EP3165290A1 - Schwingungserzeuger und verfahren zum einbringen eines rammgutes in einen boden - Google Patents
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- EP3165290A1 EP3165290A1 EP15193440.3A EP15193440A EP3165290A1 EP 3165290 A1 EP3165290 A1 EP 3165290A1 EP 15193440 A EP15193440 A EP 15193440A EP 3165290 A1 EP3165290 A1 EP 3165290A1
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- B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
- B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
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- B06B1/166—Where the phase-angle of masses mounted on counter-rotating shafts can be varied, e.g. variation of the vibration phase
Definitions
- the invention relates to a vibration generator for generating a directional vibration, comprising at least one vibration unit, which has at least a first pair of rotatably mounted first unbalance elements, which can be driven by a first rotary drive at a first speed, according to the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a method for introducing a pile material in a soil, in which the pile is held on a holding device of a vibration generator, which generates vibrations through which the pile material is driven into the ground, according to the preamble of claim 14th
- Vibration generators have long been known in basic engineering, such as for the introduction of sheet piles in a floor.
- Such vibration generators which are also called vibrating bears, have rotationally driven unbalance elements. These are usually driven in pairs in opposite directions. As a result, vertically directed force effects can be achieved, while offset by the opposite driving lateral forces against each other. In these conventional vibrators for driving a pile material into the ground an additional static load is necessary.
- Vibrators are known which are designed for a directed swing and need no additional load. These known vibration generators for a directional vibration have unbalance elements with different imbalances. The unbalance elements with smaller imbalances are driven by a multiple faster rotating, as the unbalance elements with the larger imbalances. By the overlay each of the sinusoidal waveforms, which have a different period, a pronounced force effect can be generated preferably down. The different speeds are achieved in that the unbalance elements mesh with each other via gears with different numbers of teeth and are driven in rotation by a rotary drive.
- the invention has for its object to provide a vibration generator and a method for introducing a Rammgutes in a soil, with which a particularly efficient and gentle operation is possible.
- the vibration generator according to the invention is characterized in that the vibration unit has at least one second pair of rotatably mounted second unbalance elements, which is mechanically decoupled from the first, that the second A pair of second unbalance elements of a second rotary drive at a second speed is rotationally driven, which is different from the first speed of the first unbalance elements, and that a control unit is provided, with which the rotational speeds of the two rotary drives electrically and / or hydraulically mutually variable and tunable are.
- a basic idea of the invention is to provide at least two mutually mechanically decoupled pairs of imbalance elements in the case of a vibration generator for generating a directed vibration. These are each driven in rotation by at least one own rotary drive. A mechanical coupling by intermeshing gears between the two imbalance pairs is not provided. Rather, there is a vote of the speeds to each other on electrical and / or hydraulic ways via a control unit.
- the term of an electrical control unit is to be interpreted broadly and also includes electronic control components. With this control unit and the drive-related decoupling of the at least two pairs of unbalance elements, the respective rotational speeds can be set differently. In this way, passing through critical frequency ranges can be avoided or at least considerably shortened.
- a preferred embodiment of the invention is that the second speed of the second unbalance elements is a multiple of the first speed of the first unbalance elements.
- the two sinusoids of the rotating imbalance elements can be superimposed, wherein the period of the sinusoidal waveform of the first imbalance elements is a multiple of the period of the sinusoidal waveform of the second imbalance elements.
- a directed vibration can be generated by this superimposition.
- the maximum of the superimposed vibration is directed downward.
- a pronounced upward force can be generated when pulling the pile.
- the driving of pile material can be carried out basically without additional load or tensile force. According to the invention, however, it is not excluded that in addition to the directional vibration via a corresponding Pressure and traction device an additional force is exerted on the vibrator and thus on the Rammgut.
- the vibration generator can be formed from two or more differently constructed vibration units.
- only one vibration unit can be provided with first and second unbalance elements, while a second vibration unit is provided only with equal unbalance elements.
- two or more vibration units are arranged, which are controlled by a common control unit.
- a preferred embodiment of the invention may consist in that the first oscillation unit is designed the same as the second oscillation unit.
- the two or more vibration units have the same structure with first and second unbalance elements.
- the first unbalance elements have a first imbalance and thus a first static moment, which differ from a second imbalance and a corresponding second static moment of the second imbalance elements.
- control unit is connected to at least one first sensor device, by which the first speed of the first unbalance elements and / or the second speed of the second unbalance elements can be determined.
