DE10115107A1 - Tiefenrüttler - Google Patents

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

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tiefenrüttler.

Tiefenrüttler dienen zur Verdichtung des Bodens und finden insbesondere Verwendung in Verbindung mit einer Materialför­ dereinheit bei der Herstellung von Materialsäulen im Boden, wie dies beispielsweise in der DE 198 14 021 A1 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 angeord­ neten 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 lichst große Amplitude der Schwingungen, in welche das Rütt­ lerrohr 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 anzu­ treiben.

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 Tiefen­ rüttler zur Verfügung zu stellen, der eine gute Verdichtung des Bodens bei einer großen Schwingungsamplitude gewährleis­ tet 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 ange­ ordneten Exzenter und einen außerhalb des Rüttlerrohres ange­ ordneten, die Exzenterwelle antreibenden Motor auf.

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

Erstens vergrößert sich die Schwingungsamplitude des Rüttler­ rohres durch das Anordnen des Motors außerhalb des Rüttler­ rohres 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 Ex­ zenterwelle und weitere in dem Rüttlerrohr angeordnete Kompo­ nenten, bei herkömmlichen Tiefenrüttlern auch durch den Mo­ tor, gebildet ist. Das Anordnen des Motors außerhalb des Rüttlerrohres verringert somit die tote Masse wodurch bei gleicher Exzentermasse größere Schwingungsamplituden erreicht werden oder wobei gleiche Schwingungsamplituden bei kleinerer Exzentermasse erreicht werden. Außerdem steht wegen des au­ ßerhalb 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 ge­ koppelt, wobei der Motor gemäß einer ersten Ausführungsform in dem Verlängerungsrohr oder gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform an einem dem Rüttlerrohr abgewandten Ende des Ver­ längerungsrohres angeordnet ist.

Der Durchmesser des Verlängerungsrohres, das wie das Rüttler­ rohr während des Betriebs in den Boden eingebracht ist, ent­ spricht im wesentlichen dem Durchmesser, des Rüttlerrohres, so dass die Abmessungen des Rüttlerrohres die Abmessungen des Motors bei der ersten Ausführungsform beschränken. Das Ver­ längerungsrohr 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 angeordne­ ten 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 außer­ halb 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 mög­ lich.

Zum Rütteln in großen Tiefen sind vorzugsweise mehrere Ver­ längerungsrohre aneinandergefügt.

Der Motor ist über eine Wellenanordnung an die Exzenterwelle gekoppelt, wobei diese Wellenanordnung bei einer Ausführungsform der Erfindung eine an den Motor gekoppelte Antriebswelle und eine Versatzwelle aufweist, wobei die Versatzwelle mit­ tels 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 Teilwel­ len, 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, ermög­ licht eine seitliche Auslenkung des Rüttlerrohres gegenüber dem Verlängerungsrohr ohne die Antriebswelle oder die Exzen­ terwelle einer Biegebelastung zu unterwerfen. Vorzugsweise weist die Versatzwelle zwei in ihrer Längsrichtung gegenein­ ander 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 Kupplungstempel mit einer Wellendurchführung für das Antriebsrohr aufweist. Diese Wellendurchführung ist in Verlängerung des Kupplungs­ tempels vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet und reicht bis in das Rüttlerrohr, wobei die Antriebswelle mittels eines La­ gers 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 Rüttler­ rohr auf das Verlängerungsrohr und ermöglicht ein Auslenkun­ gen 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 ermög­ licht es, den in dem Rüttlerrohr für den Exzenter zur Verfü­ gung 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

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler in Seitenan­ sicht im Querschnitt,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler im Querschnitt durch das Rüttlerrohr im Bereich des Exzenters,

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

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

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tiefenrüttlers. Dieser Tiefenrüttler weist ein Rüttlerrohr 8 auf, in dem eine Exzenterwelle 4 mittels Kugel- oder Rollen­ lagern 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.

Fig. 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 des Gleitens des Exzenters 2 an der Innenfläche des Rüttler­ rohres 8 vorzugsweise mit einem Öl aufgefüllt.

Bei einem weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist ein Kugel- oder Rollenlager vorgesehen, welches den Exzenter 2 an der Innenfläche des Rüttlerrohres 8 drehbar la­ gert.

