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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vibrieren
einer Walzentrommel. Die Aufgabe ist es die Walzentrommel mit kreisförmigen Vibrationen
zu vibrieren und stufenlose Einstellung der Amplitude der der Vibrationen
zu ermöglichen.
Die Vorrichtung umfasst eine Exzenterwelle mit für diesen Zweck umstellungsfähigem Exzentermoment.
Die Vorrichtung ist speziell geeignet für Walzentrommeln von Vibrationswalzen,
die zur vibrierenden Verdichtung von ungebundenen und gebundenen
Schichten aus Erde, Stein, Kies, Lehm, Schotter sowie Asphalt angewendet
werden.
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Der
Ausdruck „Exzentermoment" bezieht sich auf
das Produkt der unbalancierten Masse und dem Abstand des Massenschwerpunkts
zum Drehzentrum der Welle. Die bekannten umstellungsfähigen Exzenterwellen
für Walzentrommeln
umfassen oft zwei Einheiten mit individuellem Exzentermoment, das
um ein gemeinsames Drehzentrum wirkt. Die Einheiten werden in einer
gemeinsamen Drehrichtung angetrieben, um Walzenvibration zu verursachen,
und können
außerdem
während
der Betriebsrotation gegeneinander verdreht werden zum Einstellen
der Amplitude der Walzenvibrationen. Eine minimale Vibrationsamplitude
wird erhalten, wenn das individuelle Exzentermoment der Exzenterwelleneinheiten
sich gegenseitig ausbalancieren, und eine maximale Amplitude, wenn
sie zusammenwirken. Eine in einer Walze angebrachte Walzentrommel,
die eine Exzenterwelle gemäss
oben enthält, wird,
wenn sie sich auf einem weichen Untergrund befindet und die Exzenterwelle
betrieben wird, dazu angeregt eine im wesentlichen kreisförmige Vibrationsbewegung
mit der Rotationsfrequenz auszuführen.
Wenn die Walzentrommel sich auf einer härteren Unterlage befindet, ändert sich
die Geometrie der Vibrationsbewegung etwas, aber sie kann dennoch
annähernd
als eine kreisförmige
Vibrationsbewegung betrachtet werden. Der Ausdruck „kreisförmige Vibration
einer Walzentrommel" bezieht
sich auf den Einfluss der Walze auf die annähernd kreisförmige Vibrationsbewegung.
Der Radius der kreisförmigen
Vibrationsbewegung ist in diesem Zusammenhang gleich der nominellen
Amplitude der kreisförmigen Walzenvibrationen.
Die Verdichtungsleistung der Walze ist hauptsächlich von der nominellen Amplitude,
der Rotationsfrequenz der Exzenterwelle, der vibrierenden Masse,
der Walzenbreite sowie dem statischen Gewicht und der Geschwindigkeit
der Walze abhängig.
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Aus
der amerikanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US2003/0082003A1
geht hervor, dass ein Planetengetriebe angewendet werden kann sowohl
um die Exzenterwelle anzutreiben als auch um sie gemäss oben
umzustellen. Ein Vorteil ist, dass die Umstellungsbewegung dann
wie eine der Betriebsrotation der Exzenterwelle überlagerte Bewegung übertragen werden
kann. Die Exzenterwelle in der Anmeldung umfasst eine innere Welle,
die drehbar in einer äußeren Welle
angebracht ist. Die äußere Welle
ist in der Walzentrommel gelagert und ihre Lager sind somit Belastungen
ausgesetzt durch die Exzentermomente der beiden Wellen wenn diese
während
dem Betrieb rotieren. Es ist bekannt, dass die Wärmeentwicklung bei dieser Art
von Lagerlösung
einen Begrenzungsfaktor ausmacht, wenn die Verdichtungsleitung der Walze
erhöht
werden soll. Bei diesen Gelegenheiten ist es deswegen für einen
Fachmann naheliegend zu versuchen die Wärmeentwicklung zu reduzieren durch
eine Änderung
der Lagermaße
oder durch eine Verdoppelung der Lageranzahl.
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In
der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer W003/097940A1
wird eine Vorrichtung beschrieben, die dafür vorgesehen ist eine Walzentrommel
mit gerichteten Vibrationen zu vibrieren. Die Exzenterwelle ist
aus diesem Grund in eine vordere und eine hintere Einheit aufgeteilt,
die mit einem Getriebe synchron zusammengeschaltet sind und gegenläufig rotiert
werden im Verhältnis
zu einer Zentraleinheit. Auf diese Weise wird eine gerichtete Vibrationsbewegung
erzeugt, die über
die Vorrichtung mehr oder weniger gegen die Unterlage gerichtet
werden kann. Es gibt deswegen, bei dieser Art von Vorrichtung für gerichtete
Vibration, keinen Bedarf das Exzentermoment der Exzenterwelle umzustellen.