- the term control unit in the sense of the invention is to be understood generally and may also include rules.
- the sensor device may in particular be an optical, inductive, capacitive or other rotary transducer.
- each vibration unit can be provided with one or more sensor devices.
- a particularly simple embodiment is given by the fact that a sensor device is provided only on a vibration unit.
- control unit is in communication with the first rotary drive and / or the second rotary drive, wherein the control unit, the first speed and / or the second speed is adjustable and variable.
- the rotary actuators may be electric drives or preferably hydraulic drives. An operator can thus set a suitable speed on the rotary actuators. The speed can also be done automatically or semi-automatically by a program selection.
- the control unit can for this purpose have a corresponding database in which appropriate control programs and speed specifications are stored.
- each oscillation unit can have more than two rotary drives.
- a vibration unit has two individual rotary drives.
- At least one phase adjustment is provided, with which a rotational position of the unbalance elements is mutually variable. This is particularly advantageous when a plurality of pairs of unbalance elements are provided in a vibration unit.
- the adjusting device has an adjusting motor, which is controllable by the control unit.
- the control unit may be an electric motor or a hydraulic motor.
- control unit is connected to at least one second sensor device, by which a phase angle of the unbalance elements of a vibration unit can be determined. It can also optical, inductive, capacitive or other sensors for determining the respective rotational position of the unbalance elements to each other can be provided.
- unbalance elements of a vibration unit can be arranged together in a housing or on a carrier element.
- first pair of first unbalance elements in a first housing and the second pair of second unbalance elements are arranged in a second housing.
- the housings are formed separately from each other.
- the bearings of one or more housings may have damping elements.
- a connecting device is provided, with which the first housing and the second housing can be connected to one another.
- the two pairs can be separated.
- a pair of oscillations would vibrate virtually free or be connected only by a soft spring with the other pair of vibration.
- the releasable and operable connection means such as by manually or hydraulically actuated locking bolts
- the housings or vibration pairs are rigidly connected together.
- a connection by means of hydraulic cylinders and a connection can be provided by a toggle mechanism.
- an elastic damping element can be compressed between the two housings, so that the two housings do not hit each other.
- Such a damping element arranged between the vibration units would thus absorb energy only during a short phase.
- the pairs of oscillations would not yet touch, in the connected state the damping element would be compressed and the housings with the pairs of unbalance elements arranged therein would be in direct contact.
- a particularly simple construction is achieved according to a further embodiment of the invention in that, for generating a directed oscillation, the first imbalance elements are designed differently from the second imbalance elements.
- the second oscillation unit can be designed as a simple unit or a simple vibrator, which can not generate a directed oscillation.
- the first oscillation unit with first unbalance elements and second unbalance elements would be formed.
- the third unbalance elements in the second vibration unit may be the same or different from the first unbalance elements.
- the invention further relates to a construction machine with a carrier device and a mast, along which a vibration generator is mounted substantially vertically movable.
- a vibration generator is provided, as previously described.
- the construction machine is in particular a so-called vibrator, as it is used in basic engineering and is basically known.
- the inventive method for introducing a pile material in a soil is characterized in that the vibrations are generated with a vibrator, as described above.
- a change in the rotational speeds of the two pairs of vibrations performed to each other and so the speeds are matched.
- the change in the vote can be made depending on the type of soil and / or the task, such as a driving or pulling the pile.
- the speed adjustment and speed change can, in particular in a run-up of the vibrator, carried out automatically or semi-automatically by the control unit according to stored control programs.
- a preferred embodiment of the method according to the invention can be seen in that the pile is a pile, a carrier or a sheet pile.
- FIGS. 1 and 2 an oscillation generator 10 according to the invention with a vibration unit 20 is shown.
- the vibration unit 20 has a lower box-shaped first housing 21 a with three first unbalance elements 22, each having a first shaft 23.
- Each first shaft 23 of the identically constructed, first unbalance elements 22 comprises a first imbalance 24, a first drive gear 25 and a spaced apart Phasenverstell gear 26.
- a torque from a lower first rotary drive 27 is from a central first unbalance element 22 on the two other adjacent first unbalance elements 22 are transmitted by means of the first drive gears 25 meshing with each other.
- a rotational position of the first unbalance elements 22 can be changed by means of a first phase adjustment device 28 with an adjusting motor 29.
