EP3384096B1 - Anordnung zur bereitstellung einer pulsierenden druckkraft - Google Patents

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EP3384096B1
EP3384096B1 EP15812936.1A EP15812936A EP3384096B1 EP 3384096 B1 EP3384096 B1 EP 3384096B1 EP 15812936 A EP15812936 A EP 15812936A EP 3384096 B1 EP3384096 B1 EP 3384096B1
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EP
European Patent Office
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mass
spring
damper
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vibrating
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EP15812936.1A
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EP3384096A1 (de
Inventor
Lukas RECHER
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Ammann Schweiz AG
Original Assignee
Ammann Schweiz AG
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Publication date
Application filed by Ammann Schweiz AG filed Critical Ammann Schweiz AG
Publication of EP3384096A1 publication Critical patent/EP3384096A1/de
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/046—Improving by compacting by tamping or vibrating, e.g. with auxiliary watering of the soil
    • E02D3/074—Vibrating apparatus operating with systems involving rotary unbalanced masses

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for providing a pulsating compressive force, a soil compacting device comprising such an arrangement, the use of the soil compacting device for compacting asphalt and a method for operating such an arrangement or such a soil compacting device according to the preambles of the independent claims.
  • compaction devices In the field of soil compaction, compaction devices are used in which the soil contact surface, which is usually formed by a flat plate or a roller body (bandage), is made to vibrate by means of an unbalance exciter and thus exerts a pulsating compressive force on the soil.
  • soil compaction forces can be achieved with simple compaction equipment in ballast operation (permanent soil contact) that correspond to twice the machine weight for a short time. If a temporary lifting of the ground contact surface from the ground is allowed, even soil compaction forces can be achieved which correspond to 2.5 times the machine weight for a short time.
  • the plate or the roller body is connected via a spring-damper system to an absorber mass arranged above it, which is also excited to vibrate via the spring-damper system.
  • soil compaction forces can be achieved with this machine concept which correspond to more than 3 times the machine weight if the soil contact surface is allowed to lift off the soil.
  • Such soil compaction devices are made, for example WO 2011/- 127611 A2 known.
  • the task is therefore to provide a machine concept that can be used in supercharged operation to achieve significantly higher compaction performance than previously known.
  • a first aspect of the invention relates to an arrangement for providing a pulsating compressive force.
  • the arrangement comprises a first mass which provides a contact surface for the transmission of the pulsating compressive force to a physical entity, eg to a ground surface to be compacted.
  • the arrangement also includes a second mass, which is coupled to the first mass via a first spring-damper system to form a first oscillatable system.
  • the arrangement also includes an imbalance exciter, by means of which this oscillatable system can be excited to oscillate, preferably to resonant oscillations.
  • the second mass exerts a static force in a first direction on the first mass via the first spring-damper system.
  • the coupling of the first mass and the second mass via the first spring-damper system is realized in such a way that no forces are transmitted from the first mass in the first direction to the second mass via the first spring-damper system in normal operation and no forces can be transferred from the second mass in a second direction, which is opposite to the first direction, to the first mass.
  • the arrangement is structurally designed in such a way that this so-called "one-sided coupling" of the two masses via the first spring-damper system is temporarily canceled during normal operation, preferably periodically (i.e.
  • the mounting or guidance of the second mass is thus designed in such a way that, in normal operation, it can complete a movement path in which the previously described temporary decoupling is possible.
  • soil compaction devices can be made available which, in ballast operation (permanent soil contact), achieve soil compaction forces which are briefly significantly greater than twice the machine weight.
  • the first mass and the second mass is coupled to the first spring-damper system in such a way that the second mass can be temporarily decoupled from the first spring-damper system by a movement in the second direction when vibrating in normal operation and can complete part of its vibration path in the decoupled state , before it is then, after a reversal of the direction of movement, particularly abruptly reconnected to the first spring-damper system, while the first mass is connected to the first spring-damper system in a fixed manner or, in normal operation, cannot be uncoupled, and in doing so, a part of this first mass forms.
  • the reversed coupling situation is provided, i.e. the first mass is temporarily uncoupled from the first spring-damper system.
  • one or the other variant can be more advantageous.
  • the second mass in the static state of the first oscillatable system, exerts a static compressive force on the first mass via the first spring-damper system.
  • the first mass and the second mass are coupled to one another via the first spring-damper system in such a way that only compressive forces between the two masses can be transmitted via the first spring-damper system.
  • the second mass in the static state of the first oscillatable system, exerts a static tensile force on the first mass via the first spring-damper system.
  • the first and second masses are coupled to one another via the first spring-damper system in such a way that only tensile forces can be transmitted between the two masses via the first spring-damper system.
  • one or the other variant can also be more advantageous here.
  • the static force exerted by the second mass via the first spring-damper system on the first mass in the static state of the first oscillatable system runs essentially in the direction of gravity.
  • Such arrangements according to the invention are particularly suitable for soil compaction devices and ramming devices.
  • the static force exerted by the second mass via the first spring-damper system on the first mass in the static state of the first oscillatable system is wholly or at least partially compensated by the weight of the second mass is generated.
  • the static force exerted by the second mass via the first spring-damper system on the first mass in the static state of the first oscillatable system is generated entirely or at least partially by a force acting on the second mass.
  • this embodiment is advantageous to necessary.
  • the force acting on the second mass acts on the mass via one or more spring elements.
  • the vibration behavior of the second mass can be adjusted in a targeted manner.
  • the spring element or spring elements are connected to the first mass, so that in the static state of the first oscillatable system, a force is transmitted via this or these spring elements to the first mass, which in the second direction acts.
  • the first mass and the second mass are coupled to one another via a further spring-damper system.
  • the spring constant and/or the damping of this further spring-damper system is preferably smaller than the spring constant and/or the damping of the first spring-damper system.
  • first mass and the second mass are coupled to one another via the additional spring-damper system in such a way that between the additional spring-damper system and the two masses forces in are transmittable in the first direction and in the second direction.
  • the additional spring-damper system in this variant couples the two masses on both sides, i.e. in such a way that both tensile and compressive forces can be transmitted between the masses.
  • the first mass and the second mass are coupled to one another via the further spring-damper system in such a way that no forces are exerted from the second mass in the first direction on the first via the further spring-damper system Mass are transferrable and no forces are transferrable from the first mass in the second direction to the second mass.
  • the additional spring-damper system couples the two masses to one another on one side, in such a way that only either traction or Pressure forces can be transmitted between the masses.
  • the arrangement is designed in such a way that this so-called “one-sided coupling" of the two masses can be temporarily canceled via the additional spring-damper system during normal operation, preferably periodically by an oscillating movement of the second mass in the first direction, and the second mass can then decoupled state can carry out a part of their oscillation path before, after a reversal of direction of the oscillation movement of the second mass which has been carried out in the process, the coupling of the two masses via the further spring-damper system is restored, in particular abruptly.
  • the static force exerted on the first mass in the static state of the first oscillatable system is generated entirely or partially by one or more spring elements acting on the second mass or these spring elements are part of the further spring-damper system.
  • the arrangement according to the first aspect of the invention has a third mass, which is coupled to the first mass via a second spring-damper system to form a second oscillatable system and/or which is connected to the second mass via a third spring-damper system is coupled to a third oscillatable system.
  • this third mass can serve, for example, as a "resting pole” that makes practically no vibrating movement and is suitable for arranging drive motors, controls and operating elements and with a vertical orientation of the first direction also forms a surcharge in this direction, or can also serve as a "dampening mass", which in particular oscillates in phase with the first mass, in particular at the oscillating frequency of the first mass or at half or one third of the oscillating frequency of the first mass, thereby additionally contributing a part to the pulsating compressive force in the first direction.
  • the third mass and the first mass are coupled to one another via a second spring-damper system in such a way that both forces in the first direction and between the second spring-damper system and these two masses can also be transmitted in the second direction.
  • the second spring-damper system couples these two masses to one another on both sides, i.e. in such a way that both tensile and compressive forces can be transmitted between these masses.
  • the coupling of the third mass and the second mass is such that forces can be transmitted between the third spring-damper system and these two masses both in the first direction and in the second direction, i.e. these two masses are coupled on both sides, so that both tensile and compressive forces can be transmitted between these masses.
  • the third mass and the second mass are coupled to one another via the third spring-damper system in such a way that no forces can be transmitted from the second mass in the first direction to the third mass via the third spring-damper system and no forces are transferrable from the third mass to the second mass in the second direction.
  • the third spring-damper system couples these two masses ie on one side with each other, such that only either tensile or compressive forces can be transmitted between these masses.
  • the arrangement is designed in such a way that this so-called “one-sided coupling" of the two masses via the third spring-damper system can be temporarily canceled during normal operation, preferably periodically, by an oscillating movement of the second mass in the first direction, and the second mass can then be decoupled state can perform a part of their oscillation path before the coupling of the two masses via the third spring-damper system is in particular abruptly restored after a reversal of direction of the oscillating movement of the second mass which has been carried out in the process.
  • the oscillatable systems of the arrangement according to the invention are preferably set or adjustable in such a way that, when the arrangement is operated as intended, with the first oscillatable system (first mass, first spring-damper system, second mass) preferably vibrating resonantly, the second mass oscillates in phase with the first mass, in particular with the oscillation frequency of the first mass or with half or one third of the oscillation frequency of the first mass.
  • first oscillatable system first mass, first spring-damper system, second mass
  • the arrangement has a third mass which is coupled to the first mass via a second spring-damper system to form a second oscillatable system and/or which is coupled to the second mass via a third spring -Damper system is coupled to a third oscillatable system, provided that the oscillatable systems of the arrangement are set or adjustable in such a way that in the intended operation of the arrangement with a preferably resonantly oscillating first oscillatable system (first mass, first spring-damper system, second mass) the third mass in Essentially no oscillating movement.
  • the third mass can be used, for example, as a "rest pole" and is suitable for arranging drive motors, controls and operating elements on it.
  • the imbalance exciter of the arrangement according to the invention which is preferably designed as a directional oscillator or as a circular oscillator, advantageously forms part of the first mass or part of the second mass and excites this mass to oscillate during normal operation.
  • Particularly large pulsating compressive forces can be generated with the last-mentioned embodiment variant of the arrangement.
  • the second mass according to the claims is formed by a plurality of partial masses, preferably by exactly two partial masses, which are advantageously of the same weight. These partial masses are each coupled to the first mass via a separate first spring-damper system according to the claims to form a separate first oscillatable system according to the claims.
  • the contact surface provided by the first mass for transmitting the pulsating compressive force to a physical entity is preferably the outer surface of a roller drum, the underside of the base plate of a vibrating plate, the working surface of a chisel or drilling tool or the contact surface of a vibrating screed of a road finisher.
