DE19547043A1 - Schwingungserreger zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungserreger gemäß dem einleitenden Teil des Patentanspruchs 1.

Schwingungserreger dieser Art sind z. B. aus DE 29 09 204 C2 be­ kannt.

Bei den bekannten Schwingungserregern sind die Unwuchtwellen durch zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder gekoppelt, von denen das eine auf der einen Unwuchtwelle und das andere auf der anderen Unwuchtwelle konzentrisch zu der jeweiligen Drehachse drehfest angebracht ist. Die Veränderung der gegenseitigen Phasen­ lage der formschlüssig über die Zahnräder gekoppelten Unwuchtwel­ len ist dadurch gesteuert veränderbar, daß mindestens eines der beiden Zahnräder gegenüber seiner Welle in seiner Winkelposition gesteuert verstellbar ist.

Die bekannten Schwingungserreger werden in der Regel mittels eines Antriebsmotors angetrieben, der über eine Transmission ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe beaufschlagt, das bzw. die auf dem aus dem Vibratorgehäuse herausgeführten einen Ende einer der beiden Un­ wuchtwellen befestigt ist.

Die Phasenlage der beiden Unwuchtwellen in Bezug aufeinander ist mittels eines Steuermechanismus in solcher Weise veränderbar, daß der Vektor der von dem Schwingungserreger erzeugten gerichteten Schwingung in einer zur Bewegungsrichtung parallelen Ebene über einen Winkelbereich bezüglich der Schwerlinie des auf ebenem Baden stehenden Verdichtungsgeräts verstellbar ist, in dem er bezüglich der Schwerlinie mehr oder weniger in oder entgegen der Bewegungs­ richtung geneigt ist oder sich parallel zur Schwerlinie erstreckt.

In den bezüglich der Schwerlinie geneigten Stellungen des Vektors der gerichteten Schwingung wird durch die Fliehgewichte neben der Vortriebskraft auch ein Kippmoment auf das Vibratorgehäuse und das mit diesem verbundene Verdichtungsgerät ausgeübt, das jedoch bei den bekannten Geräten wegen des bei diesen angestrebten geringen Abstandes zwischen den beiden Unwuchtwellen verhältnismäßig gering ist und deswegen auf das Bewegungsverhalten des mit dem Schwin­ gungserreger ausgerüsteten Verdichtungsgeräts kaum einen Einfluß hat.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei bindigen Böden die Effektivität des Verdichtungsgeräts durch ein vergrößer­ tes Kippmoment wesentlich verbessert werden kann, weil dadurch ein ausgeprägter Abschäleffekt eintritt, der den Vorlauf und damit die Geländegängigkeit des Verdichtungsgeräts, insbesondere einer Vi­ brationsplatte, im anbindigen Boden beträchtlich erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schwingungserreger mit verstärktem Kippmoment insbesondere im Vorlauf zu schaffen, der sich aber dennoch durch eine mit den bekannten Schwingungserregern vergleichbare geringe Bauhöhe auszeichnet.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die beiden Zwischenwellen zwischen den Unwuchtwellen wird deren Achsabstand gegenüber der bekannten Bauform mit direkt ge­ kuppelten Unwuchtwellen wesentlich vergrößert und damit das Kipp­ moment beträchtlich erhöht, ohne daß die Bauhöhe vergrößert werden muß, weil die Zahnräder trotz des größeren Unwuchtwellenabstandes keinen größeren Durchmesser zu haben brauchen als bei den Schwin­ gungserregern bekannter Bauart.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bauform besteht darin, daß der Verstellmechanismus zum Verstellen der Phasenlage zwischen den Unwuchten nun nicht mehr direkt mit den Unwuchtwellen kombiniert werden muß, sondern hierfür die beiden Zwischenwellen verfügbar sind. Bei Heranziehung der einen oder anderen Zwischenwelle zu dem vorgenannten Zweck werden die Un­ wuchtwellen nicht zwangsweise verbaut, so daß an ihnen genügend Raum zur Verfügung steht, um sie gemäß den Ansprüchen 7 - 13 ohne Schwierigkeiten mit Unwuchtgewichten ausrüsten zu können, die geteilt sind und deren Teile in Bezug aufeinander zur Veränderung des m.r-Wertes frequenzabhängig selbsttätig oder parameterabhängig gezielt verstellbar sind.

