EP2158976B1 - Schwingungserzeuger - Google Patents

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EP2158976B1
EP2158976B1 EP08015096.4A EP08015096A EP2158976B1 EP 2158976 B1 EP2158976 B1 EP 2158976B1 EP 08015096 A EP08015096 A EP 08015096A EP 2158976 B1 EP2158976 B1 EP 2158976B1
Authority
EP
European Patent Office
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shaft
groups
swivel
motor
vibration
Prior art date
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Active
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EP08015096.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2158976A1 (de
Inventor
Christian Heichel
Albrecht Kleibl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH
Original Assignee
ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH filed Critical ABI Anlagentechnik Baumaschinen Industriebedarf Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH
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Priority to US12/459,692 priority patent/US8225685B2/en
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Application granted granted Critical
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B06B1/166Where the phase-angle of masses mounted on counter-rotating shafts can be varied, e.g. variation of the vibration phase
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/18Mechanical movements
    • Y10T74/18056Rotary to or from reciprocating or oscillating
    • Y10T74/18344Unbalanced weights
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/18Mechanical movements
    • Y10T74/18544Rotary to gyratory
    • Y10T74/18552Unbalanced weight

Definitions

  • the invention relates to a vibration generator according to the preamble of patent claim 1.
  • vibrators are used to bring objects such as profiles into the ground or to pull them out of the ground or to compact soil material.
  • the soil is stimulated by vibration and thus reaches a "pseudo-liquid state".
  • By static load the pile can then be pressed into the ground.
  • the vibration is characterized by a linear movement and is generated by pairwise counter-rotating imbalances within a Vibratorgetriebes.
  • the vibration generators are linear vibration exciters whose centrifugal force is generated by rotating imbalances. These vibration exciters move at a variable speed.
  • the size of the unbalance is also called a static moment.
  • the course of the velocity of the linear vibration exciter corresponds to a periodically recurring function, in particular a sine function. Due to the sinusoidal course of the force generated by means of the rotating unbalanced masses a temporally offset alternately acting in and against the direction of advance drive is generated. This is ultimately determined by static forces, in particular dead weight and static loads. Without the superimposition of the vibration with static forces, the pile would not move forward, but would merely swing back and forth.
  • the publication DE 196 39 789 discloses such a vibrator.
  • the piling with the aforementioned sinusoidal force curve has a considerable energy consumption, which is additionally increased by friction of the pile in the ground.
  • the energy used for the vibrator causes virtually no propulsion.
  • the force curve of each imbalance group describes a sinusoid.
  • the summation of the individual force curves results in a course in which the magnitudes of the amplitude in the direction in which the forces are superimposed are greater than the magnitudes of the amplitude in the opposite direction.
  • This approach results in a significant propulsion, whereby the efficiency of the piling operation is increased.
  • the degree of efficiency depends on the respective required speed, the pile mass, the construction process and the respective soil conditions.
  • the document DE 20 2007 005 283 discloses a vibration generator in which the rotational position of the imbalance masses to each other can be changed by means of a phase shift.
  • the invention aims to remedy this situation.
  • the invention is based on the object to provide a vibration generator with a directed force in the forward direction, in which a change in the resulting static moment of at least one wave group is also possible during operation. According to the invention, this object is solved by the features of the characterizing part of patent claim 1.
  • a vibration generator is provided with directed force in the direction of advance, in which a change in the resulting moment of at least one wave group is also possible during operation.
  • the vibration generator according to the invention it is possible to set the static moment of the individual wave groups independently of one another. As a result, the characteristic of the vibrator can be adapted to the individual case.
  • One and the same vibration generator can thus generate different frequencies at the same speed of the drive motors by zeroing the static torque on different wave groups.
  • phase shifter is to be understood below as a device which is suitable for effecting an adjustment of the relative position of two rotating objects (such as, for example, waves or imbalances) to one another.
  • shaft group is understood below an arrangement of waves that are constantly coupled to each other at the same speed to each other.
  • imbalance groups can be arranged on one shaft group.
  • the phase shifter is formed by a swivel motor.
  • the use of a swing motor allows relative adjustment of the unbalance groups of a wave group to each other, without the conversion of a linear movement is required in a rotary motion, whereby a compact design is achieved.
  • the swivel motor is preferably a swivel-blade rotary motor, with a swivel motor shaft and a swivel motor housing, both the swivel motor shaft and the swivel motor housing with imbalances in each case at least one shaft group is connected and the rotational position of the pivot motor housing is variable relative to the pivot motor shaft.
  • the swivel motor has means for locking the swivel motor housing with the swivel motor shaft. Due to the means for locking the swivel motor housing with the swivel motor shaft, a change in position due to internal leakage is avoided. Since in the locked state of the swivel motor housing, the hydraulic pressure can be reduced, the seals are significantly less stressed, resulting in less wear of the seals result, since in the unpressurized state, the contact forces are significantly lower. Furthermore, an energy saving is effected because over the period of operation of the vibrator no adjustment or adjustment of the swing motor is required. Furthermore, the required control of the swing motor is simplified.