  • the contact surface provided by the first mass for transmitting the pulsating compressive force to a physical entity is the outer surface of the bandage of a roller
  • the second mass is formed by or comprises one or more ring-shaped weights which are arranged inside the bandage and can perform an oscillating movement therein in a direction transverse to the longitudinal axis of the bandage.
  • a second aspect of the invention relates to a soil compacting device comprising an arrangement according to the first aspect of the invention, specifically preferably a vibrating plate or roller, preferably with one or two vibration-excited drums.
  • a third aspect of the invention relates to the use of the soil compacting device according to the second aspect of the invention for compacting asphalt.
  • the advantages of the invention are particularly evident when the devices are used in this way.
  • a fourth aspect of the invention relates to a method for operating an arrangement according to the first aspect of the invention or a soil compacting device according to the second aspect of the invention.
  • the contact surface of the first mass e.g. the underside of the base plate of a vibrating plate equipped with the arrangement according to the invention or the bit of a hammer drill equipped with the arrangement according to the invention, is brought into contact with a physical entity, e.g provided building wall.
  • the first oscillatable system with the imbalance exciter When the contact surface is in contact with the body, the first oscillatable system with the imbalance exciter is excited to oscillate in such a way that the coupling of the two masses via the first spring-damper system is caused by an oscillating movement of the second mass in the second direction, preferably in regular Intervals (periodic), is temporarily lifted, the second mass then completes part of its oscillation path in the decoupled state, and the coupling of the two masses via the first spring-damper system then after a reversal of direction of the oscillating movement of the second mass is restored, in particular abruptly.
  • the contact surface of the first mass is continuously maintained in contact with the physicality while the physicality is being acted upon.
  • This variant of the method is particularly important when compacting asphalt, since a cracking of the contact surface of the compaction device would lead to the mineral material in the asphalt surface being shattered, which must be avoided at all costs.
  • the oscillatable systems of the arrangement are excited to oscillate in such a way that the second mass oscillates in phase with the first mass, preferably at the oscillating frequency of the first mass or at half or one third of the oscillating frequency of the first mass.
  • an arrangement according to the invention which has a third mass, and the oscillatable systems of the arrangement are excited to oscillate in such a way that the third mass essentially does not perform an oscillating movement.
  • Figures 1a and 1b show the vibrational models of two variants of a first arrangement according to the invention for providing a pulsating compressive force, which is part of a vibration-excited roller for soil compaction.
  • the second mass 4 exerts a static compressive force in the direction of gravity on the first mass 1 in the static state of the system 1, 4, 5, 6 via the spring-damper system 5, 6 and the coupling is such that the spring-damper system 5, 6 only compressive forces between the two masses 1, 4 can be transmitted.
  • the arrangement shown here as a model is further designed in such a way that the coupling of the two masses 1, 4 via the spring-damper system 5, 6 in normal operation is periodically carried out by an oscillating movement of the second mass 4 in the direction S2, i.e. against the direction of gravity , can be temporarily lifted, the second mass can then complete part of its oscillating path in the decoupled state, and the coupling via the spring-damper system 5, 6 is then restored after the oscillating movement of the second mass 4 reverses direction.
  • the coupling of the two masses 1, 4 via the spring-damper system 5, 6 is temporarily canceled by temporarily decoupling the second mass 4 from the spring-damper system 5, 6.
  • This coupling situation is shown in the figures indicated by the distance between the spring-damper system 5, 6 and the second mass 4.
  • the Figures 2a and 2b show the vibration engineering models of two variants of a second according to the invention Arrangement for providing a pulsating compressive force, which differs from that in the Figures 1a and 1b illustrated embodiment differs only in that the first mass 1 and the second mass 4 are additionally coupled to one another via a further spring-damper system 8, 9, the spring constant and damping of which is smaller than the spring constant and damping of the first spring-damper system 5, 6
  • the first mass 1 and the second mass 4 are coupled to one another via this further spring-damper system 8, 9 in such a way that between this spring-damper system 8, 9 and the two masses 1, 4 forces in the can be transmitted in both directions S1, S2.
  • the Figures 3a and 3b show the vibrational models of two variants of a third arrangement according to the invention for providing a pulsating compressive force, which differs from that in FIGS Figures 2a and 2b
  • the embodiment shown differs only in that the first mass 1 and the second mass 4 are coupled to one another via the additional spring-damper system 8, 9 in such a way that no forces of of the second mass 4 in the direction S1, ie in the direction of gravity, can be transferred to the first mass 1 and no forces in the direction S2, ie against the direction of gravity, can be transferred from the first mass 1 to the second mass 4.
  • the arrangement is also designed in such a way that the coupling of the two masses 1, 4 via the additional spring-damper system 8, 9 is temporarily canceled during normal operation by an oscillating movement of the second mass 4 in the direction S1, i.e. in the direction of gravity can be, the second mass can then perform a part of its oscillation path in the decoupled state, and the coupling of the two masses 1, 4 via this further spring-damper system 8, 9 then after a reversal of direction of the oscillating movement of the second mass 4, ie during the subsequent upward movement of the second mass 4, is restored.
  • the fourth inventive arrangement according to Figures 4a and 4b shows the basic structure in the Figures 1a and 1b illustrated embodiment, with the third mass 10 being combined with the second mass 4 via a spring-damper system 8a, 9a (third spring-damper system according to the claims) to form an additional oscillatable system 4, 10, 8a, 9a (third oscillatable system according to the claims). system) is coupled.
  • the coupling is designed in such a way that between this spring-damper system 8a, 9a and the two masses 10, 4 forces can be transmitted in the two directions S1, S2, ie both in the direction of gravity and against the direction of gravity. Both tensile and compressive forces can therefore be transmitted between the second mass 4 and the third mass 10 via this spring-damper system 8a, 9a.
  • the fifth arrangement according to the invention Figures 5a and 5b also has the basic structure in the Figures 1a and 1b illustrated embodiment, with the third mass 10 being connected to the first mass 1 via a spring-damper system 11, 12 (second spring-damper system according to the claims) to form an additional oscillatable system 1, 10, 11, 12 (second oscillatable according to the claims). system) is coupled.
  • the coupling is designed such that between this spring-damper system 11, 12 and the two masses 1, 10 forces in both directions S1, S2, ie in the direction of gravity as well as against the direction of gravity, are transferrable. Both tensile and compressive forces can therefore be transmitted between the first mass 1 and the third mass 10 via this spring-damper system 11 , 12 .
  • Figure 5c shows the vibrational model of a sub-variant of the in Figure 5a shown arrangement variant. As can be seen, this differs from the arrangement according to FIG Figure 5a that the second mass 4 is divided here into two partial masses 4a, 4b, which each have their own spring-damper system 5, 6 with the first mass 1 to form an oscillatable system 1, 4a, 5, 6 or 1, 4b , 5, 6 are coupled.
  • FIG. 6a and 6b shows the basic structure in the Figures 2a and 2b illustrated embodiment, with the third mass 10 being connected to the first mass 1 via a spring-damper system 11, 12 (second spring-damper system according to the claims) to form an additional oscillatable system 1, 10, 11, 12 (second oscillatable according to the claims). system) is coupled.
  • the coupling is designed in such a way that between this spring-damper system 11, 12 and the two masses 1, 10 forces can be transmitted in both directions S1, S2, ie both in the direction of gravity and against the direction of gravity.
  • This spring-damper system 11, 12 can therefore be used to transmit both tensile and compressive forces between the first mass 1 and the third mass 10.
  • the eighth arrangement according to the invention Figures 8a and 8b differs from that in the Figures 7a and 7b illustrated embodiment only in that the coupling of the third mass 10 and the second mass 4 via the spring-damper system 8a, 9a is realized in such a way that no forces are transmitted via this spring-damper system 8a, 9a in normal operation second mass 4 in the direction S1, ie in the direction of gravity, can be transferred to the third mass 10 and no forces in the direction S2, ie in the direction opposite to the direction of gravity, can be transferred to the second mass 4 from the third mass 10.
  • the arrangement is also designed in such a way that this coupling of the two masses 4, 10 via the spring-damper system 8a, 9a can be temporarily canceled during normal operation by an oscillating movement of the second mass 4 in direction S1, i.e. in the direction of gravity , the second mass can then complete part of its oscillation path in the decoupled state, and the coupling of the two masses 4, 10 via the spring-damper system 8a, 9a then after a direction reversal of the oscillation movement of the second mass 4, i.e. during its subsequent movement in the direction S2 against the direction of gravity, is restored.
  • FIG. 9 shows the vibrational model of a ninth arrangement according to the invention, its basic structure the Indian Figure 4b illustrated embodiment of the arrangement corresponds.
  • the arrangement shown here is part of a hammer drill.
  • the contact surface 2, which the first mass 1 makes available here consists of the tip 2 of a drill 14, with which a hole is drilled in a building wall 13, eg made of brick.
  • the two directions S1 and S2 run horizontally here, which is why the weight forces of the masses 4, 10 do not generate any coupling or restoring forces and an external force acting on the third mass 10 and in direction S1, ie in the direction of the Building wall to, acting compressive force F is required to ensure the coupling of the second mass 4 to the spring-damper system 5, 6.
  • This compressive force F is generated by the operator of the hammer drill.
  • FIG. 10 shows a side view of a tandem roller according to the invention with an operating weight of approx. 4.5 t.
  • the roller has two vibration-excited bandages 1 with smooth outer surfaces 2, which each have an outer diameter of 85 cm.
  • the bandage 1 is lined (glued) on the inside with a 1 cm thick mat made of polyurethane 5, 6 with a density of approx. 1.25 g/cm 3 in the area which surrounds the additional mass rings 4a, 4b.
  • the mats 5, 6 each form a claimed first spring-damper system for the oscillating coupling of the respective additional mass ring 4a or 4b to the bandage 1.
  • the additional mass rings 4a, 4b rest with their weight in the direction of gravity S1 on these mats 5, 6 and are thus on one side via the polyurethane mats 5, 6 coupled to the bandage 1.
  • the bandage 1 with the imbalance exciter 7 (first mass according to the claims) has a weight of about 750 kg.
  • the additional mass rings 4a, 4b (second mass according to the claims) each have a basic weight of 100 kg and can be loaded with additional weights that can be attached to them in 7.5 kg increments up to a weight of 160 kg each.
  • the imbalance exciter 7 comprises a single imbalance shaft 21 (circular vibrator) with a fixed imbalance of about 0.05 kgm, which is mounted in two vertical walls 15a, 15b in the bandage 1 and can be driven in rotation by a hydraulic motor 16.
  • the roller chassis 10 (third mass according to the claims) is supported with a weight of about 1100 kg via two arms 17a, 17b, which enter the ends of the drum 1 laterally, on the drum 1, which can be rotated relative to the chassis 10 about a horizontal axis stored around.
