WO2009049576A1 - Vorrichtung zur erzeugung von schwingungen - Google Patents

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WO2009049576A1
WO2009049576A1 PCT/DE2008/001416 DE2008001416W WO2009049576A1 WO 2009049576 A1 WO2009049576 A1 WO 2009049576A1 DE 2008001416 W DE2008001416 W DE 2008001416W WO 2009049576 A1 WO2009049576 A1 WO 2009049576A1
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WO
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masses
imbalance masses
imbalance
bearing
arms
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PCT/DE2008/001416
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French (fr)
Inventor
Uwe Richter
Johannes KÖCHER
Original Assignee
Thyssenkrupp Gft Tiefbautechnik Gmbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil
    • E02D3/074—Vibrating apparatus operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/167—Orbital vibrators having masses being driven by planetary gearings, rotating cranks or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/18—Placing by vibrating

Definitions

  • the invention relates to a device for generating vibrations, in particular for attachment to RammMechn that are rammed or pulled by these vibrations in a soil, with at least two counter-synchronized rotating unbalanced masses, which roll on a track and are driven by separate shafts.
  • vibration devices are used, which are also called vibration bear or shaker.
  • Such vibratory bears or vibrators can be fixed non-positively by means of a clamping pliers on a sheet pile wall or the other piling. If the vibrating bear is set into vibration, the body to be driven in is driven into the ground even at low load or even by its own weight, or its removal is facilitated.
  • two eccentric masses are arranged on at least two separate shafts. The shafts are connected via gears so that the imbalance masses rotate in pairs in opposite directions.
  • An embodiment of the prior art provides for this two pairs unbalanced shafts whose unbalance via a control device, for. B. an adjusting motor on another shaft are adjustable relative to each other.
  • a control device for. B. an adjusting motor on another shaft are adjustable relative to each other.
  • the centrifugal forces cancel each other in each angular position.
  • the centrifugal forces of the imbalances add up in one plane.
  • the amplitude of a vibration unit is determined by the so-called static moment divided by the weight of the oscillating mass.
  • the static moment is calculated from the masses of the rotating imbalances multiplied by the distance of the center of gravity of the individual imbalance masses to the axis of rotation. It follows that for a high amplitude a high static torque and / or a small oscillating total mass is needed.
  • the amplitude as a parameter of a vibration bear is independent of the speed or the oscillation frequency of the vibration bear.
  • High-frequency vibrators require large bearings to support the high centrifugal forces per shaft, which increases the dynamic weight of the vibrating mass and thus reduces the amplitude.
  • the adjusting means increase the dynamic weight of the vibrating bear, so that an additional reduction of the amplitude takes place.
  • An increase in the static torque for larger and heavier pile material is technically possible only by increasing the number of unbalanced shafts, which is associated with a proportional increase in the installation space of the vibrator. The associated increase in weight results in no improvement in the amplitude.
  • a special embodiment of devices for generating vibrations is the so-called upright vibrator.
  • This is a version with a small width of the device in order to be able to set a third pile between two ramming goods not yet rammed.
  • the small width is achieved by placing the individual unbalanced shafts vertically one above the other. According to the prior art, this four waves are arranged one above the other to eliminate horizontal force-related torsional moments.
  • a reduction in the amplitude up to the value zero is achieved in that two imbalances on a shaft are rotatable relative to each other.
  • the preferred arrangement of the adjustment is in this case according to an executed prior art, an adjusting on an axis between two shaft pairs.
  • a high-amplitude vibrator which has a housing with two spaced-apart bores, in each of which two imbalance masses are mounted on the walls of the bores to roll off.
  • the imbalance masses are arranged on one arm, wherein the angular position between the arms and thus between the imbalance masses via a mechanism is adjustable, so that different unbalance moments are adjustable.
  • neither the complicated adjusting mechanism nor the simple guidance of the rollers in grooves is suitable for fulfilling the task described above, to realize a compact vibration unit with high amplitude at high oscillation frequency.
  • Object of the present invention is to provide a device of the initially to create said type, which achieves a significantly higher amplitude of high-frequency vibration bear in a smaller space than is possible according to the prior art and allows in an expanded version an adjustability of the vibration amplitude.
  • a device is also known from DE 41 39 798 A1, in the housing of which two spaced and parallel shafts are provided.
