DE102010046401A1

DE102010046401A1 - Arbeitsgerät zur Verdichtung eines Untergrundes

Info

Publication number: DE102010046401A1
Application number: DE102010046401A
Authority: DE
Inventors: Dirk Bonnemann
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-01-19
Also published as: CN102561303B; EP2434053A3; JP2012077605A; EP2434053A2; CN102561303A; US20120076583A1; EP2434053B1; US8491222B2; JP5704569B2

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät (1), insbesondere Vibrationsstampfer zur Verdichtung eines Untergrunds, mit einem Ober- (2) und einem Unterbau (3), wobei der Oberbau im Wesentlichen ein Gehäuse (4) aufweist mit einem Motor (5), einer Abtriebswelle (6) des Motors, einer Lagerung (17; 19) im Gehäuse für ein Zahnrad (7), das mit der Abtriebswelle in Eingriff steht, und einer Lagerung (18) für ein Pleuel (8), das exzentrisch am Zahnrad angeordnet ist und die mechanische Arbeit des Motors an den Unterbau überträgt, und wobei der Unterbau (3) im Wesentlichen ein entlang einer Stampfachse (9) erstreckendes Stampffußgehäuse (10) mit einer Stampfplatte (13) aufweist, wobei die Stampfachse (9) zu einer von der Lagerung (18) des Pleuels (8) aufgespannten Ebene (14) coplanar oder parallel versetzt ist, wobei die Stampfachse (9) zwischen einer von der Lagerung (17; 19) des Zahnrads (7) aufgespannten Ebene (16) und der von der Lagerung (18) des Pleuels (8) aufgespannten Ebene (14) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät und insbesondere einen Vibrationsstampfer zur Verdichtung eines Untergrundes, mit einem Ober- und einem Unterbau, wobei der Oberbau im Wesentlichen ein Gehäuse aufweist mit einem Motor, einer Abtriebswelle, einer Lagerung im Gehäuse für ein Zahnrad, das mit der Abtriebswelle in Eingriff steht, und einer Lagerung für ein Pleuel, das exzentrisch am Zahnrad angeordnet ist und die mechanische Arbeit des Motors an den Unterbau überträgt, und wobei der Unterbau im Wesentlichen ein entlang einer Stampfachse erstreckendes Stampffußgehäuse mit einer Stampflatte aufweist.
Solche Arbeitsgeräte sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen der Untergrundverdichtung vor allem beim Grabenbau, im Kanal- und Rohrleitungsbau oder bei der Hinterfüllung im Garten- und Landschaftsbau. Im Straßenbau werden solche Arbeitsgeräte vorwiegend für Ausbesserungsarbeiten sowie für Verdichtungsarbeiten von Randstreifen eingesetzt.
Genannte Arbeitsgeräte besitzen bauartbedingt eine Vormarschbewegung in Arbeitsrichtung. Die bearbeitete Oberfläche durch den Stampfer nicht punktförmig, sondern flächig und ortsungebunden. Die Ausbildung der Vormarschbewegung des Stampfers steht in direktem Zusammenhang mit der Orientierung der schwingenden Massen des Stampfers, und insbesondere der Orientierung der schwingenden Massen bezogen auf die Mittelpunktsachse des Erregersystems bzw. der Stampfachse des Unterbaus.
