Die Erfindung betrifft eine Innenrüttelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
Auch als Innenrüttler oder Innenvibratoren bezeichnete Innenrüttelvorrichtun
gen sind allgemein bekannt und dienen zum Verdichten von flüssigem Beton. Zu
diesem Zweck ist an dem Ende eines längeren oder auch kürzeren Schlauchs -
entsprechend einem Schlauch- oder Stabrüttler - eine Rüttelflasche befestigt, in
der ein Elektromotor und eine von diesem angetriebene Unwuchtmasse unterge
bracht sind. Die mit sehr hoher Drehzahl drehende Unwuchtmasse erzeugt eine
auf den zu verdichtenden Beton abgestimmte Schwingung, die nach Eintauchen
der Rüttelflasche in den Frischbeton auf diesen übertragen wird, wodurch
Lufteinschlüsse und damit verbundene Porenbildung beseitigt und somit die
Rohdichte des Betons erhöht wird, so daß die gewünschte Qualität und Festig
keit erreicht werden kann. Derartige Geräte haben sich in der Praxis hervorra
gend bewährt.
Weiterhin sind Innenrüttler ähnlichen Bauprinzips bekannt, bei denen eine grö
ßere Unwucht mit niedrigerer Drehzahl angetrieben wird, wodurch eine höhere
Schwingungsamplitude der Rüttelflasche erzeugt werden kann. Derartige Geräte
eignen sich weniger zum Verdichten als vielmehr zum Verteilen von Beton.
Um auf der Baustelle beim Verarbeiten von Beton optimal arbeiten zu können,
sind daher beide Gerätetypen erforderlich, was nicht nur einen hohen materiel
len Aufwand an zur Verfügung stehenden Geräten erfordert, sondern auch häu
figes Umbauen und Anschließen verschiedener Gerätetypen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Innenrüttler anzugeben, mit
dem frischer Beton nicht nur verdichtet sondern auch verteilt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe wird in Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Wei
terentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entneh
men.
Eine erfindungsgemäße Innenrüttelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Exzentrizität eines Schwerpunkts der Unwuchtmasse bezüglich einer Dreh
achse der Unwuchtmasse variabel ist. Durch die Veränderung der Exzentrizität
bei baubedingt unveränderbarer Masse der Unwuchtmasse läßt sich auch der
sogenannte mr-Wert (Produkt aus Masse und Radius des Schwerpunkts) verän
dern, der für die Schwingungsamplitude maßgeblich ist. Bei niedrigem mr-Wert
ist auch die Amplitude gering, was sich vorwiegend zur Verdichtung von
Frischbeton eignet. Wird der mr-Wert jedoch durch Verändern der Schwer
punkts-Exzentrizität erhöht, steigt auch die Schwingungsamplitude und damit
die Eigenbewegung der Rüttelflasche im Frischbeton. Der Beton wird dadurch
weniger verdichtet als geschoben und läßt sich damit leicht in der Schalung ver
teilen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Exzentrizität zwi
schen wenigstens zwei Festwerten veränderbar, wobei ein Wert für die Verdich
tungsarbeit und ein anderer Wert für die Verteilarbeit besonders geeignet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drehzahl des Elektromotors und damit die
Drehzahl der Unwuchtmasse variabel ist. Damit läßt sich jeder Schwerpunkts-
Exzentrizität eine optimale Drehfrequenz zuordnen, die sich unter anderem
durch die Wirkung der Rüttelflasche im Frischbeton ergibt. Im Rahmen einfa
cher Vorversuche können hierzu die geeigneten Werte ermittelt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromotor von einem Frequenzumformer gepeist wird, der zum Er
zeugen von wenigstens zwei verschiedenen elektrischen Frequenzen umschalt
bar ist. Wenn der Frequenzumformer in einem Schaltergehäuse der Innenrüttel
vorrichtung angeordnet ist, können an dem Schaltergehäuse auch die für das
Umschalten erforderlichen Bedienelemente leicht angebracht werden.
Eine besondere Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Dreh
richtung des Elektromotors umschaltbar ist und daß die Dreheinrichtung eine
mit dem Elektromotor gekoppelte Welle aufweist, auf der zwei die Unwuchtmas
se bildende Massenelemente angeordnet sind, derart, daß ein erstes Massenele
ment auf der Welle befestigt ist und ein zweites Massenelement auf der Welle re
lativ zu dem ersten Massenelement zwischen zwei Endstellungen drehbar ist.
