DE19824372A1 - Vibrator zur Beton-Verdichtung - Google Patents

Description

Vibrator zum Einleiten von Schwingungen in zu bearbeitende Stoffe, insbesondere aushärtende Baustoffe wie Beton, insbesondere mittels einer Rüttelflasche, wobei der Antrieb des Vibrators durch einen Dreh­ strom-Asynchronmotor erfolgt, der über eine elektrische Anschlußleitung an einen Umformer mit zumindest einem Frequenzwandler und einem Transformator verbunden ist, wobei der Umformer seinerseits an ein Wechselspannungsnetz anschließbar ist

Der wichtigste Anwendungsfall betrifft Rüttelflaschen, die in die Frisch­ betonschüttung eingetaucht werden, so daß sich ihre Schwingungen auf die umgebende Betonschüttung übertragen und diese verdichten. Im In­ neren der Rüttelflasche befindet sich ein Drehstrom-Asynchronmotor, dessen Drehachse in Längsrichtung des Schwingkopfes verläuft. An der Motorwelle ist eine Unwuchtmasse befestigt, die bei Drehung die ge­ wünschte Vibration hervorruft.

Um die Wirksamkeit des Vibrators zu erhöhen, arbeitet sein Antriebsmo­ tor im allgemeinen mit einer gegenüber der Netzfrequenz höheren Fre­ quenz, etwa mit 200 Hz. Außerdem wird er aus Sicherheitsgründen nur mit einer Spannung von etwa 50 V betrieben. Es ist daher üblich, den Anschluß des Asynchronmotors an die Netzspannung über eine Schal­ tungsanordnung vorzusehen, in der zunächst die Wechselspannung gleichgerichtet und sodann durch eine getaktete Verteilerschaltung ein Drehstrom mit etwa 200 Hz erzeugt wird. Dieser Drehstrom wird dann über einen Transformator auf etwa 50 V umgespannt. Gleichzeitig be­ wirkt der Transformator eine galvanische Trennung zwischen dem Asyn­ chronmotor und der Netzspannung, so daß auch bei eventuellen Stö­ rungen in der Stromversorgung kein Risiko von Stromschlägen an der Ausgangsseite des Transformators zu befürchten ist.

Allerdings ist dieser bekannte Vibrator-Anschluß sehr aufwendig und insbesondere durch den Transformator ziemlich schwer. Es ist daher notwendig, den Umformer in einem separaten Gehäuse unterzubringen und hieran die Rüttelflasche anzuschließen. Dadurch ist aber die Frei­ zügigkeit bei der Handhabung der Rüttelflaschen, insbesondere bei gro­ ßen Baustellen, erheblich eingeschränkt.

Durch die EP 604 723 ist es bekannt geworden, zur Versorgung des Asynchronmotors lediglich einen die Frequenzerhöhung vorzunehmen­ den Umformer einzusetzen und auf den Transformator zu verzichten. Dadurch kann der Umformer zusammen mit dem Betätigungsschalter des Antriebsmotors zu einer miniaturisierten Baueinheit zusammenge­ faßt und in den Schutz- und Versorgungsschlauch, an dem die Rüttelfla­ sche üblicherweise hängt, integriert werden. Allerdings wird durch das erhöhte Spannungsniveau des Drehstrommotors und durch den Verzicht auf die galvanische Trennung mittels eines Transformators das Unfallri­ siko erhöht, weil bei Kurzschlüssen oder anderen Störungen in der Stromversorgung die Netzspannung auf den Benutzer durchschlagen kann.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es durch die DE 195 27 517 be­ kannt geworden, eine galvanische Trennung durch einen Transformator herbeizuführen, und durch den Einsatz eines Gleichstrommotors auf aufwendige Umformer zu verzichten, so daß die Schaltungsanordnung wieder am Schutz- und Bedienungsschlauch des Rüttlers angebracht werden kann. Hierbei ergibt sich jedoch die Problematik, daß die Kosten des Vibrators durch den Gleichstrommotor gegenüber einem Drehstrom­ antrieb höher liegen. Außerdem ist diese Schaltung für herkömmliche Rüttelflaschen, die mit Drehstrommotor arbeiten, ungeeignet.

Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Stromversorgung zu entwickeln, die für Vibratoren mit Drehstrom­ antrieb geeignet ist, aber dabei mit einem kompakten Umformer aus­ kommt, der leicht transportabel ist und die galvanische Trennung sowie Schutz-Kleinspannung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ausgehend von dem eingangs beschriebenen Rüttelflaschen-Antrieb mit Drehstrom-Asynchron­ motor der Frequenzwandler so ausgelegt wird, daß er eine Hochfrequenz-Wechselspannung erzeugt, die einem Hochfrequenztrans­ formator zugeführt wird, und daß der Ausgang dieses Hochfrequenz­ transformators mit einem zweiten Frequenzwandler mit getakteter Ver­ teilerschaltung verbunden ist, der einen niederfrequenten Drehstrom zum Anschluß des Asynchronmotors liefert.

Der Frequenzwandler erhöht die Netzfrequenz nicht nur auf die übliche Betriebsfrequenz des Vibrators, sondern statt dessen in den Hochfre­ quenzbereich. Zwar muß dieser Hochfrequenzbereich anschließend wieder auf die Betriebsfrequenz des Antriebsmotors, meist also etwa 200 Hz, reduziert werden, aber im Hochfrequenzbereich kann die ange­ strebte galvanische Trennung durch einen viel kleineren und leichteren Transformator realisiert werden als bei den bisher üblichen Frequenzen. Man vereinigt somit die Vorteile der galvanischen Trennung mit der leichteren Handhabbarkeit eines miniaturisierten Umformers unter Bei­ behaltung des aus Kostengründen günstigen Drehstrommotors.

Darüber hinaus bietet die Erfindung durch den speziellen zweiten Fre­ quenzwandler, der eine getaktete Verteilerschaltung zur Erzeugung von Drehstrom aufweist, den Vorteil, daß die herkömmlichen Rüttelflaschen, die in der Regel mit einem Drehstrom-Asynchronmotor ausgerüstet sind, in einfachster Weise über ihr elektrisches Anschlußkabel an die be­ schriebene Schaltung angeschlossen werden können.

Zweckmäßig erhöht der erste Frequenzwandler die Netzfrequenz auf zumindest 5 kHz, vorzugsweise auf über 10 kHz, insbesondere etwa 50 kHz.

Der zweite Frequenzwandler erzeugt drei hochfrequente, jeweils um 120° versetzte Taktungen. Die Amplitude dieser Taktungen ändert sich vorzugsweise mit der gewünschten Betriebsfrequenz des Antriebsmo­ tors, hier also mit etwa 200 Hz, so daß man am Ausgang des Frequen­ zwandlers drei Phasen erhält, die unmittelbar zum Antrieb des Dreh­ strom-Asynchronmotors verwendet werden können. Die Frequenz der drei einzelnen Taktungen sollte dabei im Hochfrequenzbereich liegen, damit möglichst glatte Sinus-Kurven entstehen.

Der Hochfrequenztransformator wird zweckmäßig nicht nur zur galvani­ schen Trennung und damit zur Kurzschlußsicherheit der an die Schal­ tung angeschlossenen Geräte benutzt, sondern auch zu einer Span­ nungsreduktion, damit man hinter der getakteten Verteilerschaltung eine Spannung von etwa 50 V erhält. Bei einer Netzspannung von 230 V führt der Transformator also eine Spannungsreduktion auf etwa 65 V bis 80 V durch. Man arbeitet also in der anschließenden Verteilerschaltung mit einer reduzierten Zwischenkreisspannung, insbesondere mit etwa 65 V bis 80 V und kommt letztlich zu einer unkritischen Ausgangsspannung von knapp 50 V.

