EP3617405A1 - Vibration generator for a roller device for compacting soil - Google Patents

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EP3617405A1
EP3617405A1 EP19020491.7A EP19020491A EP3617405A1 EP 3617405 A1 EP3617405 A1 EP 3617405A1 EP 19020491 A EP19020491 A EP 19020491A EP 3617405 A1 EP3617405 A1 EP 3617405A1
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EP
European Patent Office
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gear
round
bandage
planet
fixed
Prior art date
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Pending
Application number
EP19020491.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Knut
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Forschungs und Transferzentrum Leipzig EV An Der Hochschule Fuer Technik Wirtschaft und Kultur Leipzig
Original Assignee
Forschungs und Transferzentrum Leipzig EV An Der Hochschule Fuer Technik Wirtschaft und Kultur Leipzig
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungs und Transferzentrum Leipzig EV An Der Hochschule Fuer Technik Wirtschaft und Kultur Leipzig filed Critical Forschungs und Transferzentrum Leipzig EV An Der Hochschule Fuer Technik Wirtschaft und Kultur Leipzig
Publication of EP3617405A1 publication Critical patent/EP3617405A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
    • E01C19/28—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows
    • E01C19/286—Vibration or impact-imparting means; Arrangement, mounting or adjustment thereof; Construction or mounting of the rolling elements, transmission or drive thereto, e.g. to vibrator mounted inside the roll
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161—Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B06B1/162—Making use of masses with adjustable amount of eccentricity
    • B06B1/164—Making use of masses with adjustable amount of eccentricity the amount of eccentricity being automatically variable as a function of the running condition, e.g. speed, direction
    • 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
    • E02D3/026—Improving by compacting by rolling with rollers usable only for or specially adapted for soil compaction, e.g. sheepsfoot rollers

Definitions

  • the invention relates to a vibration exciter for mobile, pulse-like roller devices for compacting soils by means of round or non-round bandages.
  • compaction is to reduce the pore space of a soil filled with air and water. This makes the floor more resistant to loads from buildings, traffic and climate.
  • the compaction increases the stability and at the same time minimizes the tendency of the soil to swell due to water absorption.
  • the compaction properties of a cohesive soil are primarily determined by the type and composition of the soil particles, the water content and the plastic properties.
  • pressing and kneading devices such as smooth, sheep's foot or pneu rollers.
  • the DE 41 29 182.4 describes a device for compacting soil with at least one movable roller.
  • the movable roller is in operative connection with the unbalanced masses which are arranged parallel to the roller axis and rotate synchronously on excitation shafts in such a way that the roller optionally exerts a predominantly dynamic shear or pressure load on the ground.
  • the EP0017511 describes a shock compressor, with a chassis that can be pulled by a traction device, with axle means connected to the chassis and with a shock roller with a non-circular cross-section that is carried by the axle means and can thus be pulled by the chassis and rotatable relative to the chassis, with one of axle means for similar traction and rotary movements carried second impact roller with a substantially identical non-circular cross section and by torsionally resilient spring means.
  • axle means for similar traction and rotary movements carried second impact roller with a substantially identical non-circular cross section and by torsionally resilient spring means.
  • a certain degree of asynchronous movements is possible due to torsional forces, although the two impact rollers rotate essentially synchronously with one another.
  • the WO9960218 describes a soil compacting machine having a wheeled sled.
  • the circumference of each mass is defined by spaced-apart kink points and intermediate compression surfaces between the projecting points.
  • an impact compacting device for compacting a floor surface, the device comprising a wheeled frame and at least one impact compacting compound rotatably connected to the frame for applying periodic impacts to the floor surface while moving the frame over the surface, further comprising one between the frame and the compacting compound acting device for applying a variable vertical force the impact compactor has so as to vary the impact energy applied to the ground surface with each impact.
  • compaction devices are driven directional circuits or oscillation oscillators.
  • a force vector is generated by one or more counter-rotating imbalances that only fluctuates in magnitude in a certain direction.
  • the necessary speed at the unbalance is usually translated by an externally toothed gear.
  • a hydraulic motor is usually attached to the excitation shaft, which drives the vibration system.
  • the DE 10 2012 201 443 A1 describes a vibration exciter (1) for a soil compaction device, with a first unbalanced shaft (3), a second unbalanced shaft (7), which is arranged axially parallel to the first unbalanced shaft (3) and is positively rotatably coupled with the first unbalanced shaft (3), and with a drive device (2) for rotating driving one of the unbalanced shafts, the second unbalanced shaft (7) having a first unbalanced shaft half and a second unbalanced shaft half arranged coaxially with the first unbalanced shaft half and rotatable relative to the first unbalanced shaft half, and wherein on the first unbalanced shaft, on the first unbalanced shaft half and on the second unbalanced shaft at least one unbalanced mass is arranged.
  • This device is therefore assigned to the oscillation oscillators.
  • a disadvantage of the technical solutions listed above is that the drive of the vibration exciter is independent of the position of the round or non-round drum. A defined position-dependent energy input is therefore not guaranteed.
  • Typical directional swinging arm systems are also designed as externally toothed helical gear units. A concentric, space-saving arrangement of the unbalances in relation to the axis of rotation of the roller is therefore not possible. Since the vibrational force depends quadratically on the driving speed, it should be noted that conventional single drum rollers run too slowly to be able to generate significant dynamic vibratory forces.
  • the object of the invention is to propose a mobile impulse-like roller device for compacting soil by means of round or non-round rollers, by means of which the disadvantages of the prior art can be remedied.
  • the solution according to the invention is designed as a directional oscillator, which can be installed in round or non-round rollers. According to the invention, this solution does not require any separate drive.
  • the rotation of the unbalanced masses 4 is forced by the rotary movement of the roller.
  • a ring gear 1 is fixedly secured with a bandage 8, in the embodiment variant by means of a screw connection. The rotation of the ring gear 1 is thus synchronous with the rotation of the drum 8.
  • the impact points 16 on the drum 8 define the gear ratio of the gear.
  • FIG. 8 the principle for a non-circular bandage 8 with four impact points 16 is illustrated.
  • the position of the unbalanced masses 4 relative to one another causes an additional vertical load on the ground when the bandage 8 strikes.
  • the directed force acts upwards and supports the upward movement of the non-circular bandage 8 and thus the geometrically determined, forced form of movement non-round bandage 8 always at the right moment.
  • the planet gear 2 is fixed against displacement on an opposing excitation shaft 14 by a spline connection.
  • the counter-rotating shaft 14 is fixed by appropriate bearings, for example tapered roller bearings in an O arrangement in this embodiment, in the planet carrier 3 and the bearing plate of the opposite side 6.
  • the opposing excitation shaft 14 is additionally supported by a corresponding bearing, for example a cylindrical roller bearing in the embodiment variant, which is slidably installed in the bearing disc 7.
  • the intermediate gear 10 is also connected to the shaft of the intermediate gear 15 so as to be fixed against displacement by means of a spline hub connection.
  • the shaft of the intermediate gear 15 is fixed in the planet carrier 3 and the bearing disk 7 by corresponding bearings, for example tapered roller bearings in an O arrangement in the embodiment variant.
  • an additional planet gear 17, which engages outside of the ring gear 1 in the intermediate gear 10, is arranged.
  • the additional planet gear 17 is fixed with a splined connection on the idler shaft 13 so that it cannot move.
  • the central excitation shaft 13 is fixed by appropriate bearings, for example tapered roller bearings in an O arrangement in the embodiment variant, in the planet carrier 3 and the bearing plate of the opposite side 6.
  • the central excitation shaft 13 is additionally supported by a corresponding bearing, for example a cylindrical roller bearing in the embodiment variant, which is slidably installed in the bearing disc 7.
  • the idler and counter-rotating excitation shafts 13 and 14, which are present at least once, are at the same distance from the axis of rotation of the drum 8. A tilting moment on the drum 8 is thus excluded.
  • At least one imbalance mass 4 rotates on the co-rotating and counter-rotating excitation shafts 13 and 14. The direction of the force vector is set by the angular position of the unbalance masses 4 on the co-rotating and counter-rotating excitation shafts 13 and 14.
  • the angular position of the unbalanced masses 4 with respect to one another is made variable by fastening the exciter shafts 13 and 14 with an annular tensioning element 18 within the unbalanced mass 4.
  • the amount of the directed force vector is only dependent on the driving speed of the driving device and the transmission ratio i H between ring gear 1, planet gear 2 and idler gear 10.
  • the bearing plate 7 is connected to the planet carrier 3 in a rotationally fixed manner with the connecting axis 5.
  • the planet carrier 3 and the bearing plate of the opposite side 6 are connected to the axle connection 9 by means of a screw connection.
  • the axle connection 9 is in turn rigidly connected to a frame 20 to be designed accordingly, which hangs on the driving device 19 or is pushed by the latter.
  • the planet carrier 3, the bearing plate 6 and the bearing plate of the opposite side 7 as well as the axis connection 9 and the connecting axis 5 are thus fixed in their position and do not rotate.
  • Outer covers 11 are firmly connected to the bandage 8, for example by means of a screw connection. The rotational movement of the bandage is thus transmitted to the outer cover 11.
  • the outer cover 11 are mounted on a corresponding bearing, for example a cylindrical roller bearing in the embodiment variant, on the axle connection 9 and are closed with an axle cover 12 sealed against the axle connection 9.

