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Einleitung
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Die
Erfindung betrifft einen Schwingungserreger mit drei in einem Gehäuse parallel
nebeneinander gelagerten Unwuchtwellen, die von einem Antriebsaggregat
in Rotation versetzbar sind, wobei jede Unwuchtwelle mindestens
eine Unwuchtmasse aufweist und eine Unwuchtmasse einer Unwuchtwelle
durch eine Verstelleinrichtung in Umfangsrichtung auf der Unwuchtwelle
verschwenkbar ist.
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Die
Anmelderin hat am selben Tage, an dem die vorliegende Anmeldung
eingereicht wurde, eine weitere Anmeldung bezüglich eines Schwingungserregers
eines Verdichtungsgerätes
eingereicht (Anwaltsaktenzeichen 5380). Der Inhalt dieser Anmeldung
wird hiermit durch Bezugnahme auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung
gemacht.
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Ein
Schwingungserreger der eingangs genannten Art ist in der
DE 297 23 617 U1 beschrieben. Insbesondere
ist dort vorgesehen, dass eine mittlere Unwuchtwelle gegenüber zwei äußeren Unwuchtwellen
eine in Umfangsrichtung der Unwuchtwelle verschwenkbare Unwuchtmasse
aufweist. Eine Unwuchtwelle besteht aus einer beidseitig in Wälzlagern
gelagerten Welle mit daran befestigten Unwuchtmassen in Form eines
Unwuchtkörpers,
insbesondere in Form von Ringsegmentscheiben. Die Beschreibung des
Ausführungsbeispiels
der
DE 297 23 617
U1 gibt zudem an, dass die Unwuchtmassen der beiden äußeren Unwuchtwellen
symmetrisch zu der mittleren Unwuchtwelle angeordnet sind, um eine
optimale Kraftübertragung
auf die Schwingungserreger zu erreichen und um Kippbewegungen des
Schwingungserregers zu vermeiden. Dadurch, dass die Unwuchtmasse
der mittleren Unwuchtwelle in deren Umfangsrichtung verschwenkbar,
also die Phasenlage der mittleren Unwuchtmassen gegenüber den äußeren Unwuchtmassen
entsprechend veränderbar ist,
kann die Vortriebsbewegung der Schwingungserreger in Vorwärts- oder
in Rückwärtsrichtung
stufenlos verstellt werden. Wünschenswert
ist jedoch, neben der Vortriebsbewegung auch eine von dem Verdichtungsgerät aktiv
ausgeführte
Lenkbewegung des Schwingungserregers links bzw. rechtsherum vorzusehen.
Bislang war es erforderlich, für
eine Lenkbewegung die persönlicher
Krafteinwirkung der Bedienperson in den bekanntermaßen von
Geländesteigung
und verfügbarem
Wendekreis gesetzten Grenzen aufzubringen.
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Ebenfalls
bekannt ist zudem ein Schwingungserreger, der zwei Unwuchtwellen
aufweist und der dadurch lenkbar ist, dass die hintere der beiden Unwuchtwellen
zwei voneinander unabhängig
verschwenkbare Unwuchtmassen in Form von Scheibengewichten in Ringsegmentform
besitzt, wobei bei Rotation der Unwuchtwellen ein im bzw. gegen
den Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment um eine Hochachse der Schwingungserreger
entsteht. Durch das Drehmoment kann der Schwingungserreger von einer
Bedienperson selbsttätig
nach links bzw. rechts gelenkt werden. Ein Vortrieb in Vorwärts- oder
Rückwärtsrichtung
ist, ausgeführt
durch den Schwingungserreger selbst, ebenfalls möglich. Die Verschwenkung der
Unwuchtmassen wird von zwei Verstelleinrichtungen in Form von druckbeaufschlagbaren
Zylinder-Kolben-Einheiten bewirkt, die größtenteils in axialer Verlängerung
der hinteren Unwuchtwelle angeordnet sind, wobei ein linkes und
ein rechtes mit dem Kolben gekoppeltes Übertragungselement jeweils
mit einem Stift gekoppelt ist, der in jeweils eine Spiralnut einer
Schalthülse
eingreift und dadurch bei einer Verschiebung des Kolbens das jeweilige
Unwuchtgewicht in Umfangsrichtung verschwenkt, d.h. dessen Phasenwinkel
gegenüber
der anderen auf der Unwuchtwelle gelagerten Unwuchtmasse verändert.