Neben der Beeinflussung der Vormarschbewegungsausbildung ist ebenso eine Einflussnahme auf die Anregung des Bedienerhebels und insofern auf den Komfort bei der Bedienung durch die schwingenden Massen, orientiert zur Mittelpunktsachse, gegeben. Insofern hat die quantitative Ausrichtung der schwingenden Massen zur Mittelpunktsachse auf das Bewegungsverhalten der gesamten Maschine, den Bedienungskomfort und Verdichtungsleistung einen erheblichen Einfluss.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Arbeitsgeräten der vorgenannten Art ist es nötig, insbesondere im Gehäuse Ausgleichsmassen so anzuordnen, dass die vor allem auf die Lager für Pleuel und Zahnrad wirkenden Lasten reduziert werden. Dies erhöht die Gesamtmasse des Arbeitsgerätes erheblich. Darüber hinaus ist der Schwerpunkt der aus dem Stand der Technik bekannten Arbeitsgeräte meist hinsichtlich des Vormarschverhaltens negativ nach hinten angeordnet, was ebenfalls mittels Ausgleichsmassen verbessert wird. Auch dies hat nachteilige Auswirkungen auf die Gesamtvorrichtung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein Arbeitsgerät der vorgenannten Art anzubieten, das bei reduziertem Gesamtgewicht eine verbesserte Verdichtungsleistung und insbesondere einen höheren Bedienkomfort aufweist, wobei vor allem die auf die Lager des Stampfantriebes wirkenden Spannungen reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Arbeitsgerät und insbesondere einen Vibrationsstampfer zur Verdichtung eines Untergrundes, mit einem Ober- und einem Unterbau, gelöst, wobei der Oberbau im Wesentlichen ein Gehäuse aufweist mit einem Motor, einer Abtriebswelle, einer Lagerung im Gehäuse für ein Zahnrad, das mit der Abtriebswelle in Eingriff steht, und einer Lagerung für ein Pleuel, das exzentrisch am Zahnrad angeordnet ist und die mechanische Arbeit des Motors an den Unterbau überträgt, und wobei der Unterbau im Wesentlichen ein entlang einer Stampfachse erstreckendes Stampffußgehäuse aufweist mit einem Führungskolben und einer Stampfplatte, wobei die Stampfachse zu einer von der Lagerung des Pleuels aufgespannten Ebene coplanar oder parallel versetzt ist, wobei die Stampfachse zwischen einer von der Lagerung des Zahnrads aufgespannten Ebene und der von der Lagerung des Pleuels aufgespannten Ebene angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Stampfachse entsprechend der vorgenannten Art und Weise führt dazu, dass die vom Motor eingeleiteten Axialbewegungen des Pleuels und insbesondere die daraus resultierenden Verdichtungsimpulse, die entlang der Stampfachse auf die Stampfplatte wirken nur noch geringe Einflüsse auf die Lagerung des Zahnrades und des Zahnrads selbst insbesondere in Form von Biegemomenten haben.
Insbesondere die Anordnung des Pleuellagers im Exzenter-Zahnrad und die Anordnung der Stampfachse bzw. der Ausbildung des Pleuels derart, dass die Stampfachse durch diese Pleuellagerung im Zahnrad verläuft, führt dazu, dass Biegespannungen im Pleuellager nahezu vollständig eliminiert und die Belastungen in der Zahnradlagerung minimiert werden.
Die Anordnung der Stampfachse derart, dass sie zwischen der vom Pleuellager bzw. Zahnradlager aufgespannten Ebenen verläuft, führt dagegen dazu, dass die Biegespannungen im Pleuellager minimiert und im Zahnradlager erheblich verringert werden. Eine solche Ausführungsform ist vor allem bei der Anordnung des Pleuellagers im Pleuel möglich, also bei einer im Pleuel ausgebildeten Lagerstelle.
Um die Anordnung der Stampfachse entsprechend der oben genannten Bedingungen technisch einfach und darüber hinaus betriebssicher zu erzielen, ist die Stampfachse vorzugsweise in Richtung des Motors versetzt ausgebildet. Dies wird auf einfache Weise vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Pleuel gekröpft und insbesondere in Richtung des Motors gekröpft ausgebildet ist. Ein wesentlicher Punkt ist dabei, dass bei einer derart verschobenen Stampfachse auf einen Großteil der Ausgleichsmassen verzichtet werden kann. Darüber hinaus reduzieren sich die in die unterschiedlichen Lager und Antriebsstränge eingetragenen Spannungen.
