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EP1534439B1 - Schwingungserreger für bodenverdichtungsgeräte - Google Patents

Schwingungserreger für bodenverdichtungsgeräte Download PDF

Info

Publication number
EP1534439B1
EP1534439B1 EP03793804A EP03793804A EP1534439B1 EP 1534439 B1 EP1534439 B1 EP 1534439B1 EP 03793804 A EP03793804 A EP 03793804A EP 03793804 A EP03793804 A EP 03793804A EP 1534439 B1 EP1534439 B1 EP 1534439B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unbalanced
vibration exciter
imbalance
masses
shafts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03793804A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1534439A1 (de
Inventor
Franz Riedl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Construction Equipment AG
Original Assignee
Wacker Construction Equipment AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Construction Equipment AG filed Critical Wacker Construction Equipment AG
Publication of EP1534439A1 publication Critical patent/EP1534439A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1534439B1 publication Critical patent/EP1534439B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B06B1/166—Where the phase-angle of masses mounted on counter-rotating shafts can be varied, e.g. variation of the vibration phase

Definitions

  • the invention relates to a vibration exciter for a soil compaction device according to the preamble of patent claim 1.
  • vibration exciters are mainly used in vibration plates advantageous and z. B. from EP 0 358 744 B1.
  • a similar vibration exciter is described in DE 100 38 206 A1. It has two form-fitting counter-rotatably coupled unbalanced shafts, each carrying a fixed unbalanced mass and a relative to the fixed imbalance mass and thus rotatably movable with the imbalance shaft unbalanced mass.
  • the position of the movable imbalance masses can be changed by adjusting active in a wider range.
  • Upon rotation of the imbalance waves results from the interaction of the various imbalance masses a resulting total force, which may be directed depending on the operator in forward or reverse direction.
  • the change of the direction of travel is effected by the adjusting means which drive the movable imbalance masses. If the operator desires a standstill of the soil compactor, the resulting force of the centrifugal weights is set in the vertical direction. This also means that a targeted compaction of the soil in the state of the machine can be achieved.
  • the operator does not always desire such a high degree of compaction at a localized point of the ground.
  • an excessively strong and thus disadvantageous compaction of the soil can be achieved, since the force acting on the ground in this position is the greatest, while they are in the forward or Reverse movement of the vibrating plate and the associated pivoting of the resulting force vector by, for example, 45 ° forwards or back to 1 / ⁇ 2 of the maximum value reduced.
  • a vibration generator is described in DE 199 43 391 A1, in which the phase position of the flyweights is adjustable so that cancel the vertical components of the centrifugal forces generated by the flyweights in each rotational position, while the horizontal components of the centrifugal forces add up accordingly rectified ,
  • the invention is therefore based on the object of further developing a vibration exciter of the aforementioned type such that an excessively strong compaction of the soil during standstill due to strong Vertikalschwinguhgen can be avoided without the operator or the soil to be compacted in turn is exposed to strong horizontal vibrations.
  • a vibration exciter preferably has two imbalance shafts, which can be driven in opposite directions and are driven in opposite directions, each carrying a stationary imbalance mass and an imbalance mass which is rotatable relative to the stationary imbalance mass or the respective imbalance shaft.
  • Each of the unbalanced shafts is associated with an adjusting device with which the relative position of the respective movable imbalance mass with respect to the imbalance shaft carrying it can be adjusted.
  • the relative positions of the movable imbalance masses with respect to the unbalanced shafts carrying them adjustable by the adjusting so that cancel the centrifugal forces generated by the imbalance masses upon rotation of the unbalanced shafts in their entirety in each rotational position of the unbalanced shafts.
  • the relative position on each of the unbalanced shafts is adjustable so that cancel the centrifugal forces carried by this unbalance shaft imbalance masses in each rotational position of the imbalance shaft. This means that already in the operation with only one imbalance shaft, a relative position can be achieved, in which there is no vibration effect.
  • the relative positions can be changed such that the centrifugal forces of the unbalanced masses do not cancel, but that a resulting total centrifugal force has a horizontal component. This can cause a movement of the vibrating plate, as known from the prior art effect.