  • the means for locking the swivel motor housing with the swing motor shaft is hydraulically actuated.
  • the brake system can be connected to the existing hydraulics.
  • the means for locking the swivel motor housing with the swivel motor shaft is formed by a spring pressure multi-disc brake.
  • Such multi-disc brakes require only a small space.
  • two wave groups are arranged on which at least two imbalance groups are arranged, the wave groups are connected to the at least one drive so that the speed of the shaft group is half the speed of the shaft group and that the ratio of the static moments with the unbalanced groups provided wave groups between six to one and ten to one.
  • the static moment of the first wave group is eight times as large as the static moment of the second wave group.
  • a pronounced force peak is effected in the advancing direction.
  • three wave groups are arranged on which at least three unbalance groups are arranged, the wave groups are connected to the at least one drive so that the speed of the shaft group is half the speed of the shaft group and one third of the speed of the shaft group and the ratio of the static moments of the imbalance groups provided with the imbalance groups is substantially 100: 16.64: 3.68.
  • the maximum-acting force is increased by a further pronounced force peak in the direction of advance, causing a further increase in energy efficiency, combined with an acceleration of the piling process, is effected.
  • four wave groups are arranged on which at least four imbalance groups are arranged, wherein the wave groups are connected to the at least one drive such that the ratio of the rotational speeds of the wave groups to one another is substantially 1: 2: 3: 4 and that the ratio of the static moments of the imbalance groups provided with the imbalance groups) is substantially 100: 18.72: 5.6: 1.38.
  • the force curve is achieved in the direction of advance.
  • means for adjusting the effective direction of the vibrator are provided. This allows adaptation of the vibrator to different process requirements such as ramming and pulling.
  • the means for adjusting the direction of action include a phase shifter, via which the relative position of at least two wave groups to one another during operation is variable.
  • a conversion of the effective direction is made possible without any necessary conversion measures.
  • the phase shifter is formed by a pivot motor.
  • the at least two wave groups are connected via gears with the pivot motor, wherein an imbalance group with the stator and a shaft group is connected to the rotor of the swing motor.
  • the swing motor is a rotary vane with multiple blades. This is distinguished from swing motors with a wing by multiple times higher torque and lower friction.
  • the vibration generator chosen as the embodiment are designed as vibrator gear.
  • Such vibrators essentially consist of a housing in which gears provided with gears are rotatably mounted.
  • the gears are each provided with imbalance masses.
  • Such Vibratorgetriebe with rotatably mounted imbalance masses are the expert, for example from the DE 20 2007 006 283 U1 known.
  • the following explanation of the embodiments is essentially limited to the arrangement of waves and imbalance masses.
  • each with three shafts 11, 12, 13, 21, 22, 23 arranged, each with two gears 112, 113, 122, 123, 132, 133, 212, 213, 222, 223, 232, 233 are provided, on which in turn in each case unbalanced masses 111, 114, 121, 124, 131, 134, 211, 214, 221, 224, 231, 234 are arranged.
  • the number of waves of the wave groups 1, 2 can also be chosen differently.
  • a swing motor 5 is arranged such that the gear 51 of the housing (stator) of the swing motor 5 with the gear 113 is engaged and the gear 52 of the shaft (rotor) of the swing motor 5 with the gear 212 in engagement is.
  • the pivot motor 5 is a rotary wing pivot motor with three wings.
  • the gear 132 of the shaft group 1 is engaged with the gear 62 of the rotor of another swing motor 6 and the gear 133 of the shafts of the shaft group 1 with the gear 61 of the stator of the swing motor 6 in engagement.
  • another pivoting motor 7 with its gears 71, 72 with the gears 232, 233 of the shaft 23 of the shaft group 2 is engaged.
  • This consists in principle of two Verstellvibratoren in which the static torque is independent of each other adjustable and in which the phase angle of the two wave groups can be arbitrarily shifted against each other via the central pivot motor 5.
  • the length of this vibrator is shorter by an offset arrangement of the smaller waves 21, 22, 23 of the shaft group 2 executable.
  • the pivot motor 6 is - as well as the pivot motors 5 and 7 - essentially formed by a pivot motor shaft 60 and a surrounding pivot motor housing 610 to which a gear 61 is integrally formed, and two on both sides of the pivot motor housing arranged closure cap 63. Between the swing motor shaft 60 and the pivot motor housing 610, a gap is formed, which is divided by an integrally formed on the pivot motor shaft 60 rotor blades 601 and by an integrally formed on the pivot motor housing 610 stator vanes 612, so that two working spaces 64a, 64b are formed.