  • Each of the shafts is associated with a single variable hydraulic motor that drives the shafts.
  • Each shaft has an imbalance mass in the form of a piston which is displaceable longitudinally displaceable and relatively smooth in each case a hollow body in the direction of the longitudinal axis.
  • the hollow body is in each case integrally connected to the associated shaft.
  • the longitudinal axes of the different hollow bodies on different shafts are arranged parallel to each other and orthogonal to a center line, on which the centers of the shafts are at a distance from each other.
  • unbalance masses are arranged longitudinally displaceable.
  • the waves are accelerated in idle up to the desired speed, wherein the imbalance masses are arranged in a neutral position. Only after reaching the desired speed unbalance masses are moved to an eccentric position.
  • both the imbalance masses and the raceways are made of a hardened material, in a preferred embodiment in a bearing steel, and a hardness of HRC> 50 and has a suitable lubrication in the contact area of Wälzpartner.
  • a resilient bias in the radial direction is essential.
  • Suitable materials for the races and rollers are through hardened steels and case hardened steels.
  • lubrication must be provided.
  • an oil lubrication is provided, which can be realized as immersion bath lubrication.
  • a pressure circulation lubrication can also be provided.
  • the bearing ring is replaceable. This offers the advantage that it can be easily replaced when wear of the track.
  • the device according to the invention is characterized in that one or more cylindrical unbalanced masses roll on the inner jacket of two stationary bearing shells, the axis of rotation of which is connected via an arm to a driving shaft, so that the static moments which can be generated increase considerably.
  • the particular advantage of this device is that the static moments that can be generated can be increased considerably if hardened steels are used as the material of the bearing shells and of the unbalanced masses.
  • the centrifugal forces generated during the rotation without the otherwise usual significant bending loads of the drive shaft, can be collected.
  • 2 imbalance masses are arranged in each bearing shell, which are rigidly interconnected, so that their mutual distance does not change. These masses act kinematically like a single mass, which is rotated on a circular arc, which is determined by the bearing shell.
  • two imbalance masses by means of arms rotatably and rotatably disposed in the bearing shell, wherein the angular distance of the arms is changeable.
  • the rotatable imbalance masses at an angular distance of z. B. 180 °, so that - with the same mass of imbalances and the same radial distance from the drive shaft - the unbalance resulting from each imbalance mass is compensated (provided that the centrifugal forces of the arms and the other connecting means are negligible).
  • the angular distance of the arms is adjustable with an adjusting gear which is arranged in a rotating manner on the respective drive shaft. After adjustment no further friction losses occur due to the movement of additional waves.
  • a particularly compact design is achieved by pushing two counter-rotating shafts in an axis, whereby the width of the vibrating device is halved.
  • a particularly compact design for the so-called vertical vibrators is achieved. Reversing the direction of rotation on one axis can be achieved with simple means by means of a bevel gearbox, in this case a bevel gearbox. This design allows a significant increase in the useful length of a leader led vibrator win while increasing the performance of the vibrator.
  • the adjustable angular distance of the arms is limited to a minimum value by a spacer, which is formed according to a further embodiment of the invention by respective free legs of an angle arm which abut each other at a minimum distance. Through this spacer it is ensured that the rotating cylindrical or spherical imbalance masses can rotate freely in the bearing shell.
  • the sum of the diameter of the imbalance mass plus the radius of the drive shaft is the same size as the radius of the bearing shell in which the imbalance masses are rotatably arranged.
  • a raceway guard in front of and / or behind the imbalance masses, which is preferably a scraper which scraps foreign matter from the imbalance masses. The wear of both the imbalance masses and the bearing ring is thereby reduced, whereby the durability of the components is significantly improved.
  • An advantageous embodiment provides that the imbalance masses are pressed against the race, in particular at low frequencies by a compression spring with a minimum pressure. As a result, when starting the device, ie at low frequencies, a sliding of the imbalance masses is avoided on the bearing ring. This also minimizes signs of wear that always occur when sliding between two solids.
  • the imbalance masses in different bearing shells rotate synchronously in opposite directions.