  • a forward and a reverse direction is temporarily the already described stand position in which no vibration acts in the ground. This can be avoided even when changing direction in the reversing unwanted vertical or horizontal vibrations. Because the adjustment of the movable imbalance masses is sufficient to produce the resulting centrifugal force with the desired direction and size, it is not necessary in a preferred embodiment that the phase position of the unbalanced shafts must be mutually variable, as z. B. in the vibration generator described in DE 100 38 206 A1 is the case.
  • axle mass is meant abstractly in the context of this description.
  • an imbalance mass also consist of several imbalance elements, which are distributed on the respective imbalance shaft.
  • vibration exciters are known in many forms. Likewise are - such. B. in DE 199 43 391 A1 set forth - so-called "Phaseneinstell Tooen", ie adjusting means for adjusting relative positions between imbalance masses and unbalanced shafts known. Since the invention does not relate to the detailed and specific design of a particular vibration exciter or a particular adjustment device, but rather a relative position (phase position) which is particularly suitable but hitherto unknown, a detailed description of the vibration exciter is not required.
  • two imbalance shafts 2, 3 are rotatably mounted, wherein the imbalance shaft 2 is driven in rotation by a drive, not shown.
  • the imbalance shaft 2 carries unbalance elements 4 and 5, with the imbalance shaft. 2 are firmly connected and form a fixed imbalance mass.
  • a rotatably movable imbalance mass 6 is arranged on the imbalance shaft 2, which is rotatable relative to the imbalance shaft 2 via a hub 7 and bearing 8.
  • the relative position between the movable imbalance mass 6 and the imbalance shaft 2 is determined by means of an adjustment 9.
  • the operating principle of such an adjustment has long been known and z.
  • the adjusting device 9 essentially has a piston 10, which is axially adjustable under hydraulic action and which is axially reciprocable in a hollow region of the imbalance shaft 2.
  • the piston 10 carries a transverse pin 11, which penetrates two formed in the wall of the imbalance shaft 2 longitudinal grooves 12 and engages in spiral grooves 13 which are formed on the inside of the hub 7.
  • the hub 7 and the movable imbalance mass 6 supported by it thus rotate relative to the imbalance shaft 2.
  • the imbalance shaft 2 further carries a gear 14 which meshes with a gear 15 which is mounted on the imbalance shaft 3.
  • a gear 14 which meshes with a gear 15 which is mounted on the imbalance shaft 3.
  • the rotational movement of the driven imbalance shaft 2 is positively transmitted to the imbalance shaft 3, which thus rotates in opposite directions, but at the same speed.
  • the imbalance shaft 3 carries two imbalance elements 16, 17, which together form a fixed imbalance mass. Furthermore, an imbalance mass 18 rotatably movable on the imbalance shaft 3 is provided, whose relative position with respect to the imbalance shaft 3 can be adjusted by means of an adjusting device 19. Since the adjuster 19 has the same structure as the adjuster 9, a detailed description will be omitted.
  • the position of the imbalance mass shown in the section of FIG. 1 corresponds to the relative position according to the invention, in which the individual centrifugal forces generated by the respective imbalance masses or elements cancel in their entirety (standing position).
  • the associated mr values (products of mass m x radius r of the unbalance center of gravity) must be matched to one another accordingly.
  • the unbalanced shafts 2 and 3 can rotate without causing an outward unbalance and thus a vibration.
  • this equilibrium state is canceled, so that the desired vertical and horizontal vibrations can arise for soil compaction.
  • FIG. 2 shows highly schematic side views from the right in FIG. 1.
  • the hatched semicircles correspond to the movable, ie adjustable unbalanced masses 6, 18, while the non-hatched semicircles should correspond to the imbalance waves 2, 3 fixed imbalance masses 4, 5 and 16, 17, as z. B. in the field a) "state" of Fig. 2 can be seen.
  • the movable imbalance mass 6 has been rotated by 90 ° relative to the stationary imbalance elements 4, 5 and to the imbalance shaft 2.
  • the movable imbalance mass 18 was rotated with respect to the fixed imbalance elements 16, 17 on the imbalance shaft 3 by 90 ° in the same direction as the movable imbalance mass 6.
  • the corresponding state is in Fig. 2a) in the column "forward” shown.
  • different rotational states of the imbalance shafts 2, 3 are shown in the "forward" column under a) to d).
  • Fig. 2c creates a corresponding counteraction to the bottom right.
