DE4118069C2 - Vibrator für eine Vibrationsramme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrator der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten Art für eine Vibrations­ ramme.

Durch DE 86 00 053 U1 ist ein Vibrator für eine Vibrationsramme bekannt, der zwei Paare von Unwuchtrotoren aufweist, wobei die Unwuchtrotoren jedes Paares um parallel zueinander angeordnete Achsen synchron rotieren und die Unwuchten jeweils winkelmäßig um 180° zueinander versetzt sind. Jedes Paar ist um die Rotationsachse eines der Un­ wuchtrotoren schwenkbar. Durch eine Verschwenkung um 180° um diese Rotationsachse ändert sich gleichzeitig die Winkellage der Unwuchten zueinander zwischen 0 und 180°, so daß die Unwuchten sich einmal addieren und einmal aufheben. Auf diese Weise ist es möglich, die Unwuchtsumme und damit die Größe des Unwuchtantriebes des Vibrators zwischen einem maximalen Betrag und null zu verstellen. Dieser bekannte Vibrator ist jedoch sehr aufwendig. Eine Verstellung während des Betriebes ist schwierig, insbesondere deshalb, weil dabei beträchtliche Kräfte auftreten. Außerdem ist der Bauraum sehr groß.

Durch DE 35 15 690 C1 ist ein Vibrator der betreffenden Art mit Un­ wuchtverstellung bekannt, bei dem zwei Unwuchtrotoren durch einen Motor und ein Getriebe synchron und gegenläufig ange­ trieben sind. Jeder der beiden Unwuchtrotoren besteht aus zwei auf konzentrisch zueinander angeordneten Wellen gleich­ läufig angetriebenen und mittels einer Verstelleinrichtung winkelmäßig relativ zueinander verstellbaren Unwuchtrotoren. Jeweils die ersten Unwuchtmassen beider Unwuchtrotoren sind über einen ersten Zahnrädersatz gegenläufig zueinander und jeweils die zweiten Unwuchtmassen über einen zweiten Zahnrä­ dersatz gegenläufig zueinander antreibbar. Zumindest der eine Unwuchtrotor ist nach Art eines Drehkolben-Stellantrie­ bes ausgebildet. Hierbei sind beide Unwuchtmassen in einem zylindrischen, geschlossenen Gehäuse angeordnet, wobei die erste Unwuchtmasse dem mit dem Gehäuse fest verbundenen, radialen Steg bildet und die zweite Unwuchtmasse den in dem Gehäuse begrenzt drehbaren, gegenüber dem Gehäuse und dem Steg abgedichteten radialen Flügel. Jede der beiden zwischen Flügel und Steg gebildeten Kammern ist über eine eigene Steuerleitung wechselweise mit Hydraulikflüssigkeit beauf­ schlagbar. Die Größe der Gesamtunwucht ist durch die Ver­ stellung des Drehkolben-Stellantriebes einfach zwischen einem Maximalwert und null verstellbar. Auf diese Weise kann die Stärke der Vibration den jeweiligen Verhältnissen ange­ paßt werden. Insbesondere ist es möglich, den Vibrator zunächst auf die gewünschte Antriebsdrehzahl hochzufahren und erst dann die gewünschte Unwucht einzustellen. Dadurch wird der Nachteil vermieden, daß die Vibration sich über den gesamten Frequenzbereich erstreckt, wodurch in dem durchfah­ renen Frequenzbereich benachbarte Gebäude, Bauteile oder dergleichen in ihrer Eigenfrequenz erregt und eventuell zerstört werden können.

Ein Nachteil dieses bekannten Vibrators besteht darin, daß er in seinem Aufbau äußerst kompliziert ist. Da alle Unwuchten gleichzeitig Teil eines hydraulischen Dreh­ kolben-Stellantriebes sind, sind viele Dichtungen, insbeson­ dere auch großen Durchmessers, erforderlich.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Dimensionierung des Verstellantriebes sich der Größe der erwünschten Unwucht anpassen muß. Der Verstellantrieb ist daher unverhältnismäßig groß.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Vibrators besteht darin, daß die Hydraulikflüssigkeit das Maß der Unwucht verringert. Dieser Nachteil fällt besonders deshalb stark ins Gewicht, weil die Menge der Hydraulikflüssigkeit wegen der Anpassung der Dimensionierung des Verstellantrie­ bes an die Unwuchtgröße verhältnismäßig groß ist.