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Abstract

Schwingungserreger für fahrbare, impulsartig wirkende Walzenvorrichtungen zur Verdichtung von Böden mittels runder oder unrunder Bandagen ohne separaten Antrieb, welcher als Richtschwinger ausgeführt ist und in runde oder unrunde Walzen einbaubar ist und gebildet ist aus einem Hohlrad (1), welches fest mit einer Bandage (8) verbunden ist und synchron mit der Bandage (8) rotiert und in welchem mittels eines Getriebes Unwuchtmassen (4) zur Erzeugungvon Schwingungen angetrieben werden, welche mittels einer Achsanbindung (9) auf die Walzenvorrichtung übertragen werden und bei dem die Achsanbindung (9) starr mit einem Gestell (20), welches an einem Fahrgerät (19) hängt oder von diesem geschoben wird, verbunden ist.Vibration exciter for mobile, impulse-like roller devices for compacting soil by means of round or non-round drums without a separate drive, which is designed as a directional oscillator and can be installed in round or non-round drums and is formed from a ring gear (1), which is fixed with a drum (8 ) is connected and rotates synchronously with the drum (8) and in which unbalanced masses (4) are driven by means of a gear to generate vibrations, which are transmitted to the roller device by means of an axle connection (9) and in which the axle connection (9) is rigidly connected a frame (20) which hangs on a driving device (19) or is pushed by it.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger für fahrbare, impulsartig wirkende Walzenvorrichtungen zur Verdichtung von Böden mittels runder oder unrunder Bandagen.The invention relates to a vibration exciter for mobile, pulse-like roller devices for compacting soils by means of round or non-round bandages.

Im Erdbau ist ein wesentliches Verfahren die Verdichtung.
Oft weist dabei ein vorgefundener Boden nicht die gewünschten mechanischen Eigenschaften auf.In earthworks, compaction is an essential process.
A found floor often does not have the desired mechanical properties.

Die Verdichtung hat die Aufgabe, den mit Luft und Wasser gefüllten Porenraum eines Bodens zu verringern. Dadurch wird der Boden widerstandsfähiger gegen die Belastungen durch Gebäude, Beanspruchung durch Verkehr und Klima.The purpose of compaction is to reduce the pore space of a soil filled with air and water. This makes the floor more resistant to loads from buildings, traffic and climate.