- the change in the rotational position is effected via the meshing first adjusting gears 26.
- two second unbalance elements 32 are arranged in an upper cuboid second housing 21 b.
- the second unbalance elements 32 also each have a second shaft 33, a second imbalance 34, a second drive gear 35 and a second phasing gear 36.
- a drive is effected via an upper second rotary drive 37 on the second unbalance elements 32.
- a phase adjustment is achieved via a second phase adjustment device 38 with a second adjusting motor 39.
- the first unbalance elements 22 and the second unbalance elements 32 are separated and mechanically decoupled with respect to the torque drive.
- the lower first housing 21 a and the upper second housing 21 b which are each box-shaped, are coupled to each other via a releasable connection means 50.
- the connecting device 50 is formed in the embodiment shown as a bolt connection.
- a tuning and changing the rotational speeds of the imbalance elements in the vibration unit 20 by means of a central control unit 60 which may in particular comprise a computer unit.
- the control unit 60 receives a speed and / or a rotational position of the first unbalance elements 22 via a first sensor device 66 and a rotational speed and / or rotational position of the second unbalance elements 32 of the vibration unit 20 via a second sensor device 68, and controls their rotary drives 27, 37.
- the control unit 60 correspondingly controls a first hydraulic pump 62, which in particular supplies the lower second rotary drive 47, and a second hydraulic pump 64, which in particular operates the upper second rotary drive.
- the control can take place equal or even multiple rotational speeds of the second unbalance elements 32 to the rotational speeds of the first unbalance elements 22 are achieved.
- first adjusting motor 29 and the second adjusting motor 39 can be actuated via the control unit 60 via control lines, not shown, wherein a defined rotational position is set for the respective unbalance elements 22, 32.
- all drives and control elements of the vibration unit 20 are connected to the control unit 60 and can be controlled and adjusted accordingly.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung, mit mindestens einer Schwingungseinheit, welche mindestens ein erstes Paar drehbar gelagerte erste Unwuchtelemente aufweist, welche mittels eines ersten Drehantriebes mit einer ersten Drehzahl antreibbar sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einbringen eines Rammgutes in einen Boden, bei dem das Rammgut an einer Halteeinrichtung eines Schwingungserzeugers gehalten wird, welche Schwingungen erzeugt, durch welche das Rammgut in den Boden eingetrieben wird, gemäß dem Oberbegriffs des Anspruchs 14.
- Schwingungserzeuger sind seit Langem im Grundbau bekannt, etwa zum Einbringen von Spundwandbohlen in einen Boden. Derartige Schwingungserzeuger, welche auch Vibrationsbären genannt werden, weisen rotierend angetriebene Unwucht-elemente auf. Diese sind üblicherweise paarweise gegenläufig angetrieben. Hierdurch können vertikal gerichtete Kraftwirkungen erzielt werden, während sich durch das gegenläufige Antreiben Querkräfte gegeneinander aufheben. Bei diesen herkömmlichen Schwingungserzeugern ist zum Eintreiben eines Rammgutes in den Boden eine zusätzliche statische Auflast notwendig.
- Aus der
EP 2 105 214 A1 und derEP 2 158 976 B1 sind Schwingungserzeuger bekannt, welche für ein gerichtetes Schwingen ausgebildet sind und keine zusätzliche Auflast benötigen. Diese bekannten Schwingungserzeuger für eine gerichtete Schwingung weisen dabei Unwuchtelemente mit unterschiedlichen Unwuchten auf. Dabei werden die Unwuchtelemente mit kleineren Unwuchten um ein Mehrfaches schneller rotierend angetrieben, wie die Unwuchtelemente mit den größeren Unwuchten. Durch die Überlagerung der jeweils sinusförmigen Schwingungsverläufe, welche eine unterschiedliche Periode aufweisen, kann eine ausgeprägte Kraftwirkung vorzugsweise nach unten erzeugt werden. Die unterschiedlichen Drehzahlen werden dadurch erreicht, dass die Unwuchtelemente über Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl miteinander kämmen und drehend von einem Drehantrieb angetrieben sind. - Insbesondere beim Einbringen von Rammgut in bindigen Böden besteht das Problem, dass der Baugrund an dem Rammgut bei bestimmten relativ kleinen Schwingungsfrequenzen am Rammgut anhaften kann. Damit verändert und vergrößert sich die anzutreibende schwingende Masse. Hierdurch sinkt die Amplitude der Rammgutschwingung und kann zu einem Erliegen führen. In diesem Fall würde die gesamte Energie ohne Vortrieb in Bodenschwingung umgesetzt werden. Ein Durchfahren dieser Schwingungsbereiche ist problematisch und wird dadurch zu umgehen versucht, möglichst leistungsstarke Schwingungserzeuger vorzusehen. Diese sind jedoch in der Anschaffung und im Betrieb kostenaufwändig und sind zudem mit einer erhöhten Lärmabstrahlung verbunden.