  • the synchronization can - as in principle in the known prior art constructions - by means of a gear drive or z. B. be realized by means of a belt drive.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of two bearing respectively with two imbalance masses bearing shells of a vibration device in different angular positions of the imbalance masses
  • Fig. 2, 3 and 4 schematic diagrams with a preferred embodiment of
  • Fig. 5 shows another embodiment of the invention with a
  • Fig. 1 two bearing shells 13, 14 are shown, each with a pair of cylindrical imbalance masses 4, 5, wherein the imbalance masses of a pair are each rigidly coupled together via links 3, so that each pair kinetically acts as a single constant imbalance mass, each can roll in the bearing shell in the illustrated arrow direction.
  • the drive takes place in each case via a shaft 1, 2.
  • the imbalance masses 4, 5 as well as the bearings consisting of raceways made of a hardened material such.
  • the vibration device 10 has two bearing shells 13, 14 which are arranged about axes of rotation 11 and 12 and into which a respective bearing ring 32 is embedded.
  • On the running surfaces of the bearing rings 32 are each two (or more) imbalance masses 15 and 16, which are cylindrical, unrolled.
  • the running surface of the bearing rings 32 and / or the imbalance masses 15, 16 are lubricated, to which preferably an oil immersion lubrication 31 is used.
  • the respective unwinding direction is shown by arrows 17 and 18, which indicate that the unbalanced body in the two hollow shafts roll in opposite directions.
  • two scrapers 33 are provided.
  • a biasing device which presses the imbalance masses 15, 16 against the bearing rings 32.
  • a synchronous opposite movement of the imbalance masses is ensured for example by the pinion, belt or the like.
  • Each cylindrical imbalance mass 15, 16 is fastened with its axis of rotation 19 to an angle arm 21, 22.
  • Each angle arm is fastened on the one hand with its first end on a rotary shaft 23.
  • the free ends 24, 25 are angled so that they abut each other in the position in which the two cylindrical imbalance masses 15 and 16 have the least possible distance from each other.
  • an unillustrated electrical, hydraulic or pneumatic control it is possible to change the angular distance of the angle arms 21 and 22 continuously up to 180 °.
  • the cylindrical imbalance masses 15 and 16 are arranged diametrically opposite in the hollow shaft, so that cancel their static torques.
  • the vibration device can be raised to the desired operating frequency vibration-free.
  • the oscillation amplitude can be adjusted steplessly by adjusting the angles of the imbalance masses.
  • an unillustrated scraper is arranged in front of or behind the imbalance masses, which strips off dirt and dust particles from the imbalance masses.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an adjusting member 26 which engages the arms 27, 28. By a linear displacement of the actuator 29, any angular positions can be adjusted continuously.
  • a minimum angle of about 70 ° and in Fig. 3 is set an angle of almost 180 °, in which the imbalance masses 15, 16 and the associated parts, which rotate with the imbalance masses are in static equilibrium.
  • FIG. 2 shows a lubricant spray device 30, in FIG. 3 a dip bath 31 and in FIG. 4 a pressure spray device 34 as alternative lubrication.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen, insbesondere zur Befestigung an Rammkörpern, die durch diese Schwingungen in ein Erdloch eingerammt oder herausgezogen werden, mit mindestes zwei gegenläufig synchronisiert rotierenden Unwuchtmassen (15, 16), die auf einer Laufbahn abrollen und von getrennten Wellen angetrieben werden. Erfindungsgemäß ist die Laufbahn ein in das Gehäuse eingepasster Lagerring (32) ist, wobei aus Walzlagerstahl gefertigt ist, der eine Härte von HRC ≥50 aufweist.

Description

Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen, insbesondere zur Befestigung an Rammkörpern, die durch diese Schwingungen in ein Erdreich eingerammt oder herausgezogen werden, mit mindestens zwei gegenläufig synchronisiert rotierenden Unwuchtmassen, die auf einer Laufbahn abrollen und von getrennten Wellen angetrieben werden.
Bekanntlich werden längliche Profile wie beispielsweise Spundwandbohlen, Rohre oder dergleichen in einen Untergrund durch Rütteln eingetrieben oder aus diesem herausgezogen. Zu diesem Zweck werden Vibrationsvorrichtungen verwendet, die auch Vibrationsbären oder Rüttler genannt werden. Solche Vibrationsbären oder Rüttler lassen sich mittels einer Klemmzange an einer Spundwandbohle oder dem sonstigen Rammkörper kraftschlüssig befestigen. Versetzt man den Vibrationsbären in Schwingungen, wird der einzutreibende Körper bereits bei geringer Kraftbeaufschlagung oder auch durch sein Eigengewicht in den Boden eingetrieben bzw. sein Herausziehen erleichtert. In vielen nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen sind auf mindestens zwei getrennten Wellen jeweils zwei exzentrische Massen angeordnet. Die Wellen sind so über Zahnräder verbunden, dass die Unwuchtmassen paarweise gegensinnig rotieren.