Zweckmäßig besteht der Frequenzwandler aus einem Gleichrichter und einer nachgeschalteten mit Frequenz getakteten Modulationsschaltung. Im Falle des ersten Frequenzwandlers kann dabei ein Zerhacker mit getaktetem Ein-/Ausschalter mit umgekehrter Polarität eingesetzt wer­ den, während bei dem zweiten Frequenzwandler die beschriebene Ver­ teilerschaltung zur Erzeugung von drei um 120° versetzten Wechsel­ stromphasen notwendig ist.

Zur weiteren Optimierung empfiehlt es sich, daß den Frequenzwandlern Störspannungsfilter zugeschaltet sind. Es handelt sich dabei um L-C-Kombinationen, die einerseits zwischen Netzanschluß und erstem Fre­ quenzwandler sitzen und verhindern, daß Spannungsspitzen von dem Frequenzwandler zurück ins Netz gehen. Zum anderen sind derartige Störspannungsfilter vorzugsweise auch hinter dem zweiten Frequenz­ wandler angeordnet und zwar einzeln in den drei zum Drehstrommotor führenden Phasen, wobei insbesondere Ferrit-Ringkerne geeignet sind.

Es ist besonders zweckmäßig, die beiden Frequenzumrichter sowie den Transformator in einem gemeinsamen Gehäuse zusammenzufassen, das nicht am Schutz- und Bedienungsschlauch der Rüttelflasche sitzt, sondern an beliebiger Position in der elektrischen Zuleitung.

Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, das genannte Ge­ häuse zentral aufzustellen und es mit mehreren niederfrequenten (ca. 200 Hz) Ausgängen zum Anschluß mehrere Vibratoren zu versehen, wenn diese in einem räumlich begrenzten Bereich eingesetzt werden sollen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Sie zeigt eine schematische Darstellung der Rüttelflasche mit ihrem Bedienungs- und Schutzschlauch, der Stromzuführung und dem Umformer.

Ausgehend von einem Netzstecker 1 schließt sich über eine kürzere Verbindungsleitung ein Gehäuse 2 an, in dem der Umformer unterge­ bracht ist. Man sieht, daß die Wechselspannung zunächst in einem Gleichrichter 3 gleichgerichtet, sodann in einer hochfrequent getakteten Modulationsschaltung 4 von ursprünglich 50 Hz auf etwa 50 kHz ge­ bracht wird. Diese hochfrequente Wechselspannung wird sodann über einen Transformator 5 an einen weiteren Gleichrichter 6 übertragen, wobei der Transformator bereits die Spannung auf die spätere Betriebs­ spannung des Asynchronmotors reduzieren kann, was aber nicht unbe­ dingt notwendig ist. Im Ausführungsbeispiel führt der Transformator eine Spannungsänderung von Netzspannung auf etwa 75 V durch.

Der Ausgang des Gleichrichters 6 ist mit einer getakteten Verteilerschal­ tung 7 verbunden, die den gewünschten Drehstrom mit einer Frequenz von etwa 200 Hz liefert. Der Gleichrichter 6 wirkt also mit der getakteten Verteilerschaltung 7 im Sinne eines zweiten Frequenzwandlers zusam­ men, liefert aber zusätzlich durch seine getaktete Verteilerschaltung auch die drei Phasen für den Anschluß des Drehstrommotors. Dabei er zeugt die Verteilerschaltung 3 Taktungen im Hochfrequenzbereich, etwa mit 2 bis 3 kHz, deren Amplitude mit 200 Hz variiert, wobei die Amplitu­ den der drei Phasen jeweils um 120° phasenverschoben sind.

Die drei Phasen münden an eine oder mehrere Drehstromsteckdosen 12, die am Gehäuse 2 montiert sind. Von einer dieser Anschlußmöglich­ keiten führt eine längere elektrische Verbindungsleitung 11 zu einer herkömmlichen Rüttelflasche 10.