  • the stator blade 612 is formed directly on the inside of the gear 61, so that the swivel motor housing 610 with gear 61 and stator vanes 612 are integrally formed.
  • a shuttle valve 613 is arranged in the stator vanes 612, the control channels of which open on both sides of the stator vanes into the work spaces 64a, 64b (cf. FIG. 5 ).
  • 60 channels 602 for media supply of the working chambers and the multi-disc brake 65 are introduced longitudinally in the shaft through the hydraulic system.
  • a gear 62 is further arranged on the pivot motor shaft.
  • the swivel motor is provided with a multi-disc brake 65.
  • the multi-disc brake 65 consists of a housing 630 fixed to the cover 63 of the swivel motor housing 610, a hub 606 secured to the shaft 60 and a clutch disc package 65. If the clutch discs meshing with the housing 630 become mechanically resilient by spring force (or alternatively hydraulically) against that with the swivel motor shaft 60 connected hub clutching clutch discs pressed, a locking of the pivot motor housing 610 is effected with the swing motor shaft 60.
  • the gear 61 is rotated relative to the pivot motor shaft 60 and thus also rotatably connected to the pivot motor shaft 60 gear 62.
  • the gears 133, 123, 113 engaged with the gear 61 of the swing motor housing 610 are changed in their rotational position, so that the imbalance masses 134, 124, 114 of an imbalance group are displaced with respect to the imbalance masses 131, 121, 111 of the opposing imbalance group, causing a change the resulting imbalance is effected.
  • FIG. 2 is a modified structure of the above arrangement of the wave groups shown (with pivot motors 5, 6, 7), which allows a significant reduction in length, but in place of six waves eight waves are required, but this in a lower load on the shaft bearings precipitates and brings benefits in terms of achievable centrifugal force, the suitability for high speeds and a lower sensitivity to large angular accelerations.
  • an additional speed stage whose unbalance rotate at three times speed can be used.
  • FIG. 3 such an arrangement is shown.
  • the adjustment of the direction of action is carried out by the pivot motor 5, which the wave group 2 with respect to the wave group 1, which is coupled to the wave group 3, adjusted.
  • the pivot motor 5 When adjusting the effective direction, the angular position of the shaft group 1 and shaft group 3 remains unchanged.
  • the pivot motor 5 the adjustment of the shaft group 2 with respect to the other is possible.
  • the swivel motor 6 is used to adjust the resulting imbalance of the shaft group 1 by changing the relative position of the first imbalance group formed by the imbalances 111, 121, 131 against the second imbalance group formed by the imbalances 114, 124, 134. All in all, the swivel motor 7 serves to adjust the resulting imbalance of the shaft group 2 and the swivel motor 8 to adjust the resulting imbalance of the shaft group 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Im Bauwesen werden Schwingungserzeuger verwendet, um Objekte, wie beispielsweise Profile, in den Boden einzubringen oder aus dem Boden zu ziehen oder auch um Bodenmaterial zu verdichten. Der Boden wird durch Vibration angeregt und erreicht so einen "pseudoflüssigen Zustand". Durch statische Auflast kann das Rammgut dann in den Baugrund gedrückt werden. Die Vibration ist gekennzeichnet durch eine lineare Bewegung und wird durch paarweise gegenläufig rotierende Unwuchten innerhalb eines Vibratorgetriebes generiert.
  • Die Schwingungserzeuger sind linear wirkende Schwingungserreger, deren Fliehkraft durch rotierende Unwuchten generiert wird. Diese Schwingungserreger bewegen sich mit veränderlicher Geschwindigkeit. Die Größe der Unwucht wird auch als statisches Moment benannt. Der Verlauf der Geschwindigkeit des linearen Schwingungserregers entspricht einer periodisch wiederkehrenden Funktion, insbesondere einer Sinusfunktion. Auf Grund des sinusförmigen Verlaufs der mittels der rotierenden Unwuchtmassen erzeugten Kraftwirkung wird eine zeitlich versetzt abwechselnd in und entgegen der Vortriebsrichtung wirkender Antrieb erzeugt. Diese wird letztlich durch statische Kräfte, insbesondere Eigengewicht und statische Auflasten bestimmt. Ohne die Überlagerung der Schwingung mit statischen Kräften würde sich das Rammgut nicht vorwärts bewegen, sondern lediglich vor- und zurückschwingen. Die Offenlegungsschrift DE 196 39 789 offenbart einen derartigen Schwingungserzeuger.