- Ein weiteres bekanntes Problem bei Schwingungserzeugern ist ein Durchfahren eines Resonanzfrequenzbereiches. Hierbei können sich erhebliche vergrößerte Ampli-tuden ergeben, welche zu Schäden an den Lagern des Schwingungserzeugers oder der Konstruktion insgesamt führen. Insbesondere beim Einsatz eines Schwingungserzeugers in Innenstadtbereichen können Resonanzschwingungen zu Beschädigungen an angrenzenden Bauwerken führen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserzeuger und ein Verfahren zum Einbringen eines Rammgutes in einen Boden anzugeben, mit welchen ein besonders effizienter und schonender Betrieb ermöglicht wird.
- Die Aufgabe wird zum einen durch einen Schwingungserzeuger mit dem Merkmal des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Der erfindungsgemäße Schwingungserzeuger ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungseinheit mindestens ein zweites Paar drehbar gelagerter zweiter Unwuchtelemente aufweist, welche von dem ersten mechanisch entkoppelt ist, dass das zweite Paar von zweiten Unwuchtelementen von einem zweiten Drehantrieb mit einer zweiten Drehzahl drehend antreibbar ist, welche unterschiedlich zu der ersten Drehzahl der ersten Unwuchtelemente ist, und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, mit welcher die Drehzahlen der beiden Drehantriebe elektrisch und/oder hydraulisch zueinander veränderbar und abstimmbar sind.
- Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, bei einem Schwingungserzeuger zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung mindestens zwei zueinander mechanisch entkoppelte Paare von Unwuchtelementen vorzusehen. Diese werden dabei jeweils von mindestens einem eigenen Drehantrieb drehend angetrieben. Eine mechanische Kopplung durch miteinander kämmende Zahnräder zwischen den beiden Unwuchtpaaren ist nicht vorgesehen. Vielmehr erfolgt eine Abstimmung der Drehzahlen zueinander auf elektrisch und/oder hydraulischen Wege über eine Steuereinheit. Der Begriff einer elektrischen Steuereinheit ist dabei weit auszulegen und umfasst auch elektronische Steuerungskomponenten. Mit dieser Steuereinheit und der antriebsmäßigen Entkopplung der mindestens zwei Paare von Unwuchtelementen können die jeweiligen Drehzahlen unterschiedlich eingestellt werden. Auf diese Weise kann ein Durchfahren kritischer Frequenzbereiche vermieden werden oder zumindest erheblich verkürzt werden. Dabei weisen die Paare von Unwuchtelementen, mindestens zwei, drei oder mehr Unwuchtelemente mit jeweils einer Unwucht auf. Die Unwuchtelemente eines Paares rotieren dabei in entgegengesetzter Drehrichtung.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die zweite Drehzahl der zweiten Unwuchtelemente ein Vielfaches der ersten Drehzahl der ersten Unwuchtelemente beträgt. Auf diese Weise können die beiden Sinusverläufe der umlaufenden Unwuchtelemente überlagert werden, wobei die Periode des Sinusverlaufes der ersten Unwuchtelemente ein Vielfaches der Periode des Sinusverlaufes der zweiten Unwuchtelemente ist. Durch diese Überlagerung kann insbesondere eine gerichtete Schwingung erzeugt werden. Für das Eintreiben eines Rammgutes in den Boden ist das Maximum der überlagerten Schwingung nach unten gerichtet. Entsprechend kann bei einem Ziehen von Rammgut eine ausgeprägte Kraftwirkung nach oben erzeugt werden. Das Eintreiben von Rammgut kann dabei grundsätzlich ohne zusätzliche Auflast beziehungsweise Zugkraft durchgeführt werden. Nach der Erfindung ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dass zusätzlich zu der gerichteten Schwingung über eine entsprechende Druck- und Zugeinrichtung eine zusätzliche Kraft auf den Schwingungserzeuger und damit auf das Rammgut ausgeübt wird.