Zum Antreiben der Exzenterwelle 4 ist ein Motor 13 vorgese­ hen, der außerhalb des Rüttlerrohres 8 angeordnet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor 13 an einem dem Rüttlerrohr 8 abgewandten Ende eines Verlängerungsrohres 12 angeordnet, wobei das Verlängerungsrohr 12 durch eine Kupplung 7 an das Rüttlerrohr 8 gekoppelt ist. Der Motor 13 ist mittels einer Wellenanordnung an die Exzenterwelle 4 ge­ koppelt, wobei diese Wellenanordnung eine Antriebswelle 11, die an den Motor 13 gekoppelt ist und eine Versatzwelle 5 aufweist. Zwischen der Versatzwelle 5 und der Antriebswelle 11 ist ein erstes Kardangelenk 9A und zwischen der Versatz­ welle 5 und der Exzenterwelle 4 ist ein zweites Kardangelenk 9B vorgesehen. Die Antriebswelle 11 ist in dem Ausführungs­ beispiel mittels zweier Kugel- oder Rollenlager 15A, 15B in dem Verlängerungsrohr 12 drehbar gelagert.

Wird die Exzenterwelle 4 durch den Motor über die Wellenan­ ordnung aus Antriebswelle 11, erstem Kardangelenk 9A, Versatzwelle 5 und dem zweiten Kardangelenk 9B in Rotation versetzt, so bewirkt der mit der Exzenterwelle 4 rotierende Exzenter 2 eine Schwingungsbewegung des Rüttlerrohres 8, die zu einer Verdichtung des das Rüttlerrohr 8 umgebenden, in der Fig. 1 nicht dargestellten, Bodens bewirkt. Gleichzeitig dringt der Tiefenrüttler weiter in den Boden vor, wobei zur Erleichterung des Eindringens eine Rüttelspitze 1 vorgesehen ist.

Die Kupplung 7 ist derart ausgebildet, dass sie Schwingungs­ bewegungen des Rüttlerrohres 8, wie in dem dargestellten Beispiel, bei welchem das Rüttlerrohr 8 gegenüber dem Verlänge­ rungsrohr 12 ausgelenkt ist, zulässt und das Rüttlerrohr 8 an dem Verlängerungsrohr festhält, wobei die Kupplung 7 als Vib­ rationsdämpfer dient und wenigstens weitgehend verhindert, dass Schwingungen von dem Rüttlerrohr 8 an das Verlängerungs­ rohr 12 übertragen werden. Die Anordnung mit den beiden Kar­ dangelenken 9A, 9B und dem Versatzrohr 5 ermöglicht die Über­ tragung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 11 auf die Exzenterwelle 4, ohne dass die Antriebswelle 11 und die Ex­ zenterwelle 4 bei ausgelenktem Rüttlerrohr 8 einer Biegebe­ lastung unterworfen sind. Die Versatzwelle 5 besteht vorzugs­ weise in nicht näher dargestellter Weise aus zwei in Längs­ richtung 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 Antriebswelle 11 und die Exzenterwelle 4 einer Zugbelastung oder Stauchungsbelastung unterliegen.

Das Verlängerungsrohr 12 weist an seinem dem Rüttlerrohr 8 zugewandten Ende einen Kupplungstempel 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 Kupplungstempel 10 mit der Wellendurchführung 6, wobei die Antriebswelle 11, wie in dem Detailausschnitt gemäß Fig. 3 dargestellt ist, in der Wellendurchführung 6 beispielsweise mittels Kugel- oder Rollenlagern 16A, 16B oder mittels belie­ biger weiterer, nicht näher dargestellter Lagerungsmittel drehbar gelagert ist. Die Kupplung 7 umgreift den an dem Kupplungstempel 10 angeordneten hülsenförmigen Abschnitt der Wellendurchführung 6 und ist fest mit dem Kupplungstempel 10 bzw. dem hülsenförmigen Abschnitt der Wellendurchführung 6 und dem Rüttlerrohr 8 verbunden. Die Kupplung 7 besteht bei­ spielsweise aus einem Elastomer.

Durch den Kupplungstempel 10 und die Kupplung 7 ist eine fes­ te, jedoch vibrationsdämpfende Verbindung zwischen dem Ver­ längerungsrohr 12 und dem Rüttlerrohr 8 der eigentlichen Rüttlereinheit vorhanden. Die Wellendurchführung ist vorzugs­ weise zentral in dem Verlängerungsrohr 12, bzw. dem Kupp­ lungstempel 10 vorgesehen.