Die Aufteilung der Exzenterwelle in Einheiten wird somit durch den
Bedarf der Möglichkeit
zur Gegenrotation und Richtbarkeit verursacht. Ein weiterer Vorteil
mit dieser Art der Aufteilung ist, dass die Einheiten individuell
in der Walzentrommel gelagert werden. Die Belastungen werden so
auf eine größere Anzahl
Lager verteilt als bei der vorher beschriebenen bekannten Vorrichtung
für kreisförmige Vibrationen.
Dadurch gibt es auch bessere Voraussetzungen dafür die Verdichtungsleistung
der Walzentrommel zu erhöhen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es gemäss den Ansprüchen eine
Vorrichtung zum kreisförmigen
Vibrieren einer Walzentrommel zu schaffen, die den oben genannten
Nachteil bezüglich der
Wärmeentwicklung
in den Lagern dadurch beiseite schafft, dass sie, auf eine erfindungsgemäße Weise,
den oben genannten zusätzlichen
Vorteil der Vorrichtung für
gerichtete Vibrationen umfasst. Das Planetengetriebe gemäss der vorliegenden
Erfindung ist deswegen so ausgeformt und erweitert, dass es eine
Exzenterwelle antreiben und umstellen kann, die in drei Einheiten,
die in der Walzentrommel individuell gelagert sind, aufgeteilt ist.
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Die
Erfindung wird im folgenden näher
beschrieben mit Hilfe der angelegten Abbildungen, in denen 1 eine
Vertikalsektion einer Walzentrommel mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt, 2 das gleiche wie 1 zeigt,
jedoch nach Beeinflussung der Vorrichtung zwecks Umstellung der Exzenterwelle, 3 eine
vergrößerte Vertikalsektion
der Vorrichtung zeigt und 4 die Vorrichtung von
rechts gesehen in einer vergrößerten Sektion zeigt.
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In
der 1 wird eine vibrierbare Walzentrommel 1 für eine Vibrationswalze
und eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 gezeigt.
Eine zu der Vorrichtung gehörende
Exzenterwelle 3 mit umstellbarem Exzentermoment ist im
Zentrum der Walzentrommel gelagert. Die Exzenterwelle 3 umfasst
und ist aufgeteilt in eine vordere Einheit 4, eine mittlere Einheit 5 und
eine hintere Einheit 6. Die vordere Einheit 4 und
die hintere Einheit 6 sind mit einem Getriebe 7 synchron
zusammengeschaltet. Die hintere Einheit 6 wird folglich
synchron den Bewegungen der vorderen Einheit 4 folgen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Getriebe 7 eine Anzahl Zahnradgetriebe. Es
ist auch möglich
Ketten- oder Zahnriemengetriebe einzusetzen. Die Walzentrommel 1 wird
dadurch vibriert, dass die Einheiten 4, 5, 6 der
Exzenterwelle 3 über
ein Planetengetriebe 9 von einem Antriebsmotor 8 gedreht,
d.h. angetrieben werden mit einer gemeinsamen Drehrichtung und einer
gleichbleibenden Drehzahl. Das Planetengetriebe 9 ist gelagert
mit dem einen Seitenteil der Walzentrommel 1 verbunden
und sollte elastisch mit der Vibrationswalze verbunden sein. Vorrichtungen
zum Antrieb der Vibrationswalze, d.h. zum Antrieb der Walzentrommel 1,
werden geeigneterweise im Anschluss an das andere Seitenteil der
Walzentrommel 1 angebracht. Das Exzentermoment der Exzenterwelle 3 kann
wenn sie rotiert oder stillsteht durch den Einfluss eines Umstellungsmotors 10 über das
Planetengetriebe 9 umgestellt werden. Die vordere Einheit 4 der
Exzenterwelle 3 wird bei der Umstellung dahingehend beeinflusst
sich um das Rotationszentrum 11 und relativ der mittleren
Einheit 5 der Exzenterwelle zu verschiedenen Drehverhältnissen
zu drehen. Die hintere Einheit 6 folgt wie oben erwähnt der Rotation
und den Drehbewegungen der vorderen Einheit 4.