Vorzugsweise ist das Pleuel quer und/oder in Richtung der Achse der Abtriebswelle gekröpft. Auf diese Weise kann gezielten Einfluss auf die Balance der relativ zur resultierenden Stampfachse versetzt angeordneten Massen genommen werden.
Das Pleuel leitet die mechanische Arbeit des Motors vorzugsweise mittels eines Kreuzkopfes in den Unterbau weiter. Auf diese Weise entstehen entscheidende Freiheiten bei der Ausbildung der Vorrichtungsgeometrie im Unter- und Oberbau. Neben der ebenfalls möglichen Ausbildung eines einstückigen Pleuels zur Übertragung der Lasten erlaubt dies den einfachen Wechsel eventuell defekter gekröpfter Pleuelstangen.
Bei einer besonderen Ausführungsform ist das Zahnrad in der Stampfachse angeordnet. Im Zusammenspiel mit einer Ausführung bei der die Lagerung des Pleuels im Zahnrad über einen Lagerzapfen am Pleuel angelenkt ist, ergibt sich so eine Massebalance im Arbeitsgerät, die durch sehr geringe Biegemomente gekennzeichnet ist.
Insbesondere in diesem Zusammenhang sind dann vorzugsweise der Mittelpunkt des Zahnrads und die Stampfachse konzentrisch zueinander angeordnet.
Um die schwingenden Massen möglichst zu reduzieren ist das Pleuel aus Metall oder Leichtmetall oder einer Legierung von beiden hergestellt.
Eine besonders vibrationsarme Ausführungsform ergibt sich dann, wenn die Abtriebswelle senkrecht zur Stampfachse orientiert ist. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist dann vorzugsweise die Stampfachse so ausgebildet, dass sie die Abtriebswelle schneidet.
Hinsichtlich einer optimalen Krafteinleitung ist der Abstand der Lagerung des Zahnrads (in senkrechter Richtung) zu der Stampfachse identisch.
Ebenfalls im Sinne einer möglichst schwingungsarmen Ausbildung des Arbeitsgerätes ist eine Ausführungsform, bei der das Verhältnis der Massen von Ober- und Unterbau im Bezug zur Stampfachse ausgeglichen sind.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben, die durch die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen schematisch:
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Vibrationsstampfers;
2 eine isometrische Detaildarstellung der Ausführungsform aus 1 in teilgeschnittenem Zustand;
3 einen Seitenschnitt durch die Detaildarstellung gemäß 2; und
4 eine weitere Ausführungsform in einer Darstellungsart gemäß 3.
Im Folgenden werden für gleiche und gleich wirkenden Bauteile die selben Bezugsziffern verwendet, wobei zur Unterscheidung bisweilen Hochindizes ihre Anwendung finden.
1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes und insbesondere einen Vibrationsstampfer 1. Dieser Vibrationsstampfer 1 umfasst einen Oberbau 2 und einen daran anschließenden Unterbau 3. Der Oberbau 2 beinhaltet einen Motor 5, der in einem Gehäuse 4 aufgenommen ist und seine Antriebsenergie auf eine am Unterbau 3 angeordnete Stampfplatte 13 abgibt. Über diese Stampfplatte 13 kann dann ein Untergrund 12 verdichtet werden.
Deutlich erkennbar ist, dass der Vibrationsstampfer 1 im Ruhezustand zur orthogonalen des Untergrundes 12 nach vorne geneigt ausgebildet ist. Dabei sind die relativ zu einer Stampfachse 9, die im Wesentlichen den Einleitungspunkt einer Verdichtungskraft resultierenden R widerspiegelt, angeordneten Bauteile des Arbeitsgerätes 1 und insbesondere die durch den Motor 5 angetriebenen Massen so ausgebildet, dass die auf die jeweiligen Lager, Antriebs, und Getriebeelemente resultierenden Spannungen bei gleichzeitiger Minimierung des Gesamtgewichts der Vorrichtung reduziert werden.