Schließlich ergibt sich aufgrund des komplizier­ ten Aufbaues der Nachteil, daß nur sehr begrenzte Möglich­ keiten für unterschiedliche Vibratoranordnungen bestehen, bei denen z. B. eine größere Zahl von Unwuchtpaaren vorhanden ist, um die Gesamtunwucht und damit die Größe des Vibra­ tionsantriebes zu vergrößern.

Durch die DE-OS 29 32 287 ist ein Vibrator für eine Vibrationsramme bekannt, bei der das Verbindungsgetriebe aus einer Kette von vier Zahnrädern besteht, von denen das erste und das letzte jeweils mit Zahnrädern kämmen, die die ersten und zweiten Unwuchtrotoren antreiben. Die ersten und letzten Zahnräder der Kette von Zahnrädern befindet sich jeweils am Ende von Schwingen, die um die Achsen verschwenkbar sind, um die jeweils die Zahnrä­ der rotieren, mit denen sie kämmen. Durch Verschwenken der Schwingen läßt sich die relative Drehlage der ersten und zweiten Unwuchtrotoren und damit die Gesamtunwucht verstel­ len.

Dieser bekannte Vibrator hat den Nachteil, daß das Verbindungsgetriebe, und insbesondere die Verstellung mit den Schwingen sehr kompliziert, aufwendig und groß ist. Hinzu kommt als wesentlicher Nachteil, daß sich die Vibra­ tionen des Vibrators auch auf die Schwingen und damit auch auf das Zwischengetriebe übertragen, so daß dieses ständig im Takte der Vibrationen versucht, die relative Drehlage der ersten und zweiten Unwuchtrotoren zueinander zu ändern. Das Verbindungsgetriebe ist daher extremen Belastungen und einem großen Verschleiß unterworfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vibrator der betreffenden Art zu schaffen, der einfach und raumsparend im Aufbau, bei dem die Verstellung der Drehlage der Unwuchtrotoren vereinfacht und dabei der Verschleiß verringert ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Drehlage jeweils der Unwuchtrotoren der Paare von Unwuchtrotoren als Drehkolben-Verstelleinrichtung auszubilden, wobei das Zwischengetriebe um eine Achse rotierende Zahnräder gleichen Durchmessers aufweist, die durch die Drehkolben-Verstelleinrichtung gegeneinander verdrehbar, miteinander gekoppelt sind, und die mit den die ersten bzw. zweiten Unwuchtrotoren koppeln­ den Zahnrädern in Eingriff stehen. Durch die Verwendung der Drehkolben-Verstelleinrichtung ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau. Komplizierte Schwenkmechanismen sind nicht erforderlich. Insbesondere besteht keine Gefahr einer Beein­ flussung der Drehkolben-Verstelleinrichtung durch die Vibra­ tionen des Vibrators. Die Drehkolben-Verstelleinrichtung benötigt nur wenige Dichtungen und kann verhältnismäßig klein ausgebildet werden. Sie ist insbesondere unabhängig von der gewählten Größe der Unwuchten dimensionierbar. Die Zu- bzw. Abführung der Hydraulikflüssigkeit ist über Dreh­ verbindungsstellen geringen Durchmessers möglich.

Die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Dreh­ lage der Unwuchtrotoren gewährleistet ständig die gewünschte Winkelbeziehung der Unwuchtrotoren zueinander. Es ist daher grundsätzlich gleichgültig, wo der Rotationsantrieb für die Unwuchtrotoren erfolgt. Es ist z. B. möglich, daß der Antrieb beispielsweise in Form eines Ölmotors für die Unwuchtrotoren nur die ersten oder die zweiten Unwuchtrotoren antreibt. Der Antrieb der jeweils anderen Unwuchtrotoren erfolgt dann über das Zwischengetriebe. Besonders zweckmäßig ist es aber, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die ersten und zweiten Unwuchtrotoren jeweils durch eigene Ölmotoren ange­ trieben sind. Sind diese genügend elastisch, so kann die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Drehlage der Un­ wuchtrotoren ohne zusätzliche Beaufschlagung durch Antriebs­ kräfte die gewünschte Verstellwinkellage zu bewirken. Die Verstelleinrichtung kann daher verhältnismäßig klein und billig sein.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch in einem Vertikalschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Vibrators gemäß der Erfindung als Teil eines Rammgerätes,