- Grundsätzlich kann der Schwingungserzeuger aus zwei oder mehr unterschiedlich aufgebauten Schwingungseinheiten ausgebildet sein. Insbesondere kann nur eine Schwingungseinheit mit ersten und zweiten Unwuchtelementen versehen sein, während eine zweite Schwingungseinheit nur mit gleich ausgebildeten Unwuchtelementen versehen ist. Vorzugsweise sind zwei oder mehr Schwingungseinheiten angeordnet, welche über eine gemeinsame Steuereinheit gesteuert sind.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass die erste Schwingungseinheit gleich ausgebildet ist wie die zweite Schwingungseinheit. Somit weisen die beiden oder mehr Schwingungseinheiten den gleichen Aufbau mit ersten und zweiten Unwuchtelementen auf. Die ersten Unwuchtelemente weisen eine erste Unwucht und somit ein erstes statisches Moment auf, welches sich von einer zweiten Unwucht und einem entsprechenden zweiten statischen Moment der zweiten Unwuchtelemente unterscheiden.
- Eine besonders effiziente Steuerung wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, dass die Steuereinheit mit mindestens einer ersten Sensoreinrichtung verbunden ist, durch welche die erste Drehzahl der ersten Unwuchtelemente und/oder die zweite Drehzahl der zweiten Unwuchtelemente ermittelbar ist. Der Begriff der Steuereinheit im Sinne der Erfindung ist dabei allgemein zu verstehen und kann auch ein Regeln umfassen. Die Sensoreinrichtung kann insbesondere ein optischer, induktiver, kapazitiver oder sonstiger Drehaufnehmer sein. Grundsätzlich kann jede Schwingungseinheit mit einer oder mehreren Sensoreinrichtungen versehen sein. Eine besonders einfache Ausführung ist dadurch gegeben, dass lediglich an einer Schwingungseinheit eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist.
- Eine effiziente Steuerung wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt, dass die Steuereinheit mit dem ersten Drehantrieb und/oder dem zweiten Drehantrieb in Verbindung steht, wobei die Steuereinheit die erste Drehzahl und/oder die zweite Drehzahl einstellbar und veränderbar ist. Bei den Drehantrieben kann es sich um Elektroantriebe oder vorzugsweise um Hydraulikantriebe handeln. Ein Bediener kann so eine geeignete Drehzahl an den Drehantrieben einstellen. Die Drehzahl kann auch durch eine Programmauswahl automatisch oder halbautomatisch erfolgen. Die Steuereinheit kann hierzu eine entsprechende Datenbank aufweisen, in welcher entsprechende Steuerprogramme und Drehzahlvorgaben hinterlegt sind.
- Grundsätzlich kann jede Schwingungseinheit mehr als zwei Drehantriebe aufweisen. Typischerweise weist eine Schwingungseinheit zwei einzelne Drehantriebe auf. Dabei ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass mehrere Unwuchtelemente einer Schwingungseinheit über miteinander kämmenden Antriebszahnrädern in Verbindung stehen und drehend angetrieben sind. Sofern die Unwuchtelemente eines Paares mit derselben Drehzahl angetrieben werden, weisen die Zahnräder eine gleiche Zähnezahl auf..
- Zur Veränderung der Schwingung und insbesondere der Schwingungsamplitude ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens eine Phasenverstelleinrichtung vorgesehen ist, mit welcher eine Drehposition der Unwuchtelemente zueinander veränderbar ist. Diese ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehrere Paare von Unwuchtelementen in einer Schwingungseinheit vorgesehen sind.
- Für eine umfassende Steuerung ist es dabei vorteilhaft, dass die Verstelleinrichtung einen Verstellmotor aufweist, welcher durch die Steuereinheit steuerbar ist. Die Steuereinheit kann ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor sein.
- Eine weitere Verbesserung der Steuerung wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, dass die Steuereinheit mit mindestens einer zweiten Sensoreinrichtung verbunden ist, durch welche eine Phasenlage der Unwuchtelemente einer Schwingungseinheit ermittelbar ist. Es können dabei ebenfalls optische, induktive, kapazitive oder sonstige Sensoren zur Bestimmung der jeweiligen Drehposition der Unwuchtelemente zueinander vorgesehen sein.