  • Der Rammvorgang mit dem vorgenannten sinusförmigen Kraftverlauf weist einen erheblichen Energieverbrauch auf, der durch Reibung des Rammguts im Boden zusätzlich vergrößert ist. Die für den Schwingungserzeuger aufgewandte Energie bewirkt praktisch keinen Vortrieb. Zur Beseitigung dieses Problems wurde vorgeschlagen, mehrere mit unterschiedlicher Drehzahl rotierende Gruppen von Unwuchtmassen zu koppeln. Der Kraftverlauf jeder Unwuchtgruppe beschreibt eine Sinuskurve. Die Addition der einzelnen Kraftverläufe ergibt in Summe einen Verlauf, bei dem die Beträge der Amplitude in der Richtung, in der sich die Kräfte überlagern, größer sind, als die Beträge der Amplitude in entgegen gesetzter Richtung. Dieser Lösungsansatz bewirkt einen erheblichen Vortrieb, wodurch die Effizienz des Rammvorgangs gesteigert ist. Der Effizienzgrad ist jedoch abhängig von der jeweiligen geforderten Drehzahl, der Rammgutmasse, dem Bauverfahren und den jeweiligen Bodenverhältnissen. Um die zur Verfügung stehende Antriebsleistung besser ausnutzen zu können und die im Boden generierten Schwingungen begrenzen zu können ist eine Vorrichtung erforderlich, die eine einfache Änderung des resultierenden statischen Moments wenigstens einer Wellengruppe ermöglicht. Das Dokument DE 20 2007 005 283 offenbart einen Schwingungserzeuger, bei dem die Drehposition der Unwuchtmassen zueinander mittels eines Phasenschiebes verändert werden kann.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Schwingungserzeuger mit einer gerichteten Kraftwirkung in Vortriebsrichtung zu schaffen, bei dem eine Änderung des resultierenden statischen Moments wenigstens einer Wellengruppe auch während des Betriebs ermöglicht ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Mit der Erfindung ist ein Schwingungserzeuger mit gerichteter Kraftwirkung in Vortriebsrichtung geschaffen, bei dem eine Änderung des resultierenden Moments wenigstens einer Wellengruppe auch während des Betriebs ermöglicht ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserzeuger besteht die Möglichkeit, das statische Moment der einzelnen Wellengruppen unabhängig voneinander einzustellen. Hierdurch kann die Kennlinienform des Schwingungserzeugers dem Einzelfall angepasst werden. Ein und derselbe Schwingungserzeuger kann so bei gleicher Drehzahl der Antriebsmotoren durch Nullstellen des statischen Moments auf verschiedenen Wellengruppen verschiedene Frequenzen erzeugen.
  • Unter dem Begriff "Phasenschieber" ist nachfolgend eine Vorrichtung zu verstehen, welche geeignet ist, ein Verstellung der relativen Position zweier rotierender Objekte (wie beispielsweise Wellen oder Unwuchten) zueinander zu bewirken.
  • Mit dem Begriffe "Unwuchtgruppe" wird nachfolgend eine Anordnung von miteinander gekoppelten, auf wenigstens zwei gegenläufig rotierbaren Wellen angeordneten Unwuchten bezeichnet, die mit gleicher Drehzahl rotieren.
  • Unter dem Begriff "Wellengruppe" wird nachfolgend eine Anordnung von Wellen verstanden, die ständig miteinander mit gleicher Drehzahl zueinander gekoppelt sind. Auf einer Wellengruppe können mehrere Unwuchtgruppen angeordnet sein.
  • Vorteilhaft ist der Phasenschieber durch einen Schwenkmotor gebildet. Der Einsatz eines Schwenkmotors ermöglicht eine relative Verstellung der Unwuchtgruppen einer Wellengruppe zueinander, ohne das eine Umwandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung erforderlich ist, wodurch eine kompakte Bauweise erzielt ist.
  • Bevorzugt ist der Schwenkmotor ein Drehflügelschwenkmotor, mit einer Schwenkmotorwelle und einem Schwenkmotorgehäuse, wobei sowohl die Schwenkmotorwelle als auch das Schwenkmotorgehäuse mit Unwuchten jeweils mindestens einer Wellengruppe verbunden ist und die Drehstellung des Schwenkmotorgehäuses relativ zur Schwenkmotorwelle veränderbar ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist der Schwenkmotor Mittel zur Arretierung des Schwenkmotorgehäuses mit der Schwenkmotorwelle auf. Durch die Mittel zur Arretierung des Schwenkmotorgehäuses mit der Schwenkmotorwelle wird eine Positionsveränderung durch interne Leckage vermieden. Da im arretierten Zustand des Schwenkmotorgehäuses der Hydraulikdruck gesenkt werden kann, werden die Dichtungen deutlich weniger beansprucht, was einen geringeren Verschleiß der Dichtungen zur Folge hat, da im drucklosen Zustand die Anpresskräfte deutlich geringer sind. Weiterhin wird eine Energieeinsparung bewirkt, da über den Zeitraum des Betriebs des Vibrators keine Verstellung bzw. Nachstellung des Schwenkmotors erforderlich ist. Weiterhin ist die erforderliche Regelung des Schwenkmotors vereinfacht.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel zu Arretierung des Schwenkmotorgehäuses mit der Schwenkmotorwelle hydraulisch betätigbar. Hierdurch ist das Bremssystem an die bestehende Hydraulik anschließbar.
