WO2002077371A1

WO2002077371A1 - Tiefenrüttler

Info

Publication number: WO2002077371A1
Application number: PCT/EP2002/003454
Authority: WO
Inventors: Alexander Degen; Wilhelm Degen
Original assignee: Vibroflotation B.V.
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2002-10-03
Also published as: DE10115107A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tiefenrüttler mit einem Rüttlerrohr (8) und einem in dem Rüttlerrohr (8) drehbar um eine Exzenterwelle (4) angeordneten Exzenter (2) und mit einem ausserhalb des Rüttlerrohres angeordneten, die Exzenterwelle (4) antreibenden Motor (13).

Description

Beschreibung

Tiefenrüttler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tiefenrüttler.

Tiefenrüttler dienen zur Verdichtung des Bodens und finden insbesondere Verwendung in Verbindung mit einer Materialfördereinheit bei der Herstellung von Materialsäulen im Boden, wie dies beispielsweise in der DE 198 14 021 AI beschrieben ist.

Herkömmliche Tiefenrüttler weisen ein Rüttlerrohr mit einem in dem Rüttlerrohr angeordneten Exzenter auf, wobei der Ex- zenter über eine Welle von einem in dem Rüttlerrohr angeordneten Motor angerieben wird. Der Exzenter versetzt das Rütt- lerrohr in Schwingungen und bewirkt so eine Verdichtung des Bodens oder des in den Boden von der Materialfördereinheit eingebrachten Materials. Erstrebenswert ist hierbei eine mög- liehst große Amplitude der Schwingungen, in welche das Rüttlerrohr versetzt wird, um eine hohe Verdichtung des Bodens oder des eingebrachten Materials zu erreichen. Dies kann durch einen Exzenter mit einer großen Masse erreicht werden, wobei der Einsatz eines solchen Exzenters einen entsprechend leistungsstarken Motor voraussetzt, um diesen Exzenter anzutreiben.

Den äußeren Abmessungen des Exzenters und somit dessen Masse sind allerdings durch die Abmessungen des Rüttlerrohres Gren- zen gesetzt. Der Durchmesser des Rüttlerrohres sollte nämlich möglichst gering sein, damit der Tiefenrüttler einfach in den Boden eindringen kann. Weiterhin sind der Leistung des Motors durch einen geringen zur Verfügung stehenden Einbauraum in dem Rüttlerrohr Grenzen gesetzt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Tiefenrüttler zur Verfügung zu stellen, der eine gute Verdichtung des Bodens bei einer großen Schwingungsamplitude gewährleistet und bei dem die oben genannten Probleme nicht auftreten.

Dieses Ziel wird durch einen Tiefenrüttler gemäß den Merkma- len des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Der erfindungsgemäße Tiefenrüttler weist ein Rüttlerrohr und einen in dem Rüttlerrohr drehbar um eine Exzenterwelle angeordneten Exzenter und einen außerhalb des Rüttlerrohres angeordneten, die Exzenterwelle antreibenden Motor auf.

Das Anordnen des Motors außerhalb des Rüttlerrohres bei dem erfindungsgemäßen Tiefenrüttler bringt zwei erhebliche Vorteile mit sich.

Erstens vergrößert sich die Schwingungsamplitude des Rüttler- rohres durch das Anordnen des Motors außerhalb des Rüttlerrohres ohne dass hierbei die Masse des Exzenters geändert werden muss. Es gilt nämlich, dass die Schwingungsamplitude des Rüttlerrohres proportional ist zu dem Quotienten aus der Masse des Exzenters und der "toten" Masse, wobei die tote - das heißt nicht bewegte- Masse durch das Rüttlerrohr, die Exzenterwelle und weitere in dem Rüttlerrohr angeordnete Komponenten, bei herkömmlichen Tiefenrüttlern auch durch den Motor, gebildet ist. Das Anordnen des Motors außerhalb des Rüttlerrohres verringert somit die tote Masse wodurch bei gleicher Exzentermasse größere Schwingungsamplituden erreicht werden oder wobei gl'eiche Schwingungsamplituden bei kleinerer Exzentermasse erreicht werden. Außerdem steht wegen des außerhalb angeordneten Motors in dem Rüttlerrohr mehr Raum für den Exzenter zur Verfügung, wodurch die Masse des Exzenters gegenüber herkömmlichen Tiefenrüttlern vergrößert werden kann, was gewünschtenfalls für erhebliche Steigerungen der Schwingungsamplitude des Rüttlerrohres genutzt werden kann. Zweitens sind die äußeren Abmessungen des Motors nicht durch die Abmessungen des Rüttlerrohres begrenzt. Der Motor kann daher größer und somit leistungsstärker dimensioniert sein.