  • the roller chassis 10 is coupled to the drum 1 via rubber vibration dampers 11, 12, which form a second spring-damper system according to the claims, such that the roller chassis 10 is essentially decoupled from the drum 1 in terms of vibration.
  • the bearing is provided by a roller bearing 18, which is rigidly connected to the drum 1, and on the right side by a bearing unit 20 formed by a drum drive motor 19, which is rigidly connected to the right arm 17a of the roller chassis 10 .
  • the unbalanced shaft 21 is set in rotation with the hydraulic motor 16 and then generates pulsating excitation forces with a desired excitation frequency (typically in the range between 40 Hz and 100 Hz).
  • a desired excitation frequency typically in the range between 40 Hz and 100 Hz.
  • the rotational frequency of the imbalance shaft 21 (excitation frequency) and any loading of the additional mass rings 4a, 4b with additional weights are selected in such a way that the additional mass rings 4a, 4b periodically lift off the polyurethane mats 5, 6 in a direction S2 counter to the direction of gravity S1, in this decoupled state perform part of their swing path in this direction S2, and then, after a direction reversal, move again in the direction of gravity S1 and impinge on the polyurethane mats 5, 6 again.
  • the outer surface 2 of the bandage 1 remains permanently in contact with the subsoil to be compacted.
  • the rotational frequency and any additional weights can vary greatly in order to generate this operating condition.
  • FIG. 12 shows a vertical section like 11 by an embodiment variant, which differs from that in 11
  • the embodiment shown differs only in that instead of the two additional mass rings 4a, 4b arranged in the end regions of the bandage 1, a single additional mass ring 4 (second mass according to the claims) is arranged in the center of the bandage 1, which is vertically freely movable in the bandage 1 and is penetrated by the unbalance shaft 21 of the unbalance exciter 7.
  • the vibration engineering model of this variant is in Figure 5a shown.
  • the additional mass ring 4 rests with its weight in the direction of gravity S1 on this mat 5, 6 and is thus coupled to the bandage 1 on one side via the polyurethane mat 5, 6.
  • the imbalance shaft 21 is set in rotation with the hydraulic motor 16 and the bandage 1 and the additional mass ring 4 are thereby set in motion in such a way that the additional mass ring 4 is periodically lifted off the polyurethane mat 5, 6 in the direction S2 against the direction of gravity S1, in this decoupled state completes part of its oscillation path in this direction S2, and then, after a reversal of direction, moves again in the direction of gravity S1 and hits the polyurethane mat 5, 6 again.
  • the rotational frequency of the imbalance shaft can vary greatly in order to generate this operating condition.
  • FIG. 13 shows a vertical section like 11 by a further variant, which differs from that in 12 illustrated embodiment differs only in that the additional mass ring 4 has end walls 22a, 22b and the imbalance shaft 21 is not mounted in the two vertical walls 15a, 15b in the bandage 1, but in these end walls 22a, 22b of the additional mass ring 4.
  • the unbalanced shaft 21 is coupled to the hydraulic motor 16 via a cardan shaft 23 in such a way that the free vertical mobility of the additional mass ring 4 is not impeded by this coupling.
  • the vibration engineering model of this variant is in Figure 5b shown. As can be seen, the imbalance shaft 21 together with the additional mass ring 4 forms the second mass according to the claims.
  • the unbalanced shaft 21 is set in rotation with the hydraulic motor 16 and the additional mass ring 4 and the bandage 1 are thereby set in motion in such a way that the additional mass ring 4 with the unbalanced shaft 21 mounted therein periodically moves in the direction S2 against the direction of gravity S1 temporarily from the Polyurethane mat 5, 6 lifts off, in this decoupled state completes part of its oscillation path in this direction S2, and then, after a direction reversal, moves again in the direction of gravity S1 and hits the polyurethane mat 5, 6 again.
  • the outer surface 2 of the bandage 1 remains permanently in contact with the subsoil to be compacted.
  • the rotational frequency of the unbalanced shaft 21 can also vary greatly here in order to produce this operating state.

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft, eine Bodenverdichtungsvorrichtung umfassend eine solche Anordnung, die Verwendung der Bodenverdichtungsvorrichtung zur Verdichtung von Asphalt sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung oder einer solchen Bodenverdichtungsvorrichtung gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • STAND DER TECHNIK
  • Auf dem Gebiet der Bodenverdichtung kommen Verdichtungsgeräte zum Einsatz, bei denen die zumeist von einer ebenen Platte oder einem Walzenkörper (Bandage) gebildete Bodenkontaktfläche mittels eines Unwuchterregers in Schwingungen versetzt wird und dadurch eine pulsierende Druckkraft auf den Boden ausübt.
  • Hierdurch lassen sich mit einfachen Verdichtungsgeräten im Auflastbetrieb (permanenter Bodenkontakt) Bodenverdichtungskräfte erzielen, die kurzzeitig dem 2-Fachen des Maschinengewichts entsprechen. Wird ein zeitweises Abheben der Bodenkontaktfläche vom Boden zugelassen, so lassen sich sogar Bodenverdichtungskräfte erzielen, welche kurzzeitig dem 2,5-Fachen des Maschinengewichts entsprechen.
  • Bei aufwendigeren Verdichtungsgeräten, welche nach dem so genannten Tilgerprinzip funktionieren, ist die Platte oder der Walzenkörper über ein Feder-Dämpfer-System mit einer darüber angeordneten Tilgermasse verbunden, welche über das Feder-Dämpfer System ebenfalls zu Schwingungen angeregt wird. Schwingt die Tilgermasse gleichphasig mit derselben Frequenz (1:1 Resonanz) oder der halben Frequenz (2:1 Resonanz) der Platte oder des Walzenkörpers, so lassen sich mit diesem Maschinenkonzept Bodenverdichtungskräfte erzielen, welche mehr als dem 3-Fachen des Maschinengewichts entsprechen, wenn das Abheben der Bodenkontaktfläche vom Boden zugelassen wird. Derartige Bodenverdichtungsgeräte sind z.B. aus WO 2011/- 127611 A2 bekannt.
  • Insbesondere bei der Verdichtung von Asphalt ist ein Abheben der Bodenkontaktfläche vom Boden jedoch unzulässig, da es bei einem solchen Verdichtungsbetrieb zu einer Zertrümmerung des Mineralmaterials an der Asphaltoberfläche kommen würde, was unbedingt zu verhindern ist. Nichtsdestotrotz besteht jedoch auch hier ein anhaltendes Bedürfnis nach Maschinen mit höheren Verdichtungsleistungen.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Maschinenkonzept zur Verfügung zu stellen, mit dem im Auflastbetrieb deutlich höhere Verdichtungsleistungen als bisher bekannt erzielt werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 gelöst.
  • Demgemäss betrifft ein erster Aspekt der Erfindung eine Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft. Die Anordnung umfasst eine erste Masse, welche eine Kontaktfläche zur Übertragung der pulsierenden Druckkraft auf eine Körperlichkeit, z.B. auf eine zu verdichtende Bodenfläche, bereitstellt. Weiter umfasst die Anordnung eine zweite Masse, welche über ein erstes Feder-Dämpfer-System mit der ersten Masse zu einem ersten schwingfähigen System miteinander gekoppelt ist. Des Wieteren umfasst die Anordnung einen Unwuchterreger, mittels welchem dieses schwingfähige System zu Schwingungen angeregt werden kann, bevorzugterweise zu resonanten Schwingungen.
  • Im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems, d.h. wenn das System in Ruhe ist, übt die zweite Masse über das erste Feder-Dämpfer-System eine statische Kraft in einer ersten Richtung auf die erste Masse aus. Dabei ist die Kopplung der ersten Masse und der zweiten Masse über das erste Feder-Dämpfer-System derartig realisiert, dass über das erste Feder-Dämpfer-System im bestimmungsgemässen Betrieb keine Kräfte von der ersten Masse in der ersten Richtung auf die zweite Masse übertragen werden können und keine Kräfte von der zweiten Masse in einer zweiten Richtung, welche der ersten Richtung entgegen gerichtet ist, auf die erste Masse übertragen werden können. Zudem ist die Anordnung konstruktiv derartig ausgebildet, dass diese sogenannte "einseitige Ankopplung" der beiden Massen über das erste Feder-Dämpfer-System im bestimmungsgemässen Betrieb bevorzugterweise periodisch (d.h. wiederholt in regelmässigen Intervallen) durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse in der zweiten Richtung vorübergehend aufgehoben werden kann und die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, bevor nach einer dabei vollführten Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse die Kopplung der beiden Massen über das erste Feder-Dämpfer-System insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird. Die Lagerung bzw. Führung der zweiten Masse ist also derartig ausgestaltet, dass sie im bestimmungsgemässen Betrieb einen Bewegungsweg vollführen kann, bei welchem die zuvor beschriebene vorübergehende Entkopplung möglich ist.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich mit solchen erfindungsgemässen Anordnungen Bodenverdichtungsgeräte zur Verfügung stellen lassen, welche im Auflastbetrieb (permanenter Bodenkontakt) Bodenverdichtungskräfte erzielen, die kurzzeitig deutlich grösser als das 2-Fache des Maschinengewichts sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung ist die erste Masse und die zweite Masse derartig mit dem ersten Feder-Dämpfer-System gekoppelt, dass sich die zweite Masse beim Schwingen im bestimmungsgemässen Betrieb durch eine Bewegung in der zweiten Richtung von dem ersten Feder-Dämpfer-System vorübergehend abkoppeln und in abgekoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, bevor sie sich sodann nach einer Bewegungsrichtungsumkehr insbesondere schlagartig wieder an das ersten Feder-Dämpfer-System ankoppelt, während die erste Masse fest bzw. im bestimmungsgemässen Betrieb nicht-abkoppelbar mit dem ersten Feder-Dämpfer-System verbunden ist und dabei einen Teil dieser ersten Masse bildet.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die sinngemäss umgekehrte Kopplungssituation vorgesehen, d.h. die erste Masse wird vorübergehend von dem ersten Feder-Dämpfer-System abgekoppelt.
  • Je nach konstruktiver Ausbildung der Anordnung kann die eine oder die andere Variante vorteilhafter sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung übt die zweite Masse im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems über das erste Feder-Dämpfer-System eine statische Druckkraft auf die erste Masse aus. Dabei sind die erste Masse und die zweite Masse über das erste Feder-Dämpfer-System derartig miteinander gekoppelt, dass über das erste Feder-Dämpfer-System ausschliesslich Druckkräfte zwischen den beiden Massen übertragbar sind.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Anordnung übt im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems die zweite Masse über das erste Feder-Dämpfer-System eine statische Zugkraft auf die erste Masse aus. Dabei sind die erste und die zweite Masse über das erste Feder-Dämpfer-System derartig miteinander gekoppelt, dass über das erste Feder-Dämpfer-System ausschliesslich Zugkräfte zwischen den beiden Massen übertragbar sind.
  • Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Anordnung kann auch hier die eine oder die andere Variante vorteilhafter sein.
  • In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung verläuft die im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems von der zweiten Masse über das erste Feder-Dämpfer-System auf die erste Masse ausgeübte statische Kraft im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung. Derartige erfindungsgemässe Anordnungen eignen sich besonders für Bodenverdichtungsgeräte und Rammvorrichtungen.
  • Insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgemässen Anordnung in Bodenverdichtungsgeräten ist es weiter bevorzugt, dass die im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems von der zweiten Masse über das erste Feder-Dämpfer-System auf die erste Masse ausgeübte statische Kraft ganz oder zumindest teilweise durch die Gewichtskraft der zweiten Masse erzeugt wird.
  • Alternativ oder ergänzend ist es vorgesehen, dass die im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems von der zweiten Masse über das erste Feder-Dämpfer-System auf die erste Masse ausgeübte statische Kraft ganz oder zumindest teilweise durch eine an der zweiten Masse angreifende Kraft erzeugt wird. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen die erste Richtung schräg oder sogar horizontal verläuft, wie z.B. bei einer Verwendung der erfindungsgemässen Anordnung in einer horizontal orientierten Bohrmaschine zur Erzeugung einer pulsierenden Anpresskraft des Bohrers an die Bearbeitungsstelle, ist diese Ausführungsform vorteilhaft bis notwendig.
  • Dabei ist es in einer bevorzugten Variante vorgesehen, dass die an der zweiten Masse angreifende Kraft über ein oder mehrere Federelemente an der Masse angreift. Hierdurch kann bei derartigen Ausführungsformen das Schwingungsverhalten der zweiten Masse gezielt eingestellt werden.
  • Dabei ist es in einer bevorzugten Ausführungsform der letztgenannten Variante weiter vorgesehen, dass das oder die Federelemente mit der ersten Masse verbunden sind, so dass im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems über dieses oder diese Federelemente eine Kraft auf die erste Masse übertragen wird, welche in der zweiten Richtung wirkt.
  • In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung sind die erste Masse und die zweite Masse über ein weiteres Feder-Dämpfer-System miteinander gekoppelt. Bevorzugterweise ist die Federkonstante und/oder die Dämpfung dieses weiteren Feder-Dämpfer-Systems kleiner als die Federkonstante und/oder die Dämpfung des ersten Feder-Dämpfer-Systems.
  • Dabei ist es in einer ersten Variante dieser Ausführungsform der Anordnung weiter bevorzugt, das die erste Masse und die zweite Masse derartig über das weitere Feder-Dämpfer-System miteinander gekoppelt sind, dass zwischen dem weiteren Feder-Dämpfer-System und den beiden Massen Kräfte in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung übertragbar sind. Mit anderen Worten gesagt koppelt das weitere Feder-Dämpfer-System bei dieser Variante die beiden Massen also beidseitig, d.h. derartig, dass sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen den Massen übertragen werden können.
  • In einer zweiten Variante dieser Ausführungsform der Anordnung sind die erste Masse und die zweite Masse derartig über das weitere Feder-Dämpfer-System miteinander gekoppelt, dass über das weitere Feder-Dämpfer-System keine Kräfte von der zweiten Masse in der ersten Richtung auf die erste Masse übertragbar sind und keine Kräfte von der ersten Masse in der zweiten Richtung auf die zweite Masse übertragbar sind. Mit anderen Worten gesagt koppelt das weitere Feder-Dämpfer-System bei dieser zweiten Variante die beiden Massen also einseitig miteinander, derart, dass lediglich entweder Zug- oder Druckkräfte zwischen den Massen übertragen werden können. Dabei ist die Anordnung derartig ausgebildet, dass diese sogenannte "einseitige Ankopplung" der beiden Massen über das weitere Feder-Dämpfer-System im bestimmungsgemässen Betrieb bevorzugterweise periodisch durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse in der ersten Richtung vorübergehend aufgehoben werden kann und die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, bevor nach einer dabei vollführten Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse die Kopplung der beiden Massen über das weitere Feder-Dämpfer-System insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird.
  • Dabei ist es bei den zuvor genannten Ausführungen der Anordnung für den Fall, dass die im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems auf die erste Masse ausgeübte statische Kraft ganz oder teilweise über ein oder mehrere an der zweiten Masse angreifende Federelemente erzeugt wird, bevorzugt, dass dieses oder diese Federelemente Teil des weiteren Feder-Dämpfer-Systems sind.
  • In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung eine dritte Masse auf, welche mit der ersten Masse über ein zweites Feder-Dämpfer-System zu einem zweiten schwingfähigen System gekoppelt ist und/oder welche mit der zweiten Masse über ein drittes Feder-Dämpfer-System zu einem dritten schwingfähigen System gekoppelt ist. Je nach Konfiguration und Abstimmung der Massen und Feder-Dämpfer-Systeme der Anordnung sowie der Anregung derselben mittels des Unwuchterregers kann diese dritte Masse z.B. als "Ruhepol" dienen, der praktisch keine Schwingbewegung macht und sich zur Anordnung von Antriebsmotoren, Steuerungen und Bedienelementen eignet und bei vertikaler Orientierung der ersten Richtung zusätzlich eine Auflast in dieser Richtung bildet, oder kann auch als "Tilgermasse" dienen, welche insbesondere gleichphasig mit der ersten Masse schwingt, insbesondere mit der Schwingfrequenz der ersten Masse oder mit der halben oder einem Drittel der Schwingfrequenz des ersten Masse, und dadurch zusätzlich einen Teil zu der pulsierenden Druckkraft in der ersten Richtung beisteuert.
  • Dabei ist es bei einer bevorzugten Variante vorgesehen, dass die dritte Masse und die erste Masse über ein zweites Feder-Dämpfer-System derartig miteinander gekoppelt sind, dass zwischen dem zweiten Feder-Dämpfer-System und diesen beiden Massen sowohl Kräfte in der ersten Richtung als auch in der zweiten Richtung übertragbar sind. Mit anderen Worten gesagt koppelt das zweite Feder-Dämpfer-System bei dieser Variante diese beiden Massen also beidseitig aneinander an, d.h. derart, dass sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen diesen Massen übertragen werden können.
  • Alternativ oder ergänzend ist es vorgesehen, dass die dritte Masse und die zweite Masse über ein drittes Feder-Dämpfer-System auf die zuvor beschriebene Weise miteinander gekoppelt sind.
  • Dabei ist bei einer ersten bevorzugten Variante die Koppelung der dritten Masse und der zweiten Masse derart, dass zwischen dem dritten Feder-Dämpfer-System und diesen beiden Massen sowohl Kräfte in der ersten Richtung als auch in der zweiten Richtung übertragbar sind, diese beiden Massen also beidseitig gekoppelt sind, so dass sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen diesen Massen übertragen werden können.
  • In einer zweiten bevorzugten Variante sind die dritte Masse und die zweite Masse derart über das dritte Feder-Dämpfer-System miteinander gekoppelt, dass über das dritte Feder-Dämpfer-System keine Kräfte von der zweiten Masse in der ersten Richtung auf die dritte Masse übertragbar sind und keine Kräfte von der dritten Masse in der zweiten Richtung auf die zweite Masse übertragbar sind. Mit anderen Worten gesagt koppelt das dritte Feder-Dämpfer-System bei dieser Variante diese beiden Massen also einseitig miteinander, derart, dass lediglich entweder Zug- oder Druckkräfte zwischen diesen Massen übertragen werden können. Dabei ist die Anordnung derartig ausgestaltet, dass diese sogenannte "einseitige Ankopplung" der beiden Massen über das dritte Feder-Dämpfer-System im bestimmungsgemässen Betrieb bevorzugterweise periodisch durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse in der ersten Richtung vorübergehend aufgehoben werden kann und die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, bevor nach einer dabei vollführten Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse die Kopplung der beiden Massen über das dritte Feder-Dämpfer-System insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird.
  • Bevorzugterweise sind die schwingfähigen Systeme der erfindungsgemässen Anordnung derartig eingestellt oder einstellbar, dass im bestimmungsgemässen Betrieb der Anordnung bei bevorzugterweise resonant schwingendem ersten schwingfähigen System (erste Masse, erstes Feder-Dämpfer-System, zweite Masse) die zweite Masse gleichphasig mit der ersten Masse schwingt, insbesondere mit der Schwingfrequenz der ersten Masse oder mit der halben oder einem Drittel der Schwingfrequenz des ersten Masse. Hierdurch lassen sich besonders grosse pulsierende Druckkräfte erzeugen.
  • Auch ist es bei bevorzugten Ausführungsformen der Anordnung, bei denen die Anordnung eine dritte Masse aufweist, welche mit der ersten Masse über ein zweites Feder-Dämpfer-System zu einem zweiten schwingfähigen System gekoppelt ist und/oder welche mit der zweiten Masse über ein drittes Feder-Dämpfer-System zu einem dritten schwingfähigen System gekoppelt ist, vorgesehen, dass die schwingfähigen Systeme der Anordnung derartig eingestellt oder einstellbar sind, dass im bestimmungsgemässen Betrieb der Anordnung bei bevorzugterweise resonant schwingendem ersten schwingfähigen System (erste Masse, erstes Feder-Dämpfer-System, zweite Masse) die dritte Masse im Wesentlichen keine Schwingbewegung vollführt. Hierdurch kann die dritte Masse z.B. als "Ruhepol" dienen und eignet sich zur Anordnung von Antriebsmotoren, Steuerungen und Bedienelementen daran.
  • Der Unwuchterreger der erfindungsgemässen Anordnung, welcher bevorzugterweise als Richtschwinger oder als Kreisschwinger ausgebildet ist, bildet mit Vorteil einen Teil der ersten Masse oder einen Teil der zweiten Masse und regt diese Masse im bestimmungsgemässen Betrieb zu Schwingungen an. Mit der letztgenannten Ausführungsvariante der Anordnung lassen sich besonders grosse pulsierende Druckkräfte erzeugen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung ist die anspruchsgemässe zweite Masse von mehreren Teilmassen gebildet, bevorzugterweise von genau zwei Teilmassen, welche mit Vorteil gleich schwer sind. Diese Teilmassen sind jeweils über ein eigenes anspruchsgemässes erstes Feder-Dämpfer-System mit der ersten Masse zu einem eigenen anspruchsgemässen ersten schwingfähigen System gekoppelt.