  • Bevorzugt ist das Mittel zur Arretierung des Schwenkmotorgehäuses mit der Schwenkmotorwelle durch eine Federdruck-Lamellenbremse gebildet. Derartige Lamellenbremsen beanspruchen lediglich einen geringen Bauraum.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind zwei Wellengruppen angeordnet, auf denen mindestens zwei Unwuchtgruppen angeordnet sind, wobei die Wellengruppen derart mit dem wenigstens einem Antrieb verbunden sind, dass die Drehzahl der Wellengruppe die Hälfte der Drehzahl der Wellengruppe beträgt und dass das Verhältnis der statischen Momente der mit den Unwuchtgruppen versehenen Wellengruppen zwischen sechs zu eins und zehn zu eins beträgt. Durch die Kopplung wenigstens zweier Wellengruppen mit einem Drehzahlverhältnis von 2 : 1 und einem Verhältnis des statischen Moments von zwischen 6 : 1 und 10 : 1 wird durch Überlagerung der durch die rotierenden Unwuchten erzeugten sinusförmigen Kraftkennlinien eine gerichtete Kennlinie in Vortriebsrichtung erzeugt. In Vortriebsrichtung ergibt sich eine wesentlich größere Maximalkraft im Vergleich zur entgegengesetzten Richtung. Da beim Rammprozess der Boden der großen Beschleunigung in Rammrichtung nicht folgen kann, reißt das Rammgut bei jedem Vortriebsimpuls vom mitschwingenden Boden ab. Auf Grund dieser periodischen Entkopplung von Boden und Rammgut wird dem Baugrund weniger Energie zugeführt. Hierdurch wird weiterhin auch die Vibrationsbelastung der Umgebung deutlich reduziert.
  • Bevorzugt ist das statische Moment der ersten Wellengruppe acht Mal so groß wie das statische Moment der zweiten Wellengruppe. Hierdurch ist eine ausgeprägte Kraftspitze in Vortriebsrichtung bewirkt.
  • In alternativer Ausgestaltung der Erfindung sind drei Wellengruppen angeordnet, auf denen mindestens drei Unwuchtgruppen angeordnet sind, wobei die Wellengruppen derart mit dem wenigstens einem Antrieb verbunden sind, dass die Drehzahl der Wellengruppe die Hälfte der Drehzahl der Wellengruppe und ein Drittel der Drehzahl der Wellengruppe beträgt und dass das Verhältnis der statischen Momente der mit den Unwuchtgruppen versehenen Wellengruppen zueinander im Wesentlichen 100 : 16,64 : 3,68 beträgt. Hierdurch wird die maximal wirkende Kraft durch eine weiter ausgeprägte Kraftspitze in Vortriebsrichtung erhöht, wodurch eine weitere Steigerung der Energieeffizienz, verbunden mit einer Beschleunigung des Rammprozesses, bewirkt ist.
  • In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind vier Wellengruppen angeordnet, auf denen mindestens vier Unwuchtgruppen angeordnet sind, wobei die Wellengruppen derart mit dem wenigstens einem Antrieb verbunden sind, dass das Verhältnis der Drehzahlen der Wellengruppen zueinander im Wesentlichen 1 : 2 : 3 : 4 beträgt und dass das Verhältnis der statischen Momente der mit den Unwuchtgruppen versehenen Wellengruppen) zueinander im Wesentlichen 100 : 18,72 : 5,6 : 1,38 beträgt. Hierdurch ist eine weitere Ausprägung des Kraftverlaufs in Vortriebsrichtung erzielt.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zur Verstellung der Wirkrichtung des Schwingungserzeugers vorgesehen. Hierdurch ist eine Anpassung des Schwingungserzeugers an unterschiedliche Prozessanforderungen wie beispielsweise Rammen und Ziehen ermöglicht.
  • In Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Verstellung der Wirkrichtung einen Phasenschieber, über den die relative Position wenigstens zweier Wellengruppen zueinander im Betrieb veränderbar ist. Hierdurch ist eine Umstellung der Wirkrichtung ohne erforderliche Umbaumaßnahmen ermöglicht. Bevorzugt ist der Phasenschieber durch einen Schwenkmotor gebildet.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens zwei Wellengruppen über Zahnräder mit dem Schwenkmotor verbunden, wobei eine Unwuchtgruppe mit dem Stator und eine Wellengruppe mit dem Rotor des Schwenkmotors verbunden ist. Hierdurch ist eine direkte Verstellung der Wellengruppen über den Schwenkmotor ermöglicht.