- Grundsätzlich können Unwuchtelemente einer Schwingungseinheit gemeinsam in einem Gehäuse oder an einem Trägerelement angeordnet sein.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Paar von ersten Unwuchtelementen in einem ersten Gehäuse und das zweite Paar von zweiten Unwuchtelementen in einem zweiten Gehäuse angeordnet sind. Die Gehäuse sind getrennt voneinander ausgebildet. Die Lagerungen einer oder mehrerer Gehäuse können dabei Dämpfungselemente aufweisen.
- Für eine Kombination und eine Überlagerung der Schwingungen der beiden Paare von Unwuchtelementen, auch Schwingungspaare genannt, ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass eine Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, mit welcher das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse miteinander verbindbar sind. So können etwa bei einem Hochlaufen des Schwingungserzeugers die beiden Paare getrennt sein. Dabei würde ein Schwingungspaar quasi frei schwingen oder lediglich über eine weiche Feder mit dem anderen Schwingungspaar verbunden sein. In einem verbundenen Fall, welcher durch die lösbare und betätigbare Verbindungseinrichtung etwa durch manuell oder hydraulisch betätigbare Riegelbolzen, erreicht werden kann, werden die Gehäuse oder Schwingungspaare starr miteinander verbunden. Neben einer Verbindung mittels Hydraulikzylindern kann auch eine Verbindung durch einen Kniehebelmechanismus vorgesehen sein. In einer kurzen Übergangszeit zwischen dem verbundenen und dem getrennten Zustand kann ein elastisches Dämpfungselement zwischen den beiden Gehäusen zusammengepresst werden, so dass die beiden Gehäuse nicht aufeinanderschlagen. Ein derartiges, zwischen den Schwingungseinheiten angeordnetes Dämpfungselement würde so nur während einer kurzen Phase Energie aufnehmen. Im getrennten Zustand würden sich die Schwingungspaare noch nicht berühren, im verbundenen Zustand wäre das Dämpfungselement zusammengedrückt und die Gehäuse mit den darin angeordneten Paaren von Unwuchtelementen wären im direkten Kontakt.
- Ein besonders einfacher Aufbau wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, dass zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung die ersten Unwuchtelemente unterschiedlich zu den zweiten Unwuchtelementen ausgebildet sind. Dabei kann also die zweite Schwingungseinheit als eine einfache Einheit oder ein einfacher Rüttler ausgebildet, welcher keine gerichtete Schwingung erzeugen kann. Zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung wäre in diesem Ausführungsfall ausschließlich die erste Schwingungseinheit mit ersten Unwuchtelementen und zweiten Unwuchtelementen ausgebildet. Die dritten Unwuchtelemente in der zweiten Schwingungseinheit können gleich oder unterschiedlich zu den ersten Unwuchtelementen ausgebildet sein.
- Die Erfindung betrifft weiterhin eine Baumaschine mit einem Trägergerät und einem Mast, entlang welchen ein Schwingungserzeuger im Wesentlichen vertikal verfahrbar gelagert ist. Eine derartige erfindungsgemäße Baumaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungserzeuger vorgesehen ist, wie er zuvor beschrieben wurde. Die Baumaschine ist insbesondere ein sogenannter Rüttler, wie er im Grundbau zum Einsatz kommt und grundsätzlich bekannt ist.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einbringen eines Rammgutes in einen Boden ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mit einem Schwingungserzeuger erzeugt werden, wie er zuvor beschrieben wurde. Bei diesem Verfahren können insbesondere kritische Frequenzbereiche schnell durchfahren oder weitgehend vermieden werden. Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer Steuereinheit eine Veränderung der Drehzahlen der beiden Schwingungspaare zueinander durchgeführt und so die Drehzahlen aufeinander abgestimmt werden. Die Veränderung der Abstimmung kann dabei abhängig von der Bodenart und/oder von der jeweiligen Aufgabenstellung, etwa einem Eintreiben oder Ziehen des Rammgutes, erfolgen. Die Drehzahleinstellung und Drehzahländerung kann, insbesondere bei einem Hochlaufen des Schwingungserzeugers, durch die Steuereinheit automatisch oder halbautomatisch gemäß hinterlegten Steuerprogrammen erfolgen.
- Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, dass das Rammgut ein Pfahl, ein Träger oder eine Spundwandbohle ist.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben, welches in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine erste teilgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Schwingungserzeugers und
- Fig. 2
- eine zweite teilgeschnittene Ansicht des Schwingungserzeugers von
Fig. 1 . - In den
Figuren 1 und2 ist ein erfindungsgemäßer Schwingungserzeuger 10 mit einer Schwingungseinheit 20 gezeigt. Die Schwingungseinheit 20 weist einunteres kastenförmiges erstes Gehäuse 21 a mit drei ersten Unwuchtelementen 22 mit jeweils einer ersten Welle 23 auf. Jede erste Welle 23 der gleich aufgebauten, ersten Unwuchtelemente 22 umfasst eine erste Unwucht 24, ein erstes Antriebszahnrad 25 und ein dazu beabstandet angeordnetes Phasenverstell-Zahnrad 26. Ein Drehmoment von einem unteren ersten Drehantrieb 27 wird von einem mittleren ersten Unwuchtelement 22 auf die beiden weiteren angrenzenden ersten Unwuchtelemente 22 mittels der miteinander kämmenden ersten Antriebszahnräder 25 übertragen. - In grundsätzlich bekannter Weise kann eine Drehposition der ersten Unwuchtelemente 22 mittels einer ersten Phasenverstelleinrichtung 28 mit einem Verstellmotor 29 verändert werden. Die Veränderung der Drehlage wird über die miteinander kämmenden ersten Verstell-Zahnräder 26 bewirkt.
- Zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung mit der Schwingungseinheit 20 sind in einem oberen quaderförmigen zweiten Gehäuse 21 b zwei zweite Unwuchtelemente 32 angeordnet. In ähnlicher Weise wie der Aufbau der ersten Unwuchtelemente 22 weisen auch die zweiten Unwuchtelemente 32 jeweils eine zweite Welle 33, eine zweite Unwucht 34, ein zweites Antriebszahnrad 35 sowie ein zweites Phasenverstell-Zahnrad 36 auf. Ein Antrieb erfolgt über einen oberen zweiten Drehantrieb 37 auf die zweiten Unwuchtelemente 32. Eine Phasenverstellung wird über eine zweite Phasenverstelleinrichtung 38 mit einem zweiten Verstellmotor 39 erreicht.
- Die ersten Unwuchtelemente 22 und die zweiten Unwuchtelemente 32 sind getrennt und hinsichtlich des Drehmomentantriebes mechanisch entkoppelt. Das untere erste Gehäuse 21 a und das obere zweite Gehäuse 21 b, welche jeweils kastenförmig ausgebildet sind, sind über eine lösbare Verbindungseinrichtung 50 miteinander gekoppelt. Die Verbindungseinrichtung 50 ist in der gezeigten Ausführungsform als eine Bolzenverbindung ausgebildet.
- Eine Abstimmung und Veränderung der Drehzahlen der Unwuchtelemente in der Schwingungseinheit 20 erfolgt mittels einer zentralen Steuereinheit 60, welche insbesondere eine Rechnereinheit umfassen kann.
- In einer einfachen Ausführung nimmt die Steuereinheit 60 über eine erste Sensoreinrichtung 66 eine Drehzahl und/oder eine Drehposition der ersten Unwuchtelemente 22 und über eine zweite Sensoreinrichtung 68 eine Drehzahl und/oder Drehposition der zweiten Unwuchtelemente 32 der Schwingungseinheit 20 auf und steuert deren Drehantriebe 27, 37. Abhängig von den ermittelten Daten steuert die Steuereinheit 60 entsprechend eine erste Hydraulikpumpe 62, welche insbesondere den unteren zweiten Drehantrieb 47 versorgt, sowie eine zweite Hydraulikpumpe 64, welche insbesondere den oberen zweiten Drehantrieb betreibt. Die Steuerung kann insbesondere so erfolgen, dass gleiche oder geradzahlige-vielfache Drehzahlen der zweiten Unwuchtelemente 32 zu den Drehzahlen der ersten Unwuchtelemente 22 erreicht werden. Etwa für ein Durchlaufen kritischer Frequenzbereiche, wie sie beim Hochfahren des Schwingungserzeugers 10 vorkommen können, können jedoch gezielt, insbesondere durch ein vorgegebenes Steuerprogramm, Drehzahländerungen zwischen den unterschiedlichen Paaren von Unwuchtelementen der Schwingungseinheit 20 eingestellt werden. Hierdurch können insbesondere unerwünschte Resonanzfrequenzen vermieden oder zumindest besonders schnell durchlaufen werden.