Vorzugsweise ist ein Verlängerungsrohr an das Rüttlerrohr gekoppelt, wobei der Motor gemäß einer ersten Ausführungsform in dem Verlängerungsrohr oder gemäß einer zweiten Ausführungsform an einem dem Rüttlerrohr abgewandten Ende des Ver- längerungsrohres angeordnet ist.

Der Durchmesser des Verlängerungsrohres, das wie das Rüttlerrohr während des Betriebs in den Boden eingebracht ist, entspricht im wesentlichen dem Durchmesser, des Rüttlerrohres, so dass die Abmessungen des Rüttlerrohres die Abmessungen des Motors bei der ersten Ausführungsform beschränken. Das Verlängerungsrohr ist allerdings mittels eines Schwingungsdämp- fers schwingungsmäßig weitgehend oder vollständig entkoppelt an dem Rüttlerrohr angeordnet, so dass das Verlängerungsrohr und auch der in dem Verlängerungsrohr angeordnete Motor nicht zur toten Masse des Rüttlerrohres und seiner darin angeordneten Komponenten beitragen.

Bei der zweiten Ausführungsform macht man sich zu Nutze, dass das dem Rüttlerrohr abgewandte Ende des Verlängerungsrohres während des Betriebs des Tiefenrüttlers üblicherweise außerhalb des Bodens bleibt, so dass bezüglich der Abmessungen des Motors keine Beschränkungen bestehen. Außerdem sind ein schneller Motorwechsel und einfach durchzuführende Wartungs- und Reparaturarbeiten an dem einfach zugänglichen Motor möglich.

Zum Rütteln in großen Tiefen sind vorzugsweise mehrere Verlängerungsrohre aneinandergefügt .

Der Motor ist über eine Wellenanordnung an die Exzenterwelle gekoppelt, wobei diese Wellenanordnung bei einer Ausführungs- form der Erfindung eine an den Motor gekoppelte Antriebswelle und eine Versatzwelle aufweist, wobei die Versatzwelle mittels eines ersten Gelenks an die Antriebswelle und mittels eines zweiten Gelenks an die Exzenterantriebswelle gekoppelt ist. Die Antriebswelle ist in dem Verlängerungsrohr drehbar gelagert und besteht bei Einsatz von mehreren Verlängerungs- rohren aus mehreren drehbar miteinander gekoppelten Teilwellen, die beispielsweise mittels Klauenkupplungen (sogenannte Bipex-Kupplungen) , Kardangelenken oder dergleichen miteinan- der gekoppelt sind. Die Versatzwelle mit den beiden Gelenken, die insbesondere als Kardangelenke ausgebildet sind, ermöglicht eine seitliche Auslenkung des Rüttlerrohres gegenüber dem Verlängerungsrohr ohne die Antriebswelle oder die Exzenterwelle einer Biegebelastung zu unterwerfen. Vorzugsweise weist die Versatzwelle zwei in ihrer Längsrichtung gegeneinander verschiebbare Teilwellen auf, die Zugbelastungen der Antriebswelle oder der Exzenterwelle verhindern.

Das Antriebsrohr ist mittels Lagern drehbar in dem Verlänge- rungsrohr und die Exzenterwelle ist mittels Lagern drehbar in dem Rüttlerrohr angeordnet. Das Verlängerungsrohr weist an einem dem Rüttlerrohr zugewandten Ende einen Kupplungsstempel mit einer Wellendurchführung für das Antriebsrohr aufweist. Diese Wellendurchführung ist in Verlängerung des Kupplungs- stempeis vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet und reicht bis in das Rüttlerrohr, wobei die Antriebswelle mittels eines Lagers in der Wellendurchführung gelagert ist.