Durch die Verdichtung wird die Standfestigkeit erhöht und zugleich die Neigung des Bodens, durch Wasseraufnahme zu quellen, minimiert.The compaction increases the stability and at the same time minimizes the tendency of the soil to swell due to water absorption.

Die Verdichtungseigenschaften eines bindigen Bodens werden vornehmlich von der Art und Zusammensetzung der Bodenpartikel, vom Wassergehalt und den plastischen Eigenschaften bestimmt.The compaction properties of a cohesive soil are primarily determined by the type and composition of the soil particles, the water content and the plastic properties.

Abhängig von der Zusammensetzung des Bodens und der Verdichtungsaufgabe kommen verschiedene Gerätetypen zum Einsatz.Depending on the composition of the soil and the compaction task, different types of equipment are used.

Bekannt ist es, zur Verdichtung von Böden Geräte einzusetzen, mit welchen die zu verdichtenden Böden überfahren werden.
Die nötige Verdichtungswirkung wird dabei durch eine gewisse Wiederholung von Überfahrungen mittels eines Gerätes erzielt.It is known to use devices for compaction of soils with which the soils to be compacted are run over.
The necessary compaction effect is achieved by repeating a certain number of passes using a device.

Bekannt hierfür ist der Einsatz von drückenden und knetenden Geräten wie zum Beispiel Glatt-, Schaffuß- oder Pneuwalzen.Known for this is the use of pressing and kneading devices such as smooth, sheep's foot or pneu rollers.

Runde und unrunde Formen der Bandage zur Bodenverdichtung sind bekannt. Diese verdichten den Untergrund durch eigene statische Auflast und/oder durch den zusätzlichen Einsatz von Vibration, erzeugt durch Kreis- oder Richtschwingersysteme.Round and non-round forms of the soil compaction bandage are known. These compact the subsurface through their own static load and / or through the additional use of vibration, generated by circular or directional vibrating systems.

Der unrunde Walzenkörper besitzt durch seine Geometrie mehrere Einschlagpunkte und wird von einem geeigneten Fahrgerät (i.d.R. Traktor oder Kettenraupe) über den Untergrund gezogen. Die Bodenverdichtung erfolgt hier während des Einschlags der Einschlagpunkte, angeordnet am unrunden Walzenkörper. Unrunde Walzenkörper werden bislang nicht durch Kreis- oder Richtschwingersysteme zusätzlich dynamisch angeregt.
Die DE 41 29 182.4 ist ein Gerät zur Verdichtung von Böden mit wenigstens einer verfahrbaren Walze beschrieben.
Dabei steht die verfahrbare Walze mit parallel zur Walzenachse angeordneten und synchron rotierenden Unwuchtmassen auf Erregerwellen derart in Wirkverbindung, daß die Walze wahlweise eine überwiegende dynamische Scher- oder Druckbelastung auf den Boden ausübt.Due to its geometry, the non-circular roller body has several impact points and is pulled over the ground by a suitable driving device (usually a tractor or tracked caterpillar). Soil compaction takes place during the impact of the impact points, arranged on the non-circular roller body. So far, non-circular roller bodies have not been dynamically excited by circular or directional vibrating systems.
The DE 41 29 182.4 describes a device for compacting soil with at least one movable roller.
The movable roller is in operative connection with the unbalanced masses which are arranged parallel to the roller axis and rotate synchronously on excitation shafts in such a way that the roller optionally exerts a predominantly dynamic shear or pressure load on the ground.

Ebenfalls ist ein Verdichtungsgerät durch die EP-B 53 598 bekannt. Dabei sind zwei Erregerwellen vorgesehen, die im gleichen Drehsinn umlaufen, aber um 180° phasenverschoben sind. Auf diese Weise kompensieren sich die von den Erregerwellen erzeugten Vertikalkräfte, wogegen die entgegengesetzt gerichteten Horizontalkräfte ein Drehmoment auf die Walze um die Walzenachse herum erzeugen. Dieses Drehmoment bewirkt eine überwiegende Scherbelastung des Bodens, was bei der Verdichtung dünner Bodenschichten oder der Asphaltverdichtung vorteilhaft ist. Solche Erregersysteme sind als Oszillationsschwinger bekannt.Also is a compactor through the EP-B 53 598 known. Two excitation shafts are provided, which rotate in the same direction, but are out of phase by 180 °. In this way, the vertical forces generated by the exciter shafts compensate, whereas the oppositely directed horizontal forces generate a torque on the roller around the roller axis. This torque causes a predominant shear load on the soil, which is advantageous when compacting thin layers of soil or asphalt compaction. Such excitation systems are known as oscillation oscillators.

Die EP0017511 beschreibt einen Stoßverdichter, mit einem von einer Zugvorrichtung ziehbaren Chassis, mit an das Chassis angeschlossenen Achsmitteln und mit einer von den Achsmitteln getragenen und so vom Chassis ziehbaren und relativ zum Chassis drehbaren Stoßwalze mit nicht-kreisförmigem Querschnitt, mit einer von Achsmitteln für ähnliche Zug- und Drehbewegungen getragenen zweiten Stoßwalze mit im wesentlichen identischem nichtkreisförmigem Querschnitt und durch torsionsmäßig federnden Federmitteln. Dabei ist jedoch ein bestimmtes Maß an asynchronen Bewegungen aufgrund von Torsionskräften möglich, obwohl die beiden Stoßwalzen im Wesentlichen synchron miteinander rotieren ist.The EP0017511 describes a shock compressor, with a chassis that can be pulled by a traction device, with axle means connected to the chassis and with a shock roller with a non-circular cross-section that is carried by the axle means and can thus be pulled by the chassis and rotatable relative to the chassis, with one of axle means for similar traction and rotary movements carried second impact roller with a substantially identical non-circular cross section and by torsionally resilient spring means. However, a certain degree of asynchronous movements is possible due to torsional forces, although the two impact rollers rotate essentially synchronously with one another.

