WO2000061344A1 - Innenrüttelvorrichtung mit veränderbarer schwingungsamplitude - Google Patents

Abstract

Eine Innenrüttelvorrichtung mit einem in einer Rüttelflasche (1) angeordneten Elektromotor (4), der eine ebenfalls in der Rüttelflasche angeordnete und eine Unwuchtmasse aufweisende Dreheinrichtung aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität eines Schwerpunkts (14) der Unwuchtmasse bezüglich der Drehachse (13) der Unwuchtmasse in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors (4) variabel ist. Damit eignet sich die Innenrüttelvorrichtung sowohl zum Verdichten von Frischbeton als auch zum Verteilen von Beton in der Schalung.

Description

Innenrüttelvorrichtung mit veränderbarer Schwingungsamplitude

Die Erfindung betrifft eine Innenrüttelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Auch als Innenrüttler oder Innenvibratoren bezeichnete Innenrüttelvorrich- tungen sind allgemein bekannt und dienen zum Verdichten von flüssigem Beton. Zu diesem Zweck ist an dem Ende eines längeren oder auch kürzeren Schlauchs - entsprechend einem Schlauch- oder Stabrüttler - eine Rüttelfla- sehe befestigt, in der ein Elektromotor und eine von diesem angetriebene Unwuchtmasse untergebracht sind. Die mit sehr hoher Drehzahl drehende Unwuchtmasse erzeugt eine auf den zu verdichtenden Beton abgestimmte Schwingung, die nach Eintauchen der Rüttelflasche in den Frischbeton auf diesen übertragen wird, wodurch Lufteinschlüsse und damit verbundene Po- renbildung beseitigt und somit die Rohdichte des Betons erhöht wird, so daß die gewünschte Qualität und Festigkeit erreicht werden kann. Derartige Geräte haben sich in der Praxis hervorragend bewährt.

Weiterhin sind Innenrüttler ähnlichen Bauprinzips bekannt, bei denen eine größere Unwucht mit niedrigerer Drehzahl angetrieben wird, wodurch eine höhere Schwingungsamplitude der Rüttelflasche erzeugt werden kann. Derartige Geräte eignen sich weniger zum Verdichten als vielmehr zum Verteilen von Beton.

Um auf der Baustelle beim Verarbeiten von Beton optimal arbeiten zu können, sind daher beide Geräte typen erforderlich, was nicht nur einen hohen materiellen Aufwand an zur Verfügung stehenden Geräten erfordert, sondern auch häufiges Umbauen und Anschließen verschiedener Gerätetypen.

Aus der DE-GM-73 16 210 ist ein Innenrüttler mit einem in einem Rüttelgehäuse angeordneten Elektromotor bekannt, der eine Unwuchtmasse drehend antreibt. Die Exzentrizität des Schwerpunkts der Unwuchtmasse ist bezüglich der Drehachse der Unwuchtmasse derart veränderbar, daß ein sich bei einem Drehzahlabfall bei Eintauchen des Rüttelgehäuses in den Beton einstellender Drehzahlabfall gleichzeitig eine Verringerung der Unwucht bewirkt, so daß der Drehzahlabfall unmittelbar wieder kompensiert werden kann. Dadurch wird es ermöglicht, den Innenrüttler beim Verdichten von Beton weitgehend auf glei- eher Drehzahl zu halten.

