Durch die Reduzierung der Planschverluste wird der mechanische Wirkungsgrad der Baumaschinen erhöht, wodurch diese längere Standzeiten aufweist, bevor ein Austausch der Batterie notwendig ist.
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Nach einer weitere Ausführungsform definiert das Getriebegehäuse einen Innenraum, wobei eine Menge an Schmiermittel weniger als 60vol-%, vorzugsweise weniger als 15vol-%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10vol-%, des freien Innenraums beträgt. Eine derartige Menge an Schmiermittel stellt sicher, dass die Tribokontakte ausreichend geschmiert sind und gleichzeitig Planschverluste reduziert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Getriebe in einem Getriebegehäuse aufgenommen, wobei das Schmiermittel an Innenwandungen des Getriebegehäuses vorgesehen ist. Das als Fettschmierung ausgebildete Schmiermittel ist insbesondere derart an den Innenwandungen des Getriebegehäuses angeordnet, dass die dreidimensionale Netzstruktur des Verdicker von den Tribokontakten beabstandet ist. Mit anderen Worten, lediglich das ausblutende Grundöl benetzt während des Betriebs die Tribokontakte.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Stampfers;
- Fig. 2
- schematische Diagramm bezüglich des mechanischen Wirkungsgrads eines Stampfers in Abhängigkeit der Motordrehzahl und Art der Schmierung.
Detaillierte Beschreibung
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Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stampfers. Der Stampfer 100 gemäß Figur eins ist ein elektrischer Stampfer, d. h. der Stampfer ist mit einem Elektromotor 102 ausgebildet. Der Elektromotor 102 ist in der in Figur 1 dargestellten Ausführung an einer Außenseite eines Getriebegehäuses 106 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, den Elektromotor innerhalb des Getriebegehäuses anzuordnen.
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Eine in Figur 1 schematisch dargestellte Motorwelle 108 verbindet den Motor mit einem Getriebe 104. Das Getriebe 104 ist in Figur 1 lediglich schematisch dargestellt. Dieses kann die im Stand der Technik üblichen Übertragungselemente aufweisen, welche eine Rotationsbewegung des Elektromotors 102 in eine lineare Bewegung einer Antriebsstange 110 umwandelt. Insbesondere wird die Rotationsbewegung der Motorwelle 102 durch das Getriebe 104 in eine oszillierenden Bewegung der Antriebsstange 110 umgesetzt.
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Die Antriebsstange ist mit einer Kolbenstange 112 verbunden. An einem der Antriebsstange 110 gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange 112 ist ein Kolben 114 angeordnet. Der Kolben 114 ist Teil eines Stampfwerks, welches das Getriebe 104 mit einer Grundplatte 120 verbindet. Der Kolben 114 ist innerhalb eines Fußteils 118 linear beweglich. Die über die Antriebsstange 110 eingebrachte Hubbewegung des Kolbens 114 kann über Federelemente 116 auf den Fußteil 118 übertragen werden. Der im Fußteil mit den Federelementen 116 beweglich angeordnete Kolben 114 bildet einen Feder-Masse-Schwinger zur Anregung der Grundplatte 120.
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An einem dem Getriebe 104 abgewandten Ende des Fußteils 118 befindet sich die Grundplatte 120. Die Grundplatte 120 ist während des Betriebs im Kontakt mit dem Untergrund, um diesen zu verdichten. Hierzu wird die hin und her Bewegung des Kolben 114 über die Federelemente 116 auf die Grundplatte 120 übertragen.
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Der Stampfer 100 weist ferner einen Handgriff 122 auf, welcher mit dem Getriebegehäuse 106 verbunden ist. Der Handgriff 122 kann vom Benutzer dazu verwendet werden, den Stampfer 100 über den Untergrund zu führen.
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Sämtliche mechanischen Übertragungselemente des Stampfers 100 stehen unter starker Beanspruchung, da diese fortwährend mit hoher Frequenz bewegt werden. Um lange Standzeiten zu ermöglichen und die Reibungsflächen entsprechend zu kühlen ist es bekannt, Schmiermittel innerhalb des Stampfers, beispielsweise innerhalb des Getriebegehäuses 106 vorzusehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schmierfett verwendet, dass eine Walkpenetration von 265 bis 430 [0,1mm] nach DIN 2137 aufweist, um den Stampfer zu benetzen. Das Schmierfett wird insbesondere an eine Innenwand des Getriebegehäuses 106 angebracht. Die im Schmierfett enthaltenen Verdickerbestandteile bilden eine Struktur aus mikroskopisch kleinen Partikeln oder Fäden. Diese Verdickerstruktur bildet ein Netzwerk in dem das Grundöl gehalten wird. Da das Schmierfett die beanspruchte Walkpenetration aufweist, blutet dieses in Kombination mit der beanspruchten Grundölviskosität in der gewünschten Geschwindigkeit aus der Verdickerstruktur, wodurch eine vorteilhafte Benetzung der Getriebekontakte und Gleitsysteme des Stampfers 100 gewährleistet wird. Mit anderen Worten, das Grundöl blutet einerseits schnell genug aus der Verdickerstruktur, sodass die Tribokontakte des Stampfers ausreichend geschmiert werden, wobei gleichzeitig gewährleistet wird, dass nur so viel Grundöl aus der Verdickerstruktur blutet wie benötigt. Hierdurch werden Planschverluste signifikant reduziert.
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Beispielhaft sei auch auf die Figur 2 verwiesen, welche den mechanischen Wirkungsgrad eines Stampfers in Abhängigkeit der Motordrehzahl und Art der Schmierung zeigt. Daraus ist unmittelbar ersichtlich, dass der mechanische Wirkungsgrad bei Stampfern durch die erfindungsgemäße Fettschmierung signifikant erhöht werden kann. Dies wird insbesondere bei hohen Motordrehzahlen, z.B. über 2.000 1/min, zunehmend deutlich. Insbesondere in Kombination mit elektrisch betriebenen Stampfern werden sehr hohe Drehzahlen erreicht. In einem Beispiel erreicht der Stampfer Drehzahlen von ca. 20.000 1/min. Auch bei elektrisch betriebenen Rüttlern werden ähnlich hohe Drehzahlen erreicht. Derartig hohe Drehzahlen in Kombination mit der erfindungsgemäßen Fettschmierung führen zu besonders hohen mechanischen Wirkungsgraden, wie dies im Fall eines Stampfers in Fig. 2 gezeigt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den in Figur 1 dargestellten Stampfer 100 beschränkt. Vielmehr lässt sich diese auch bei vielen anderen Baumaschinen gewinnbringend verwenden. Beispielsweise ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Schmiermittels bei Vibrationsplatten (Rüttlern) oder Abbruchhämmern ebenfalls vorstellbar.
Bezugszeichenliste
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- 100
- Stampfer
- 102
- Motor
- 104
- Getriebe
- 106
- Getriebegehäuse
- 108
- Motorwelle
- 110
- Antriebsstange
- 112
- Kolbenstange
- 114
- Kolben
- 116
- Federelement
- 118
- Fußteil
- 120
- Grundplatte
- 122
- Handgriff