  • the vibration plate is supported on the ground and introduces the vibration energy into the ground.
  • a backward movement of the vibrating plate (to the right in FIG. 2) is shown in the right-hand column of FIG.
  • the movable imbalance masses 6 and 18 with respect to the unbalanced shafts 2, 3 carrying them in opposite direction to the forward direction and with respect to the position have been rotated by 90 °, as shown in Fig. 2a) in the column "backwards" recognizable.
  • the positions of the imbalance masses shown in Fig. 2 are extreme positions. Depending on the configuration of the adjusting devices 9, 19, any intermediate positions, ie. H. reach other adjustment angle than 90 °, so that a continuous change between forward drive, stationary operation and reverse drive can be achieved.
  • the setting devices 9, 19 it is possible for the setting devices 9, 19 to resort to known means, such as hydraulic control, electric motors, electromechanical actuators, etc.
  • a control of the movable imbalance masses using simple train-pressure cables can be carried out, which can be controlled by the operator via a common encoder. This can save considerable costs even with simpler vibratory plates.
  • the adjustment of the relative positions by the adjusting means 9, 19 should be carried out synchronously.
  • vibration exciter according to the invention to assume other relative positions than those shown in FIG.
  • adjustment means 9, 19 can be z. B. achieve relative positions in which, although no vertical vibrations, but strong horizontal vibrations are generated at standstill of the vibrating plate, as known in DE 199 43 391 A1.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger für ein Bodenverdichtungsgerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Derartige Schwingungserreger werden vorwiegend bei Vibrationsplatten vorteilhaft eingesetzt und sind z. B. aus der EP 0 358 744 B1 bekannt.
  • Ein ähnlicher Schwingungserreger ist in der DE 100 38 206 A1 beschrieben. Er weist zwei formschlüssig gegenläufig drehbar gekoppelte Unwuchtwellen auf, die jeweils eine feststehende Unwuchtmasse sowie eine relativ zu der feststehenden Unwuchtmasse und somit mit der Unwuchtwelle drehbar bewegliche Unwuchtmasse tragen. Die Stellung der beweglichen Unwuchtmassen ist durch Einstelleinrichtungen aktiv in einem größeren Bereich veränderbar.
  • Bei Drehung der Unwuchtwellen ergibt sich durch das Zusammenwirken der verschiedenen Unwuchtmassen eine resultierende Gesamtkraft, die je nach Bedienerwunsch in Vorwärts- oder Rückwärts-Fahrtrichtung gerichtet sein kann. Die Änderung der Fahrtrichtung wird durch die die beweglichen Unwuchtmassen ansteuernden Einstelleinrichtungen bewirkt. Wenn der Bediener einen Stillstand des Bodenverdichtungsgeräts wünscht, wird die resultierende Kraft der Fliehgewichte in Vertikalrichtung gestellt. Das bedeutet auch, dass eine gezielte Verdichtung des Bodens im Stand der Maschine erreicht werden kann.
  • Nicht immer aber wünscht der Bediener eine derart starke Verdichtung an einer lokal begrenzten Stelle des Bodens. Insbesondere beim Hin- und Herfahren der Vibrationsplatte kann im sogenannten Umkehr- oder Reversierpunkt eine übermäßig starke und somit nachteilige Verdichtung des Bodens erreicht werden, da die auf den Boden wirkende Kraft in dieser Stellung am größten ist, während sie sich bei der Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt der Vibrationsplatte und dem damit verbundenen Verschwenken des resultierenden Kraftvektors um beispielsweise 45° nach vorne oder hinten auf 1/√2 des Maximalwertes verringert.
  • Auch wenn sich die beschriebenen Anordnungen demnach bei der Erd-, Sand- oder Kiesverdichtung hervorragend bewährt haben, können sie sich bei der Verdichtung von Asphalt- oder Verbundsteinflächen als problematisch erweisen, da durch die im Reservierpunkt vorherrschende maximale Vertikalkraft punktuelle Setzungen auftreten können, die nicht mehr korrigierbar sind. Bei Asphaltwalzen wird daher üblicherweise im Reversierbetrieb die Vibration abgeschaltet, um ein zu tiefes Eindringen der Walze in den Asphalt bei der Richtungsumkehr zu vermeiden.