Die weiteren Unteransprüche betreffen weitere bevorzugte Ausge­ staltungen des Schwingungserregers gemäß Patentanspruch 1.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausfüh­ rungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schwingungserreger teilweise im Querschnitt ent­ lang der die Drehachsen der Unwuchtwellen enthaltenden Ebene in Draufsicht,

Fig. 2 eine die Einleitung der Antriebskraft betreffende Va­ riante des Schwingungserregers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine die Gestaltung der Unwuchtwellen betreffende Va­ riante des Unwuchterregers nach Fig. 1,

Fig. 4 eine weitere, die Gestaltung der Unwuchtwellen betref­ fende Variante des Schwingungserregers nach Fig. 1, und

Fig. 5 den Querschnitt des Schwingungserregers gemäß Fig. 4 entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 4.

Der in verschiedenen Varianten in der Zeichnung dargestellte Schwingungserreger weist bei allen Ausführungsformen ein den In­ nenraum mit den Unwuchtwellen 3a, 3b allseitig umschließendes Vibratorgehäuse 1 auf, in dem die beiden Unwuchtwellen 3a, 3b, die in üblicher Weise mindestens ein bezüglich der Drehachse 3c exzen­ trisches Unwuchtgewicht aufweisen, mittels Wälzlagern 2 parallel zueinander gelagert sind.

Zwischen den Unwuchtwellen 3a und 3b sind zwei Zwischenwellen 4 und 5 mittels weiterer Wälzlager 6 mit zueinander sowie zu den Drehachsen 3c der Unwuchtwellen 3a, 3b paralleler Drehachse 4c, 5c im Vibratorgehäuse 1 drehbar gelagert.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Zwischenwel­ len 4 und 5 so in dem Vibratorgehäuse 1 angeordnet, daß sich ihre jeweilige Drehachse 4c bzw. 5c jeweils in der gleichen Ebene be­ findet wie die Drehachsen 3c der Unwuchtwellen 3a, 3b. Dies ist jedoch kein unbedingtes Erfordernis. Die Wellen brauchen vielmehr in Rücksicht auf maschinenspezifisch projektierte Achsabstände der Zwischenwellen 4 und 5 nicht zwingend in einer gemeinsamen Ebene zu liegen.

Die Unwuchtwelle 3a und die Zwischenwelle 4 sind über je ein koa­ xial drehfest auf ihnen sitzendes Zahnrad 7 bzw. 8 unmittelbar miteinander gekoppelt. Das Zahnrad 8 auf der Zwischenwelle 4 kämmt des weiteren mit einem drehfest auf der Zwischenwelle 5 sitzenden Zahnrad 9.

Auf der Zwischenwelle 5 ist koaxial zu dessen Drehachse 5c ein weiteres Zahnrad 10 angeordnet, das eine die Zwischenwelle 5 mit Gleitpassung umschließende Nabe 10a aufweist. In die Innenwandung dieser Nabe 10a ist eine Spiral-Doppelnut 10b eingearbeitet, in deren um 180° gegeneinander versetzte Abschnitte jeweils ein Stift 11 eingreift, der durch einen axialen Längsschlitz 5a in der Zwi­ schenwelle 5 hindurch beidseitig etwas aus der Zwischenwelle 5 vorragt. Der Stift 11 erstreckt sich senkrecht zur Drehachse 5c der Zwischenwelle 5 und durchsetzt ein Betätigungs-Gleitstück 12, das in der als Hohlwelle ausgeführten Zwischenwelle 5 axial gleit­ bar und mittels eines Betätigungsgliedes 13 gesteuert verstellbar ist. Das Betätigungsglied 13 ist mit dem Gleitstück 12 achsfest aber drehbar verbunden, so daß sich die Zwischenwelle 5 mit dem Gleitstück 12 zu drehen vermag, ohne das Betätigungsglied 13 mit­ zunehmen. Das Betätigungsglied 13 läuft in einen Kolben 14 aus, der in einem Zylinder 15 abgedichtet parallel zur Drehachse 5c geführt und auf der von dem Gleitstück 12 abgewendeten Seite von außen her gesteuert mit Druckmittel D beaufschlagbar ist. Wenn der Kolben 14 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung mit Druckmittel beaufschlagt wird, verschiebt er sich für den Betrachter der Fig. 1 nach links, wodurch wiederum der Stift 11 in Richtung der Dreh­ achse 5c verlagert wird, was zur Folge hat, daß die Winkelposition des Zahnrades 10 bezüglich der Zwischenwelle 5 verändert wird.