  • Die von der ersten Masse bereitgestellte Kontaktfläche zur Übertragung der pulsierenden Druckkraft auf eine Körperlichkeit ist bevorzugterweise die Aussenfläche der Bandage einer Walze, die Unterseite der Bodenplatte einer Vibrationsplatte, die Arbeitsfläche eines Meissel- oder Bohrwerkzeugs oder die Kontaktfläche der Vibrationsbohle eines Strassenfertigers.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen die von der ersten Masse bereitgestellte Kontaktfläche zur Übertragung der pulsierenden Druckkraft auf eine Körperlichkeit die Aussenfläche der Bandage einer Walze ist, ist es weiter bevorzugt, dass die zweite Masse von einem oder mehreren ringförmigen Gewichten gebildet ist oder solche umfasst, welche innerhalb der Bandage angeordnet sind und darin eine Schwingbewegung in einer Richtung quer zur Längsachse der Bandage vollführen können.
  • Insbesondere für den Fall, dass die Unwuchtwelle des Unwuchterregers das oder die ringförmigen Gewichte durchsetzt, werden extrem kompakte erfindungsgemässe Anordnungen möglich.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Bodenverdichtungsvorrichtung umfassend eine Anordnung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung, und zwar bevorzugterweise eine Vibrationsplatte oder Walze, bevorzugterweise mit ein oder zwei vibrationserregten Bandagen.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der Bodenverdichtungsvorrichtung gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung zur Verdichtung von Asphalt. Bei derartigen Verwendungen der Vorrichtungen treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage.
  • Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer Bodenverdichtungsvorrichtung gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung. Dabei wird die Kontaktfläche der ersten Masse, z.B. die Unterseite der Bodenplatte einer mit der erfindungsgemässen Anordnung ausgerüsteten Vibrationsplatte oder die Bohrerspitze eines mit der erfindungsgemässen Anordnung ausgerüsteten Bohrhammers, mit einer Körperlichkeit in Kontakt gebracht, z.B. mit einer zu verdichtenden Bodenfläche oder einer mit einer Bohrung zu versehenden Gebäudewand. Bei mit der Körperlichkeit in Kontakt stehender Kontaktfläche wird das erste schwingfähige System mit dem Unwuchterreger derartig zum Schwingen angeregt wird, dass die Kopplung der beiden Massen über das erste Feder-Dämpfer-System durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse in der zweiten Richtung, bevorzugterweise in regelmässigen Intervallen (periodisch), vorübergehend aufgehoben wird, die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführt, und die Kopplung der beiden Massen über das erste Feder-Dämpfer-System sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird.
  • Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich besonders grosse pulsierende Druckkräfte in die zu bearbeitende Körperlichkeit einleiten, und im Falle des Betriebs von Bodenverdichtungsgeräten im Auflastbetrieb (permanenter Bodenkontakt) Bodenverdichtungskräfte erzielen, die kurzzeitig deutlich grösser als das 2-Fache des Maschinengewichts sind.
  • Bevorzugterweise wird die Kontaktfläche der ersten Masse während dem Einwirken auf die Körperlichkeit ununterbrochen in Kontakt mit der Körperlichkeit gehalten. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere bei der Verdichtung von Asphalt von herausragender Bedeutung, da ein Springen der Kontaktfläche der Verdichtungsvorrichtung zu einer Zertrümmerung des Mineralmaterials in der Asphaltoberfläche führen würde, was unbedingt zu vermeiden ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die schwingfähigen Systeme der Anordnung derartig zu Schwingungen angeregt, dass die zweite Masse gleichphasig mit der ersten Masse schwingt, bevorzugterweise mit der Schwingfrequenz der ersten Masse oder mit der halben oder mit einem Drittel der Schwingfrequenz der ersten Masse. Hierdurch lassen sich besonders grosse pulsierende Druckkräfte erzeugen.
  • In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine erfindungsgemässe Anordnung verwendet, welche eine dritte Masse aufweist, und es werden die schwingfähigen Systeme der Anordnung derartig zu Schwingungen angeregt, dass die dritte Masse im Wesentlichen keine Schwingbewegung vollführt.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
    • die Figuren 1a und 1b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer ersten erfindungsgemässen Anordnung;
    • die Figuren 2a und 2b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer zweiten erfindungsgemässen Anordnung;
    • die Figuren 3a und 3b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer dritten erfindungsgemässen Anordnung;
    • die Figuren 4a und 4b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer vierten erfindungsgemässen Anordnung;
    • die Figuren 5a und 5b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer fünften erfindungsgemässen Anordnung;
    • Fig. 5c das schwingungstechnische Modell einer Subvariante der in Fig. 5a dargestellten Variante;
    • die Figuren 6a und 6b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer sechsten erfindungsgemässen Anordnung;
    • die Figuren 7a und 7b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer siebten erfindungsgemässen Anordnung;
    • die Figuren 8a und 8b die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer achten erfindungsgemässen Anordnung;
    • Fig. 9 das schwingungstechnische Modell einer neunten erfindungsgemässen Anordnung;
    • Fig. 10 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Tandemwalze zur Asphaltverdichtung;
    • Fig. 11 einen Schnitt durch die vordere Bandage der Tandemwalze aus Fig. 10 entlang der Linie A-A;
    • Fig. 12 eine Darstellung wie Fig. 11 einer Ausführungsvariante der Bandage; und
    • Fig. 13 eine Darstellung wie Fig. 11 einer weiteren Ausführungsvariante der Bandage.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Figuren 1a und 1b zeigen die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer ersten erfindungsgemässen Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft, welche Teil einer vibrationserregten Walze zur Bodenverdichtung ist.
  • Wie zu erkennen ist, umfasst diese Anordnung eine erste Masse 1, welche eine Kontaktfläche 2 in Form der Aussenfläche der Bandage der Walze zur Übertragung der pulsierenden Druckkraft auf die zu verdichtende Bodenfläche 3 bereitstellt. Weiter umfasst die Anordnung eine zweite Masse 4, welche über ein Feder-Dämpfer-System 5, 6 (anspruchsgemässes erstes Feder-Dämpfer-System) mit der ersten Masse 1 zu einem schwingfähigen System 1, 4, 5, 6 gekoppelt ist (anspruchsgemässes erstes schwingfähiges System).
  • Auch umfasst die Anordnung einen Unwuchterreger 7, mittels welchem dieses schwingfähige System 1, 4, 5, 6 zu Schwingungen angeregt werden kann. Im statischen Zustand dieses Systems 1, 4, 5, 6 übt die zweite Masse 4 infolge ihrer Gewichtskraft über das Feder-Dämpfer-System 5, 6 eine statische Kraft in der Richtung S1 (anspruchsgemässe erste Richtung) auf die erste Masse aus, welche im vorliegenden Fall identisch mit der Schwerkraftrichtung ist.
  • Dabei sind die erste Masse 1 und die zweite Masse 4 derartig über das Feder-Dämpfer-System 5, 6 miteinander gekoppelt, dass über dieses System 5, 6 im bestimmungsgemässen Betrieb keine Kräfte von der ersten Masse 1 in der Richtung S1 auf die zweite Masse 4 übertragen werden können und keine Kräfte von der zweiten Masse 4 in einer Richtung S2 (anspruchsgemässe zweite Richtung), welche entgegengesetzt zur Richtung S1 ist, auf die erste Masse 1 übertragen werden können.
  • Im vorliegenden Fall übt also die zweite Masse 4 im statischen Zustand des Systems 1, 4, 5, 6 über das Feder-Dämpfer-System 5, 6 eine statische Druckkraft in Schwerkraftrichtung auf die erste Masse 1 aus und die Kopplung ist derart, dass über das Feder-Dämpfer-System 5, 6 ausschliesslich Druckkräfte zwischen den beiden Massen 1, 4 übertragen werden können.
  • Die hier modellhaft dargestellte Anordnung ist dabei weiter derartig ausgestaltet, dass die Kopplung der beiden Massen 1, 4 über das Feder-Dämpfer-System 5, 6 im bestimmungsgemässen Betrieb periodisch durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse 4 in der Richtung S2, d.h. entgegen der Schwerkraftrichtung, vorübergehend aufgehoben werden kann, die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, und die Kopplung über das Feder-Dämpfer-System 5, 6 sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse 4 wieder hergestellt wird. Im vorliegenden Fall erfolgt die vorübergehende Aufhebung der Kopplung der beiden Massen 1, 4 über das Feder-Dämpfer-System 5, 6 durch eine vorübergehende Abkopplung der zweiten Masse 4 von dem Feder-Dämpfer-System 5, 6. Diese Kopplungssituation ist in den Figuren durch den Abstand zwischen dem Feder-Dämpfer-System 5, 6 und der zweiten Masse 4 angedeutet.
  • Die Varianten gemäss den Figuren 1a und 1b unterscheiden sich lediglich darin, dass bei erstgenannter Variante der Unwuchterreger 7 Teil der ersten Masse 1 ist und diese im bestimmungsgemässen Betrieb zu Schwingungen anregt, während er bei der letztgenannten Variante Teil der zweiten Masse 4 ist diese im bestimmungsgemässen Betrieb zu Schwingungen anregt. Dies ist auch der einzige Unterschied zwischen den im Folgenden jeweils mit "a" und "b" gekennzeichneten Varianten der verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Anordnung.
  • Die Figuren 2a und 2b zeigen die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer zweiten erfindungsgemässen Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft, welche sich von der in den Figuren 1a und 1b dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass die erste Masse 1 und die zweite Masse 4 zusätzlich über ein weiteres Feder-Dämpfer-System 8, 9 miteinander gekoppelt sind, dessen Federkonstante und Dämpfung kleiner ist als die Federkonstante und Dämpfung des ersten Feder-Dämpfer-Systems 5, 6.
  • Dabei sind im vorliegenden Fall die erste Masse 1 und die zweite Masse 4 derartig über dieses weitere Feder-Dämpfer-System 8, 9 miteinander gekoppelt, dass zwischen diesem Feder-Dämpfer-System 8, 9 und den beiden Massen 1, 4 Kräfte in den beiden Richtungen S1, S2 übertragbar sind.
  • Die Figuren 3a und 3b zeigen die schwingungstechnischen Modelle zweier Varianten einer dritten erfindungsgemässen Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft, welche sich von der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass hier die erste Masse 1 und die zweite Masse 4 derartig über das weitere Feder-Dämpfer-System 8, 9 miteinander gekoppelt sind, dass über dieses Feder-Dämpfer-System 8, 9 im bestimmungsgemässen Betrieb keine Kräfte von der zweiten Masse 4 in der Richtung S1, d.h. in Schwerkraftrichtung, auf die erste Masse 1 übertragen werden können und von der ersten Masse 1 keine Kräfte in der Richtung S2, d.h. entgegen der Schwerkraftrichtung, auf die zweite Masse 4 übertragen werden können.