Die WO9960218 beschreibt eine Bodenverdichtungsmaschine, die einen mit Rädern versehenen Schlitten aufweist. Der Umfang jeder Masse ist durch voneinander beabstandete Knickpunkte und Zwischenverdichtungsflächen zwischen den vorspringenden Punkten definiert.The WO9960218 describes a soil compacting machine having a wheeled sled. The circumference of each mass is defined by spaced-apart kink points and intermediate compression surfaces between the projecting points.

Ebenfalls bekannt ist aus der DE 000069530008 eine Schlagverdichtungsvorrichtung zum Verdichten einer Bodenfläche, wobei die Vorrichtung einen mit Rädern versehenen Rahmen und wenigstens eine drehbar mit dem Rahmen verbundene Schlagverdichtermasse zum Aufbringen periodischer Schläge auf die Bodenfläche während des Bewegens des Rahmens über die Fläche aufweist, welche ferner eine zwischen dem Rahmen und der Verdichtermasse wirkende Einrichtung zum Aufbringen einer variablen vertikalen Kraft auf die Schlagverdichtermasse aufweist, um so die auf die Bodenoberfläche bei jedem Schlag aufgebrachte Schlagenergie zu variieren.It is also known from the DE 000069530008 an impact compacting device for compacting a floor surface, the device comprising a wheeled frame and at least one impact compacting compound rotatably connected to the frame for applying periodic impacts to the floor surface while moving the frame over the surface, further comprising one between the frame and the compacting compound acting device for applying a variable vertical force the impact compactor has so as to vary the impact energy applied to the ground surface with each impact.

Eine weitere übliche Anwendung von Verdichtungsgeräten sind angetriebene Richt- Kreis oder Oszillationsschwinger.
Dabei wird durch ein oder mehrere gegenläufig drehende Unwuchten ein Kraftvektor erzeugt, der in einer bestimmten Richtung nur im Betrag schwankt.
Die notwendige Drehzahl an den Unwuchten wird dabei i.d.R. durch einen ein außenverzahntes Zahnradgetriebe übersetzt.
Hierfür wird i.d.R. ein Hydraulikmotor an der Erregerwelle angesetzt, welcher das Schwingsystem antreibt.
Beschrieben werden solche Vorrichtungen beispielsweise in den Veröffentlichungen DE 10 2017 000 193 A1 und DE 10 2012 025 376 A1 , welche zwei Unwuchten aufweisen.Another common application of compaction devices are driven directional circuits or oscillation oscillators.
A force vector is generated by one or more counter-rotating imbalances that only fluctuates in magnitude in a certain direction.
The necessary speed at the unbalance is usually translated by an externally toothed gear.
For this purpose, a hydraulic motor is usually attached to the excitation shaft, which drives the vibration system.
Such devices are described, for example, in the publications DE 10 2017 000 193 A1 and DE 10 2012 025 376 A1 which have two imbalances.

Die DE 10 2012 201 443 A1 beschreibt einen Schwingungserreger (1) für eine Bodenverdichtungsvorrichtung, mit einer ersten Unwuchtwelle (3), einer zu der ersten Unwuchtwelle (3) achsparallel angeordneten, mit der ersten Unwuchtwelle (3) formschlüssig gegenläufig drehbar gekoppelten zweiten Unwuchtwelle (7), und mit einer Antriebsvorrichtung (2) zum drehenden Antreiben
einer der Unwuchtwellen, wobei die zweite Unwuchtwelle (7) eine erste Unwuchtwellenhälfte und eine zu der ersten Unwuchtwellenhälfte koaxial angeordnete, relativ zu der ersten Unwuchtwellenhälfte verdrehbare zweite Unwuchtwellenhälfte aufweist, und wobei auf der ersten Unwuchtwelle, auf der ersten Unwuchtwellenhälfte und auf der zweiten Unwuchtwellenhälfte jeweils wenigstens eine Unwuchtmasse angeordnet ist.
Diese Vorrichtung ist somit den Oszillationsschwingern zuzuordnen.The DE 10 2012 201 443 A1 describes a vibration exciter (1) for a soil compaction device, with a first unbalanced shaft (3), a second unbalanced shaft (7), which is arranged axially parallel to the first unbalanced shaft (3) and is positively rotatably coupled with the first unbalanced shaft (3), and with a drive device (2) for rotating driving
one of the unbalanced shafts, the second unbalanced shaft (7) having a first unbalanced shaft half and a second unbalanced shaft half arranged coaxially with the first unbalanced shaft half and rotatable relative to the first unbalanced shaft half, and wherein on the first unbalanced shaft, on the first unbalanced shaft half and on the second unbalanced shaft at least one unbalanced mass is arranged.
This device is therefore assigned to the oscillation oscillators.

In der DE 103 06 791 A1 ist die Lösung eines Richtschwingers mit Kippmomentausgleich beschrieben.In the DE 103 06 791 A1 describes the solution of a directional oscillator with tilting moment compensation.