Fig. 2 zeigt schematisch einen Horizontal schnitt II-II durch Fig. 1,

Fig. 3 ist ein Schnitt III-III durch Fig. 2,

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine rechte Einzelheit in Fig. 3,

Fig. 5 zeigt im Prinzip den gleichen Schnitt wie

Fig. 2, jedoch mit anderer Verstellage der Unwuchtrotoren,

Fig. 6 ist ein Schnitt VI-VI durch Fig. 5,

Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 6, und

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 mit einer Verdopplung der Zahl der Unwuchtrotoren.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Vibrator 1 schematisch im Schnitt gezeigt, der ein Gehäuse 2 aufweist, in dem Unwuchtrotoren 3 und 4 um Achsen 5 und 6 drehbar gelagert sind. Unwuchtrotor 3 ist mit einem Zahnrad 7 verbunden, in das ein Antriebszahnrad 45 eingreift. Der Unwuchtrotor 4 ist mit einem Zahnrad 9 verbunden, das mit dem Zahnrad 7 und einem Zahnrad 10 eines Zwischengetriebes in Eingriff steht.

An dem Gehäuse 1 befindet sich unten eine Zange 11, die am oberen Ende einen Pfahl 12 hält, der in einen Boden 13 eingerammt oder aus einem Boden herausgezogen werden soll. Auf der Oberseite befindet sich an dem Gehäuse 1 ein Kasten 14, der über Federn 15 mit einem Joch 16 ver­ bunden ist, in dem sich ein Loch 17 zur Aufhängung an einem Kran befindet.

Aus dem in Fig. 2 gezeigten vergrößerten Schnitt II-II durch Fig. 1 ist zu ersehen, daß die Unwuchtrotoren 3 und 4 mittels Buchsen 18 und 19 auf den Achsen 5 und 6 drehbar gelagert sind. Sie sind über schematisch darge­ stellte Stifte 20 und 21 drehfest mit den Zahnrädern 7 und 8 verbunden.

Auf den Achsen 5 und 6 sind drehfest weitere Un­ wuchtrotoren 22 und 23 sowie Zahnräder 24 und 25 drehfest befestigt. Das Zahnrad 24 steht mit dem von einem Ölmotor 26 angetriebenen Antriebszahnrad 45 und außerdem mit dem Zahnrad 25 in Eingriff, das wiederum mit einem weiteren Zahnrad 27 in Eingriff steht. Zahnrad 27 ist mit Zahnrad 9 über eine Drehkolben-Verstelleinrichtung 28 verbunden, die im wesent­ lichen aus einem Drehzylinderteil 29, auf dessen Achszapfen 30 drehfest das Zahnrad 27 sitzt, und aus einem Kolbenteil 31 besteht, auf dessen Achszapfen 32 drehfest das Zahnrad 9 sitzt. Das Achszapfenteil 32 ist mittels Buchsen 33 und 34 um einen bestimmten Winkel drehbar und dicht gelagert.

Durch das Drehzylinderteil 29 läuft ein Kanal 35, der in einem Zylinderraum 36 mündet. Durch den Achszapfen 32 und das Kolbenteil 31 verläuft ein Kanal 37, der ebenfalls in dem Zylinderraum 36 mündet. Die Kanäle 35 und 37 sind über Leitungen 38 und 39 mit einer Steuereinrichtung 40 und schließlich mit einer Druckmittelquelle 41 verbunden.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt III-III durch Fig. 2, wobei die Fig. 2 praktisch einen Schnitt II-II durch Fig. 3 darstellt. In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Massen der Unwuchtrotoren 3 und 22 eine Winkellage von 0° zueinander haben, also gleich gerichtet sind. Rotieren die Unwuchtrotoren 3, 22, angetrieben über Antriebszahnrad 8 durch den Ölmotor 26, so bewegen sich die Schwungmassen der Unwuchtrotoren synchron auf und ab. Sie arbeiten daher mit maximaler Vibrationskraft.