Das erste Massenelement dreht immer mit der durch den Elektromotor vorgebe
nen Drehrichtung der Welle mit. Wird die Drehrichtung umgekehrt, folgt das er
ste Massenelement daher sofort dieser Drehrichtungsumkehr. Das auf der Welle
innerhalb bestimmter Grenzen, nämlich der beiden Endstellungen frei drehbare
zweiten Massenelement verharrt aufgrund seiner Trägheit in der Ausgangsstel
lung und wird somit relativ zu dem ersten Massenelement auf der Welle ver
dreht. Erst bei Erreichen der zweiten Endstellung, die z. B. über einen Mitneh
mer definiert werden kann, folgt auch das zweite Massenelement der jetzt umge
kehrten Drehrichtung des ersten Massenelements. Durch geeignete Anordnung
und Massenverteilung an den Massenelementen läßt sich dadurch erreichen,
daß der Gesamtschwerpunkt der sich durch die beiden Massenelemente erge
benden Unwuchtmasse in den beiden Endstellungen unterschiedliche Exzentri
zitäten und damit unterschiedliche mr-Werte aufweist.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an
hand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längschnitt durch eine Rüttelflasche einer erfin
dungsgemäßen Innenrüttelvorrichtung; und
Fig. 2a und 2b einen Querschnitt zweier relativ zueinander beweglicher
Massenelemente in zwei verschiedenen Stellungen.
Fig. 1 zeigt einen vorderen Teil eines erfindungsgemäßen Innenrüttlers.
Eine üblicherweise aus Metall gebildete, als Rüttelgehäuse dienende Rüttelfla
sche 1 ist an einem Ende eines Schutzschlauchs 2 befestigt, der üblicherweise
eine Länge zwischen 1,5 Metern und 6 Metern aufweist und in Fig. 1 nur stark
verkürzt dargestellt ist. Zur Bedienung des Innenrüttlers hält der Bediener ent
weder den Schutzschlauch 2 oder einen am anderen Ende des Schutzschlauchs
2 befestigten, in der Fig. 1 nicht dargestellten Handgriff.
Im Inneren des Schutzschlauchs 2 verläuft eine elektrische Zuleitung 3 für ei
nen im Inneren der Rüttelflasche 1 angeordneten, an sich bekannten Elektromo
tor 4.
In Verlängerung einer zu dem Elektromotor 4 gehörenden Rotorwelle 5 ist eine
Dreheinrichtung 6 angebracht. Die Dreheinrichtung 6 besteht im wesentlichen
aus einer einstückig mit der Rotorwelle 5 verbundenen Welle 7, einem auf der
Welle 7 befestigten ersten Massenelement 8 und einem ebenfalls auf der Welle 7
angeordneten zweiten Massenelement 9. Während das erste Massenelement 8
mittels Schrauben 10 mit der Welle 7 fest verbunden ist, ist das zweite Mas
senelement 9 auf der Welle 7 relativ zu dem ersten Massenelement 8 innerhalb
bestimmter Grenzen frei drehbar.
Die Grenzen werden durch zwei Endstellungen definiert, die in den jeweils
Querschnitte entlang der Linie X-X in Fig. 1 zeigenden Fig. 2a und 2b dar
gestellt sind. Dazu ist in dem ersten Massenelement 8 eine Ausnehmung 11
ausgebildet, in die in der in Fig. 2a gezeigten Stellung eine zu dem zweiten
Massenelement 9 gehörende Nase 12 eingreift.
In der in Fig. 2b gezeigten Stellung schlägt eine der Ausnehmung 11 gegen
überliegende Seite des ersten Massenelements 8 gegen die Nase 12 an.
Der Wechsel zwischen den beiden in den Fig. 2a und 2b gezeigten Stellun
gen erfolgt folgendermaßen:
In Fig. 2a dreht sich die Welle 7 mit dem ersten Massenelement 8 in Richtung
eines Pfeils A. Dadurch nimmt das erste Massenelement 8 mit seiner Ausneh
mung 11 über die Nase 12 das zweite Massenelement 9 mit.
Bei einer Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 4 dreht sich die Welle 7 ge
mäß Fig. 2b in Richtung eines Pfeils B. Das zweite Massenelement 9 verharrt
aufgrund seiner Trägheit in der in Fig. 2a gezeigten Stellung, während das mit
der Welle 7 fest verbundene erste Massenelement 8 sich ebenfalls in Richtung B
dreht.
Nach einer Drehung von etwa 180° schlägt die der Ausnehmung 11 gegenüber
liegende Seite des ersten Massenelements 8 an die Nase 12 an und nimmt das
zweite Massenelement 9 mit, das nun ebenfalls der Drehbewegung in Richtung
B folgt.
Während sich in der in Fig. 2a gezeigten Stellung die einzelnen Schwerpunkte
der beiden Massenelemente 8 und 9 bezüglich einer Drehachse 13 der Welle 7
gegenüberstehen, befinden sie sich in der in Fig. 2b gezeigten Stellung bezüg
lich der Drehachse 13 auf der gleichen Seite. Das hat zur Folge, daß ein durch
einen Punkt skizzierter Gesamtschwerpunkt 14 der durch die beiden Massenele
mente 8 und 9 gebildeten Unwuchtmasse bei der Stellung gemäß Fig. 2a eine
geringere Exzentrizität bezüglich der Drehachse 13 aufweist, als in der in Fig.