  • Die Anordnung ist dabei zudem derartig ausgestaltet, dass die Kopplung der beiden Massen 1, 4 über das weitere Feder-Dämpfer-System 8, 9 im bestimmungsgemässen Betrieb periodisch durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse 4 in der Richtung S1, d.h. in Schwerkraftrichtung, vorübergehend aufgehoben werden kann, die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, und die Kopplung der beiden Massen 1, 4 über dieses weitere Feder-Dämpfer-System 8, 9 sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse 4, d.h. bei der anschliessenden Aufwärtsbewegung der zweiten Masse 4, wieder hergestellt wird.
  • Die im Folgenden diskutierten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Anordnung gemäss den Figuren 4a, 4b, 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b und 9 unterscheiden sich von den vorgängig diskutierten Ausführungsformen gemäss den Figuren 1a, 1b, 2a, 2b, 3a und 3b grundsätzlich einmal dadurch, dass sie eine dritte Masse 10 aufweisen.
  • Die vierte erfindungsgemässe Anordnung gemäss den Figuren 4a und 4b weist den Grundaufbau der in den Figuren 1a und 1b dargestellten Ausführungsform auf, wobei hier die dritte Masse 10 mit der zweiten Masse 4 über ein Feder-Dämpfer-System 8a, 9a (anspruchsgemässes drittes Feder-Dämpfer-System) zu einem zusätzlichen schwingfähigen System 4, 10, 8a, 9a (anspruchsgemässes drittes schwingfähigen System) gekoppelt ist. Dabei ist die Kopplung derartig ausgeführt, dass zwischen diesem Feder-Dämpfer-System 8a, 9a und den beiden Massen 10, 4 Kräfte in den beiden Richtungen S1, S2, d.h. sowohl in Schwerkraftrichtung als auch entgegen der Schwerkraftrichtung, übertragbar sind. Es können also über dieses Feder-Dämpfer-System 8a, 9a sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen der zweiten Masse 4 und der dritten Masse 10 übertragen werden.
  • Die fünfte erfindungsgemässe Anordnung gemäss den Figuren 5a und 5b weist ebenfalls den Grundaufbau der in den Figuren 1a und 1b dargestellten Ausführungsform auf, wobei hier die dritte Masse 10 mit der ersten Masse 1 über ein Feder-Dämpfer-System 11, 12 (anspruchsgemässes zweites Feder-Dämpfer-System) zu einem zusätzlichen schwingfähigen System 1, 10, 11, 12 (anspruchsgemässes zweites schwingfähigen System) gekoppelt ist. Dabei ist die Kopplung derartig ausgeführt, dass zwischen diesem Feder-Dämpfer-System 11, 12 und den beiden Massen 1, 10 Kräfte in beiden Richtungen S1, S2, d.h. in Schwerkraftrichtung als auch entgegen der Schwerkraftrichtung, übertragbar sind. Es können also über dieses Feder-Dämpfer-System 11, 12 sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen der ersten Masse 1 und der dritten Masse 10 übertragen werden.
  • Fig. 5c zeigt das schwingungstechnische Modell einer Subvariante zu der in Fig. 5a dargestellten Anordnungsvariante. Wie zu erkennen ist, unterscheidet sich diese lediglich dadurch von der Anordnung gemäss Fig. 5a, dass die zweite Masse 4 hier aufgeteilt ist in zwei Teilmassen 4a, 4b, welche jeweils über ein eigenes Feder-Dämpfer-System 5, 6 mit der ersten Masse 1 zu einem schwingfähigen System 1, 4a, 5, 6 bzw. 1, 4b, 5, 6 gekoppelt sind.
  • Die sechste erfindungsgemässe Anordnung gemäss den Figuren 6a und 6b weist den Grundaufbau der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsform auf, wobei hier die dritte Masse 10 mit der ersten Masse 1 über ein Feder-Dämpfer-System 11, 12 (anspruchsgemässes zweites Feder-Dämpfer-System) zu einem zusätzlichen schwingfähigen System 1, 10, 11, 12 (anspruchsgemässes zweites schwingfähigen System) gekoppelt ist. Dabei ist die Kopplung derartig ausgeführt, dass zwischen diesem Feder-Dämpfer-System 11, 12 und den beiden Massen 1, 10 Kräfte in beiden Richtungen S1, S2, d.h. sowohl in Schwerkraftrichtung als auch entgegen der Schwerkraftrichtung, übertragbar sind. Es können also über dieses Feder-Dämpfer-System 11, 12 sowohl Zug- als auch Drucckräfte zwischen der ersten Masse 1 und der dritten Masse 10 übertragen werden.
  • Die siebte erfindungsgemässe Anordnung gemäss den Figuren 7a und 7b unterscheidet sich von der in den Figuren 6a und 6b dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass hier die dritte Masse 10 zusätzlich, wie bei der in den Figuren 4a und 4b dargestellten Ausführungsform, mit der zweiten Masse 4 über ein Feder-Dämpfer-System 8a, 9a (anspruchsgemässes drittes Feder-Dämpfer-System) zu einem zusätzlichen schwingfähigen System 4, 10, 8a, 9a (anspruchsgemässes drittes schwingfähigen System) gekoppelt ist. Die Kopplung ist derartig ausgeführt, dass zwischen diesem Feder-Dämpfer-System 8a, 9a und den beiden Massen 10, 4 Kräfte in beiden Richtungen S1, S2, d.h. sowohl in Schwerkraftrichtung als auch entgegen der Schwerkraftrichtung, übertragbar sind. Es können also über dieses Feder-Dämpfer-System 8a, 9a sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen der zweiten Masse 4 und der dritten Masse 10 übertragen werden.
  • Die achte erfindungsgemässe Anordnung gemäss den Figuren 8a und 8b unterscheidet sich von der in den Figuren 7a und 7b dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass hier die Kopplung der dritten Masse 10 und der zweiten Masse 4 über das Feder-Dämpfer-System 8a, 9a derartig realisiert ist, dass über dieses Feder-Dämpfer-System 8a, 9a im bestimmungsgemässen Betrieb keine Kräfte von der zweiten Masse 4 in der Richtung S1, d.h. in Schwerkraftrichtung, auf die dritte Masse 10 übertragen werden können und von der dritten Masse 10 keine Kräfte in der Richtung S2, d.h. in Richtung entgegen der Schwerkraftrichtung, auf die zweite Masse 4 übertragen werden können. Die Anordnung ist weiter derartig ausgebildet, dass diese Kopplung der beiden Massen 4, 10 über das Feder-Dämpfer-System 8a, 9a im bestimmungsgemässen Betrieb periodisch durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse 4 in der Richtung S1, d.h. in Schwerkraftrichtung, vorübergehend aufgehoben werden kann, die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, und die Kopplung der beiden Massen 4, 10 über das Feder-Dämpfer-System 8a, 9a sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse 4, d.h. bei deren anschliessender Bewegung in der Richtung S2 entgegen der Schwerkraftrichtung, wieder hergestellt wird.
  • Fig. 9 zeigt das schwingungstechnische Modell einer neunten erfindungsgemässen Anordnung, deren Grundaufbau der in der Fig. 4b dargestellten Ausführungsform der Anordnung entspricht. Die hier dargestellte Anordnung ist jedoch Teil eines Bohrhammers. Entsprechend besteht die Kontaktfläche 2, welche die erste Masse 1 hier zur Verfügung stellt, aus der Spitze 2 eines Bohrers 14, mit welchem ein Loch in eine Gebäudewand 13, z.B. aus Backstein, gebohrt wird. Wie zu erkennen ist, verlaufen hier die beiden Richtungen S1 und S2 horizontal, weshalb die Gewichtskräfte der Massen 4, 10 keine Ankopplungs- bzw. Rückstellkräfte erzeugen und eine von aussen an der dritten Masse 10 angreifende und in Richtung S1, d.h. in Richtung auf die Gebäudewand zu, wirkende Druckkraft F erforderlich ist, um die Ankopplung der zweiten Masse 4 an das Feder-Dämpfer-System 5, 6 sicherzustellen. Diese Druckkraft F wird von dem Bediener des Bohrhammers erzeugt.
  • Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Tandemwalze mit einem Betriebsgewicht von ca. 4.5 t. Die Walze weist zwei vibrationserregte Bandagen 1 mit glatten Aussenflächen 2 auf, welche jeweils einen Aussendurchmesser von 85 cm haben.
  • Wie in Zusammenschau mit Fig. 11 erkennbar ist, welche einen Vertikalschnitt durch die vordere Bandage 1 der Tandemwalze entlang der Linie A-A in Fig. 10 zeigt, bildet jede Bandage 1 zusammen mit einem in ihrem Zentrum angeordneten Unwuchterreger 7, mit zwei jeweils im Bereich eines der Bandagenenden in der Bandage 1 vertikal frei beweglich angeordneten Zusatzmassenringen 4a, 4b und mit dem an die Bandage 1 angekoppelten Walzenchassis 10 eine erfindungsgemässe Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft gemäss dem in Fig. 5c dargestellten schwingungstechnischen Modell.
  • Dabei ist die Bandage 1 jeweils in dem Bereich, welcher die Zusatzmassenringe 4a, 4b umgibt, auf ihrer Innenseite mit einer 1 cm dicken Matte aus Polyurethan 5, 6 mit einer Dichte von ca. 1.25 g/cm3 ausgekleidet (aufgeklebt). Die Matten 5, 6 bilden jeweils ein anspruchsgemässes erstes Feder-Dämpfer-System zur schwingfähigen Ankopplung des jeweiligen Zusatzmassenrings 4a bzw. 4b an die Bandage 1. Die Zusatzmassenringe 4a, 4b liegen mit ihrer Gewichtskraft in Schwerkraftrichtung S1 auf diesen Matten 5, 6 auf und sind so über die Polyurethanmatten 5, 6 einseitig an die Bandage 1 angekoppelt. Die Bandage 1 mit Unwuchterreger 7 (anspruchsgemässe erste Masse) weist ein Gewicht von etwa 750 kg auf. Die Zusatzmassenringe 4a, 4b (anspruchsgemässe zweite Masse) weisen jeweils ein Grundgewicht von 100 kg auf und sind mit daran befestigbaren Zusatzgewichten in 7,5 kg Schritten bis auf ein Gewicht von jeweils 160 kg auflastbar.
  • Der Unwuchterreger 7 umfasst eine einzelne Unwuchtwelle 21 (Kreisschwinger) mit einer festen Unwucht von etwa 0.05 kgm, welche in zwei vertikalen Wänden 15a, 15b in der Bandage 1 gelagert ist und über einen Hydraulikmotor 16 rotierend angetrieben werden kann.