Wie das durch gleichzeitige Betrachtung der Fig. 2 ersichtlich ist, haben die Unwuchtrotoren 4 und 23 die glei­ che Drehlage zueinander. Sie arbeiten daher mit maximaler Vibrationskraft. Da über das durch die Zahnräder 27 und 9 sowie die Drehkolben-Verstelleinrichtung 28 gebildete Zwischengetriebe die relative Drehlage der beiden Paare von Unwuchtrotoren ständig aufrechterhalten wird, hat somit der Vibrator insgesamt eine maximale Unwucht.

Fig. 4 zeigt vergrößert die rechte Einzelheit in Fig. 3 mit dem Drehzylinderteil 29 und dem Drehkolbenteil 31. Es ist zu ersehen, daß sich an dem Drehkolbenteil 31 ein Drehkolben 42 befindet, der dicht an der Innenwandung des Drehzylinderteiles 29 anliegt. Von dem Drehzylinderteil 29 erstreckt sich ein Fortsatz 43 radial nach innen und liegt dicht an dem Drehkolbenteil 31 an. Der Kanal 35 mündet auf der einen Seite des Drehkolbens 42 in den Zylinderraum 36, während der Kanal 37 auf der anderen Seite des Drehkolbens 42 in den Zylinderraum 36 mündet. Der Zylinderraum 36 und die Kanäle 35 und 37 wie auch die Leitungen 38 und 39 sind mit Flüssigkeit gefüllt und durch die Steuereinrichtung 40 abgeschlossen. Auf diese Weise ist der Drehkolben 42 in einer festen Drehlage in dem Zylinderraum 36 gehalten, wobei der Drehkolben 42 an dem Fortsatz 43 anliegt. Auf diese Weise werden ständig die Zahnräder 27 und 9 und damit auch alle Unwuchtrotoren 3, 4, 22, 23 in der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Drehlage zueinander gehalten, wobei sie natürlich ständig durch den Antrieb rotieren. Die Drehkolben-Verstell­ einrichtung 28 rotiert dabei natürlich mit.

Wird nun Flüssigkeit über den Kanal 37 zugeführt und über den Kanal 35 abgeleitet, so bewegt sich der Dreh­ kolben 32 in dem Zylinderraum 36 gegenüber dem Drehzylinder­ teil 29 im Uhrzeigersinn. Über die Zahnräder 9 und 27 werden dadurch auch die Zahnräder 8 und 25 bzw. 7 und 24 und damit auch die Unwuchtrotoren 4, 23 und 3, 22 gegeneinander ver­ stellt. In der Endlage schlägt der Drehkolben 42 an dem Fortsatz 43 an, so daß die Drehkolben-Verstelleinrichtung ihre Endlage einnimmt. Diese Endlage ist in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt, die den Fig. 2, 3 und 4 entsprechen. Insbe­ sondere aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß in dieser anderen Endstellung die Unwuchtrotoren eine um 180° zueinander versetzte Drehlage haben. Die Unwuchten sind daher aufgeho­ ben, die Vibrationswirkung des Vibrators ist null. Durch entsprechende Steuerung mittels der Steuereinrichtung 40 können natürlich alle Zwischenlagen eingestellt werden, so daß die Unwucht von null bis auf einen Maximalwert einstellbar ist. Dadurch ist es möglich, während des Rammens durch Einstellung von Unwucht und Frequenz eine optimale Vibrationswirkung in den jeweiligen Böden zu erreichen.