  • Vorteilhaft ist der Schwenkmotor ein Drehflügelschwenkmotor mit mehreren Flügeln. Dieser zeichnet sich gegenüber Schwenkmotoren mit einem Flügel durch mehrfach höheres Drehmoment und geringere Reibung aus.
  • Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
  • Figur 1
    die schematische Darstellung eines sechswelligen richtungsumschaltbaren gerichtet wirkenden Vibratorgetriebes mit verstellbarem statischen Moment;
    Figur 2
    die Darstellung des Vibratorgetriebes aus Figur 1 in kompakter Ausführung
    1. a) in der Ansicht von vorne
    2. b) in der Ansicht von hinten;
    Figur 3
    die schematische Darstellung eines richtungsumschaltbaren Vibratorgetriebes mit acht Wellen;
    Figur 4
    die Darstellung eines Drehflügelschwenkmotors im Schnitt und
    Figur 5
    die Darstellung des Schwenkmotors aus Figur 4 im Querschnitt entlang der Linie V-V.
  • Die als Ausführungsbeispiel gewählten Schwingungserzeuger sind als Vibratorgetriebe ausgeführt. Solche Vibratoren bestehen im Wesentlichen aus einem Gehäuse, in dem mit Zahnrädern versehene Wellen drehbar gelagert sind. Die Zahnräder sind jeweils mit Unwuchtmassen versehen. Derartige Vibratorgetriebe mit drehbar gelagerten Unwuchtmassen sind dem Fachmann beispielsweise aus der DE 20 2007 006 283 U1 bekannt. Die nachfolgende Erläuterung der Ausführungsbeispiele beschränkt sich im Wesentlichen auf die Anordnung von Wellen und Unwuchtmassen.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind zwei Wellengruppen 1, 2 mit jeweils drei Wellen 11, 12, 13, 21, 22, 23 angeordnet, welche jeweils mit zwei Zahnrädern 112, 113, 122, 123, 132, 133, 212, 213, 222, 223, 232, 233 versehen sind, an denen wiederum jeweils Unwuchtmassen 111, 114, 121, 124, 131, 134, 211, 214, 221, 224, 231, 234 angeordnet sind. Die Anzahl an Wellen der Wellengruppen 1, 2 kann auch unterschiedlich gewählt sein. Zwischen den Wellengruppen 1, 2 ist ein Schwenkmotor 5 derart angeordnet, dass das Zahnrad 51 des Gehäuses (Stator) des Schwenkmotors 5 mit dem Zahnrad 113 im Eingriff ist und das Zahnrad 52 der Welle (Rotor) des Schwenkmotors 5 mit dem Zahnrad 212 im Eingriff ist. Durch relative Verschwenkung des Rotors gegenüber dem Stator ist nun die Einstellung einer Phasenverschiebung der Wellengruppe 2 relativ zu der Wellengruppe 1 ermöglicht, wodurch eine Veränderung der Wirkrichtung einstellbar ist. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Schwenkmotor 5 um einen Drehflügelschwenkmotor mit drei Flügeln.
  • Zusätzlich ist das Zahnrad 132 der Wellengruppe 1 mit dem Zahnrad 62 des Rotors eines weiteren Schwenkmotors 6 im Eingriff und das Zahnrad 133 der Wellen der Wellengruppe 1 mit dem Zahnrad 61 des Stators des Schwenkmotors 6 im Eingriff. In gleicher Art und Weise ist ein weiterer Schwenkmotor 7 mit seinen Zahnrädern 71, 72 mit den Zahnrädern 232, 233 der Welle 23 der Wellengruppe 2 im Eingriff. Durch die Schwenkmotoren 6, 7 ist zusätzlich eine Einstellung des statischen Moments der Wellengruppen 1, 2 ermöglicht. Es ergibt sich somit ein "voll verstellbarer Vibrator". Dieser besteht prinzipiell aus zwei Verstellvibratoren, bei denen das statische Moment unabhängig voneinander einstellbar ist und bei dem über den mittleren Schwenkmotor 5 die Phasenlage beider Wellengruppen beliebig gegeneinander verschoben werden kann. Die Baulänge dieses Vibratorgetriebes ist durch eine versetzte Anordnung der kleineren Wellen 21, 22, 23 der Wellengruppe 2 kürzer ausführbar.