Wird der Kolben 14 vom Druckmittel entlastet, verschiebt er sich unter der vom Gleitstück auf ihn ausgeübten Rückstellkraft wieder zurück zu seiner Ausgangsposition.

Das Zahnrad 10 kämmt direkt mit einem weiteren Zahnrad 16, das drehfest auf der anderen Unwuchtwelle 3b konzentrisch zu deren Drehachse 3c angebracht ist.

Die Zwischenwelle 4 ist mittels eines Hydraulikmotors 17 antreib­ bar, der auf der für den Betrachter linken Stirnseite der Zwi­ schenwelle 4 mit dieser gekoppelt ist. Der Hydraulikmotor 17 ist über Druckmittelanschlüsse 18 gesteuert mit Druckmittel beauf­ schlagbar und treibt die Zwischenwelle 4 je nach Richtung des ihn durchströmenden Druckmittels in dem einen oder anderen Drehsinn an. Die sich drehende Zwischenwelle 4 versetzt über das Zahnrad 8 und das Zahnrad 7 zum einen die eine Unwuchtwelle 3a und über das Zahnrad 8 und das Zahnrad 9 zum anderen die andere Zwischenwelle 5 in Drehung und diese wiederum über das Zahnrad 10 und das Zahn­ rad 16 die andere Unwuchtwelle 3b.

Die Fig. 2 zeigt eine Variante des Schwingungserregers gemäß Fig. 1, bei der der den Antrieb des Schwingungserregers besorgende Hydraulikmotor 17′ nicht an der Zwischenwelle 4 sondern an der Unwuchtwelle 3a angreift.

In jedem Falle hat die Gestaltung des Schwingungserregers gemäß Fig. 1 und 2 den Vorteil, daß die beiden Unwuchtwellen 3a und 3b keinen Mechanismus zur Phasenverstellung aufzunehmen brauchen und daher für den Einbau anderweitiger Verstellmechanismen frei sind, insbesondere für die in Fig. 3 bis 5 dargestellten Vorrichtungen zum Verändern des m.r-Wertes der Unwuchtwellen 3a′ und 3b′.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 sitzen auf der Unwuchtwelle 3b′ drehfest zwei Fliehgewichte 20b und, zwischen diesen, mit Gleit­ passung drehbar ein gegenüber den festen Unwuchtteilen 20b in sei­ ner Winkelposition veränderbarer Unwuchtteil 20a. Der Unwuchtteil 20a ist gegenüber der Unwuchtwelle 3b′ mittels eines Mechanismus verstellbar, der demjenigen gleicht, mit dessen Hilfe die Zahnrad­ nabe 10a gegenüber der Zwischenwelle 5 verstellbar ist, und der wie dieser funktioniert. Wie bei der Nabe 10a ist auch in diesem Falle in die Innenwandung des verstellbaren Unwuchtteils 20a eine Spiral-Doppelnut 22 eingearbeitet, in deren um 180° gegeneinander versetzte Abschnitte jeweils ein Stift 24 eingreift, der durch einen axialen Längsschlitz 23 in der Unwuchtwelle 3b′ hindurch beidseitig etwas aus dieser vorragt. Der Stift 24 erstreckt sich senkrecht zur Drehachse der Unwuchtwelle 3b′ und durchsetzt ein Betätigungs-Gleitstück 28, das in der als Hohlwelle ausgeführten Unwuchtwelle 3b′ axial gleitbar und mittels eines Betätigungsglie­ des 25 gesteuert verstellbar ist. Das Betätigungsglied 25 ist mit dem Gleitstück 28 achsfest aber drehbar verbunden, so daß sich die Unwuchtwelle 2b′ mit dem Gleitstück 28 zu drehen vermag, ohne das Betätigungsglied 25 mitzunehmen. Das Betätigungsglied 25 läuft in einen Kolben 26 aus, der in einem Zylinder 27 abgedichtet parallel zur Drehachse der Unwuchtwelle 3b′ geführt und auf der von dem Gleitstück 28 abgewendeten Seite von außen her gesteuert mit Druckmittel D beaufschlagbar ist. Wenn der Kolben 26 in der in Fig. 3 dargestellten Stellung mit Druckmittel beaufschlagt wird, verschiebt er sich für den Betrachter der Fig. 3 nach links, wo­ durch wiederum der Stift 24 in Richtung der Drehachse der Unwucht­ welle 3b′ nach links verlagert wird, was zur Folge hat, daß die Winkelposition des drehbaren Unwuchtteils 20a bezüglich der. Un­ wuchtwelle 3b′ verändert wird und dadurch auch die resultierende Gesamtunwucht der Unwuchtteile 20b und 20a, also der m.r-Wert der Unwuchtwelle 3b′. Wird der Kolben 26 vom Druckmittel entlastet, verschiebt er sich unter der vom Gleitstück 28 auf ihn ausgeübten Rückstellkraft wieder zurück zu seiner Ausgangsposition.