  • Zur Lösung dieses Problems wird in der DE 199 43 391 A1 ein Schwingungserreger beschrieben, bei dem die Phasenlage der Fliehgewichte derart einstellbar ist, dass sich die Vertikalkomponenten der durch die Fliehgewichte erzeugten Fliehkräfte in jeder Drehstellung aufheben, während sich die Horizontalkornponenten der Fliehkräfte entsprechend gleichgerichtet addieren. Dies ermöglicht es, dass die Vibrationsplatte im Stand keine Vertikalschwingungen mehr in den Boden einbringt, sondern vielmehr über eine Bodenkontaktplatte Schubspannungen in den Boden einleitet, mit denen z. B. bei einer Asphaltoberfläche Risse und Poren in vorteilhafter Weise verdichtet werden können.
  • Auch diese Anordnung hat sich in der Praxis hervorragend bewährt. Die im Standbetrieb der Vibrationsplatte herrschenden starken Horizontalschwingungen sind jedoch für den Bediener nicht immer angenehm und auch nicht immer zur Verdichtung der Bodenoberfläche erwünscht
  • In der DE 1 095 752 wird ein Unwuchtrüttler für Bodenverdichter beschrieben, mit zwei parallel zueinander stehenden Unwuchtwellen, die jeweils eine feststehende Unwuchtmasse und eine relativ dazu drehbar bewegliche Unwuchtmasse tragen. Im Stillstand des Schwingungserregers lasst sich die Relativstellung der beweglichen Unwuchtmassen zu den feststehenden Unwuchtmassen verändern und fixieren. Die einmal gewählte Einstellung kann dann in Betrieb nicht mehr verändert werden.
  • Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserreger der vorgenannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine übermäßig starke Verdichtung des Bodens im Standbetrieb aufgrund starker Vertikalschwinguhgen vermeiden lässt, ohne dass der Bediener bzw. der zu verdichtende Boden im Gegenzug starken Horizontalschwingungen ausgesetzt ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwingungserreger mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Ein erfindungsgemäBer Schwingungserreger weist vorzugsweise zwei parallel zueinander stehende, gegenläufig mit gleicher Drehzahl antreibbare Unwuchtwellen auf, die jeweils eine feststehende Unwuchtmasse und eine relativ zu der feststehenden Unwuchtmasse bzw. der jeweiligen Unwuchtwelle drehbar bewegliche Unwuchtmasse tragen. Jeder der Unwuchtwellen ist eine Einstelleinrichtung zugeordnet, mit der sich die Relativstellung der jeweiligen beweglichen Unwuchtmasse bezüglich der sie tragenden Unwuchtwelle verstellen lässt. Erfindungsgernäß sind die Relativstellungen der beweglichen Unwuchtmassen bezüglich der sie tragenden Unwuchtwellen durch die Einstelleinrichtungen derart einstellbar, dass sich die bei Drehung der Unwuchtwellen durch die Unwuchtmassen erzeugten Fliehkräfte in jeder Drehstellung der Unwuchtwellen in ihrer Gesamtheit aufheben. Das bedeutet, dass zwar jede Unwuchtmasse für sich eine Fliehkraft erzeugt; die Fliehkräfte sind jedoch richtungs- und betragsmäßig derart eingestellt, dass sie sich in der Gesamtsumme kompensieren. Der Schwingungserreger erzeugt somit in diesem Betriebszustand (Standstellung) keine Schwingungen, obwohl sich die Unwuchtwellen drehen.
  • Dadurch lässt sich in besonders vorteilhafter Weise erreichen, dass sich die Größe der resultierenden Gesamt-Fliehkraft, d. h. die Schwingungsstärke, in Abhängigkeit von der Fortbewegungs-Geschwindigkeit der Vibrationsplatte einstellen lässt. Wird die Geschwindigkeit reduziert, reduziert sich auch die wirksame Fliehkraft in einem entsprechenden Verhältnis bis hin zum Stillstand der Maschine, bei dem keine resultierende Gesamt-Fliehkraft und somit keine Schwingung mehr vorliegt. Auf diese Weise lässt sich ein über die zu verdichtende Fläche sehr gleichmäßiger Energieeintrag in den Boden erreichen.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Relativstellung auf jeder einzelnen der Unwuchtwellen derart einstellbar, dass sich die Fliehkräfte der von dieser Unwuchtwelle getragenen Unwuchtmassen in jeder Drehstellung der Unwuchtwelle aufheben. Das bedeutet, dass bereits bei dem Betrieb mit nur einer Unwuchtwelle eine Relativstellung erreicht werden kann, in der keine Schwingungswirkung vorliegt.