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Die
vordere und die hintere Einheit 4, 6 haben individuelle
Exzentermomente, die durch die Synchronisierung zu einem gemeinsamen
maximalen Exzentermoment, das genauso groß ist wie das Exzentermoment
der mittleren Einheit 5, zusammenwirken. Durch die Umstellung
zu verschiedenen Drehverhältnissen
erhält
die Exzenterwelle 3 ein umstellbares totales Exzentermoment.
Die Einheiten 4, 5, 6 der Exzenterwelle 3 werden
in der Figur mit einem Drehverhältnis,
das ihre individuellen Exzentermomente zusammenwirken lässt, gezeigt.
Dieses Drehverhältnis
führt dazu,
dass die Walzentrommel 1 mit einer maximalen nominellen
Vibrationsamplitude vibriert wird. Die Vorrichtung 2 kann
dahingehend beeinflusst werden sich zu einer unendlichen Anzahl Drehverhältnissen
umzustellen entsprechend einer stufenlosen Umstellung der nominellen
Vibrationsamplitude der Walzentrommel 1.
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In
der 2 sind die vordere Einheit 4 und die
mittlere Einheit 5 der Exzenterwelle 3 umgestellt zu
einem Drehverhältnis,
das dazu führt,
dass die individuellen Exzentermomente der Einheiten 4, 5, 6 der
Exzenterwelle 3 einander ausbalanzieren. Dieses Drehverhältnis macht,
dass die Trommelwalze 1 mit minimaler Vibrationsamplitude
vibriert und die Exzenterwelle 3 ohne dass Vibrationen
erzeugt werden rotiert werden kann.
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In
der 3 wird die Vorrichtung 2 mit der Exzenterwelle 3,
aufgeteilt in eine vordere, mittlere und hintere Einheit 4, 5, 6,
das Getriebe 7, der Antriebsmotor 8, das Planetengetriebe 9 und
der Unstellungsmotor 10 gezeigt. Da die Kraftverteilung
bei einer Trommelwalze oftmals auf hydraulischem Wege erfolgt, sind
hydraulisch angetriebene Motoren vorzuziehen, jedoch sind auch elektrisch
oder pneumatisch angetriebene Motoren anwendbar. Motoren, die Vorrichtungen
benötigen
zur Drehzahlanpassung oder ähnlichem,
wie z.B. Untersetzungsgetriebe oder Riemenantriebe, sind dennoch
eindeutig als von den Ansprüchen
umfasst anzusehen.
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Der
Antriebsmotor 8 ist mit dem Planetengetriebe 9 verbunden
und wird beeinflusst ein Innensonnenrad 12 in Form eines
Zahnrades zu drehen. Das Innensonnenrad 12 ist über eine
innere Antriebswelle 13 mit der mittleren Einheit 5 der
Exzenterwelle 3 verbunden. Wenigstens ein, vorzugsweise
jedoch drei innere Planetenräder 14,
in Form von Zahnrädern,
stehen mit dem Innensonnenrad 12 in Eingriff und werden
folglich von diesem gedreht. Die inneren Planetenräder 14 sind
auf Wellen gelagert, die zu einem Planetenträger 16 gehören und
mit diesem verbunden sind. Die inneren Planetenräder 14 stehen auch
mit einem Innenzahnkranz eines Innenzahnrings 15 in Eingriff.
Der Planetenträger 16 ist
in einem Getriebegehäuse 17 gelagert
und wird durch die inneren Planetenräder 14 zur Drehung
um das Drehzentrum 11 angeregt. Wenigstens ein, vorzugsweise jedoch
drei äußere Planetenräder 18,
in Form von Zahnrädern,
sind auf Wellen gelagert, die zum Planetenträger 16 gehören und
mit diesem verbunden sind. Die äußeren Planetenräder 18 stehen
mit einem Innenzahnkranz eines Außenzahnrings 19 und
mit einem Außensonnenrad 20 in
Eingriff. Eine Drehung des Planetenträgers 16 wird folglich
das Außensonnenrad 20 dahingehend
beeinflussen sich synchron mit dem Innensonnenrad 12 zu
drehen. Das Außensonnenrad 20 ist über eine äußere Antriebswelle 21 mit
der vorderen Einheit 4 der Exzenterwelle 3 verbunden.
Die oben angesprochene Wahl von drei Planetenrädern, die um das jeweilige
Sonnenrad angebracht sind, führen
zu einer vorteilhaften Selbstzentrierung der Sonnenräder. Die
Vorrichtung 2 kann so dazu angewendet werden die Antriebsrotation
der Einheiten 4, 5, 6 der Exzenterwelle 3,
d.h. den Antrieb der Exzenterwelle, zu beeinflussen.