Aus der DD 269 568 AI ist ein Verstellvibrator bekannt, bei dem zur Einstellung einer maximalen und einer minimalen Erregerkraft zwei Unwuchten auf einer Welle so angeordnet sind, daß die eine Unwucht mit der Welle fest und die andere Unwucht auf der Welle drehbar gelagert ist. Durch Drehrichtungsänderung verändert sich die Lage der drehbaren Unwucht gegenüber der festen Unwucht, was gleichzeitig eine Veränderung der Erregerkräfte zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Innenrüttler anzugeben, mit dem frischer Beton nicht nur verdichtet sondern auch verteilt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe wird in Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Wei- terenrwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Durch die Veränderung der Exzentrizität eines Schwerpunkts der Unwuchtmasse bezüglich einer Drehachse der Unwuchtmasse bei baubedingt unverän- derbarer Masse der Unwuchtmasse läßt sich auch der sogenannte mr-Wert (Produkt aus Masse und Radius des Schwerpunkts) verändern, der für die Schwingungsamplitude maßgeblich ist. Bei niedrigem mr-Wert ist auch die Amplitude gering, was sich vorwiegend zur Verdichtung von Frischbeton eignet. Wird der mr-Wert jedoch durch Verändern der Schwerpunkts-Exzentrizität erhöht, steigt auch die Schwingungsamplitude und damit die Eigenbewegung der Rüttelflasche im Frischbeton. Der Beton wird dadurch weniger verdichtet als geschoben und läßt sich damit leicht in der Schalung verteilen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Exzentrizität zwi- sehen wenigstens zwei Festwerten veränderbar, wobei ein Wert für die Verdichtungsarbeit und ein anderer Wert für die Verteilarbeit besonders geeignet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drehzahl des Elektromotors und damit die Drehzahl der Unwuchtmasse variabel ist. Damit läßt sich jeder Schwer- punkts-Exzentrizität eine optimale Drehfrequenz zuordnen, die sich unter anderem durch die Wirkung der Rüttelflasche im Frischbeton ergibt. Im Rahmen einfacher Vorversuche können hierzu die geeigneten Werte ermittelt werden. Erfindungsgemäß wird der Elektromotor von einem Frequenzumformer gespeist, der zum Erzeugen von wenigstens zwei verschiedenen elektrischen Frequenzen umschaltbar ist. Wenn der Frequenzumformer in einem Schaltergehäuse der Innenrüttelvorrichtung angeordnet ist, können an dem Schalterge- häuse auch die für das Umschalten erforderlichen Bedienelemente leicht angebracht werden.

Eine besondere Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Drehrichtung des Elektromotors umschaltbar ist und daß die Dreheinrichtung eine mit dem Elektromotor gekoppelte Welle aufweist, auf der zwei die Unwuchtmasse bildende Massenelemente angeordnet sind, derart, daß ein erstes Massenelement auf der Welle befestigt ist und ein zweites Massenelement auf der Welle relativ zu dem ersten Massenelement zwischen zwei Endstellungen drehbar ist.

Das erste Massenelement dreht immer mit der durch den Elektromotor vorgegebenen Drehrichtung der Welle mit. Wird die Drehrichtung umgekehrt, folgt das erste Massenelement daher sofort dieser Drehrichtungsumkehr. Das auf der Welle innerhalb bestimmter Grenzen, nämlich der beiden Endstellungen frei drehbare zweiten Massenelement verharrt aufgrund seiner Trägheit in der Ausgangsstellung und wird somit relativ zu dem ersten Massenelement auf der Welle verdreht. Erst bei Erreichen der zweiten Endstellung, die z. B. über einen Mitnehmer definiert werden kann, folgt auch das zweite Massenelement der jetzt umgekehrten Drehrichtung des ersten Massenelements. Durch geeignete Anordnung und Massenverteilung an den Massenelementen läßt sich dadurch erreichen, daJ5 der Gesamtschwerpunkt der sich durch die beiden Massenelemente ergebenden Unwuchtmasse in den beiden Endstellungen unterschiedliche Exzentrizitäten und damit unterschiedliche mr-Werte aufweist.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längschnitt durch eine Rüttelflasche einer erfin- dungsgemäßen Innenrüttelvorrichtung; und Figuren 2a und 2b einen Querschnitt zweier relativ zueinander beweglicher

Massenelemente in zwei verschiedenen Stellungen.

Figur 1 zeigt einen vorderen Teil eines erfindungsgemäßen Innenrüttlers.

Eine üblicherweise aus Metall gebildete, als Rüttelgehäuse dienende Rüttelflasche 1 ist an einem Ende eines Schutzschlauchs 2 befestigt, der üblicherweise eine Länge zwischen 1 ,5 Metern und 6 Metern aufweist und in Figur 1 nur stark verkürzt dargestellt ist. Zur Bedienung des Innenrüttlers hält der Bedie- ner entweder den Schutzschlauch 2 oder einen am anderen Ende des Schutzschlauchs 2 befestigten, in der Figur 1 nicht dargestellten Handgriff.

Im Inneren des Schutzschlauchs 2 verläuft eine elektrische Zuleitung 3 für einen im Inneren der Rüttelflasche 1 angeordneten, an sich bekannten Elektro- motor 4.

In Verlängerung einer zu dem Elektromotor 4 gehörenden Rotorwelle 5 ist eine Dreheinrichtung 6 angebracht. Die Dreheinrichtung 6 besteht im wesentlichen aus einer einstückig mit der Rotorwelle 5 verbundenen Welle 7, einem auf der Welle 7 befestigten ersten Massenelement 8 und einem ebenfalls auf der Welle 7 angeordneten zweiten Massenelement 9. Während das erste Massenelement 8 mittels Schrauben 10 mit der Welle 7 fest verbunden ist, ist das zweite Massenelement 9 auf der Welle 7 relativ zu dem ersten Massenelement 8 innerhalb bestimmter Grenzen frei drehbar.