2b gezeigten Stellung.
Die Veränderung der Schwerpunktslage, d. h. die Veränderung der Exzentrizität
des Schwerpunkts 14 bewirkt, daß sich die Schwingungsamplitude der durch
die Unwuchtmasse erzeugten Schwingung und damit der gesamten Rüttelflasche
1 ändert. Wenn die Exzentrizität gering ist, ist auch der sogenannte mr-Wert
niedrig und die Schwingungsamplitude kleiner. Dieser Zustand gemäß Fig. 2a
eignet sich besonders zum Verdichten von Beton.
Ist jedoch - entsprechend der Stellung in Fig. 2b - die Schwerpunkts-Exzentri
zität groß und damit der mr-Wert hoch, ist auch die Schwingungsamplitude
groß, was sich vorteilhaft für das Verteilen von Frischbeton eignet.
Es hat sich herausgestellt, daß sich für ein besonders effektives Arbeiten für be
stimmte Exzentrizitäten beziehungsweise Schwingungsamplituden auch nur be
stimmte Frequenzbereiche und damit Drehzahlen des Elektromotors 4 eignen.
Bei dem Elektromotor 4 handelt es sich üblicherweise um einen von einem nicht
dargestellten Frequenzumformer gespeisten bürstenlosen Motor. Der Fre
quenzumformer stellt z. B. bei einer Spannung von 42 Volt eine elektrische Fre
quenz von 200 Hertz zur Verfügung, die eine Motordrehzahl von 12.000 min-1
und damit eine Schwingungsfrequenz von 200 Hertz ermöglicht, was für das
Verdichten von Beton besonders geeignet ist.
Erfindungsgemäß läßt sich der Frequenzumformer zwischen wenigstens zwei
Frequenzwerten umschalten, so daß er außer der bereits genannten hohen Fre
quenz von 200 Hertz auch noch eine niedrigere Frequenz im Bereich von 100 bis
150 Hertz entsprechend einer Motordrehzahl von 6.000 bis 9.000 min-1 zur Ver
fügung stellt, was sich besonders für das Verteilen von Frischbeton eignet.
Da für das Verteilen von Beton nicht nur die Frequenz geringer sein soll, son
dern auch die Schwingungsamplitude größer, ist es besonders zweckmäßig, mit
der Frequenzumstellung auch die Drehzahlumkehr zu verbinden, um die erfor
derliche größere Schwerpunkts-Exzentrität zu erreichen.
Bei der in Fig. 2a gezeigten Stellung wird folglich der Elektromotor 4 mit einer
hohen elektrischen Frequenz versorgt, während er für die in Fig. 2b gezeigte
Stellung mit einer niedrigeren Frequenz erregt wird.
Selbstverständlich kann der Frequenzumformer - soweit das technisch zweck
mäßig ist - auch noch mehr als zwei verschiedene Frequenzen zur Verfügung
stellen. Der Aufbau eines derartigen Frequenzumformers ist dem Fachmann be
kannt und muß daher an dieser Stelle nicht vertieft werden.
Die Umschaltung zwischen den Frequenzen erfolgt vorteilhafterweise an einem
nicht dargestellten Schaltergehäuse des Innenrüttlers, an dem auch ein Netz
schalter vorgesehen ist. Soweit erforderlich, kann dort auch ein Schalter für die
Drehrichtungsumkehr vorgesehen sein.
Die bei der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsform gewählte
Realisierung für das Verändern der Schwerpunkts-Exzentrizität stellt nur ein
Beispiel dar. Für den Fachmann ist es ohne weiteres möglich, die Erfindung
auch bei anderen Verstellmechanismen anzuwenden. So könnte z. B. das Verän
dern der Schwerpunkts-Exzentrizität drehzahl-, d. h. frequenzabhängig gesteu
ert werden. Weiterhin ist es möglich, die für die Veränderung der Schwer
punkts-Exzentrizität erforderliche Massenverschiebung mit Hilfe von elektrome
chanischen Stellgliedern zu bewirken.
Die beschriebene Erfindung läßt sich auch bei Innenrüttelvorrichtungen anderer
Bauart realisieren. Bei diesen handelt es sich zum Beispiel um Innenrüttler, bei
denen der Elektromotor zum Antreiben des Schwingungserregers nicht in der
Rüttelflasche 1 angeordnet ist, sondern extern. Je nach Bauart kann der Elek
tromotor am Rande des Arbeitsbereichs stehen oder vom Bediener getragen wer
den, wobei die Übertragung der Drehbewegung vom Elektromotor zum Schwin
gungserreger über eine in dem Schutzschlauch 2 geführte biegsame Welle er
folgt. Da erfindungsgemäß die Drehrichtung des Elektromotors umschaltbar
sein kann, muß die biegsame Welle zur Übertragung der Drehbewegung in beide
Drehrichtungen geeignet sein. Hierzu sind dem Fachmann verschiedene Mög
lichkeiten geläufig.