Als nachteilig bei den vorstehend aufgeführten technischen Lösungen ist einzuschätzen, dass der Antrieb der Schwingungserreger unabhängig von der Lage der runden oder unrunden Bandage ist. Ein definierter lageabhängiger Energieeintrag ist somit nicht gewährleistet. Ferner sind typische Richtschwingersysteme als außenverzahnte Stirnradgetriebe ausgeführt. Eine konzentrische, platzsparende Anordnung der Unwuchten im Bezug zur Drehachse der Walze ist somit nicht möglich.
Da die Schwingkraft quadratisch von der Fahrgeschwindigkeit abhängt, ist festzustellen, dass konventionelle Walzenzüge zu langsam fahren, um signifikante dynamische Schwingkräfte erzeugen zu können.A disadvantage of the technical solutions listed above is that the drive of the vibration exciter is independent of the position of the round or non-round drum. A defined position-dependent energy input is therefore not guaranteed. Typical directional swinging arm systems are also designed as externally toothed helical gear units. A concentric, space-saving arrangement of the unbalances in relation to the axis of rotation of the roller is therefore not possible.
Since the vibrational force depends quadratically on the driving speed, it should be noted that conventional single drum rollers run too slowly to be able to generate significant dynamic vibratory forces.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine fahrbare impulsartig wirkende Walzenvorrichtung zur Verdichtung von Böden mittels runder oder unrunder Walzen vorzuschlagen, mittels welcher die Nachteile des Standes der Technik behoben werden können.The object of the invention is to propose a mobile impulse-like roller device for compacting soil by means of round or non-round rollers, by means of which the disadvantages of the prior art can be remedied.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Abbildungen 1 bis 8 näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and FIGS. 1 to 8.

Dabei zeigt

  • Abbildung 1 ein Getriebeplan mit zwei gegenläufig rotierenden Erregerwellen 14 und den entsprechenden Unwuchtmassen 4
  • Abbildung 2 ein Getriebeplan, der die Ausführung der Drehrichtungsänderung darstellt mit zwei mitläufig rotierenden Erregerwellen 13 und den entsprechenden Unwuchtmassen 4, darstellt
  • Abbildung 3 eine Ausführungsvariante des Richtschwingers an einem Fahrgerät 19 in ziehender Anordnung
  • Abbildung 4 eine isometrische Darstellung einer runden Bandage 8, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung als Richtschwinger installiert ist und wirkt
  • Abbildung 5 die Schnittebene A-A aus Schnitt B-B auf der die Anordnung des Umlaufrädergetriebes dargestellt ist
  • Abbildung 6 einen Schnitt B-B durch den Richtschwinger entsprechend der isometrischen Ansicht gemäß Abbildung 3
  • Abbildung 7 einen Schnitt C-C durch den Richtschwinger entsprechend der isometrischen Ansicht gemäß Abbilddung 3
  • Abbildung 8 eine Ausführungsvariante des Richtschwingers in einer unrunden Bandage mit vier Einschlagpunkten. Die aktuelle Lage von Bandage und Unwuchtmassen sind durch schwarze Linien visualisiert. Der entsprechende Betrag der rein vertikal wirkenden Kraft ist schematisch für eine viertel Drehung der Bandage aufgezeigt.
It shows
  • illustration 1 a transmission plan with two counter-rotating exciter shafts 14 and the corresponding unbalanced masses 4
  • Figure 2 a transmission plan that represents the execution of the change in direction of rotation with two rotating excitation shafts 13 and the corresponding unbalanced masses 4
  • Figure 3 an embodiment of the directional oscillator on a driving device 19 in a pulling arrangement
  • Figure 4 an isometric representation of a round bandage 8, in which the device according to the invention is installed and acts as a directional oscillator
  • Figure 5 the section plane AA from section BB on which the arrangement of the epicyclic gear is shown
  • Figure 6 a section BB through the directional oscillator according to the isometric view Figure 3
  • Figure 7 a section CC through the directional oscillator according to the isometric view according to Figure 3
  • Figure 8 a variant of the directional rocker in a non-circular bandage with four points of impact. The current position of the bandage and unbalance masses are visualized by black lines. The corresponding amount of the purely vertical force is shown schematically for a quarter turn of the bandage.

Die erfindungsgemäße Lösung ist als Richtschwinger ausgeführt, welcher in runde oder unrunde Walzen eingebaut werden kann. Erfindungsgemäß benötigt diese Lösung keinen separaten Antrieb. Die Rotation der Unwuchtmassen 4 wird durch die Drehbewegung der Walze erzwungen. Ein Hohlrad 1 ist dazu fest mit einer Bandage 8, in der Ausführungsvariante mittels einer Schraubverbindung, fixiert. Die Rotation des Hohlrades 1 ist somit synchron zur Drehung der Bandage 8.The solution according to the invention is designed as a directional oscillator, which can be installed in round or non-round rollers. According to the invention, this solution does not require any separate drive. The rotation of the unbalanced masses 4 is forced by the rotary movement of the roller. For this purpose, a ring gear 1 is fixedly secured with a bandage 8, in the embodiment variant by means of a screw connection. The rotation of the ring gear 1 is thus synchronous with the rotation of the drum 8.

In dem Hohlrad 1 ist mindestens ein Planetenrad 2 und ein Zwischenrad 10 mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis iH=zH/zP=zH/zZ angeordnet, wobei zH die Zähnezahl des Hohlrads 1, zP die Zähnezahl des Planetenrads 2 und zz die Zähnezahl des Zwischenrads ist. Für unrunde Walzen definieren die Einschlagpunkte 16 an der Bandage 8 das Übersetzungsverhältnis des Getriebes. So ist z.B. für eine Bandage 8 mit drei Einschlagpunkten 16 ein Übersetzungsverhältnis von iH = 1/3 anzusetzen und für eine Bandage 8 mit fünf Einschlagpunkten 16 ein Übersetzungsverhältnis von iH = 1/5.At least one planet gear 2 and an intermediate gear 10 with the same transmission ratio i H = z H / z P = z H / z Z are arranged in the ring gear 1, where z H is the number of teeth of the ring gear 1, z P is the number of teeth of the planet gear 2 and z z is the number of teeth on the idler gear. For non-round rollers, the impact points 16 on the drum 8 define the gear ratio of the gear. For example, a gear ratio of i H = 1/3 is to be set for a bandage 8 with three impact points 16 and a gear ratio of i H = 1/5 for a bandage 8 with five impact points 16.