Es ist ersichtlich, daß bei der Ausführung gemäß Fig. 3 die resul­ tierende Gesamtunwucht kontinuierlich zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert verstellbar ist.

Auf die gleiche Weise wie bei der Unwuchtwelle 3b′ ist auch bei der nicht dargestellten Unwuchtwelle 3a′ der m.r-Wert kontinuier­ lich veränderbar, wobei die Verstellung beider Unwuchtwellen je­ weils im Gleichlauf stattfindet. Gemäß Fig. 3 eingerichtete Schwingungserreger sind somit hinsichtlich ihres m.r-Wertes ge­ willkürt steuerbar, und mit dem m.r-Wert kann auch das oben ange­ sprochene Kippmoment für die Erzielung des gewünschten Abschäl­ effektes optimal gesteuert werden.

Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform findet eine kontinuierliche Veränderung der resultierenden Gesamtunwucht der Unwuchtwelle 3b′ drehzahlabhängig statt. Zu diesem Zweck be­ steht auch bei dieser Ausführung die Unwuchtmasse aus zwei fest­ stehenden Teilen 20b′ und einem dazwischen angeordneten, verstell­ baren Unwuchtteil 20a′, der aber, anders als bei der Ausführung nach Fig. 3, gegen die feststehenden Unwuchtteile 20b nicht ver­ drehbar sondern in radialer Richtung verschiebbar ist. Der ver­ stellbare Unwuchtteil 20a umschließt die mit zueinander parallelen Gleitflächen 32 versehene Unwuchtwelle 3b′ als U-Stück und wird in der in Fig. 5 dargestellten Ausgangsposition bei Stillstand und niedrigen Drehzahlen mit seinem Quersteg mittels eines Tellerfe­ derpakets 30 an der Unwuchtwelle 3b′ in Anlage gehalten. Dieses Tellerfederpaket 30 umgibt eine Spannschraube 31, die die Unwucht­ welle 3b′ gleitbar durchsetzt und in eine Gewindebohrung im Quer­ steg des verstellbaren Unwuchtteils 20a eingeschraubt ist. Mit wachsender Drehzahl der Unwuchtwellen 3b′ übt der verstellbare Unwuchtteil 20a eine wachsende, radial gerichtete Kraft auf-die Schraube 31 aus, die diese wiederum auf das von der Unwuchtwelle 3b′ abgewendete Ende des Federpakets 30 überträgt. Unter dieser mit der Drehzahl wachsenden Kraft wird das Federpaket 30 mit stei­ gender Drehzahl immer stärker zusammengedrückt, was mit einer Verlagerung des verstellbaren Unwuchtteils 20a radial auswärts von der Unwuchtwelle 3b′ weg und damit mit einer Änderung der resul­ tierenden Gesamtunwucht, also einer Änderung des m.r-Wertes, ein­ hergeht. Bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 wird der m.r-Wert mit wachsender Drehzahl vermindert, was auch bei der Ausführungs­ form nach Fig. 3 angestrebt wird.

Ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. 3 ist bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 auch der m.r-Wert der nicht dargestellten Un­ wuchtwelle 3a′ auf die gleiche Weise wie bei der Unwuchtwelle 3b′ veränderbar.