Die Grenzen werden durch zwei Endstellungen definiert, die in den jeweils Querschnitte entlang der Linie X-X in Figur 1 zeigenden Figuren 2a und 2b dargestellt sind. Dazu ist in dem ersten Massenelement 8 eine Ausnehmung 1 1 ausgebildet, in die in der in Figur 2a gezeigten Stellung eine zu dem zweiten Massenelement 9 gehörende Nase 12 eingreift.

In der in Figur 2b gezeigten Stellung schlägt eine der Ausnehmung 1 1 gegenüberliegende Seite des ersten Massenelements 8 gegen die Nase 12 an.

Der Wechsel zwischen den beiden in den Figuren 2a und 2b gezeigten Stellungen erfolgt folgendermaßen: In Figur 2a dreht sich die Welle 7 mit dem ersten Massenelement 8 in Richtung eines Pfeils A. Dadurch nimmt das erste Massenelement 8 mit seiner Ausnehmung 1 1 über die Nase 12 das zweite Massenelement 9 mit.

Bei einer Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 4 dreht sich die Welle 7 gemäß Figur 2b in Richtung eines Pfeils B. Das zweite Massenelement 9 verharrt aufgrund seiner Trägheit in der in Figur 2a gezeigten Stellung, während das mit der Welle 7 fest verbundene erste Massenelement 8 sich ebenfalls in Richtung B dreht.

Nach einer Drehung von etwa 180° schlägt die der Ausnehmung 1 1 gegenüberliegende Seite des ersten Massenelements 8 an die Nase 12 an und nimmt das zweite Massenelement 9 mit, das nun ebenfalls der Drehbewegung in Richtung B folgt.

Während sich in der in Figur 2a gezeigten Stellung die einzelnen Schwerpunkte der beiden Massenelemente 8 und 9 bezüglich einer Drehachse 13 der Welle 7 gegenüberstehen, befinden sie sich in der in Figur 2b gezeigten Stellung bezüglich der Drehachse 13 auf der gleichen Seite. Das hat zur Folge, daß ein durch einen Punkt skizzierter Gesamtschwerpunkt 14 der durch die beiden Massenelemente 8 und 9 gebildeten Unwuchtmasse bei der Stellung gemäß Figur 2a eine geringere Exzentrizität bezüglich der Drehachse 13 aufweist, als in der in Figur 2b gezeigten Stellung.

Die Veränderung der Schwerpunktslage, d. h. die Veränderung der Exzentrizität des Schwerpunkts 14 bewirkt, daß sich die Schwingungsamplitude der durch die Unwuchtmasse erzeugten Schwingung und damit der gesamten Rüttelflasche 1 ändert. Wenn die Exzentrizität gering ist, ist auch der sogenannte mr-Wert niedrig und die Schwingungsamplitude kleiner. Dieser Zustand gemäß Figur 2a eignet sich besonders zum Verdichten von Beton.

Ist jedoch - entsprechend der Stellung in Figur 2b - die Schwerpunkts-Exzentrizität groß und damit der mr-Wert hoch, ist auch die Schwingungsamplitude groß, was sich vorteilhaft für das Verteilen von Frischbeton eignet.

Es hat sich herausgestellt, daß sich für ein besonders effektives Arbeiten für bestimmte Exzentrizitäten beziehungsweise Schwingungsamplituden auch nur bestimmte Frequenzbereiche und damit Drehzahlen des Elektromotors 4 eignen. Bei dem Elektromotor 4 handelt es sich üblicherweise um einen von einem nicht dargestellten Frequenzumformer gespeisten bürstenlosen Motor. Der Frequenzumformer stellt z. B. bei einer Spannung von 42 Volt eine elektrische Frequenz von 200 Hertz zur Verfügung, die eine Motordrehzahl von 12.000 min^" und damit eine Schwingungsfrequenz von 200 Hertz ermöglicht, was für das Verdichten von Beton besonders geeignet ist.

Erfindungsgemäß läßt sich der Frequenzumformer zwischen wenigstens zwei Frequenzwerten umschalten, so daß er außer der bereits genannten hohen Frequenz von 200 Hertz auch noch eine niedrigere Frequenz im Bereich von 100 bis 150 Hertz entsprechend einer Motordrehzahl von 6.000 bis 9.000 min^" zur Verfügung stellt, was sich besonders für das Verteilen von Frischbeton eignet.