In der Ausführungsvariante, dargestellt in Abbildung 8, wird das Prinzip für eine unrunde Bandage 8 mit vier Einschlagpunkten 16 verdeutlicht. Die Lage der Unwuchtmassen 4 zueinander bedingt beim Auftreffen der Bandage 8 eine zusätzliche vertikale Last auf den Boden. Die Unwuchtmassen 4 rotieren aufgrund des Übersetzungsverhältnisses iH = 1/4 viermal schneller als die Bandage 8. Erreicht die Bandage 8 ihren Hebepunkt 21 wirkt die gerichtete Kraft nach oben und unterstützt die Aufwärtsbewegung der unrunden Bandage 8 und somit die geometrisch bedingte, erzwungene Bewegungsform der unrunden Bandage 8 immer im richtigen Moment.In the variant, shown in Figure 8 , the principle for a non-circular bandage 8 with four impact points 16 is illustrated. The position of the unbalanced masses 4 relative to one another causes an additional vertical load on the ground when the bandage 8 strikes. The unbalanced masses 4 rotate four times faster than the bandage 8 due to the transmission ratio i H = 1/4. When the bandage 8 reaches its lifting point 21, the directed force acts upwards and supports the upward movement of the non-circular bandage 8 and thus the geometrically determined, forced form of movement non-round bandage 8 always at the right moment.

Das Planetenrad 2 ist verschiebefest auf einer gegenläufigen Erregerwelle 14 durch eine Keilnabenverbindung fixiert. Die gegenläufige Welle 14 ist durch entsprechende Lager, beispielsweise Kegelrollenlager in O-Anordnung in dieser Ausführungsvariante, im Planetenträger 3 und der Lagerscheibe der Gegenseite 6 fixiert. Die gegenläufige Erregerwelle 14 ist zusätzlich durch ein entsprechendes Lager, beispielsweise ein Zylinderrollenlager in der Ausführungsvariante, welches in der Lagerscheibe 7 verschieblich installiert ist, abgestützt.The planet gear 2 is fixed against displacement on an opposing excitation shaft 14 by a spline connection. The counter-rotating shaft 14 is fixed by appropriate bearings, for example tapered roller bearings in an O arrangement in this embodiment, in the planet carrier 3 and the bearing plate of the opposite side 6. The opposing excitation shaft 14 is additionally supported by a corresponding bearing, for example a cylindrical roller bearing in the embodiment variant, which is slidably installed in the bearing disc 7.

Das Zwischenrad 10 ist ebenfalls über eine Keilnabenverbindung verschiebefest mit der Welle des Zwischenrads 15 verbunden. Die Welle des Zwischenrads 15 ist durch entsprechende Lager, beispielsweise Kegelrollenlager in O-Anordnung in der Ausführungsvariante, im Planetenträger 3 und der Lagerscheibe 7 fixiert.The intermediate gear 10 is also connected to the shaft of the intermediate gear 15 so as to be fixed against displacement by means of a spline hub connection. The shaft of the intermediate gear 15 is fixed in the planet carrier 3 and the bearing disk 7 by corresponding bearings, for example tapered roller bearings in an O arrangement in the embodiment variant.

Zur Änderung des Drehsinns mindestens einer Erregerwelle ist ein zusätzliches Planetenrad 17, welches außerhalb des Hohlrads 1 in das Zwischenrad 10 greift, angeordnet. Das Übersetzungsverhältnis von Zwischenrad 10 und dem außerhalb des Hohlrades 1 angeordnetem Planetenrad 2 ist iZ = zz/zpa = 1, wobei zz die Zähnezahl des Zwischenrades 10 und zpa die Zähnezahl des außerhalb des Hohlrades 1 angeordnetem Planetenrades 17 ist. Das zusätzliche Planetenrad 17 ist mit einer Keilnabenverbindung auf der mitläufigen Erregerwelle 13 verschiebefest fixiert. Die mitläufige Erregerwelle 13 ist durch entsprechende Lager, beispielsweise Kegelrollenlager in O-Anordnung in der Ausführungsvariante, im Planetenträger 3 und der Lagerscheibe der Gegenseite 6 fixiert. Die mitläufige Erregerwelle 13 ist zusätzlich durch ein entsprechendes Lager, beispielsweise ein Zylinderrollenlager in der Ausführungsvariante, welches in der Lagerscheibe 7 verschieblich installiert ist abgestützt.To change the direction of rotation of at least one excitation shaft, an additional planet gear 17, which engages outside of the ring gear 1 in the intermediate gear 10, is arranged. The transmission ratio of the intermediate gear 10 and the planet gear 2 arranged outside the ring gear 1 is i Z = z z / z pa = 1, where z z is the number of teeth of the intermediate gear 10 and z pa is the number of teeth of the planet gear 17 arranged outside the ring gear 1. The additional planet gear 17 is fixed with a splined connection on the idler shaft 13 so that it cannot move. The central excitation shaft 13 is fixed by appropriate bearings, for example tapered roller bearings in an O arrangement in the embodiment variant, in the planet carrier 3 and the bearing plate of the opposite side 6. The central excitation shaft 13 is additionally supported by a corresponding bearing, for example a cylindrical roller bearing in the embodiment variant, which is slidably installed in the bearing disc 7.