  • Um eine Fortbewegung des Bodenverdichtungsgeräts wie bei bekannten Geräten zu erreichen, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Relativstellungen derart veränderbar, dass sich die Fliehkräfte der Unwuchtmassen nicht aufheben, sondern dass eine resultierende Gesamt-Fliehkraft eine Horizontalkomponente aufweist. Damit lässt sich eine Fortbewegung der Vibrationsplatte, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bewirken.
  • Bei einem Richtungswechsel zwischen z. B. einer Vorwärts- und einer Rückwärts-Fahrtrichtung ist übergangsweise die bereits beschriebene Stand-Stellung einnehmbar, in der keine Schwingung in den Boden einwirkt. Damit lassen sich auch beim Richtungswechsel im Reversierpunkt unerwünschte Vertikal- bzw. Horizontalschwingungen vermeiden. Da die Verstellung der beweglichen Unwuchtmassen ausreicht, um die resultierende Fliehkraft mit der gewünschten Richtung und Größe zu erzeugen, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform nicht erforderlich, dass die Phasenlage der Unwuchtwellen zueinander veränderbar sein muss, wie dies z. B. bei dem in der DE 100 38 206 A1 beschriebenen Schwingungserreger der Fall ist.
  • Der Begriff "Unwuchtmasse" ist im Zusammenhang mit dieser Beschreibung abstrakt gemeint. Selbstverständlich kann eine Unwuchtmasse auch aus mehreren Unwuchtelementen bestehen, die auf der jeweiligen Unwuchtwelle verteilt sind.
  • Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt in der Draufsicht durch einen erfindungsgemäßen Schwingungserreger in Standstellung; und
    Fig. 2
    schematische Schnitte durch zwei Unwuchtwellen in verschiedenen Drehstellungen mit den jeweiligen Stellungen der Unwuchtmassen.
  • Wie bereits erwähnt, sind Schwingungserreger in vielfältigen Ausprägungen bekannt. Ebenso sind - wie z. B. in der DE 199 43 391 A1 dargelegt - sogenannte "Phaseneinstelleinrichtungen", also Einstelleinrichtungen zum Verstellen von Relativstellungen zwischen Unwuchtmassen und Unwuchtwellen bekannt. Da die Erfindung nicht die detaillierte und konkrete Gestaltung eines bestimmten Schwingungserregers oder einer bestimmten Einstelleinrichtung, sondern vielmehr eine dafür besonders geeignete, aber bisher nicht bekannte Relativstellung (Phasenlage) betrifft, ist eine detaillierte Beschreibung des Schwingungserregers nicht erforderlich.
  • Dennoch soll anhand von Fig. 1 kurz der Aufbau eines erfindungsgemäßen Schwingungserregers beschrieben werden.
  • In einem Gehäuse 1 sind zwei Unwuchtwellen 2, 3 drehbar gelagert, wobei die Unwuchtwelle 2 von einem nicht dargestellten Antrieb drehend angetrieben wird.
  • Die Unwuchtwelle 2 trägt Unwuchtelemente 4 und 5, die mit der Unwuchtwelle 2 fest verbunden sind und eine feststehende Unwuchtmasse bilden.
  • Weiterhin ist auf der Unwuchtwelle 2 eine drehbar bewegliche Unwuchtmasse 6 angeordnet, die über eine Nabe 7 und Lager 8 relativ zu der Unwuchtwelle 2 verdrehbar ist.