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Der
Außenzahnring 19 ist
außen
mit dem Getriebegehäuse 17 verbunden
durch Integration in dieses. Es ist auch möglich den Zahnring als Einzelteil
auszuführen.
Der Innenzahnring 15 ist außen durch eine gelagerte Verbindung
drehbar im Getriebegehäuse 17 angebracht.
Der Umstellungsmotor 10 kann über eine Übertragung 22 dazu
gebracht werden den Innenzahnring 15 um das Drehzentrum 11 und
relativ dem Außenzahnring 19 zu
drehen. Die Drehung wird folglich das Verdrehungsverhältnis zwischen
der vorderen Einheit 4 und der mittleren Einheit 5 der
Exzenterwelle 3 beeinflussen. Die Vorrichtung kann somit dazu
gebracht werden das Exzentermoment der Exzenterwelle während deren
Betrieb umzustellen.
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Die Übertragung 22 umfasst
einen Zahnring, der außen
auf den Innenzahnring 15 angebracht ist, und ein Ritzel,
das mit den Zahnring in Eingriff steht und mit dem Umstellungsmotor 10 verbunden
ist. Es ist auch möglich
einen Zahnriemen- oder Kettenantrieb einzurichten.
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Es
ist auch möglich
den äußeren Zahnriemen
drehbar anzubringen und den Umstellungsmotor statt dessen diesen
beeinflussen zu lassen.
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Jede
Exzenterwelleneinheit ist individuell in der Walzentrommel gelagert
dadurch, dass Lager 23 beiderseits von Exzentergewichten 24 der
jeweiligen Einheit angebracht sind.
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In
der 4 wird die Vorrichtung 2 von rechts gesehen
in vergrößertem Schnitt
gezeigt. Der Schnitt läuft
durch den Planetenhalter 16 und das Getriebegehäuse 17 des
Planetengetriebes 9. Drei innere und drei äußere Planetenräder 14, 18 sind gleichmäßig um das
Drehzentrum 11 herum verteilt am Planetenträger 16 angebracht.
Die drei inneren Planetenräder 14 stehen
mit dem Innensonnenrad 12 und den Innenzahnring 15 in
Eingriff. Das Ritzel und der Zahnring der Übertragung 22 stehen
miteinander in Eingriff und können
dazu gebracht werden den Zahnring 15 zu drehen.
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Ein
Steuergerät
kann dazu benützt
werden die Vorrichtung 2 zu beeinflussen. Das Steuergerät kann auch
die momentane Lage im Umstellungsbereich der Vorrichtung erfassen
dadurch, dass von einem festen Punkt des Getriebegehäuses 17 aus
eine Teilung nach Anzahl und Bewegungsrichtung überwacht wird. Mit Teilung
ist in diesem Zusammenhang das Vorbeiziehen der Zähne gemeint,
das bei Drehung des Zahnrings der Übertragung beobachtet werden
kann. Die durchgehend mechanische Übertragung der Umstellbewegungen
in der Vorrichtung stellt sicher, dass die Teilung immer die wirkliche
momentane Lage im Umstel lungsbereich und damit die aktuelle nominelle
Vibrationsamplitude der Walzentrommel 1 wiedergibt.
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Das
Steuergerät
kann elektronisch sein und in seiner einfachsten Ausführung erfasste
Parameter zu Information über
die eingestellte Vibrationsamplitude der Walze umwandeln. Diese
Information kann dem Walzenführer
gezeigt werden, der dann auch, mit Hilfe des Steuergeräts, die
gewünschte
Vibrationsamplitude einstellen können
sollte. Das Steuergerät
kann in einer mehr ausgefeilten Ausführung erfassen, ob ungünstige Verdichtungsverhältnisse
vorliegen, und automatisch auf eine günstigere Vibrationsamplitude
umstellen.
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Es
ist offensichtlich, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung dazu angepasst
werden kann Exzenterwellen mit mehr als drei Exzenterwelleneinheiten
anzutreiben und umzustellen. Die Anpassung kann durch Erhöhung der
Anzahl der Umstellungsmotoren und Baugruppen, bestehend aus Sonnenrädern, Planetenrädern und
drehbaren Zahnringen im Planetengetriebe, durchgeführt werden.
Die Anpassung kann auch durch Erweiterung des Getriebes 7 durchgeführt werden.
Solche angepassten Vorrichtungen sind dennoch eindeutig als vom
Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung und von den Ansprüchen der
Anmeldung umfasst anzusehen.