Die jeweils mindestens einmal vorhandenen mitläufigen und gegenläufigen Erregerwellen 13 und 14 haben durch die gewählte Anordnung der Planetenräder 2, Zwischenräder 10 und der außerhalb des Hohlrades angeordneten Planetenräder 17 den gleichen Abstand zur Rotationsachse der Bandage 8. Ein Kippmoment auf die Bandage 8 wird somit ausgeschlossen.
Auf den mit- und gegenläufigen Erregerwellen 13 und 14 rotiert jeweils mindestens eine Unwuchtmasse 4. Durch die Winkellage der Unwuchtmassen 4 auf der mit- und gegenläufig umlaufenden Erregerwelle 13 und 14 zueinander wird die Richtung des Kraftvektors eingestellt. Die Winkellage der Unwuchtmassen 4 zueinander wird durch das Befestigen der Erregerwellen 13 und 14 mit einem Ringspannelement 18 innerhalb der Unwuchtmasse 4 variabel ermöglicht. Der Betrag des gerichteten Kraftvektors ist nur noch der Fahrgeschwindigkeit des Fahrgeräts und dem Übersetzungsverhältnis iH zwischen Hohlrad 1, Planetenrad 2 und Zwischenrad 10 abhängig.Due to the selected arrangement of the planet gears 2, intermediate gears 10 and the planet gears 17 arranged outside the ring gear, the idler and counter-rotating excitation shafts 13 and 14, which are present at least once, are at the same distance from the axis of rotation of the drum 8. A tilting moment on the drum 8 is thus excluded.
At least one imbalance mass 4 rotates on the co-rotating and counter-rotating excitation shafts 13 and 14. The direction of the force vector is set by the angular position of the unbalance masses 4 on the co-rotating and counter-rotating excitation shafts 13 and 14. The angular position of the unbalanced masses 4 with respect to one another is made variable by fastening the exciter shafts 13 and 14 with an annular tensioning element 18 within the unbalanced mass 4. The amount of the directed force vector is only dependent on the driving speed of the driving device and the transmission ratio i H between ring gear 1, planet gear 2 and idler gear 10.

Der Lagerscheibe 7 ist mit der Verbindungsachse 5 mit dem Planetenträger 3 drehfest verbunden.
Der Planetenträger 3 und die Lagerscheibe der Gegenseite 6 sind mittels einer Schraubverbindung mit der Achsanbindung 9 verbunden. Die Achsanbindung 9 ist wiederum starr mit einem entsprechend zu gestaltendem Gestell 20, welches am Fahrgerät 19 hängt, oder von diesem geschoben wird, verbunden. Der Planetenträger 3, die Lagerscheibe 6 und die Lagerscheibe der Gegenseite 7 sowie die Achsanbindung 9 und die Verbindungsachse 5 sind somit in ihrer Lage fixiert und rotieren nicht.The bearing plate 7 is connected to the planet carrier 3 in a rotationally fixed manner with the connecting axis 5.
The planet carrier 3 and the bearing plate of the opposite side 6 are connected to the axle connection 9 by means of a screw connection. The axle connection 9 is in turn rigidly connected to a frame 20 to be designed accordingly, which hangs on the driving device 19 or is pushed by the latter. The planet carrier 3, the bearing plate 6 and the bearing plate of the opposite side 7 as well as the axis connection 9 and the connecting axis 5 are thus fixed in their position and do not rotate.

Außendeckel 11 sind fest mit der Bandage 8, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, verbunden. Die Rotationsbewegung der Bandage überträgt sich somit auf die Außendeckel 11. Die Außendeckel 11 sind auf einem entsprechenden Lager, beispielsweise einem Zylinderrollenlager in der Ausführungsvariante, auf der Achsanbindung 9 gelagert und sind mit einem gegen die Achsanbindung 9 abgedichteten Achsendeckel 12 verschlossen.Outer covers 11 are firmly connected to the bandage 8, for example by means of a screw connection. The rotational movement of the bandage is thus transmitted to the outer cover 11. The outer cover 11 are mounted on a corresponding bearing, for example a cylindrical roller bearing in the embodiment variant, on the axle connection 9 and are closed with an axle cover 12 sealed against the axle connection 9.

Claims (4)