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Der
Schwingungserreger neigt jedoch bei der genannte Konstruktionsanordnung,
insbesondere bei Bearbeitung nichtebenen Untergrunds, zu einem Verkippen
um die Maschinenlängsachse.
Der Grund hierfür
ist, dass das Lenkmoment hinter der Mittelachse des Schwingungserregers
wirkt und die Phasendifferenz der beiden Unwuchtmassen der hinteren
Welle nicht nur das Drehmoment um die Hochachse, sondern zudem ein
zusätzliches
und äußerst unerwünschtes
Moment um die Maschinenlängsachse
bewirkt, welches die genannte Kippneigung hervorruft. Ein weiterer
Nachteil ist eine Pendelschwingung um die Maschinendiagonale des
Schwingungserregers, die durch die beiden genannten Drehmomente
bewirkt wird.
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Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserreger anzugeben,
der lenkbar ist und zugleich einen Vortrieb in Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
besitzt, wobei unerwünschten
Schwingungen um die Maschinendiagonale sowie die vorgenannte Kippneigung
vermieden werden.
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Lösung
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Ausgehend
von den bekannten Schwingungserregern der eingangs beschriebenen
Art, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass die mittlere Unwuchtwelle
mindestens eine weitere, zu ihrer ersten Unwuchtmasse vorzugsweise
massegleiche, Unwuchtmasse aufweist, die relativ zu der ersten Unwuchtmasse
in ihrer Position auf der Unwuchtwelle durch eine weitere Verstelleinrichtung
in Umfangsrichtung verschwenkbar ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Konstruktion gelingt
es, einen lenkbaren Schwingungserreger zu schaffen, der einen einstellbaren
Vortrieb in Vor- und Rückwärtsrichtung
besitzt. Zudem werden durch die Anordnung der beiden Verstelleinrichtungen
auf der mittleren Unwuchtwelle unerwünschte Momente kompensiert,
so dass Pendelschwingungen um die Maschinendiagonale des Schwingungserregers
nicht auftreten können.
Ebensowenig ist bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserreger mit
einer Kippneigung zu rechnen. Das Lenkmoment wirkt vielmehr in Richtung
der durch die Mittelachse des Schwingungserregers verlaufenden Hochachse.
Durch die Wirkung des Lenkmoments in Längsrichtung auftauchende Pendelschwingungen
sind für
die Lenkbewegung nicht von Nachteil und können zudem in dem Fachmann
bekannter Weise kompensiert werden, bevor sie über die Deichsel an die Bedienperson
weitergeleitet werden. Eine Verdichtungsgerät mit dem erfindungsgemäßen Schwingungserreger
ist daher äußerst angenehm
zu bedienen, Vorteilhaft ist es zudem, die jeweiligen Unwuchtmassen
der äußeren Unwuchtwellen
gleich zu wählen,
da dann der Massen- und Momenteausgleich optimal ist.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Unwuchtwellen durch
Kraftübertragungsorgane,
insbesondere in Form von Zahnrädern,
untereinander und/oder von dem Antriebsaggregat antreibbar sind,
die jeweils mittig auf der jeweiligen Unwuchtwelle angeordnet sind,
um hierdurch einen vollkommen symmetrischen Aufbau eines Schwingungserregers
zu erreichen.