  • Das Walzenchassis 10 (anspruchsgemässe dritte Masse) stützt sich mit einer Gewichtskraft von etwa 1100 Kg über zwei Arme 17a, 17b, welche seitlich in die Enden den Bandage 1 eintreten, auf der Bandage 1 ab, welche gegenüber dem Chassis 10 rotierbar um eine horizontale Achse herum gelagert ist. Dabei ist das Walzenchassis 10 über Gummi-Schwingungsdämpfer 11, 12, welche ein anspruchsgemässes zweites Feder-Dämpfer-System bilden, an die Bandage 1 angekoppelt, derart, dass das Walzenchassis 10 im Wesentlichen schwingungsmässig von der Bandage 1 entkoppelt ist. Auf der in Fig. 11 gezeigten linken Seite der Bandage 1 erfolgt die Lagerung über ein Wälzlager 18, welches starr mit der Bandage 1 verbunden ist, und auf der rechten Seite über eine von einem Bandagenantriebsmotor 19 gebildete Lagereinheit 20, welche starr mit dem rechten Arm 17a des Walzenchassis 10 verbunden ist.
  • Im bestimmungsgemässen Betrieb wird die Unwuchtwelle 21 mit dem Hydraulikmotor 16 in Rotation versetzt und erzeugt dann pulsierende Erregerkräfte mit einer gewünschten Anregungsfrequenz (typischerweise im Bereich zwischen 40 Hz und 100 Hz). Hierdurch wird die Bandage 1 zu entsprechenden Schwingungen angeregt und die in vertikaler Richtung frei beweglichen Zusatzmassenringe 4a, 4b, welche durch ihr schwerkraftbedingtes Aufliegen auf den Polyurethanmatten 5, 6 schwingfähig an die Bandage 1 angekoppelt sind, beginnen ebenfalls zu schwingen. Dabei wird die Drehfrequenz der Unwuchtwelle 21 (Anregungsfrequenz) und eine allfällige Auflastung der Zusatzmassenringe 4a, 4b mit Zusatzgewichten derartig gewählt, dass die Zusatzmassenringe 4a, 4b periodisch in einer Richtung S2 entgegen der Schwerkraftrichtung S1 vorübergehend von den Polyurethanmatten 5, 6 abheben, in diesem entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs in dieser Richtung S2 vollführen, und sodann, nach einer Richtungsumkehr sich wieder in Schwerkraftrichtung S1 bewegen und wieder auf die Polyurethanmatten 5, 6 auftreffen. Die Aussenfläche 2 der Bandage 1 bleibt dabei permanent in Kontakt mit dem zu verdichtenden Untergrund.
  • Je nach Beschaffenheit (Federsteifigkeit/- Dämpfung) des zu verdichtenden Untergrunds können die Drehfrequenz und eine allfällige Auflastung mit Zusatzgewichten stark variieren, um diesen Betriebszustand zu erzeugen.
  • Fig. 12 zeigt einen Vertikalschnitt wie Fig. 11 durch eine Ausführungsvariante, welche sich von der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass an Stelle der zwei in den Endbereichen der Bandage 1 angeordneten zwei Zusatzmassenringen 4a, 4b im Zentrum der Bandage 1 ein einziger Zusatzmassenring 4 (anspruchsgemässe zweite Masse) angeordnet ist, welcher in der Bandage 1 vertikal frei beweglich ist und von der Unwuchtwelle 21 des Unwuchterregers 7 durchsetzt ist. Das schwingungstechnische Modell dieser Ausführungsvariante ist in Fig. 5a dargestellt. Auch hier ist die Trommel der Bandage 1 in dem Bereich, welcher diesen Zusatzmassenring 4 umgibt, auf ihrer Innenseite mit einer Matte aus Polyurethan 5, 6 ausgekleidet, welche ein anspruchsgemässes erstes Feder-Dämpfer-System zur schwingfähigen Ankopplung des Zusatzmassenrings 4 an die Bandage 1 bildet. Der Zusatzmassenring 4 liegt mit seiner Gewichtskraft in Schwerkraftrichtung S1 auf dieser Matte 5, 6 auf und ist so über die Polyurethanmatte 5, 6 einseitig an die Bandage 1 angekoppelt.
  • Im bestimmungsgemässen Betrieb wird die Unwuchtwelle 21 mit dem Hydraulikmotor 16 in Rotation versetzt und die Bandage 1 und der Zusatzmassenring 4 dadurch derartig in Schwingungen versetzt, dass der Zusatzmassenring 4 periodisch in Richtung S2 entgegen der Schwerkraftrichtung S1 vorübergehend von der Polyurethanmatte 5, 6 abhebt, in diesem entkoppelten Zustand einen Teil seines Schwingwegs in dieser Richtung S2 vollführt, und sodann, nach einer Richtungsumkehr sich wieder in Schwerkraftrichtung S1 bewegt und wieder auf die Polyurethanmatte 5, 6 auftrifft.
  • Die Aussenfläche 2 der Bandage 1 bleibt dabei permanent in Kontakt mit dem zu verdichtenden Untergrund.
  • Je nach Beschaffenheit (Federsteifigkeit/- Dämpfung) des zu verdichtenden Untergrunds kann die Drehfrequenz der Unwuchtwelle stark variieren, um diesen Betriebszustand zu erzeugen.
  • Fig. 13 zeigt einen Vertikalschnitt wie Fig. 11 durch eine weitere Ausführungsvariante, welche sich von der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass der Zusatzmassenring 4 über endseitige Stirnwände 22a, 22b verfügt und die Unwuchtwelle 21 nicht in den beiden vertikalen Wänden 15a, 15b in der Bandage 1 gelagert ist, sondern in diesen Stirnwänden 22a, 22b des Zusatzmassenringes 4. Die rotatorische Ankopplung der Unwuchtwelle 21 an den Hydraulikmotor 16 ist über eine Kardanwelle 23 realisiert, derart, dass die freie vertikale Beweglichkeit des Zusatzmassenrings 4 durch diese Ankopplung nicht behindert wird. Das schwingungstechnische Modell dieser Ausführungsvariante ist in Fig. 5b dargestellt. Wie zu ersichtlich ist, bildet die Unwuchtwelle 21 hier zusammen mit dem Zusatzmassenring 4 die anspruchsgemässe zweite Masse.
  • Im bestimmungsgemässen Betrieb wird die Unwuchtwelle 21 mit dem Hydraulikmotor 16 in Rotation versetzt und der Zusatzmassenring 4 und die Bandage 1 werden dadurch derartig in Schwingungen versetzt, dass der Zusatzmassenring 4 mit der darin gelagerten Unwuchtwelle 21 periodisch in Richtung S2 entgegen der Schwerkraftrichtung S1 vorübergehend von der Polyurethanmatte 5, 6 abhebt, in diesem entkoppelten Zustand einen Teil seines Schwingwegs in dieser Richtung S2 vollführt, und sodann, nach einer Richtungsumkehr sich wieder in Schwerkraftrichtung S1 bewegt und wieder auf die Polyurethanmatte 5, 6 auftrifft.
  • Die Aussenfläche 2 der Bandage 1 bleibt dabei permanent in Kontakt mit dem zu verdichtenden Untergrund.
  • Je nach Beschaffenheit (Federsteifigkeit/- Dämpfung) des zu verdichtenden Untergrunds kann auch hier die Drehfrequenz der Unwuchtwelle 21 stark variieren, um diesen Betriebszustand zu erzeugen.

Claims (33)

  1. Anordnung zur Bereitstellung einer pulsierenden Druckkraft, umfassend:
    a) eine erste Masse (1), welche eine Kontaktfläche (2) zur Übertragung der pulsierenden Drucckraft auf eine Körperlichkeit (3, 13), insbesondere auf eine zu verdichtende Bodenfläche (3), bereitstellt;
    b) eine zweite Masse (4);
    c) ein erstes Feder-Dämpfer-System (5, 6), über welches die erste Masse (1) und die zweiten Masse (4) zu einem ersten schwingfähigen System (1, 4, 5, 6) miteinander gekoppelt sind;
    d) einen Unwuchterreger (7), mittels welchem dieses erste schwingfähige System (1, 4, 5, 6) zu Schwingungen anregbar ist, insbesondere zu resonanten Schwingungen;
    wobei im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems (1, 4, 5, 6) die zweite Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) eine statische Kraft in einer ersten Richtung (S1) auf die erste Masse (1) ausübt, dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Masse (1) und die zweite Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) durch eine einseitige Ankopplung derartig miteinander gekoppelt sind, dass über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) im bestimmungsgemässen Betrieb von der ersten Masse (1) keine Kräfte in der ersten Richtung (S1) auf die zweite Masse (4) übertragbar sind und dass von der zweiten Masse (4) keine Kräfte in einer zweiten Richtung (S2), welche entgegengesetzt zur ersten Richtung (S1) ist, auf die erste Masse (1) übertragbar sind,
    und dass die Anordnung derartig ausgestaltet ist, dass die Kopplung der beiden Massen (1, 4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) im bestimmungsgemässen Betrieb, insbesondere periodisch, durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse (4) in der zweiten Richtung (S2) vorübergehend aufgehoben werden kann, dass die zweite Masse (4) dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, und dass die Kopplung der Massen (1, 4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse (4) insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Masse (1) und die zweite Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) derartig miteinander gekoppelt sind, dass sich die zweite Masse (4) beim Schwingen im bestimmungsgemässen Betrieb, insbesondere periodisch, durch eine Bewegung in der zweiten Richtung (S2) von dem ersten Feder-Dämpfer-System (5, 6) entkoppeln und in entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, und dass sich sodann nach einer Bewegungsrichtungsumkehr insbesondere schlagartig wieder an das ersten Feder-Dämpfer-System (5, 6) ankoppelt.
  3. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems (1, 4, 5, 6) die zweite Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) eine statische Druckkraft auf die erste Masse (1) ausübt, und wobei die erste Masse (1) und die zweite Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) derartig miteinander gekoppelt sind, dass über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) ausschliesslich Druckkräfte zwischen den beiden Massen (1, 4) übertragbar sind.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems die zweite Masse über das erste Feder-Dämpfer-System eine statische Zugkraft auf die erste Masse ausübt, und wobei die erste und die zweite Masse über das erste Feder-Dämpfer-System derartig miteinander gekoppelt sind, dass über das erste Feder-Dämpfer-System ausschliesslich Zugkräfte zwischen den beiden Massen übertragbar sind.
  5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems (1, 4, 5, 6) von der zweiten Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) auf die erste Masse (1) ausgeübte statische Kraft im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung verläuft.