Zu berücksichtigen ist, dass beim Einrammen oder Herausziehen mittels Vibrationsbären Erschütterungen vermieden werden, durch welche Bauwerke geschädigt oder zerstört werden können. Die Gefahr einer Beschädigung ist insbesondere im Bereich der Eigenfrequenz des Erdbodens sehr groß.
Zur Vermeidung dieser Beschädigungen werden im Stand der Technik Vibratoren, die mit einer deutlich höheren Frequenz als der Eigenfrequenz des Bodens arbeiten, sogenannte hochfrequente Vibrationsbären, vorgeschlagen. Es ist nachgewiesen, dass die Schwingungsausbreitung im Boden ausgehend vom Rammgut mit zunehmender Frequenz des Vibrationsbären minimiert wird. Weiterhin entsteht beim Anfahren aber auch beim Auslaufen des Vibrators das Problem, dass die bei niedrigen Werten liegenden Eigenfrequenzen durchfahren werden müssen. Es ist daher bereits mehrfach im Stand der Technik vorgeschlagen worden, die Vorrichtungen zur Schwingungserzeugung so auszustatten, dass beim Durchfahren der Eigenfrequenzen die Schwingungsamplitude der Vorrichtung deutlich reduziert wird oder gleich Null ist.
Eine Ausführung aus dem Stand der Technik sieht hierfür zwei Paar Unwuchtwellen vor, deren Unwuchten über eine Steuereinrichtung, z. B. einen Verstellmotor auf einer weiteren Welle relativ zueinander verstellbar sind. In einer Phasenlage der Unwuchten zueinander heben sich die Fliehkräfte in jeder Winkelstellung auf. In einer um 180° versetzten Phasenlage addieren sich die Fliehkräfte der Unwuchten in eine Ebene.
Die Amplitude einer Vibrationseinheit wird bestimmt durch das sogenannte statische Moment geteilt durch das Gewicht der schwingenden Masse. Das statische Moment berechnet sich aus den Massen der rotierenden Unwuchten multipliziert mit dem Abstand des Schwerpunktes der einzelnen Unwuchtmassen zur Rotationsachse. Hieraus ergibt sich, dass für eine hohe Amplitude ein hohes statisches Moment und/oder eine kleine schwingende Gesamtmasse benötigt wird. Die Amplitude als Kenngröße eines Vibrationsbären ist unabhängig von der Drehzahl beziehungsweise der Schwingfrequenz des Vibrationsbären.
Hochfrequente Vibratoren benötigen groß dimensionierte Lager, um die hohen Fliehkräfte pro Welle tragen zu können, wodurch das dynamische Gewicht der schwingenden Masse erhöht wird und somit die Amplitude verkleinert wird. Ebenso erhöhen die Verstelleinrichtungen das dynamische Gewicht der Vibrationsbären, so dass eine zusätzliche Reduzierung der Amplitude stattfindet. Eine Erhöhung des statischen Momentes für größeres und schwereres Rammgut ist technisch nur durch eine Erhöhung der Anzahl der Unwuchtwellen möglich, was verbunden ist mit einem proportionalen Anwachsen des Bauraumes des Vibrators. Durch die damit verbundene Gewichtserhöhung ergibt sich keine Verbesserung in der Amplitude.