Eine zwischen dem Rüttlerrohr und dem Verlängerungsrohr ange- ordnete Kupplung, die aus einem elastischen Material besteht, verhindert die Übertragung von Vibrationen von dem Rüttlerrohr auf das Verlängerungsrohr und ermöglicht ein Auslenkungen des Rüttlerrohres in seitlicher Richtung gegenüber dem Verlängerungsrohr. Diese Kupplung ist von dem hülsenförmigen Abschnitt der Wellendurchführung bzw. von der Antriebswelle durchdrungen . Die Anordnung des Motors außerhalb des Rüttlerrohres ermöglicht es, den in dem Rüttlerrohr für den Exzenter zur Verfügung stehenden Raum mit Öl zu füllen, wodurch der Exzenter an der Innenwand des Rüttlerrohres auf einem Ölfilm gleiten kann. Auf Rollenlager wie bei bekannten Tiefenrüttlern kann dadurch verzichtet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Figuren zeigt

Figur 1 : einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler in Seitenansicht im Querschnitt,

Figur 2: einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler im Querschnitt durch das Rüttlerrohr im Bereich des Exzenters,

Figur 3 : einen Detailausschnitt des Tiefenrüttler gemäß Figur 1 in Seitenansicht im Querschnitt.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tiefenrüttlers. Dieser Tiefenrüttler weist ein Rüttlerrohr 8 auf, in dem eine Exzenterwelle 4 mittels Kugel- oder Rollenlagern 3A, 3B, 3C drehbar gelagert ist. An der Exzenterwelle 4 ist ein Exzenter 2 befestigt, der beispielsweise aus einem Metall besteht und die Exzenterwelle 4 teilweise umgibt.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Tiefenrüttler im Bereich des Exzenters 2, aus welchem ersichtlich ist, dass der Exzenter 2 ein Segment des im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts des Rüttlerrohres 8 um die Exzenterwelle 4 aus- füllt. Bei Rotation der Exzenterwelle 4 gleitet der an der

Exzenterwelle 4 angeordnete Exzenter 2 an der Innenfläche des hohlen Rüttlerrohres 8. Das Rüttlerrohr 8 ist zur Förderung

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spiel, bei welchem das Rüttlerrohr 8 gegenüber dem Verlängerungsrohr 12 ausgelenkt ist, zulässt und das Rüttlerrohr 8 an dem Verlängerungsrohr festhält, wobei die Kupplung 7 als Vibrationsdämpfer dient und wenigstens weitgehend verhindert, dass Schwingungen von dem Rüttlerrohr 8 an das Verlängerungs- rohr 12 übertragen werden. Die Anordnung mit den beiden Kardangelenken 9A, 9B und dem Versatzrohr 5 ermöglicht die Übertragung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 11 auf die Exzenterwelle 4, ohne dass die Antriebswelle 11 und die Ex- zenterwelle 4 bei ausgelenktem Rüttlerrohr 8 einer Biegebelastung unterworfen sind. Die Versatzwelle 5 besteht vorzugsweise in nicht näher dargestellter Weise aus zwei in Längsrichtung gegeneinander verschiebbaren Teilwellen, die drehbar miteinander gekoppelt sind. Dehnt sich die Kupplung 7 infolge einer Zugbelastung zwischen dem Rüttlerrohr 8 und dem Verlängerungsrohr 12 aus oder staucht sich die Kupplung 7 infolge einer Druckbelastung zusammen, so gleichen die gegeneinander verschiebbaren Teilwellen der Versatzwelle 5 die Zug- oder Stauchungsbelastung aus und verhindern so, dass die Antriebs- welle 11 und die Exzenterwelle 4 einer Zugbelastung oder Stauchungsbelastung unterliegen.

Das Verlängerungsrohr 12 weist an seinem dem Rüttlerrohr 8 zugewandten Ende einen Kupplungsstempel 10 mit einer Wellen- durchführung 6 auf, wobei diese Wellendurchführung 6 einen sich bis in das Rüttlerrohr 8 hineinerstreckenden hülsenför- migen Abschnitt aufweist. Die Antriebswelle 11 durchdringt den Kupplungsstempel 10 mit der Wellendurchführung 6, wobei die Antriebswelle 11, wie in dem Detailausschnitt gemäß Figur 3 dargestellt ist, in der Wellendurchführung 6 beispielsweise mittels Kugel- oder Rollenlagern 16A, 16B oder mittels beliebiger weiterer, nicht näher dargestellter Lagerungsmittel drehbar gelagert ist. Die Kupplung 7 umgreift den an dem Kupplungsstempel 10 angeordneten hülsenförmigen Abschnitt der Wellendurchführung 6 und ist fest mit dem Kupplungsstempel 10 bzw. dem hülsenförmigen Abschnitt der Wellendurchführung 6 co ι NJ t in o iπ in o in

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Schwingungsamplitude bei. Darüber hinaus steht bei dem erfindungsgemäßen Tiefenrüttler in dem Rüttlerrohr 8 gegenüber herkömmlichen Tiefenrüttlern mehr Raum für den Exzenter 2 zur Verfügung, so dass ein Exzenter mit größerer Masse realisier- bar ist, woraus eine zusätzliche Erhöhung der Schwingungsamp- litude resultiert.