  • Die Relativstellung zwischen der beweglichen Unwuchtmasse 6 und der Unwuchtwelle 2 wird mit Hilfe einer Einstelleinrichtung 9 festgelegt. Das Wirkprinzip einer derartigen Einstelleinrichtung ist seit langem bekannt und z. B. in der DE 100 38 206 A1 beschrieben. Die Einstelleinrichtung 9 weist im Wesentlichen einen unter Hydraulikwirkung axial verstellbaren Kolben 10 auf, der in einem hohlen Bereich der Unwuchtwelle 2 axial hin- und herbewegbar ist. Der Kolben 10 trägt einen Querbolzen 11, der zwei in der Wandung der Unwuchtwelle 2 ausgebildete Längsnuten 12 durchdringt und in spiralförmige Nuten 13 eingreift, die auf der Innenseite der Nabe 7 ausgebildet sind. Bei axialer Verstellung des Kolbens 10 und damit des Querbolzens 11 verdreht sich somit die Nabe 7 und die von ihr getragene bewegliche Unwuchtmasse 6 relativ zu der Unwuchtwelle 2.
  • Die Unwuchtwelle 2 trägt weiterhin ein Zahnrad 14, das mit einem Zahnrad 15 kämmt, welches auf der Unwuchtwelle 3 angebracht ist. Über die Zahnräder 14 und 15 wird die Drehbewegung der angetriebenen Unwuchtwelle 2 auf die Unwuchtwelle 3 formschlüssig übertragen, die somit gegenläufig, aber mit gleicher Drehzahl dreht.
  • In gleicher Weise wie die Unwuchtwelle 2 trägt die Unwuchtwelle 3 zwei Unwuchtelemente 16, 17, die zusammen eine feststehende Unwuchtmasse bilden. Weiterhin ist eine auf der Unwuchtwelle 3 drehbar bewegliche Unwuchtmasse 18 vorgesehen, deren Relativstellung bezüglich der Unwuchtwelle 3 über eine Einstelleinrichtung 19 einstellbar ist. Da die Einstelleinrichtung 19 den gleichen Aufbau aufweist, wie die Einstelleinrichtung 9 wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
  • Die in dem Schnitt von Fig. 1 gezeigte Stellung der Unwuchtmasse entspricht der erfindungsgemäßen Relativstellung, in der sich die einzelnen, durch die jeweiligen Unwuchtmassen bzw. -elemente erzeugten Fliehkräfte in ihrer Gesamtheit aufheben (Standstellung). Das bedeutet, dass die Unwuchtwirkung der Unwuchtelemente 4, 5 bzw. 16, 17 einerseits und die Unwuchtwirkung der beweglichen Unwuchtmassen 6, 18 andererseits betragsmäßig identisch, aber entgegengesetzt sein müssen.
  • Die zugehörigen mr-Werte (Produkte aus Masse m x Radius r des Unwuchtschwerpunkts) müssen entsprechend aufeinander abgestimmt sein.
  • Als Ergebnis können demnach die Unwuchtwellen 2 und 3 rotieren, ohne dass eine nach außen wirksame Unwucht und somit eine Schwingung entsteht. Bei Verstellung der beweglichen Unwuchtmassen 6, 18 durch die Einstelleinrichtungen 9, 19 wird jedoch dieser Gleichgewichtszustand aufgehoben, so dass die gewünschten Vertikal- und Horizontalschwingungen zur Bodenverdichtung entstehen können.
  • Die verschiedenen Relativstellungen und die sich daraus ergebenden Schwingungszustände sind in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt stark schematisierte Seitenansichten von rechts in Fig. 1.
  • Die schraffierten Halbkreise entsprechen den beweglichen, also verstellbaren Unwuchtmassen 6, 18, während die nicht schraffierten Halbkreise den bezüglich den Unwuchtwellen 2, 3 feststehenden Unwuchtmassen 4, 5 und 16, 17 entsprechen sollen, wie dies z. B. in dem Feld a) "Stand" von Fig. 2 erkennbar ist.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Zustand wird in Zeile a) von Fig. 2 unter der Überschrift "Stand" aufgegriffen. Die Drehrichtung der Unwuchtwellen 2, 3 und damit der Unwuchtmassen ist durch gekrümmte Pfeile dargestellt. Die feststehenden Unwuchtmassen 4, 5 bzw. 16, 17 stehen jeweils den beweglichen. Unwuchtmassen 6, 18 gegenüber.
  • In den Zeilen a) bis d) sind verschiedene Drehzustände der Unwuchtwellen 2, 3, jeweils um 90° verdreht, dargestellt. Die Drehrichtung der Unwuchtwellen 2, 3 ist selbstverständlich jedes Mal die gleiche.