In 2 ist die Ausführungsform gemäß 1 in einer teilgeschnittenen, isometrischen Darstellung dargestellt. Erkennbar ist der Oberbau 2 an den sich der Unterbau 3 anschließt und zwischen denen ein Pleuel 8 verläuft, das die vom Motor 5 zur Verfügung gestellte mechanische Arbeit an den Unterbau 3 und insbesondere die Stampfplatte 13 (siehe 1) weiterleitet. Das Pleuel 8 ist Teil einer Getriebeeinrichtung 12 des Vibrationsantriebs der Stampfplatte 13.
Der Motor 5 steht dazu über eine Abtriebswelle 6 mit einem Zahnrad 7 in Wirkeingriff, so dass sich die Motorrotation direkt über die Abtriebswelle 6 auf das Zahnrad 7 überträgt. Am Zahnrad 7 ist bei dieser Ausführungsform ein hervorstehender Exzenterbolzen 11 als Lagerbolzen angeordnet, der in ein Pleuellager 18 bzw. ein Lagerauge am Pleuel 8 eingreift. Bei einer Rotation des Zahnrades 7 wird somit das Pleuel 8 entlang der Stampfachse 9 in Axialbewegung versetzt. Diese Axialbewegung wird innerhalb des Stampffußgehäuses 10 auf die Stampfplatte 13 (siehe 1) übertragen.
3 zeigt die in 2 dargestellte isometrische Teil-Darstellung des Vibrationsstampfers 1 in einem Längsschnitt. Dargestellt ist der Oberbau 2, der in seinem Gehäuse 4 den Motor 5 mit seiner Abtriebswelle 6 und die Getriebeeinrichtung 12 zum Vibrationsantrieb der im Unterbau 3 angeordneten Stampfplatte 13 (siehe 1) aufweist.
Wie bereits erläutert, umfasst die Getriebeeinrichtung 12 das Zahnrad 7, das mit der Abtriebswelle 6 des Motors 5 derart kämmt, dass die Motorrotation direkt in einen Zahnradrotation des Zahnrades 7 umgesetzt werden kann. Dazu ist das Zahnrad 7 über eine Lagerung 17, 19 und insbesondere die Zahnradlagerung 17, 19 im Gehäuse angeordnet. Dazu ist im Gehäuse 4 eine Lagernut 20 vorgesehen, in die entsprechende Lagerungselemente 27, 29 eingefügt sind, die eine rotierbare Lagerung des Zahnrades 7 im Gehäuse erlauben. Gerade diese Lagerung im Gehäuse stellt eine zuverlässige Kraftableitung zwischen Gehäuse 4 und Zahnrad 7 sicher.
Über den am Zahnrad 7 angeordneten Exzenterbolzen 11 greift das Pleuellager 18 des Pleuels 8 derart am Zahnrad 7 an, dass die rotatorische Bewegung des Zahnrades 7 in einer Axialbewegung des Pleuels 8 entlang der Stampfachse 9 umgesetzt wird.
Erfindungsgemäß weist dabei das Pleuel 8 einen Kröpfbereich 15 auf, in dem das Pleuel 8 derart gekröpft ist, dass die Stampfachse 9 zwischen der von der Lagerung 17, 19 des Zahnrades 7 aufgespannten Ebene 16 und der durch das Pleuellager 18 aufgespannten Ebene 14 angeordnet ist. Der besondere Effekt bei dieser Ausführungsform liegt insbesondere darin, dass durch die beidseitig der Stampfachse 9 angeordneten Massen die Biegemomente in der Stampfachse 9 reduziert und die Lagerkräfte erheblich minimiert werden.