Anstelle des einen in Fig. 1 dargestellten Verlängerungsroh­ res 12 können nahezu beliebig viele weitere Verlängerungsroh­ re 12 vorgesehen sein, die jeweils fest miteinander verbunden sind. Die Antriebswelle 11 besteht dann aus einer Anzahl je­ weils drehmomentschlüssig miteinander verbundener Teilwellen, wobei diese Teilwellen beispielsweise mittels Klauenkupplun­ gen oder dergleichen miteinander gekoppelt sind. Das Ende des Verlängerungsrohres 12 oder der Kombination aus mehreren Ver­ längerungsrohren, an dem der Motor 13 angeordnet ist, befin­ det sich während des Betriebs des Tiefenrüttlers üblicherwei­ se außerhalb einer Ausnehmung im Boden, die durch den Tiefen­ rüttler gebildet ist und in die der Tiefenrüttler weiter vor­ dringt.

Die Abmessungen, insbesondere der Durchmesser des Rüttlerroh­ res 8 müssen bezüglich der Abmessungen des Motors 13, der insbesondere ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor ist, nicht berücksichtigt werden. Zum anderen reduziert der außer­ halb des Rüttlerrohres 8 angeordnete Motor 13 die tote Masse des vibrierenden Abschnitts des Tiefenrüttlers gegenüber her­ kömmlichen Tiefenrüttlern, wobei dieser vibrierende Abschnitt durch das Rüttlerrohr 8, die Exzenterwelle 4, die Gelenke 9A, 9B, die Versatzwelle 5 und die Rüttlerspitze 1 gebildet ist. Bei herkömmlichen Tiefenrüttlern ist auch der Motor in dem Rüttlerrohr 8 angeordnet und trägt somit zur toten Masse bei. Wie bereits eingangs erwähnt, trägt die Reduzierung der toten Masse bei gleicher Masse des Exzenters 2 zur Erhöhung der Schwingungsamplitude bei. Darüber hinaus steht bei dem erfin­ dungsgemäßen 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 Fig. 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

3

A,

3

B,

3

C Rollen- oder Kugellager

4

Exzenterwelle

5

Ersatzwelle

6

Wellendurchführung

7

Kupplung, Vibrationsdämpfer

8

Rüttlerrohr

9

A,

9

B Kardangelenk

10

Kupplungstempel

11

Antriebswelle

12

Verlängerungsrohr

13

Motor

14

Rollenkopf zur Aufhängung an einem Seilbagger

16

A,

16

B Rollen- oder Kugellager

Claims (13)

1. Tiefenrüttler mit einem Rüttlerrohr (8), einem in dem Rüttlerrohr (8) drehbar um eine Exzenterwelle (4) angeordne­ ten Exzenter (2) und einem außerhalb des Rüttlerrohres ange­ ordneten, die Exzenterwelle (4) antreibenden Motor (13).

2. Tiefenrüttler nach Anspruch 1, bei dem ein Verlängerungs­ rohr (12) an das Rüttlerrohr (8) gekoppelt ist.

3. Tiefenrüttler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Motor (13) an einer dem Rüttlerrohr (8) abgewandten Ende des Ver­ längerungsrohres (12) angeordnet ist.

4. Tiefenrüttler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Motor (13) in dem Verlängerungsrohr (12) angeordnet ist.

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

6. Tiefenrüttler nach Anspruch 5, 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 Exzenter­ welle (4) gekoppelt ist.

7. Tiefenrüttler nach Anspruch 6, 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.

8. Tiefenrüttler nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Versatz­ welle (5) zwei in ihrer Längsrichtung gegeneinander ver­ schiebbare und drehmomentfest miteinander gekoppelte Teilwel­ len aufweist.

9. Tiefenrüttler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Verlängerungsrohr (12) an einem dem Rüttlerrohr (8) zugewandten Ende einen Kupplungstempel (10) mit einer Wellen­ durchführung (6) für das Antriebsrohr (11) aufweist.

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

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

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

13. Tiefenrüttler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem wenigstens zwei Verlängerungsrohre vorgesehen sind und bei dem die Antriebswelle wenigstens zwei Teilwellen auf­ weist.