  • Zum Erreichen einer Vorwärtsbewegung der Vibrationsplatte (linke Spalte von Fig. 2) werden die beweglichen Unwuchtmassen 6, 18 bezüglich der feststehenden Unwuchtmassen 4, 5 bzw. 16, 17 verdreht.
  • In dem gezeigten Beispiel ist die bewegliche Unwuchtmasse 6 um 90° relativ zu den feststehenden Unwuchtelemente 4, 5 sowie zur Unwuchtwelle 2 verdreht worden. Außerdem wurde die bewegliche Unwuchtmasse 18 bezüglich der feststehenden Unwuchtelemente 16, 17 auf der Unwuchtwelle 3 um 90° in die gleiche Richtung wie die bewegliche Unwuchtmasse 6 verdreht. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 2a) in der Spalte "Vorwärts" dargestellt. Auch hier sind in der Spalte "Vorwärts" unter a) bis d) verschiedene Drehzustände der Unwuchtwellen 2, 3 gezeigt.
  • Es ist erkennbar, dass sich die Fliehkräfte aufgrund der Unwuchtmassen 4, 5 einerseits und 6 andererseits bzw. 16, 17 und 18 nicht mehr kompensieren, wie dies bei der Standrüttelung der Fall war. Vielmehr überlagern sich die Fliehkräfte derart, dass sich eine in Fig. a) dargestellte resultierende Kraft nach links oben ergibt, was der Vorwärts-Richtung entsprechen soll.
  • In Fig. 2c) entsteht eine entsprechende Gegenwirkung nach rechts unten. In diesem Fall stützt sich die Vibrationsplatte am Boden ab und leitet die Schwingungsenergie in den Boden ein.
  • Eine Rückwärtsbewegung der Vibrationsplatte (in Fig. 2 nach rechts) ist in der rechten Spalte von Fig. 2 dargestellt. Dazu sind die beweglichen Unwuchtmassen 6 und 18 bezüglich der sie tragenden Unwuchtwellen 2, 3 in gegenüber der Vorwärts-richtung entgegengesetzter Richtung und gegenüber der Standstellung um 90° verdreht worden, wie in Fig. 2a) in der Spalte "Rückwärts" erkennbar.
  • Hierdurch wird, wie in den Fig. a) und c) "Rückwärts" durch gerade Pfeile dargestellt, eine Hin- und Herschwingung der Vibrationsplatte nach rechts oben bzw. links unten erreicht, was in einer Rückwärtsfahrt resultiert.
  • Die in Fig. 2 gezeigten Stellungen der Unwuchtmassen sind Extremstellungen. Je nach Ausbildung der Einstelleinrichtungen 9, 19 sind auch beliebige Zwischenstellungen, d. h. andere Verstellwinkel als 90° erreichbar, so dass ein kontinuierlicher Wechsel zwischen Vorwärtsfahrt, Standbetrieb und Rückwärtsfahrt erreicht werden kann.
  • Für die Einstelleinrichtungen 9, 19 ist es einerseits möglich, auf bekannte Mittel, wie Hydrauliksteuerung, Elektromotoren, elektromechanische Stellglieder etc. zurückzugreifen. Alternativ dazu kann bei einer vereinfachten Ausführungsform auch eine Ansteuerung der beweglichen Unwuchtmassen mit Hilfe von einfachen Zug-Druckkabeln erfolgen, die über einen gemeinsamen Geber vom Bediener ansteuerbar sind. Dadurch lassen sich auch bei einfacheren Vibrationsplatten erhebliche Kosten sparen.
  • Um einen präzisen Wechsel zwischen den einzelnen Betriebszuständen zu erreichen, sollte die Verstellung der Relativstellungen durch die Einstelleinrichtungen 9, 19 synchron durchführbar sein. Gegebenenfalls kann es darüber hinaus aber auch zweckmäßig sein, eine individuelle Verstellbarkeit der beweglichen Unwuchtmassen ohne Synchronisierungszwang zu ermöglichen.