Um die auf die Lagereinrichtungen und das Pleuel 8 wirkenden Lagerkräfte bzw. Biegespannungen zu reduzieren, ist erfindungsgemäß das Pleuel 8 derart gekröpft bzw. die Stampfachse 9 so verschoben, dass sie zwischen den beiden aufgespannten Ebenen 16, 14 der Zahnradlagerung 17, 19 bzw. der Pleuellagerung 18 verläuft. Ein besonderes Merkmal hierbei ist, dass es darüber hinaus keiner oder nur geringer zusätzlicher Ausgleichsmassen bedarf, um einen vibrationsarmen Betrieb der Arbeitseinrichtung sicherzustellen.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes bzw. Vibrationsstampfers 1 in einer Darstellungsform entsprechend 3. Auch hier ist der Oberbau 2 und der Unterbau 3 eines Vibrationsstampfers 1 dargestellt, bei dem ebenfalls über einen Motor 5 und eine Abtriebswelle 6 eine rotatorische Bewegung über einen Exzenterantrieb, gebildet durch ein Zahnrad 7 und ein Pleuel 8 in eine Axialbewegung entlang einer Stampfachse 9 umgesetzt wird.
Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführungsform das Pleuellager 18 zum drehgelenkigen Exzenteranschluss des Pleuels 8 an das Zahnrad 7 im Zahnrad 7 angeordnet; das Zahnrad 7 weist also im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 3 hier die Lagerstelle im Zahnrad 7 auf. Insofern verläuft nun die Stampfachse 9 durch das Pleuellager 18 bzw. sie deckt sich mit der durch das Pleuellager 18 aufgespannten Ebene 14. In das Pleuellager 18 greift ein Exzenterbolzen 11 ein, der bei dieser Ausführungsform am Pleuel 8 angeordnet ist. Das Zahnrad 7 selbst ist wieder über Lagereinrichtungen 17, 19, die in einer entsprechend ausgebildeten Lagernut 20 angeordnet sind, am Gehäuse 4 des Oberbaus 2 angeordnet.
Erfindungsgemäß werden bei dieser Ausführungsform die auf das Pleuellager 18 wirkenden Biegespannungen im Wesentlichen vollständig eliminiert, wobei trotzdem durch die erfindungsgemäße Anordnung des im Kröpfbereich 15 gekröpften Pleuels 8 relativ zur Stampfachse 9 und dem Zahnrad 7 auch die auf die Zahnradlagerung 17, 19 wirkenden Belastungen minimiert werden.

Claims

Arbeitsgerät (1), insbesondere Vibrationsstampfer zur Verdichtung eines Untergrunds, mit einem Ober- (2) und einem Unterbau (3), wobei der Oberbau im Wesentlichen ein Gehäuse (4) aufweist mit einem Motor (5), einer Abtriebswelle (6) des Motors, einer Lagerung (17; 19) im Gehäuse für ein Zahnrad (7), das mit der Abtriebswelle in Eingriff steht, und einer Lagerung (18) für ein Pleuel (8), das exzentrisch am Zahnrad angeordnet ist und die mechanische Arbeit des Motors an den Unterbau überträgt, und wobei der Unterbau (3) im Wesentlichen ein entlang einer Stampfachse (9) erstreckendes Stampffußgehäuse (10) mit einer Stampfplatte (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stampfachse (9) zu einer von der Lagerung (18) des Pleuels (8) aufgespannten Ebene (14) coplanar oder parallel versetzt ist, wobei die Stampfachse (9) zwischen einer von der Lagerung (17; 19) des Zahnrads (7) aufgespannten Ebene (16) und der von der Lagerung (18) des Pleuels (8) aufgespannten Ebene (14) angeordnet ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (18) des Pleuels (8) im Zahnrad (7) angeordnet ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stampfachse (9) in Richtung des Motors (5) versetzt ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (8) gekröpft ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (8) in Richtung des Motors (5) gekröpft ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (8) quer und/oder in Richtung der Achse der Abtriebswelle (6) gekröpft ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7) in der Stampfachse (9) angeordnet ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (6) senkrecht zur Stampfachse (9) orientiert ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von der Lagerung (17, 19) des Zahnrads (7) zu der Stampfachse (9) identisch ist.
Arbeitsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Massen von Ober- (2) und Unterbau (3) in Bezug zur Stampfachse (9) ausgeglichen ist.