Eine besondere, dem Stand der Technik entsprechende Ausführung von Vorrichtungen zur Erzeugung von Schwingungen ist der so genannte Hochkantvib- rator. Hierbei handelt es sich um eine Ausführung mit einer geringen Breite der Vorrichtung, um zwischen zwei noch nicht eingerammten Rammgütern ein drittes Rammgut setzen zu können. Die geringe Baubreite wird dadurch erzielt, dass man die einzelnen Unwuchtwellen vertikal übereinander setzt. Nach dem Stand der Technik werden hierbei vier Wellen übereinander angeordnet, um Horizontal kraft bedingte Torsionsmomente zu eliminieren. Bei dieser speziellen Bauform wird eine Verringerung der Amplitude bis hin zum Wert Null dadurch erreicht, dass zwei Unwuchten auf einer Welle relativ zueinander verdrehbar sind. Die bevorzugte Anordnung des Verstellmechanismus ist hierbei nach einem ausgeführten Stand der Technik ein Verstellgetriebe auf einer Achse zwischen zwei Wellenpaaren. Durch diese Anordnung ergibt sich eine vergleichbar hohe Bauweise eines solchen Schwingungserregers. Da diese Typen von Vibratoren in der Regel an einem Mäkler über einen Schlitten verfahrbar angeordnet sind, verringert sich durch diese Bauhöhe die maximale Länge der einzubringenden Rammgüter. Aus der Patentanmeldung DE 196 31 991 B4 ist eine Anordnung von Unwuchten und Wellen bekannt, die die benötigte Wellenanzahl auf drei reduziert, um eine geringere Bauhöhe zu schaffen.
In der US 2 831 353 wird beispielsweise ein Vibrator mit hoher Magnitude vorgeschlagen, der ein Gehäuse mit zwei beabstandeten Bohrungen aufweist, in denen jeweils zwei Unwuchtmassen auf den Wänden der Bohrungen abrollbar gelagert sind. Die Unwuchtmassen sind an jeweils einem Arm angeordnet, wobei die Winkellage zwischen den Armen und damit zwischen den Unwuchtmassen über eine Mechanik einstellbar ist, so dass unterschiedliche Unwuchtmomente einstellbar sind. Dabei ist jedoch weder der komplizierte Verstellmechanismus noch die einfache Führung der Rollen in Nuten geeignet, die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, eine kompakte Vibrationseinheit mit hoher Amplitude bei großer Schwingfrequenz zu realisieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine deutlich höhere Amplitude hochfrequenter Vibrationsbären bei verkleinertem Bauraum erzielt als dies nach dem Stand der Technik möglich ist und die in einer erweiterten Ausführung eine Verstellbarkeit der Schwingungsamplitude ermöglicht.
Auch aus der DE 41 39 798 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, in deren Gehäuse zwei mit Abstand sowie parallel zueinander verlaufende Wellen vorgesehen sind. Jeder der Wellen ist ein einzelner regelbarer Hydromotor zugeordnet, der die Wellen antreibt. Jede Welle besitzt eine Unwuchtmasse in Form eines Kolbens, der längs- verschieblich und relativ leichtgängig in je einem Hohlkörper in Richtung der Längsachse verschieblich ist. Der Hohlkörper ist jeweils mit der zugeordneten Welle einstückig verbunden. Die Längsachsen der unterschiedlichen Hohlkörper auf verschiedenen Wellen sind parallel zueinander und orthogonal zu einer Mittellinie angeordnet, auf der die Mittelpunkte der Wellen mit Abstand zueinander liegen. In den genannten Hohlkörpern sind Unwuchtmassen längsverschieblich angeordnet. Um das Durchlaufen von Eigenfrequenzen mit großer Amplitude der Schwingungsvorrichtung zu verhindern, werden die Wellen im Leerlauf bis zu der gewünschten Drehzahl beschleunigt, wobei die Unwuchtmassen in neutraler Stellung angeordnet sind. Erst nach Erreichen der gewünschten Drehzahl werden die Unwuchtmassen in eine exzentrische Lage verschoben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine hohe Amplitude bei einer hohen Frequenz erreicht werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass Bauvolumen zu konventionellen Vibratoren, insbesondere sogenannten Hochkantvibratoren, deutlich zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfachen Verstellmechanismus für die Vibration der Schwingungsamplitude bis hin zu Null zu erreichen.
Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Unwuchtmassen als auch die Laufbahnen aus einem gehärteten Material, in bevorzugter Ausführung in einem Wälzlagerstahl, gefertigt sind und eine Härte von HRC >50 aufweist und eine geeignete Schmierung im Kontaktbereich der Wälzpartner aufweist. Um eine Gleitbewegung der Unwuchtrollen im Stadium des Anlaufens zu verhindern, ist eine elastische Vorspannung in radialer Richtung wesentlich. Durch die Kombination gehärteter Wälzpaarungen und eine Schmierung kann im Vergleich zu herkömmlichen hochfrequent drehenden Vibratoren bei gleicher Frequenz und deutlich kleinerem Bauraum eine wesentlich höhere Amplitude und Schwingkraft erzielt werden. Geeignete Werkstoffe für die Laufringe und Laufrollen sind durchgehärtete Stähle und Einsatzstähle. Um Verschleißerscheinungen im Wälzkontakt klein zu halten, ist eine Schmierung vorzusehen. Vorzugsweise ist eine Ölschmierung vorgesehen, die als Tauchbadschmierung realisiert werden kann. Um eine bessere Wärmeabfuhr gewährleisten zu können, kann auch eine Druckumlaufschmierung vorgesehen werden.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Lagerring auswechselbar. Das bietet den Vorteil, dass bei Verschleißerscheinungen der Laufbahn diese einfach ausgetauscht werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Innenmantel zweier feststehender Lagerschalen je eine oder mehrere zylinderförmige Unwuchtmassen abrollen, deren Drehachse über einen Arm mit einer antreibenden Welle verbunden ist, dass sich die erzeugbaren statischen Momente erheblich vergrößern.
Der besondere Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass sich die erzeugbaren statischen Momente erheblich vergrößern lassen, wenn man als Werkstoff der Lagerschalen und der Unwuchtmassen gehärtete Stähle verwendet. Zudem können die bei der Rotation erzeugten Zentrifugalkräfte, ohne die ansonsten üblichen erheblichen Biegebelastungen der Antriebswelle, aufgefangen werden. In einem ersten Ausführungsbeispiel sind in jeder Lagerschale 2 Unwuchtmassen angeordnet, die starr miteinander verbunden sind, so dass sich deren gegenseitiger Abstand nicht ändert. Diese Massen wirken kinematisch wie eine einzige Masse, die auf einen Kreisbogen, der durch die Lagerschale bestimmt wird, rotierend bewegt werden.
Alternativ hierzu sind nach einem weiteren Ausführungsbeispiel zwei Unwuchtmassen mittels Armen dreh- und rotierbar in der Lagerschale angeordnet, wobei der Winkelabstand der Arme veränderbar ist. Auch bei einer solchen Anordnung ist es somit möglich, die rotierbaren Unwuchtmassen in einem Winkelabstand von z. B. 180° anzuordnen, so dass - bei gleicher Masse der Unwuchten und gleichem Radialabstand von der Antriebswelle - die aus jeder Unwuchtmasse resultierte Unwucht kompensiert wird (vorausgesetzt, die Fliehkräfte der Arme und der übrigen Verbindungsmittel sind vernachlässigbar).
Vorteilhafter Weise ist der Winkelabstand der Arme mit einem Verstellgetriebe einstellbar, welches mitrotierend auf der jeweiligen Antriebswelle angeordnet ist. Nach erfolgter Verstellung treten keine weiteren Reibungsverluste aufgrund der Bewegung zusätzlicher Wellen auf.
Eine besonders kompakte Bauweise wird dadurch erzielt, dass man zwei gegenläufig rotierende Wellen in eine Achse schiebt, wodurch die Baubreite der Vibrationsvorrichtung halbiert wird. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform für die so genannten Hochkantvibratoren erzielt. Die Drehrichtungsumkehr auf einer Achse lässt sich über ein Winkelgetriebe, in diesem Fall ein Kegelradgetriebe, mit einfachen Mitteln erzielen. Durch diese Bauform lässt sich eine deutliche Erhöhung der Nutzlänge eines mäklergeführten Vibrators bei gleichzeitiger Leistungssteigerung des Vibrators gewinnen.
Weiterhin vorzugsweise ist der einstellbare Winkelabstand der Arme auf einen minimalen Wert durch einen Abstandshalter begrenzt, der nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durch jeweils freie Schenkel eines Winkelarmes gebildet wird, die bei minimalem Abstand aneinander stoßen. Durch diesen Abstandshalter wird gewährleistet, dass die rotierenden zylinder- oder kugelförmigen Unwuchtmassen in der Lagerschale frei rotieren können.
Vorzugsweise ist die Summe des Durchmessers der Unwuchtmasse zuzüglich des Radius der Antriebswelle gleich groß wie der Radius der Lagerschale, in der die Unwuchtmassen rotierbar angeordnet sind.