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Schließlich ist
es noch von besonderem Vorteil, wenn die Verstelleinrichtung eine
verschwenkbare Schalthülse
aufweist, an der eine Unwuchtmasse verdrehfest befestigt ist, wobei
die Schalthülse
beidseitig, vorzugsweise in der Nähe ihrer Stirnseiten, auf der
mittleren Unwuchtwelle, insbesondere mittels Gleitlager, gelagert
ist.
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Durch
die vergleichsweise unaufwendige Lagerung der Schalthülse unmittelbar
auf der Unwuchtwelle, anstatt der bekannten Lagerung der Schalthülse innerhalb
einer Zahnradglocke mittels Kugellagern, wird zusätzlicher
Raum für
die Unterbringung einer Unwuchtmasse, insbesondere in Form eines verbreiterten
Unwuchtkörpers
geschaffen. Hierdurch wird es insbesondere auf einfache Weise ermöglicht, den
Anteil der mittleren Unwuchtmasse an der Gesamtunwuchtmasse zu erhöhen, ohne
den Radius der mittleren Unwuchtwelle im Bereich der Unwuchtmasse
zu vergrößern.
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Wird
etwa bei der erfindungsgemäßen Schwingungserreger
davon ausgegangen, dass häufig
eine aufgabenbedingte Lenkung stattfinden soll, so empfiehlt es
sich, dass das die Lenkung unterstützende Lenkmoment entsprechend
erhöht
wird. Dazu kann die Unwuchtmasse der mittleren Unwuchtwelle gegenüber den
Unwuchtmassen der äußeren Unwuchtwellen
einen erhöhten
Unwuchtmassenanteil, z.B. 60% oder mehr, an der Gesamtunwuchtmasse aller
drei Unwuchtwellen aufweisen. Außer mittels unterschiedlicher
Gewichtsverteilung ist selbstverständlich auch eine anderweitige
Erhöhung
des Lenkmoments denkbar, etwa durch die Gestaltung der Form der
jeweiligen Unwuchtmasse oder ihre Lage zur Mittelachse der mittleren
Unwuchtwelle.
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Ausführungsbeispiel
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigt
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1 eine
Schnittansicht auf einen Schwingungserreger mit Fahrtrichtung nach
rechts,
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2 den
Schwingungserreger gemäß 1 mit
Fahrtrichtung nach links,
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3 den
Schwingungserreger gemäß 1 mit
Fahrtrichtung „voll
rückwärts",
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4 den
Schwingungserreger gemäß 1 mit
Fahrtrichtung „voll
vorwärts".
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Der
in 1 gezeigte Schwingungserreger 100 ist
in Fahrtrichtung „rechtsherum" (R) gezeigt. Der
Schwingungserreger 100 weist ein Gehäuse 200 auf, in dem
eine vordere Unwuchtwelle 30, eine mittlere Unwuchtwelle 40 und
eine hintere Unwuchtwelle 50 gelagert sind. Die Mittelachsen 38, 48, 58 der
Unwuchtwellen 30, 40, 50 liegen zueinander
parallel und in einer Ebene. Zudem sind die Abstände der äußeren Unwuchtwellen 30, 50 zu
der mittleren Unwuchtwelle 40 einander gleich.
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In
dieser und in den weiteren gezeigten 2, 3 und 4 sind
die äußeren Unwuchtwellen 30, 40,
respektive deren Unwuchtmassen 32, 34, 52, 54 in
einer Phasenlage gezeigt, die hiermit als „Nullphasenlage" N definiert ist.
In der Nullphasenlage N sind die Unwuchtmassen 32, 34, 52, 54 unterhalb
der Ebene angeordnet, in der sich die Mittelachsen 38, 48, 58 der
Unwuchtwellen 30, 40, 50 erstrecken.
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Zwischen
den Unwuchtmassen 32, 34; 42, 44; 52, 54 einer
Unwuchtwelle 30, 40, 50 ist jeweils ein
Zahnrad 36, 46, 56 angeordnet, wobei
die Längsachse 6 des
Schwingungserregers 100 in der Symmetrieebene jedes Zahnrades 36, 46, 56 liegt.