Der in Figur 1 dargestellte Tiefenrüttler ist mittels eines herkömmlichen Erdbaugerätes mit Seilwinde handhabbar. Der Tiefenrüttler weist hierzu einen Rollenkopf 14 auf, um ihn in vertikaler Richtung, beispielsweise mittels eines Seilbaggers heben und senken zu können.

Bezugszeichenliste

1 Rüttlerspitze

2 Exzenter 3A, 3B, 3C Rollen- oder Kugellager

4 Exzenterwelle

5 Ersatzwelle

6 Wellendurchführung

7 Kupplung, Vibrationsdämpfer 8 Rüttlerrohr

9A, 9B Kardangelenk

10 Kupplungstempel

11 Antriebswelle

12 Verlängerungsrohr 13 Motor

14 Rollenkopf zur Aufhängung an einem Seilbagger

16A, 16B Rollen- oder Kugellager

Claims

Patentansprüche

1. Tiefenrüttler mit einem Rüttlerrohr (8), einem in dem Rüttlerrohr (8) drehbar um eine Exzenterwelle (4) angeordneten Exzenter (2) und einem außerhalb des Rüttlerrohres angeordneten, die Exzenterwelle (4) antreibenden Motor (13) , wobei ein Verlängerungsrohr (12) an das Rüttlerrohr (8) gekoppelt ist, das einen KupplungsStempel (10) mit einer Durchführung für eine Antriebswelle (11) des Exzenters (2) aufweist.

2. Tiefenrüttler nach Anspruch 1, bei dem der Motor (13) an einer dem Rüttlerrohr (8) abgewandten Ende des Verlängerungs- rohres (12) angeordnet ist.

3. Tiefenrüttler nach Anspruch 1, bei dem der Motor (13) in dem Verlängerungsrohr (12) angeordnet ist.

4. Tiefenrüttler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Motor (13) über eine Wellenanordnung (5, 9A, 9B, 11) an die Exzenterwelle (4) gekoppelt ist.

5. Tiefenrüttler nach Anspruch 4, bei dem die Wellenanordnung (5, 9, 11) eine an den Motor (13) gekoppelte Antriebswelle (11) und eine Versatzwelle (5) aufweist, wobei die Versatz- welle mittels eines ersten Gelenks (9A) an die Antriebswelle (11) und mittels eines zweiten Gelenks (9B) an die Exzenterwelle (4) gekoppelt ist.

6. Tiefenrüttler nach Anspruch 5, bei dem das Antriebsrohr (11) mittels Lagern (15A, 15B) drehbar in dem Verlängerungs- rohr und bei dem die Exzenterwelle (4) mittels Lagern (3A, 3B) drehbar in dem Rüttlerrohr (8) angeordnet ist.

7. Tiefenrüttler nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Versatz- welle (5) zwei in ihrer Längsrichtung gegeneinander verschiebbare und drehmomentfest miteinander gekoppelte Teilwellen aufweist. 11

8. Tiefenrüttler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Verlängerungsrohr (12) an einem dem Rüttlerrohr (8) zugewandten Ende den KupplungsStempel (10) mit der Wellen- durchführung (6) für die Antriebswelle (11) aufweist.

9. Tiefenrüttler nach Anspruch 8, bei dem die Wellendurchführung bis in das Rüttlerrohr (8) reicht.

10. Tiefenrüttler nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Antriebswelle mittels wenigstens eines Lagers (16A, 16B) in der Wellendurchführung (6) gelagert ist.

11. Tiefenrüttler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Exzenter (2) auf einem Ölfilm an einer Innenfläche des Rüttlerrohres (8) gleitet.

12. Tiefenrüttler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem wenigstens zwei Verlängerungsrohre vorgesehen sind und bei dem die Antriebswelle wenigstens zwei Teilwellen aufweist .