Fig. 8 zeigt den Vibrator 1 in einer abgewandelten Ausführungsform. Gleiche oder sich entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Das Gehäuse 2 ist ohne die übrigen, die Ramme bildenden Teile gezeigt. Die Darstel­ lung in Fig. 8 entspricht im übrigen der Darstellung in Fig. 3. Der Unterschied besteht darin, daß jeweils zwei Unwucht­ rotoren 22′ und 22′′ sowie 23′ und 23′′ übereinander vorge­ sehen sind, denen natürlich - in dieser Zeichnung nicht ersichtlich - wie bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 Unwuchtrotoren 3′, 3′′ und 4′, 4′′ zugeordnet sind.

Zahnräder 24′, 24′′ und 25′, 25′′ sind mit den Unwuchtroto­ ren drehfest verbunden. Zahnräder 24′ und 24′′ stehen mit dem Antriebsrad 45 in Eingriff, von dem sie gemeinsam ange­ trieben werden. Andererseits stehen die Zahnräder 25′, 25′′ beide mit dem Zahnrad 27 des Zwischengetriebes mit der Drehkolben-Verstelleinrichtung 28 in Eingriff. Obwohl die Zahl der Unwuchtrotoren verdoppelt ist, ist Antrieb 45 und Zwischengetriebe 27, 28, 9 nur einfach vorhanden. Dadurch ergibt sich eine äußerst einfache und preiswerte Konstruk­ tion.

In Fig. 8 ist zusätzlich als Beispiel ein Antriebs­ zahnrad 44 gezeigt, das ebenso wie das Antriebszahnrad 45 mit einem Ölmotor verbunden ist und für einen zusätzlichen Antrieb sorgt.

Claims (6)

1. Vibrator für eine Vibrationsramme,

• - mit einem ersten Paar von Unwuchtrotoren (3, 22) gleicher Unwucht zueinander, die um eine erste Achse (5) rotieren und in ihrer Drehla­ ge gegeneinander verstellbar sind,
• - mit einem zweiten Paar von Unwuchtrotoren (4, 23), die gleiche Unwucht zueinander und zu dem ersten Paar von Unwuchtrotoren haben (3, 22) und um eine zweite, zu der ersten Achse parallele Achse (6) rotieren und in ihrer Drehlage gegeneinander verstellbar sind,
• - mit Mitteln zum gegensinnigen und in der Drehlage zueinander um 180° versetzten An­ trieb der Unwuchtrotoren (3, 4) des ersten Paares von Unwuchtrotoren und zum gegensinni­ gen und in der Drehlage zueinander um 180° versetzten Antrieb der Unwuchtrotoren (22, 23) des zweiten Paares von Unwuchtrotoren
• - und mit einer Drehkolben-Verstelleinrichtung (28) zur Verstellung der Drehlage der Un­ wuchtrotoren (3, 22; 4, 23) der beiden Paare von Unwuchtrotoren,

dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Paar von Unwuchtrotoren (3, 4; 22, 23) über ein Zwischengetriebe miteinander verbunden ist, das um eine gemeinsame Achse rotierende Zahnräder (9, 29) gleichen Durchmessers aufweist, die gegeneinander verdrehbar über die Drehkolben-Verstelleinrichtung (28) miteinander gekoppelt sind und daß das Zahnrad (9) mit den die ersten Unwuchtrotoren (3, 4) koppeln­ den Zahnrädern (7, 8) und das Zahnrad (27) mit den die zweiten Unwuchtrotoren (22, 23) koppelnden Zahn­ rädern (24, 25) in Eingriff stehen.

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Antrieb der Unwuchtrotoren (3, 4; 22, 23) nur die ersten Rotoren (3, 4) oder zweiten Unwuchtrotoren (22, 23) antreiben und daß der Antrieb für die zweiten Rotoren (22, 23) oder die ersten Ro­ toren (3, 4) über das Verbindungsgetriebe (27, 9) erfolgt.

3. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zahnräder (24) mit einem Antriebszahn­ rad (45) eines Ölmotors (26) in Eingriff steht.

4. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Unwuchtrotoren eines Paares von Un­ wuchtrotoren (3, 22; 4, 23) auf einer gemeinsamen Achse (5, 6) axial nebeneinander angeordnet sind.

5. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Unwuchtrotoren (22′, 23′; 22′′, 23′′) jeweils durch eigene Ölmotoren angetrie­ ben sind.