Dabei dreht sich das Zahnrad 56, von einem Antriebsaggregat 60 in
Form eines Antriebsmotors angetrieben, in der durch den Pfeil 10 dargestellten
Drehrichtung und treibt das Zahnrad 46 in der durch den
Pfeil 12 dargestellten Drehrichtung an, welches wiederum
das Zahnrad 36 in der durch den Pfeil 14 dargestellten Drehrichtung
antreibt. Die Zahnräder 36, 46, 56 und damit
die Unwuchtwellen 30, 40, 50 rotieren
mit derselben Drehzahl. Die linke Unwuchtmasse 42 der mittleren
Unwuchtwelle 40 nimmt in der gezeigten Stellung ebenfalls
die Nullphasenlage (N) ein, wohingegen die rechte Unwuchtmasse 44 um
90 Grad gegenüber
der linken Unwuchtmasse 42 mit dem Drehsinn des Pfeils 12 verschwenkt
ist. Deshalb wirkt in der gezeigten Stellung die Unwuchtmasse 44 mit
einer nach rückwärts gerichteten
horizontalen Kraftkomponente auf den Schwingungserreger 100 ein, wohingegen
alle übrigen
Unwuchtmassen 32, 24, 44, 52, 54 in
der gezeigten Bewegungsphase eine zum Untergrund hin gerichtete
senkrechte Kraftkomponente besitzen. Die resultierende Kraft wirkt
deshalb diagonal rückwärtig zum
Untergrund. Die horizontale Kraftkomponente greift insbesonde re
auf der rechten Seite des Schwingungserregers 100 an, was
dazu führt,
dass der Schwingungserreger 100 eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn
ausführt,
d.h. nach rechts lenkt.
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Beide
Unwuchtmassen 42, 44 sind mittels desselben Verstellmechanismus
voneinander unabhängig
in Umfangsrichtung der Unwuchtwelle 40 verlagerbar, weshalb
diesbezüglich
nur auf die Unwuchtmasse 42 Bezug genommen werden soll.
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Die 2 zeigt
die Unwuchtmasse 42 in einer weiteren Position, die durch
eine Stift-Spiralnutverbindung
einstellbar ist: Ein Stift 22 ist mit einem mit dem Kolben 23 gekoppelten Übertragungselement 23' verbunden,
wobei der Kolben durch Druckbeaufschlagung einer Druckkammer 24 mittels
einer hier nicht gezeigten hydraulischen Verstelleinrichtung oder
die Federwirkung einer Rückstellfeder 21 in Richtung
der Mittelachse 48 verschoben wird. Insbesondere wird der
Stift 22 innerhalb zweier sich gegenüberliegender und in Richtung
der Mittelachse 48 sich erstreckender Längsnuten 25, 26 der
Unwuchtwelle 40 verschoben. Die Längsverschiebung wird von zwei
sich in der Wandung einer Schalthülse 70 gegenüberliegenden
Spiralnuten 27, 28 in eine Drehbewegung der Schalthülse 70 umgewandelt.
Da die Schalthülse 70 axiale
Bewegungen nicht ausführen kann,
führt die
genannte Umwandlung ausschließlich zur
Drehung der Schalthülse 70 und
damit auch zu der Verschwenkung der daran mittels einer Schraube 73 befestigten
Unwuchtmasse 42.
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Im
Gegensatz zu der 1 befindet sich im übrigen die
Unwuchtmasse 44 in der Nullphasenlage (N) und die Unwuchtmasse 42 ist
durch die Wirkung der Rückstellfeder 21 in
einer um 90 Grad im Drehsinn des Pfeils 12 gegenüber der
Nullphasenlage (N) verschwenkten Phasenlage. Deshalb wirkt in der
gezeigten Stellung der 2 die Unwuchtmasse 42 mit einer
nach rückwärts gerichteten
horizontalen Kraft auf den Schwingungserreger 100 ein,
wohingegen alle übrigen
Unwuchtmassen 32, 34, 52, 54 in
der gezeigten Bewegungsphase eine zum Untergrund hin gerichtete
senkrechte Kraft besitzen. Die resultierende Kraft wirkt deshalb
diagonal nach rückwärts unten und
bewirkt dadurch die gewünschten
Verdichtung und eine Drehung des Schwingungserregers 1 gegen
den Uhrzeigersinn, d.h. eine Bewegung des Schwingungserregers nach
links.