Da für das Verteilen von Beton nicht nur die Frequenz geringer sein soll, sondern auch die Schwingungsamplitude größer, ist es besonders zweckmäßig, mit der Frequenzumstellung auch die Drehzahlumkehr zu verbinden, um die erforderliche größere Schwerpunkts-Exzentrität zu erreichen.

Bei der in Figur 2a gezeigten Stellung wird folglich der Elektromotor 4 mit einer hohen elektrischen Frequenz versorgt, während er für die in Figur 2b gezeigte Stellung mit einer niedrigeren Frequenz erregt wird.

Selbstverständlich kann der Frequenzumformer - soweit das technisch zweck- mäßig ist - auch noch mehr als zwei verschiedene Frequenzen zur Verfügung stellen. Der Aufbau eines derartigen Frequenzumformers ist dem Fachmann bekannt und muß daher an dieser Stelle nicht vertieft werden.

Die Umschaltung zwischen den Frequenzen erfolgt vorteilhafterweise an einem nicht dargestellten Schaltergehäuse des Innenrüttlers, an dem auch ein Netzschalter vorgesehen ist. Soweit erforderlich, kann dort auch ein Schalter für die Drehrichtungsumkehr vorgesehen sein.

Die bei der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsform gewählte Realisierung für das Verändern der Schwerpunkts-Exzentrizität stellt nur ein

Beispiel dar. Für den Fachmann ist es ohne weiteres möglich, die Erfindung auch bei anderen Verstellmechanismen anzuwenden. So könnte z. B. das Ver- ändern der Schwerpunkts-Exzentrizität drehzahl-, d. h. frequenzabhängig gesteuert werden. Weiterhin ist es möglich, die für die Veränderung der Schwerpunkts-Exzentrizität erforderliche Massenverschiebung mit Hilfe von elektro- mechanischen Stellgliedern zu bewirken.

Die beschriebene Erfindung läßt sich auch bei Innenrüttelvorrichtungen anderer Bauart realisieren. Bei diesen handelt es sich zum Beispiel um Innenrüttler, bei denen der Elektromotor zum Antreiben des Schwingungserregers nicht in der Rüttelflasche 1 angeordnet ist, sondern extern. Je nach Bauart kann der Elektromotor am Rande des Arbeitsbereichs stehen oder vom Bediener getragen werden, wobei die Übertragung der Drehbewegung vom Elektromotor zum Schwingungserreger über eine in dem Schutzschlauch 2 geführte biegsame Welle erfolgt. Da erfindungsgemäß die Drehrichtung des Elektromotors umschaltbar sein kann, muß die biegsame Welle zur Übertragung der Drehbewegung in beide Drehrichtungen geeignet sein. Hierzu sind dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten geläufig.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Innenrüttelvorrichtung, mit einem Elektromotor (4); - einem Rüttelgehäuse (1); und mit einer in dem Rüttelgehäuse ( 1) angeordneten, von dem Elektromotor (4) angetriebenen und eine Unwuchtmasse (8, 9) aufweisenden Dreheinrichtung (6); wobei die Exzentrizität eines Schwerpunkts (14) der Unwuchtmasse (8, 9) be- züglich einer Drehachse ( 13) der Unwuchtmasse (8, 9) veränderbar ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (4) von einem Frequenzumformer gespeist wird, der zum Erzeugen von wenigstens zwei verschiedenen elektrischen Frequenzen für den Elektromotor (4) umschaltbar ist; - die Drehrichtung des Elektromotors (4) umschaltbar ist, wobei jeder

Drehrichtung eine der elektrischen Frequenzen zugeordnet ist; und daß die Exzentrizität des Schwerpunkts aufgrund der Umschaltung der Drehrichtung des Elektromotors (4) veränderbar ist.

2. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität zwischen wenigstens zwei Festwerten veränderbar ist.

3. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Elektromotors (4) variabel ist.

4. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumformer in einem Schaltergehäuse der Innenrüttelvorrichtung angeordnet ist.

5. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung (6) eine mit dem Elektromotor (4) gekoppelte Welle (7) aufweist, auf der zwei die Unwuchtmasse bildende Massenelemente (8, 9) angeordnet sind, derart, daß ein erstes Massenelement (8) auf der Welle (7) befestigt ist und ein zweites Massenelement (9) auf der Welle (7) relativ zu dem ersten Massenelement (8) zwischen zwei Endstellungen drehbar ist.

6. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (4) in dem Rüttelgehäuse (1) angeordnet ist.

7. Innenrüttelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektromotor (4) und der Dreheinrichtung (6) eine biegsame Welle vorgesehen ist.

8. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (4) in einem von dem Rüttelgehäuse (1) getrennten Motorgehäuse angeordnet ist.