- In einer entsprechenden Weise kann über die Steuereinheit 60 über nicht dargestellte Steuerleitungen der erste Verstellmotor 29 und der zweite Verstellmotor 39 betätigt werden, wobei für die jeweiligen Unwuchtelemente 22, 32 eine definierte Drehposition eingestellt wird.
- Vorzugsweise sind alle Antriebe und Stellelemente der Schwingungseinheit 20 mit der Steuereinheit 60 verbunden und können entsprechend gesteuert und eingestellt werden.
Claims (15)
- Schwingungserzeuger zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung, mit- mindestens einer Schwingungseinheit (20), welche mindestens ein erstes Paar drehbar gelagerte erste Unwuchtelemente (22) aufweist, welche mittels eines ersten Drehantriebes (27) mit einer ersten Drehzahl drehend antreibbar sind,
dadurch gekennzeichnet,- dass die Schwingungseinheit (20,) mindestens ein zweites Paar drehbar gelagerte zweite Unwuchtelemente (32) aufweist, welche von dem ersten Paar von Unwuchtelementen (22) mechanisch entkoppelt ist,- dass das zweite Paar von zweiten Unwuchtelementen (32) von einem zweiten Drehantrieb (37) mit einer zweiten Drehzahl drehend antreibbar ist, welche unterschiedlich zu der ersten Drehzahl der ersten Unwuchtelemente (22) ist, und- dass eine Steuereinheit (60) vorgesehen ist, mit welcher die Drehzahlen der beiden Drehantriebe (27, 37) elektrisch und/oder hydraulisch zueinander veränderbar und abstimmbar sind. - Schwingungserzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Drehzahl der zweiten Unwuchtelemente (32) ein Vielfaches der ersten Drehzahl der ersten Unwuchtelemente (22) beträgt. - Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei oder mehr Schwingungseinheiten (20) angeordnet sind, welche über eine gemeinsame Steuereinheit (60) gesteuert sind. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (60) mit mindestens einer ersten Sensoreinrichtung (66) verbunden ist, durch welche zumindest die erste Drehzahl der ersten Unwuchtelemente (22) und/oder die zweite Drehzahl der zweiten Unwuchtelemente (32) ermittelbar ist. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (60) mit dem ersten Drehantrieb (27) und/oder dem zweiten Drehantrieb (37) in Verbindung steht, wobei durch die Steuereinheit (60) die Drehzahl der Drehantriebe 27, 37 einstellbar und veränderbar ist. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Unwuchtelemente (22, 32) einer Schwingungseinheit (20) über miteinander kämmende Antriebszahnräder (25) in Verbindung stehen und drehend angetrieben sind. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Phasenverstelleinrichtung (28, 38) vorgesehen ist, mit welcher eine Drehposition der Unwuchtelemente (22, 32) zueinander veränderbar ist. - Schwingungserzeuger nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Phasenverstelleinrichtung (28, 38) einen Verstellmotor (29, 39) aufweist, welcher durch die Steuereinheit (60) steuerbar ist. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (60) mit mindestens einer zweiten Sensoreinrichtung (68) verbunden ist, durch welche mindestens eine Phasenlage der Unwuchtelemente (32) der Schwingungseinheit (20) ermittelbar ist. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Paar von ersten Unwuchtelementen (22) in einem ersten Gehäuse (21 a) und das zweite Paar von zweiten Unwuchtelementen (32) in einem zweiten Gehäuse (21 b) angeordnet sind. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Verbindungseinrichtung (50) vorgesehen ist, mit welcher das erste Gehäuse (21 a) und das zweite Gehäuse (21 b) miteinander verbindbar sind. - Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Erzeugen einer gerichteten Schwingung die ersten Unwuchtelemente (22) unterschiedlich zu den zweiten Unwuchtelementen (32) ausgebildet. - Baumaschine mit einem Trägergerät und einem Mast, entlang welchem ein Schwingungserzeuger (10) im Wesentlichen vertikal verfahrbar gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schwingungserzeuger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 vorgesehen ist. - Verfahren zum Einbringen eines Rammgutes in einen Boden, bei dem das Rammgut an einer Halteeinrichtung eines Schwingungserzeugers (10) gehalten wird, welcher Schwingungen erzeugt, durch welche das Rammgut in den Boden eingetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schwingungen mit einem Schwingungserzeuger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 erzeugt werden. - Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Rammgut ein Pfahl, ein Träger oder eine Spundwandbohle ist.
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