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Die 3 zeigt
den Schwingungserreger 1 in einer Einstellung für die Fahrtrichtung „voll rückwärts" (VR). Die horizontal
gerichteten Kraftkomponente aller der Unwuchtmassen 42, 44,
kompensieren sich bezüglich
ihrer Drehmomente um die Hochachse.
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Die 4 zeigt
den Schwingungserreger 100 in einer Einstellung für die Fahrtrichtung „voll vorwärts" (VV). Die beiden
Unwuchtmassen 42, 44 der mittleren Unwuchtwelle 40 besitzen
in dieser Phasenlage eine horizontalen Kraftkomponente nach vorn.
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Nicht
gezeigt sind weitere Zwischeneinstellungen der Unwuchtmassen 32, 34, 42, 44, 52, 54. So
ist es beispielsweise möglich
und vor allem für
besonders kleinräumige
Verdichtungsarbeiten auf engem Raum äußerst vorteilhaft, dass der
Schwingungserreger 100 „auf der Stelle" nach links oder rechts
drehen kann, wenn die beiden mittleren Unwuchtmasse 42, 44 zu
den äußeren, nicht
verstellbaren, Unwuchtmassen 32, 34, 52, 54 eine
Phasendifferenz von 90 Grad und zueinander eine Phasendifferenz
mit einem Betrag von 180 Grad besitzen. In dieser Einstellung bewirkt
das Lenkmoment eine reine Drehung um die Hochachse 300 des
Schwingungserregers, die im Ausführungsbeispiel
zugleich eine Symmetrieachse ist.
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Im übrigen zeigt
das Ausführungsbeispiel, ausgehend
von einer Gesamtunwuchtmasse eine Verteilung auf die drei Unwuchtwellen 30, 40, 50 von 20:60:20.
Die Verteilung kann aber selbstverständlich auch abgeändert werden,
um etwa die oben geschilderte sensible oder trägere Lenkung zu erreichen.
So ist eine Verteilung von 30:40:30 ebenfalls von Vorteil, wenn
eine geringere Lenkbarkeit gewünscht
wird.
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- 6
- Längsachse
- 10
- Pfeil
- 12
- Pfeil
- 14
- Pfeil
- 21
- Rückstellfeder
- 22
- Stift
- 23
- Kolben
- 23'
- Übertragungselement
- 24
- Druckkammer
- 25
- Längsnut
- 26
- Längsnut
- 27
- Spiralnut
- 28
- Spiralnut
- 30
- Unwuchtwelle
- 32
- Unwuchtmasse
- 34
- Unwuchtmasse
- 36
- Zahnrad
- 38
- Mittelachse
- 40
- Unwuchtwelle
- 42
- Unwuchtmasse
- 44
- Unwuchtmasse
- 46
- Zahnrad
- 48
- Mittelachse
- 50
- Unwuchtwelle
- 52
- Unwuchtmasse
- 54
- Unwuchtmasse
- 56
- Zahnrad
- 58
- Mittelachse
- 60
- Antriebsaggregat
- 70
- Schalthülse
- 71
- Gleitlager
- 72
- Gleitlager
- 73
- Schraube
- 100
- Schwingungserreger
- 200
- Gehäuse
- 300
- Hochachse
- R
- Fahrtrichtung „rechtsherum"
- L
- Fahrtrichtung „links"
- N
- Nullphasenlage
- VV
- „voll vorwärts"
- VR
- „voll rückwärts"