Claims (13)

1. Schwingungserreger zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung bei einem Verdichtungsgerät, insbesondere einem Gerät zur Bodenverdichtung, mit zwei jeweils mit einer Unwuchtmasse (3d) versehenen Unwuchtwellen (3a, 3b), die in einem gegen­ seitigen Abstand parallel zueinander sowie nebeneinander in einem Vibratorgehäuse (1) gelagert und von einem Drehantrieb (17) gegensinnig mit gleicher Drehzahl angetrieben sind, wobei die gegenseitige Phasenlage der formschlüssig über Zahnräder (7, 8, 9, 10, 16) gekoppelten Unwuchtwellen (3a, 3b) gesteuert veränderbar ist, gekennzeichnet durch zwei zwischen den Unwuchtwellen (3a, 3b) parallel zu diesen in dem Vibratorgehäuse (1) drehbar gelagerte Zwischenwellen (4, 5), die untereinander sowie jeweils mit der einen bzw. anderen Unwuchtwelle (3a, 3b) formschlüssig über Zahnräder (7, 8, 9, 10, 16) so gekoppelt sind, daß sich die eine Zwischenwelle (5) im entgegengesetzten Drehsinn wie die eine Unwuchtwelle (3b) und die andere Zwischenwelle (4) im entgegengesetzten Drehsinn wie die andere Unwuchtwelle (3a) dreht, wobei eine (5) der Zwischenwellen (4, 5) mit einem für sich bekannten Phasenverstellmechanismus (10b, 11, 12, 13, 14, 15) zum form­ schlüssigen Verstellen der Phasenlage zwischen ihr und einem mit einer Nabe (10a) versehenen, auf ihr in seiner Winkelpo­ sition gesteuert verstellbar angeordneten Zahnrad (10) ver­ sehen ist, das sich in dem Kraftweg zwischen ihr und der mit ihr gekoppelten Unwuchtwelle (3b) befindet.

2. Schwingungserreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraft von der Antriebsvorrichtung (17) her in die andere Zwischenwelle (4) eingeleitet ist.

3. Schwingungserreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenwellen (4, 5) etwa in der gleichen Ebene wie die Unwuchtwellen (3a, 3b) angeordnet sind.

4. Schwingungserreger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenverstellmechanismus einen aus der Zwischenwelle (5) vorragenden Stift (11) auf­ weist, der mittels eines in die Zwischenwelle (5) axial gleitbar eingebauten, von einem äußeren Phasenstelltrieb (13, 14, 15) axial verstellbaren Gleitstückes (12) in einem Schlitz (5a) von dieser in deren Längsrichtung verschiebbar ist und in eine Nut (10b) in der Innenwandung der Nabe (10a) des Zahnrads (10) eingreift, wobei der Schlitz (5a) in der Zwischenwelle (5) und die Nut (10b) in der Zahnradnabe (10a) zueinander schräg verlaufen.

5. Schwingungserreger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenstelltrieb ein hydraulischer Arbeitszylinder (13, 14, 15) ist.

6. Schwingungserreger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb ein an das Vi­ bratorgehäuse (1) angebauter Hydraulikmotor (17) ist.

7. Schwingungserreger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtmasse auf jeder Un­ wuchtwelle (3a′, 3b′) aus mittels einer Verstelleinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28′; 19) relativ zueinander verstell­ baren Unwuchtteilen (20a, 20b, 20a′, 20b′) besteht, die zwi­ schen einer Grenzstellung maximaler Gesamtunwucht und einer Grenzstellung minimaler Gesamtunwucht einstellbar sind.

8. Schwingungserreger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (19) die Unwuchtteile (20a′, 20b′) selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl der Un­ wuchtwellen (3a,′ 3b′) verstellt.

9. Schwingungserreger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28) die Unwuchtteile (20a, 20b) extern gesteuert verstellt.

10. Schwingungserreger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtteile zwischen den Grenzstellungen kontinuier­ lich oder in mehreren diskreten Stufen relativ zueinander verstellbar sind.

11. Schwingungserreger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstelleinrichtung (23, 24, 25, 26, 27, 28) in die jeweilige Unwuchtwelle (3a′, 3b′) eingebaut ist.

12. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtverstelleinrichtung einen aus der Unwuchtwelle (3b′) vorragenden Stift (24) aufweist, der mittels eines in die Unwuchtwelle (3b′) axial gleitbar einge­ bauten, von einem äußeren Unwuchtstelltrieb (25, 26, 27) verstellbaren Gleitstückes (28) in einem Schlitz (23) der Un­ wuchtwelle (3b′) in deren Längsrichtung verschiebbar ist und in eine Nut (22) in der die Unwuchtwelle (3b′) umschließenden Innenwandung des einen Unwuchtteils (20a) eingreift, wobei der Schlitz (23) in der Unwuchtwelle (3b′) und die Nut (22) in dem Unwuchtteil (20a) zueinander schräg verlaufen.

13. Schwingungserreger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Unwuchtstelltrieb (25, 26, 27) ein hydraulischer Arbeitszylinder ist.