Zur Vermeidung von Verschleißerscheinungen, die aufgrund von Fremdkörpern verursacht werden, die in die Laufbahn gelangen, ist vorzugsweise vorgesehen, vor und/oder hinter die Unwuchtmassen ein Laufbahnschutz anzuordnen, der vorzugsweise ein Abstreifer ist, der Fremdkörper von den Unwuchtmassen abstreift. Der Verschleiß sowohl der Unwuchtmassen als auch des Lagerrings wird dadurch verringert, womit die Haltbarkeit der Bauteile erheblich verbessert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Unwuchtmassen insbesondere bei kleinen Frequenzen durch eine Druckfeder mit einem Mindestdruck gegen den Laufring gedrückt werden. Dadurch wird beim Anfahren der Vorrichtung, also bei kleinen Frequenzen, ein Gleiten der Unwuchtmassen auf dem Lagerring vermieden. Auch hierdurch werden Verschleißerscheinungen minimiert, die beim Gleiten zwischen zwei Festkörpern stets entstehen.
Die Unwuchtmassen in verschiedenen Lagerschalen rotieren synchron gegenläufig. Die Synchronisation kann - wie grundsätzlich bei den nach dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen - mittels eines Zahnradtriebes oder z. B. mit Hilfe eines Riementriebes realisiert werden.
Weitere Erläuterungen werden anhand der Zeichnungen gegeben. Es zeigen:
Fig. 1 jeweils Prinzipskizzen von zwei jeweils mit zwei Unwuchtmassen bestückten Lagerschalen einer Schwingungsvorrichtung in verschiedenen Winkelstellungen der Unwuchtmassen, Fig. 2, 3 und 4 Prinzipskizzen mit einer bevorzugten Ausführungsform der
Unwuchtverstelleinrichtung und verschiedenen Schmiereinrichtungen
Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer
Abstreifeinrichtung.
In Fig. 1 sind zwei Lagerschalen 13, 14 mit je einem Paar von zylinderförmigen Unwuchtmassen 4, 5 dargestellt, wobei die Unwuchtmassen eines Paares jeweils über Verbindungsglieder 3 starr miteinander gekoppelt sind, so dass jedes Paar kinetisch wie eine einzige konstante Unwuchtmasse wirkt, die jeweils in der dargestellten Pfeilrichtung in der Lagerschale abrollen kann. Der Antrieb erfolgt jeweils über eine Welle 1 , 2. Erfindungsgemäß bestehen die Unwuchtmassen 4, 5 als auch die aus Lagerschalen bestehenden Laufbahnen aus einem gehärteten Material wie z. B. einem Wälzlagerstahl mit einer Härte HRC > 50.
Die Schwingungsvorrichtung 10 nach Fig. 5 besitzt zwei um Drehachsen 11 bzw. 12 angeordnete Lagerschalen 13, 14, in die jeweils ein Lagerring 32 eingelassen ist. Auf den Laufflächen der Lagerringe 32 sind jeweils zwei (oder mehr) Unwuchtmassen 15 und 16, die zylinderförmig ausgebildet sind, abrollbar. Mit einer Schmiervorrichtung kann die Lauffläche der Lagerringe 32 und/oder die Unwuchtmassen 15, 16 geschmiert werden, wobei dazu vorzugsweise eine Öltauchschmierung 31 verwendet wird. Die jeweilige Abrollrichtung ist durch Pfeile 17 und 18 dargestellt, die erkennen lassen, dass die Unwuchtkörper in den beiden Hohlwellen gegenläufig abrollen. Als Laufbahnschutz sind zwei Abstreifer 33 vorgesehen. Um zu vermeiden, dass bei geringen Frequenzen die Unwuchtmassen auf den Lagerringen 32 gleiten ist eine nicht dargestellte Vorspannvorrichtung vorgesehen, die die Unwuchtmassen 15, 16 gegen die Lagerringe 32 drückt. Eine synchron gegenläufige Bewegung der Unwuchtmassen wird beispielsweise durch den Zahntrieb, Riemen oder ähnliches gewährleistet. Jede zylinderförmige Unwuchtmasse 15, 16 ist mit ihrer Drehachse 19 an einem Winkelarm 21 , 22 befestigt. Jeder Winkelarm ist einerseits mit seinem ersten Ende auf einer Drehwelle 23 befestigt. Die freien Enden 24, 25 sind so abgewinkelt, dass sie in der Position, in der die beiden zylinderförmigen Unwuchtmassen 15 und 16 den geringstmöglichen Abstand voneinander haben, aneinander stoßen. Über eine nicht dargestellte elektrische, hydraulische oder pneumatische Steuerung ist es möglich, den Winkelabstand der Winkelarme 21 und 22 stufenlos bis auf 180° zu verändern. In dieser 180°-Stellung sind die zylindrischen Unwuchtmassen 15 und 16 diametral gegenüberliegend in der Hohlwelle angeordnet, so dass sich deren statische Drehmomente aufheben. In dieser Stellung kann die Schwingungsvorrichtung auf die gewünschte Betriebesfrequenz vibrationsfrei hochgefahren werden. Die Schwingungsamplitude lässt sich stufenlos regeln, indem die Winkel der Unwuchtmassen verstellt werden. Um die Lauffläche von Dreck und Schmutz zu befreien, ist vor oder hinter den Unwuchtmassen ein nicht dargestellter Abstreifer angeordnet, der Schmutz- und Staubpartikel von den Unwuchtmassen abstreift.