Schwingungserreger für fahrbare, impulsartig wirkende Walzenvorrichtungen zur Verdichtung von Böden mittels runder oder unrunder Bandagen ohne separaten Antrieb, welcher als Richtschwinger ausgeführt ist und in runde oder unrunde Walzen einbaubar ist und gebildet ist aus einem Hohlrad (1), welches fest mit der Bandage (8) verbindbar ist und synchron mit der Drehbewegung der Bandage (8) rotieren kann und in welchem mittels eines Getriebes Unwuchtmassen (4) zur Erzeugung von Schwingungen angetrieben werden, welche mittels einer Achsanbindung (9) auf die Walzenvorrichtung übertragbar sind und bei dem die Achsanbindung (9) starr mit einem Gestell (20), welches an einem Fahrgerät (19) hängt oder von diesem geschoben wird, verbunden ist.Vibration exciter for mobile, impulse-like roller devices for compacting soil by means of round or non-round drums without a separate drive, which is designed as a directional oscillator and can be installed in round or non-round rollers and is formed from a ring gear (1) which is fixed to the drum (8 ) can be connected and can rotate synchronously with the rotary movement of the drum (8) and in which unbalanced masses (4) are driven by means of a gear to generate vibrations, which can be transmitted to the roller device by means of an axle connection (9) and in which the axle connection ( 9) is rigidly connected to a frame (20) which hangs on a driving device (19) or is pushed by it. Schwingungserreger nach Anspruch 1, welcher ein im Hohlrad (1) angeordnetes Getriebe aufweist, welches gebildet wird aus mindestens einem Planetenrad (2) und einem Zwischenrad (10) mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis iH=zH/zP=zH/zZ = 1/x, - wobei das Übersetzungsverhältnis iH für runde Bandagen frei zu wählen ist - und das Übersetzungsverhältnis iH für unrunde Bandagen der Anzahl der Einschlagpunkte (16) angeordnet an der Bandage (8) entspricht - und das Planetenrad (2) verschiebefest auf einer gegenläufigen Erregerwelle (14) angeordnet ist, welche wiederum mittels entsprechender Lager im Planetenträger (3) und der Lagerscheibe der Gegenseite (6) fixiert ist und mittels eines weiteren Lagers, welches in einer Lagerscheibe (7) verschieblich installiert ist, abgestützt ist - und bei dem das Zwischenrad (10) verschiebefest mit der Welle des Zwischenrads (15) verbunden ist, wobei die Welle des Zwischenrads (15) durch entsprechende Lager im Planetenträger (3) und der Lagerscheibe (7) fixiert ist - und bei dem zur Änderung des Drehsinns mindestens einer Erregerwelle (13) ein zusätzliches Planetenrad (17) angeordnet ist, welches außerhalb des Hohlrads (1) in das Zwischenrad (10) greift und auf der mitläufigen Erregerwelle (13) verschiebefest fixiert ist, welche durch entsprechende Lager im Planetenträger (3) und der Lagerscheibe der Gegenseite (6) fixiert und durch ein entsprechendes Lager, welches in der Lagerscheibe (7) verschieblich installiert ist, abgestützt ist - wobei auf den mit- und gegenläufigen Erregerwellen (13 und 14) jeweils mindestens eine Unwuchtmasse (4) rotiert, mittels derer und durch deren Winkellage zueinander auf der mit- und gegenläufig umlaufenden Erregerwellen (13 und 14) zueinander die Richtung des Kraftvektors einzustellen ist und die Winkellage der Unwuchtmassen (4) zueinander durch das Befestigen der Erregerwellen (13 und 14) mit einem Ringspannelement (18) innerhalb der Unwuchtmasse (4) variabel ist - und bei dem eine Lagerscheibe (7) mit der Verbindungsachse (5) mit dem Planetenträger (3) drehfest verbunden ist - und der Planetenträger (3), die Lagerscheibe (6) und die Lagerscheibe der Gegenseite (7) sowie die Achsanbindung (9) und die Verbindungsachse (5) somit in ihrer Lage fixiert sind - und zwei die Bandage (8) verschließende Außendeckel (11) auf der Achsanbindung (9) gelagert und mit einem gegen die Achsanbindung (9) abgedichteten Achsendeckel (12) verschlossen sind und sich die Rotationsbewegung der Bandage (8) sich somit auf die Außendeckel (11) überträgt. Vibration exciter according to claim 1, which has a gear arranged in the ring gear (1), which is formed from at least one planet gear (2) and an intermediate gear (10) with the same transmission ratio i H = z H / z P = z H / z Z = 1 / x, - The ratio i H for round bandages is free to choose - And the transmission ratio i H for non-round bandages corresponds to the number of impact points (16) arranged on the bandage (8) - And the planet gear (2) is arranged on a counter-rotating excitation shaft (14), which in turn is fixed by means of appropriate bearings in the planet carrier (3) and the bearing plate on the opposite side (6) and by means of a further bearing which is in a bearing plate (7 ) is slidably installed, is supported - And in which the idler gear (10) is connected to the shaft of the idler gear (15), the shaft of the idler gear (15) being fixed by corresponding bearings in the planet carrier (3) and the bearing disc (7) - And in which to change the direction of rotation at least one excitation shaft (13) an additional planet gear (17) is arranged, which engages outside the ring gear (1) in the idler gear (10) and fixed on the idler shaft (13), which is fixed fixed by appropriate bearings in the planet carrier (3) and the bearing plate on the opposite side (6) and supported by a corresponding bearing which is slidably installed in the bearing plate (7) - Wherein at least one unbalanced mass (4) rotates on the co-rotating and counter-rotating exciter shafts (13 and 14), by means of which and due to their angular position relative to one another on the co-rotating and counter-rotating exciter shafts (13 and 14) the direction of the force vector can be adjusted and the angular position of the unbalanced masses (4) relative to one another is variable within the unbalanced mass (4) by fastening the exciter shafts (13 and 14) with a ring tensioning element (18) - And in which a bearing disc (7) with the connecting axis (5) with the planet carrier (3) is rotatably connected - And the planet carrier (3), the bearing plate (6) and the bearing plate of the opposite side (7) as well as the axle connection (9) and the connecting axis (5) are thus fixed in their position - And two the bandage (8) closing outer cover (11) are mounted on the axle connection (9) and are sealed with an axle cover (12) sealed against the axle connection (9) and the rotational movement of the bandage (8) is thus on the outer cover (11) transmits. Schwingungserreger nach Anspruch 2, bei welchem die jeweils mindestens einmal vorhandenen mitläufigen und gegenläufigen Erregerwellen (13 und 14) durch die gewählte Anordnung der Planetenräder (2), Zwischenräder (10) und der außerhalb des Hohlrades angeordneten Planetenräder (17) den gleichen Abstand zur Rotationsachse der Bandage (8) aufweisen, womit ein Kippmoment auf die Bandage (8) ausgeschlossen ist.Vibration exciter according to Claim 2, in which the idler and counter-rotating exciter shafts (13 and 14), which are present at least once, are at the same distance from the axis of rotation by the selected arrangement of the planet gears (2), intermediate gears (10) and the planet gears (17) arranged outside the ring gear of the bandage (8), whereby a tilting moment on the bandage (8) is excluded. Schwingungserreger nach Anspruch 2, bei welchem der Betrag des gerichteten Kraftvektors von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrgeräts und dem Übersetzungsverhältnis iH zwischen Hohlrad (1), Planetenrad (2) und Zwischenrad (10) bestimmt wird.Vibration exciter according to claim 2, in which the amount of the directed force vector is determined by the driving speed of the driving device and the transmission ratio i H between the ring gear (1), planet gear (2) and intermediate gear (10).
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