  • Der kontinuierliche Wechsel zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, bei dem übergangsweise der Standbetrieb ohne Schwingungserzeugung einnehmbar ist, ermöglicht es, dass der Betrag der resultierenden Fliehkraft und somit die wirksame Schwingung proportional zu der Fortbewegungs-Geschwindigkeit der Vibrationsplatte anpassbar ist. Je langsamer die Vibrationsplatte fährt, desto geringer ist die resultierende Fliehkraft, bis im Stillstand der Vibrationsplatte, z. B. im Reversierpunkt, keine Schwingung mehr in den Boden eingeleitet wird. Diese proportionale Abhängigkeit ergibt sich aus dem Aufbau des erfindungsgemäßen Schwingungserregers, ohne dass aufwändige Regelungsmaßnahmen ergriffen werden müssen.
  • Selbstverständlich ist es mit dem erfindungsgemäßen Schwingungserreger auch möglich, andere Relativstellungen als die in Fig. 2 gezeigten einzunehmen. Bei entsprechender Ausbildung der Einstelleinrichtungen 9, 19 lassen sich z. B. Relativstellungen erreichen, bei denen im Stillstand der Vibrationsplatte zwar keine Vertikalschwingungen, aber dafür starke Horizontalschwingungen erzeugt werden, wie in der DE 199 43 391 A1 bekannt.
  • Die Erfindung ist am Beispiel eines Schwingungserregers nach Fig. 1 erläutert worden. Selbstverständlich lässt sich das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip auch auf andere Schwingungserreger übertragen, die z. B. mehrere bewegliche Unwuchtmassen oder eine andere Anzahl von Unwuchtwellen aufweisen.

Claims (10)

  1. Schwingungserreger für Bodenverdichtungsgeräte, mit parallel oder koaxial zueinander stehenden, gegenläufig mit gleicher Drehzahl antreibbaren Unwuchtwellen (2, 3), wobei jede der Unwuchtwellen (2. 3) eine auf ihr feststehende Unwuchtmasse (4. 5: 16.17) und eine relativ zu ihr drehbar bewegliche Unwuchtmasse (6. 18) trägt, und wobei jeder der Unwuchtwellen (2, 3) eine Einstelleinrichtung (9. 19) zum Verstellen der Relativstellung der jeweiligen beweglichen Unwuchtmasse (6. 18) bezüglich der sie tragenden Unwuchtwelle (2. 3) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Relativstellungen durch die Einstelleinrichtungen (9, 19) während des Betriebs derart einstellbar sind, dass sich die bei Drehung der Unwuchtwellen (2. 3) durch die Unwuchtmassen (4, 5: 16. 17; 6, 18) erzeugten Fliehkräfte in jeder Drehstellung der Unwuchtwellen (2. 3) in ihrer Gesamtheit aufheben, und dass
    - eine Änderung der Relativstellungen derart durchführbar ist, dass der Betrag einer aus den Unwuchtmassen resultierenden Gesamt-Fliehkraft proportional zu einer Fortbewegungs-Geschwindigkeit des Bodenverdichtungsgeräts ist.
  2. Schwingungserreger nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Relativstellung auf jeder der Unwuchtwellen (2. 3) derart einstellbar ist, dass sich die Fliehkräfte der von dieser Unwuchtwelle getragenen Unwuchtmassen (4, 5. 6; 16, 17. 18) in Jeder Drehstellung der Unwuchtwelle aufheben.
  3. Schwingungserreger nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewirken einer Fortbewegung des Bodenverdichtungsgeräts in eine horizontale erste Richtung die Relativstellungen derart veränderbar sind, dass sich die Fliehkräfte der Unwuchtmassen nicht aufheben, sondern eine aus den Fliehkräften resultierende Gesamt-Fliehkraft eine Horizontalkomponente aufweist.
  4. Schwingungserreger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wechsel zwischen der ersten Richtung und einer entgegengesetzten zweiten Richtung die in Anspruch 1 definierten Relativstellungen übergangsweise einnehmbar sind.
  5. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Relativstellungen kontinuierlich durchführbar ist.
  6. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtwellen (2, 3) formschlüssig gegenläufig drehbar miteinander gekoppelt sind.
  7. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage der Unwuchtwellen (2, 3) zueinander nicht veränderbar ist.
  8. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Relativstellungen durch die Einstelleinrichtungen (9. 19) auf den Unwuchtwellen (2, 3) synchron durchführbar ist.
  9. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtungen (9, 19) elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigbar sind.
  10. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Unwuchtmassen aus mehreren Unwuchtelementen (4. 5: 16, 17) gebildet ist.
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