  • Der Schwenkmotor 6 ist - wie auch die Schwenkmotoren 5 und 7 - im Wesentlichen gebildet durch eine Schwenkmotorwelle 60 und ein diese umgebendes Schwenkmotorgehäuse 610, an das umlaufend ein Zahnrad 61 angeformt ist, sowie zwei beidseitig des Schwenkmotorgehäuses angeordnete Verschlussdeckel 63. Zwischen der Schwenkmotorwelle 60 und dem Schwenkmotorgehäuse 610 ist ein Zwischenraum gebildet, der durch einen an der Schwenkmotorwelle 60 angeformten Rotorflügel 601 sowie durch einen an dem Schwenkmotorgehäuse 610 angeformten Statorflügel 612 unterteilt ist, so dass zwei Arbeitsräume 64a, 64b gebildet sind. Im Ausführungsbeispiel ist der Statorflügel 612 direkt auf der Innenseite des Zahnrades 61 angeformt, so dass das Schwenkmotorgehäuse 610 mit Zahnrad 61 und Statorflügel 612 einstückig ausgebildet sind. Zur Realisierung einer druckabhängigen Vorspannkraft der inneren Dichtungen des Schwenkmotors 6 ist in dem Statorflügel 612 ein Wechselventil 613 angeordnet, dessen Steuerkanäle beidseitig des Statorflügels in die Arbeitsräume 64a, 64b münden (vgl. Figur 5). Weiterhin sind längs in der Welle 60 Kanäle 602 zur Medienversorgung der Arbeitskammern und der Lamellenbremse 65 durch das Hydrauliksystem eingebracht. Neben dem Schwenkmotor ist auf der Schwenkmotorwelle 60 weiterhin ein Zahnrad 62 angeordnet.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist der Schwenkmotor mit einer Lamellenbremse 65 versehen. Die Lamellenbremse 65 besteht aus einem am Deckel 63 des Schwenkmotorgehäuses 610 befestigten Gehäuse 630, einer an der Welle 60 befestigten Nabe 606 und einem Kupplungsscheibenpaket 65. Werden die mit dem Gehäuse 630 kämmenden Kupplungsscheiben mechanisch durch Federkraft (oder alternativ hydraulisch) gegen die mit der Schwenkmotorwelle 60 verbundenen Nabe kämmenden Kupplungsscheiben gepresst, so ist eine Arretierung des Schwenkmotorgehäuses 610 mit der Schwenkmotorwelle 60 bewirkt.
  • Wird eine der Arbeitskammern 64a, 64b über die Hydraulikkanäle 602, geregelt über ein externes Wegeventil mit Überdruck beaufschlagt, so wird das Zahnrad 61 relativ zur Schwenkmotorwelle 60 und somit auch zu dem mit der Schwenkmotorwelle 60 drehfest verbundenen Zahnrad 62 verdreht.
  • Gleichermaßen werden die mit dem Zahnrad 61 des Schwenkmotorgehäuses 610 im Eingriff stehenden Zahnräder 133, 123,113 in ihrer Drehposition verändert, so dass die Unwuchtmassen 134, 124, 114 einer Unwuchtgruppe gegenüber den Unwuchtmassen 131, 121, 111 der gegenüberliegenden Unwuchtgruppe verdreht werden, wodurch eine Veränderung der resultierenden Unwucht bewirkt ist.
  • In Figur 2 ist ein veränderter Aufbau der vorgenannten Anordnung der Wellengruppen (mit Schwenkmotoren 5, 6, 7) gezeigt, der eine deutliche Verkürzung der Baulänge zulässt, bei dem jedoch an Stelle von sechs Wellen acht Wellen erforderlich sind, was sich aber in einer geringeren Belastung der Wellenlager niederschlägt und Vorteile hinsichtlich der erzielbaren Fliehkraft, der Eignung für hohe Drehzahlen sowie einer geringeren Empfindlichkeit gegenüber großen Winkelbeschleunigungen mit sich bringt.
  • Zur Erzielung einer möglichst ausgeglichenen Kennlinienform kann eine zusätzliche Drehzahlstufe, deren Unwuchten mit dreifacher Drehzahl rotieren, eingesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist eine solche Anordnung dargestellt. Die Verstellung der Wirkrichtung erfolgt durch den Schwenkmotor 5, welcher die Wellengruppe 2 gegenüber der Wellengruppe 1, welche mit der Wellengruppe 3 gekoppelt ist, verstellt. Bei der Verstellung der Wirkrichtung bleibt die Winkelstellung der Wellengruppe 1 und Wellengruppe 3 zueinander unverändert. Durch den Schwenkmotor 5 ist die Verstellung der Wellengruppe 2 gegenüber den Anderen ermöglicht.
  • Der Schwenkmotor 6 dient der Verstellung der resultierenden Unwucht der Wellengruppe 1 durch Veränderung der relativen Position der durch die Unwuchten 111, 121, 131 gebildeten ersten Unwuchtgruppe gegenüber der durch die Unwuchten 114, 124, 134 gebildeten zweiten Unwuchtgruppe. Gleichsamt dient der Schwenkmotor 7 der Verstellung der resultierenden Unwucht der Wellengruppe 2 und der Schwenkmotor 8 der Verstellung der resultierenden Unwucht der Wellengruppe 3.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 beträgt das Verhältnis der Drehzahlen der Wellengruppen 1, 2, 3 zueinander 1 : 2 : 3; das statische Moment der Wellengruppen 1, 2, 3 zueinander beträgt im Wesentlichen 100 : 16,64 : 3,68.