  6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems (1, 4, 5, 6) von der zweiten Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) auf die erste Masse (1) ausgeübte statische Kraft teilweise oder ausschliesslich durch die Gewichtskraft der zweiten Masse (4) erzeugt wird.
  7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems (1, 4, 5, 6) von der zweiten Masse (4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) auf die erste Masse (1) ausgeübte statische Kraft teilweise oder ausschliesslich durch eine an der zweiten Masse (4) angreifende Kraft erzeugt wird.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei die an der zweiten Masse (4) angreifende Kraft über ein oder mehrere Federelemente (8; 8a) an der zweiten Masse (4) angreift.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei das oder die Federelemente (8) mit der ersten Masse (1) verbunden sind, derart, dass im statischen Zustand des ersten schwingfähigen Systems (1, 4, 5, 6) über dieses oder diese Federelemente (8) eine Kraft auf die erste Masse (1) übertragen wird, welche in der zweiten Richtung (S2) wirkt.
  10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Masse (1) und die zweite Masse (4) über ein weiteres Feder-Dämpfer-System (8, 9) miteinander gekoppelt sind, und insbesondere, wobei die Federkonstante und/oder die Dämpfung des weiteren Feder-Dämpfer-Systems (8, 9) kleiner ist als die Federkonstante und/oder die Dämpfung des ersten Feder-Dämpfer-Systems (5, 6).
  11. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die erste Masse (1) und die zweite Masse (4) derartig über das weitere Feder-Dämpfer-System (8, 9) miteinander gekoppelt sind, dass zwischen dem weiteren Feder-Dämpfer-System (8, 9) und den beiden Massen (1, 4) Kräfte in der ersten Richtung (S1) und in der zweiten Richtung (S2) übertragbar sind.
  12. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die erste Masse (1) und die zweite Masse (4) derartig über das weitere Feder-Dämpfer-System (8, 9) durch eine einseitige Ankopplung miteinander gekoppelt sind, dass über das weitere Feder-Dämpfer-System (8, 9) im bestimmungsgemässen Betrieb von der zweiten Masse (4) keine Kräfte in der ersten Richtung (S1) auf die erste Masse (1) übertragbar sind und von der ersten Masse (1) keine Kräfte in der zweiten Richtung (S2) auf die zweite Masse (4) übertragbar sind,
    und wobei die Anordnung derartig ausgestaltet ist, dass die Kopplung der beiden Massen (1, 4) über das weitere Feder-Dämpfer-System (8, 9) im bestimmungsgemässen Betrieb, insbesondere periodisch, durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse (4) in der ersten Richtung (S1) vorübergehend aufgehoben werden kann, dass die zweite Masse (4) dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, und dass die Kopplung der beiden Massen (1, 4) über das weitere Feder-Dämpfer-System (8, 9) sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse (4) insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird.
  13. Anordnung nach Anspruch 9 und nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das oder die Federelemente (8), über welche die Kraft an der zweiten Masse (4) angreift, Teil des weiteren Feder-Dämpfer-Systems (8, 9) sind.
  14. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung eine dritte Masse (10) aufweist, welche mit der ersten Masse (1) über ein zweites Feder-Dämpfer-System (11, 12) zu einem zweiten schwingfähigen System (1, 10, 11, 12) gekoppelt ist und/- oder welche mit der zweiten Masse (4) über ein drittes Feder-Dämpfer-System (8a, 9a) zu einem dritten schwingfähigen System (4, 10, 8a, 9a) gekoppelt ist.
  15. Anordnung nach Anspruch 14, wobei die dritte Masse (10) und die erste Masse (1) über ein zweites Feder-Dämpfer-System (11, 12) derartig miteinander gekoppelt sind, dass zwischen dem zweiten Feder-Dämpfer-System (11, 12) und den beiden Massen (10, 1) Kräfte in der ersten Richtung (S1) und in der zweiten Richtung (S2) übertragbar sind.
  16. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei die dritte Masse (10) und die zweite Masse (4) über ein drittes Feder-Dämpfer-System (8a, 9a) derartig miteinander gekoppelt sind, dass zwischen dem dritten Feder-Dämpfer-System (8a, 9a) und den beiden Massen (10, 4) Kräfte in der ersten Richtung (S1) und in der zweiten Richtung (S2) übertragbar sind.
  17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei die dritte Masse (10) und die zweite Masse (4) über ein drittes Feder-Dämpfer-System (8a, 9a) durch eine einseitige Ankopplung derartig miteinander gekoppelt sind, dass über das dritte Feder-Dämpfer-System (8a, 9a) im bestimmungsgemässen Betrieb von der zweiten Masse (4) keine Kräfte in der ersten Richtung (S1) auf die dritte Masse (10) übertragbar sind und dass von der dritten Masse (10) keine Kräfte in der zweiten Richtung (S2) auf die zweite Masse (4) übertragbar sind,
    und wobei die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass die Kopplung der beiden Massen (4, 10) über das dritte Feder-Dämpfer-System (8a, 9a) im bestimmungsgemässen Betrieb, insbesondere periodisch, durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse (4) in der ersten Richtung (S1) vorübergehend aufgehoben werden kann, dass die zweite Masse (4) dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführen kann, und dass die Kopplung der beiden Massen (4, 10) über das dritte Feder-Dämpfer-System (8a, 9a) sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse (4) insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird.
  18. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die schwingfähigen Systeme (1, 4, 5, 6; 1, 10, 11, 12; 4, 10, 8a, 9a) derartig eingestellt oder einstellbar sind, dass bei im bestimmungsgemässen Betrieb der Anordnung insbesondere resonant schwingendem ersten schwingfähigen System (1, 4, 5, 6) die zweite Masse (4) gleichphasig mit der ersten Masse (1) schwingt, insbesondere mit der Schwingfrequenz der ersten Masse (1) oder mit der halben oder einem Drittel der Schwingfrequenz des ersten Masse (1).
  19. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche und nach Anspruch 14, wobei die schwingfähigen Systeme (1, 4, 5, 6; 1, 10, 11, 12; 4, 10, 8a, 9a) derartig eingestellt oder einstellbar sind, dass bei im bestimmungsgemässen Betrieb der Anordnung insbesondere resonant schwingendem ersten schwingfähigen System (1, 4, 5, 6) die dritte Masse (10) im Wesentlichen keine Schwingbewegung vollführt.
  20. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Unwuchterreger (7) Teil der ersten Masse (1) ist und die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass die erste Masse im bestimmungsgemässen Betrieb mit dem Unwuchterreger zu Schwingungen anregbar ist.
  21. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Unwuchterreger (7) Teil der zweiten Masse (4) ist und die Anordnung derartig ausgebildet ist, dass die zweite Masse im bestimmungsgemässen Betrieb mit dem Unwuchterreger zu Schwingungen anregbar ist.
  22. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Unwuchterreger (7) als Richtschwinger oder als Kreisschwinger ausgebildet ist.
  23. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Masse von mehreren, inbesondere von genau zwei, insbesondere identischen Teilmassen (4a, 4b) gebildet ist, welche jeweils über ein eigenes erstes Feder-Dämpfer-System (5, 6) mit der ersten Masse (1) zu einem eigenen ersten schwingfähigen System (1, 4a, 5, 6; 1, 4b, 5, 6) gekoppelt sind.
  24. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von der ersten Masse (1) bereitgestellte Kontaktfläche (2) zur Übertragung der pulsierenden Druckkraft auf eine Körperlichkeit (3) die Aussenfläche (2) der Bandage einer Walze ist, die Unterseite der Bodenplatte einer Vibrationsplatte ist, die Arbeitsfläche (2) eines Meissel- oder Bohrwerkzeugs (14) ist oder die Kontaktfläche der Vibrationsbohle eines Strassenfertigers ist.
  25. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von der ersten Masse (1) bereitgestellte Kontaktfläche (2) zur Übertragung der pulsierenden Druckkraft auf eine Körperlichkeit (3) die Aussenfläche (2) der Bandage einer Walze ist und wobei die zweite Masse von einem oder mehreren ringförmigen Gewichten (4, 4a, 4b) gebildet ist oder solche umfasst, welche innerhalb der Bandage (1) angeordnet sind und darin eine Schwingbewegung in einer Richtung quer zur Längsachse der Bandage (1) vollführen können.
  26. Anordnung nach Anspruch 25, wobei das ringförmige Gewicht (4) oder die ringförmigen Gewichte von der Unwuchtwelle (21) des Unwuchterregers (7) durchsetzt ist bzw. sind.
  27. Bodenverdichtungsvorrichtung umfassend eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  28. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vibrationsplatte oder Walze ist, insbesondere eine Walze mit ein oder zwei vibrationserregten Bandagen.
  29. Verwendung der Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 28 zur Verdichtung von Asphalt.
  30. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 oder einer Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 28, wobei die Kontaktfläche (2) der ersten Masse (1) mit einer Körperlichkeit (3, 13) in Kontakt gebracht wird, insbesondere mit einer zu verdichtenden Bodenfläche (3) oder einem zu bearbeitenden Festkörper (13), und wobei das erste schwingfähige System (1, 4, 5, 6) mit dem Unwuchterreger (7) derartig zum Schwingen angeregt wird, dass die Kopplung der beiden Massen (1, 4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6), insbesondere periodisch, durch eine Schwingbewegung der zweiten Masse (4) in der zweiten Richtung (S2) vorübergehend aufgehoben wird, die zweite Masse dann im entkoppelten Zustand einen Teil ihres Schwingwegs vollführt, und die Kopplung der beiden Massen (1, 4) über das erste Feder-Dämpfer-System (5, 6) sodann nach einer Richtungsumkehr der Schwingbewegung der zweiten Masse (4) insbesondere schlagartig wieder hergestellt wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Kontaktfläche (2) der ersten Masse (1) dabei ununterbrochen in Kontakt mit der Körperlichkeit (3, 13) gehalten wird.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 31, wobei die schwingfähigen Systeme (1, 4, 5, 6; 1, 10, 11, 12; 4, 10, 8a, 9a) der Anordnung derartig zu Schwingungen angeregt werden, dass die zweite Masse (4) gleichphasig mit der ersten Masse (1) schwingt, insbesondere mit der Schwingfrequenz der ersten Masse (1) oder mit der halben oder mit einem Drittel der Schwingfrequenz der ersten Masse (1).
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei eine Anordnung nach Anspruch 19 verwendet wird und dabei die schwingfähigen Systeme (1, 4, 5, 6; 1, 10, 11, 12; 4, 10, 8a, 9a) der Anordnung derartig zu Schwingungen angeregt werden, dass die dritte Masse (10) im Wesentlichen keine Schwingbewepgung vollführt.
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