Wie die Zeichnung weiter zeigt, ist die Rüttelflasche 10 mit einem relativ dicken Schutz- und Bedienungsschlauch 9 verbunden, der zum Absen­ ken der an ihm hängenden Rüttelflasche 10 dient und der an seinem freien Ende an die elektrische Verbindungsleitung 11 anschließbar ist. In der Rüttelflasche 10 befindet sich der in der Zeichnung nicht darge­ stellte Drehstrom-Asynchronmotor mit seiner Unwuchtwelle.

Zum Ein- und Abschalten der Rüttelflasche dient ein Schalter 8, der entweder am freien Ende des Schutz- und Bedienungsschlauches 9 an­ geordnet ist, wie in der Zeichnung dargestellt, der aber ebenso auch an der Rüttelflasche 10 oder an anderer Stelle, etwa am Gehäuse 2 ange­ ordnet sein kann.

Claims (13)

1. Vibrator zum Einleitung von Schwingungen in zu bearbeitende Stoffe, insbesondere aushärtende Baustoffe wie Beton, insbesondere mittels einer Rüttelflasche (10), wobei der Antrieb des Vibrators durch einen Drehstrom-Asynchron­ motor erfolgt, der über eine elektrische Anschlußleitung mit ei­ nem Umformer mit mindestens einem Frequenzwandler (3, 4) und einem Transformator (5) verbunden ist, wobei der Umformer an ein Wechsels­ pannungsnetz anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler (3, 4) eine Hochfrequenzwechselspannung er­ zeugt, die einem Hochfrequenztransformator (5) zugeführt wird und daß der Ausgang des Hochfrequenztransformators (5) mit einem zweiten Fre­ quenzwandler (6, 7) mit getakteter Verteilerschaltung verbunden ist, der einen niederfrequenten Drehstrom zum Anschluß des Asynchronmotors liefert.

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Frequenzwandler (3, 4) eine Wechselspannung von zumin­ dest 5 kHz, vorzugsweise über 10 kHz, insbesondere etwa 50 kHz erzeugt.

3. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Frequenzwandler (6, 7) drei, um 120° versetzte Taktungen erzeugt.

4. Vibrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Taktungen die gleiche Frequenz aufweisen, insbesondere im Kilohertz-Bereich.

5. Vibrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei hochfrequente Taktungen erzeugt werden, deren Amplitude sich mit der Betriebsfrequenz des Asynchronmotors ändert, wobei die Amplitu­ den der drei Taktungen jeweils um 120° versetzt sind.

6. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenztransformator (5) eine Spannungsreduktion, insbe­ sondere auf etwa 70 V bis 80 V durchführt.

7. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Frequenzwandler einen Gleichrichter (3 oder 6) und eine mit Hochfrequenz getaktete Modulationsschaltung (4 oder 7) auf­ weist.

8. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Frequenzumrichter (3, 4, 6, 7) und der Transformator (5) in einem gemeinsamen Gehäuse (2) zusammengefaßt sind.

9. Vibrator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) mehrere niederfrequente Ausgänge zum Anschluß von Rüttelflaschen (10) aufweist.

10. Vibrator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) an der elektrischen Anschlußleitung angeordnet ist, insbesondere daran hängt, bei zahlreichen Steckdosen (12) aber auch über ein Fußgestell auf dem Boden aufstellbar ist.

11. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Frequenzwandler (6, 7) Störspannungsfilter, insbesonde­ re Ferrit-Ringkerne, nachgeschaltet sind.

12. Vibrator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Störspannungsfilter einzeln in den 3 Phasen des Motoranschlußes angeordnet sind.

13. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Netzanschluß und erstem Frequenzwandler (3, 4) zumindest ein Störspannungsfilter angeordnet ist.