Claims (12)

  1. Schwingungserzeuger, umfassend wenigstens zwei Wellengruppen, auf denen mindestens zwei Unwuchtgruppen angeordnet sind und die mit wenigstens einem Antrieb verbunden sind, durch den sie in Rotation versetzt werden, wobei die wenigstens zwei Wellengruppen (1, 2) derart mit dem wenigstens einem Antrieb verbunden sind, dass die Drehzahl wenigstens einer Wellengruppe (2) ein Mehrfaches der Drehzahl wenigstens einer weiteren Wellengruppe (1) beträgt und dass wenigstens zwei der mit den Unwuchtgruppen (101, 201) versehenen Wellengruppen (1, 2) zueinander ein unterschiedlich großes statisches Moment aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wellengruppe (1, 2) mit einem Phasenschieber (6, 7) verbunden ist, über den das Statische Moment der Wellengruppe (1, 2) einstellbar ist, wobei Mittel zur Verstellung der Wirkrichtung des Schwingungserzeugers vorgesehen sind, welche einen weiteren Phasenschieber (5) umfassen, über den die relative Position wenigstens zweier Wellengruppen (1, 2) zueinander im Betrieb veränderbar ist.
  2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber durch einen Schwenkmotor (6, 7) gebildet ist.
  3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkmotor ein Drehflügelschwenkmotor ist, mit einer Schwenkmotorwelle (60) und einem Schwenkmotorgehäuse (610), wobei sowohl die Schwenkmotorwelle (60) als auch des Schwenkmotorgehäuse (610) mit Unwuchten wenigstens einer Wellengruppe verbunden ist und die Drehstellung des Schwenkmotorgehäuses (610) relativ zur Schwenkmotorwelle (60) veränderbar ist.
  4. Schwingungserzeuger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkmotor (6) Mittel (65) zur Arretierung des Schwenkmotorgehäuses (610) mit der Schwenkmotorwelle (60) aufweist
  5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (65) zur Arretierung des Schwenkmotorgehäuses (610) mit der Schwenkmotorwelle (60) hydraulisch betätigbar ist.
  6. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Arretierung des Schwenkmotorgehäuses (610) mit der Schwenkmotorwelle (60) durch eine Federdruck-Lamellenbremse (65, 616, 630) gebildet ist.
  7. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wellengruppen angeordnet sind, auf denen mindestens zwei Unwuchtgruppen angeordnet sind, wobei die Wellengruppen (1, 2) derart mit dem wenigstens einem Antrieb verbunden sind, dass die Drehzahl der Wellengruppe (1) die Hälfte der Drehzahl der Wellengruppe (2) beträgt und dass das Verhältnis der statischen Momente der mit den Unwuchtgruppen (101, 201) versehenen Wellengruppen (1, 2) zwischen sechs zu eins und zehn zu eins beträgt.
  8. Schwingungserzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das statische Moment der Wellengruppe (1) acht Mal so groß ist wie das statische Moment der Wollengruppe (2).
  9. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass drei Wellengruppen angeordnet sind, auf denen mindestens drei Unwuchtgruppen angeordnet sind, wobei die Wellengruppen (1, 2, 3) derart mit dem wenigstens einem Antrieb verbunden sind, dass die Drehzahl der Wellengruppe (1) die Hälfte der Drehzahl der Wellengruppe (2) und ein Drittel der Drehzahl der Wellengruppe (3) beträgt und dass das Verhältnis der statischen Momente der mit Unwuchtgruppen versehenen Wellengruppen (1, 2, 3) zueinander im Wesentlichen 100 : 16,64 : 3,68 beträgt.
  10. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vier Wellengruppen angeordnet sind, auf denen mindestens vier Unwuchtgruppen angeordnet sind, wobei die Wellengruppen (1, 2, 3, 4) derart mit dem wenigstens einem Antrieb verbunden sind, dass das Verhältnis der Drehzahlen der Wellengruppen (1, 2, 3, 4) zueinander 1 : 2 : 3 : 4 beträgt und dass das Verhältnis der statischen Momente der mit Unwuchtgruppen versehenen Wellengruppen (1, 2, 3, 4) zueinander im Wesentlichen 100 : 18,72 : 5,6 : 1,38 beträgt.
  11. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Phasenschieber als Schwenkmotor (5) ausgebildet ist.
  12. Schwingungserzeuger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Wellengruppen (1, 2) über Zahnräder (212, 113) mit dem Schwenkmotor (5) verbunden sind, wobei eine Wellengruppe mit dem Stator und eine Unwuchtgruppe mit dem Rotor des Schwenkmotors (5) verbunden ist.
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