Fig. 2,3 zeigen in einer prinzipiellen Darstellung ein Verstellorgan 26, das an den Armen 27, 28 angreift. Durch eine Linearverschiebung des Stellgliedes 29 lassen sich beliebige Winkellagen stufenlos einstellen. In Fig. 2 ist ein minimaler Winkel von etwa 70° und in Fig. 3 ein Winkel von nahezu 180° eingestellt, bei dem die Unwuchtmassen 15, 16 sowie die hiermit verbundenen Teile, die sich mit den Unwuchtmassen drehen, im statischen Gleichgewicht stehen. Ferner ist in Fig. 2 noch eine Schmiermittel-Sprühvorrichtung 30, in Fig. 3 ein Tauchbad 31 und in Fig. 4 eine Druckmittelsprüheinrichtung 34 als alternative Schmierung zu erkennen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von Schwingungen, insbesondere zur Befestigung an Rammkörpern, die durch diese Schwingungen in ein Erdloch eingerammt oder herausgezogen werden, mit mindestes zwei gegenläufig synchronisiert rotierenden Unwuchtmassen (15, 16), die auf einer Laufbahn abrollen und von getrennten Wellen angetrieben werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Unwuchtmassen als auch die Laufbahnen bestehen aus einem gehärteten Material mit einer Härte von HRC > 50, vorzugsweise > 55, vorzugsweise aus Wälzlagerstahl, und dass eine Schmierung im Kontaktbereich der Wälzpartner angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn aus einem auswechselbaren Lagerring (32) besteht.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiervorrichtung eine Tauchbad- oder eine Druckumlaufschmierung ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Innenmantel einer Lagerschale eine oder mehrere zylinderförmigen Unwuchtmassen (15, 16) abrollen, deren Drehachse über einen Arm (21 , 22) mit der antreibenden Welle (23) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Lagerschale (13, 14) zwei Unwuchtmassen (15, 16) abrollen, die starr miteinander verbunden sind, so dass sich deren gegenseitiger Abstand nicht ändert.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Lagerschale (13, 14) zwei Unwuchtmassen (15, 16) mittels Armen (21 , 22) dreh- und rotierbar angeordnet sind, wobei der Winkelabstand der Arme (21 , 22) veränderbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabstand der Arme mit einem hydraulisch betriebenem Verstellgetriebe einstellbar ist, welches mitrotierend auf der jeweiligen Antriebsachse angeordnet ist.
8. Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmassen (15,16) elastisch vorgespannt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der einstellbare Winkelabstand der Arme (21 , 22), auf einen minimalen und maximalen Wert durch je einen Abstandshalter begrenzt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter durch jeweils freie Schenkel (24, 25) eines Winkelarmes gebildet wird, die bei minimalem Abstand aneinander stoßen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe des Durchmessers der Unwuchtmasse (15, 16) zuzüglich des Radius der Antriebswelle gleich groß ist wie der Radius der Lagerschalen (13, 14), in der die Unwuchtmassen rotierbar angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , gekennzeichnet durcheinen Laufbahnschutz, der vorzugsweise ein Abstreifer (33) ist, und vor und/oder hinter den Unwuchtmassen (15, 16) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Feder, welche die Unwuchtmassen (15, 16) insbesondere bei kleinen Frequenzen, mit einem Mindestdruck gegen den Lagerring (32) drückt.
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