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Dokumentenidentifikation DE19523030A1 09.01.1997
Titel Schwingungserreger sowie Verfahren zur mechanischen Schwingungserzeugung
Anmelder AMMANN Verdichtung GmbH, 53773 Hennef, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 24.06.1995
DE-Aktenzeichen 19523030
Offenlegungstag 09.01.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.01.1997
IPC-Hauptklasse B06B 1/18
Zusammenfassung Bei einem Schwingungserreger mit einer in einem Gehäuse (1) beweglich gelagerten Erregermasse (2) für die Schwingungserzeugung und einem Antrieb (4) für die Erregermasse (2), wobei die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude der in das Gehäuse (1) induzierten Schwingungen veränderlich sind, ist vorgesehen, daß die Erregermasse (2) mit von der Schwingungsfrequenz unabhängiger und stufenlos variierbarer Schwingungsamplitude gegen die Wirkung von in der Federkennung variabel einstellbaren Feder- und Dämpfungsmitteln (6) linear hin- und herbewegbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger mit einer in einem Gehäuse beweglich gelagerten Erregermasse für die Schwingungserzeugung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur mechanischen Schwingungserzeugung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Ein Anwendungsbeispiel für derartige Schwingungserreger sind beispielsweise im Straßenbau verwendete Vibrationsplatten.

Bei solchen zur Bodenverdichtung eingesetzten Geräten sind zwei gerichtete Schwingungen erzeugende Unwuchtwellen in horizontaler Ebene nebeneinander angeordnet, von denen eine Unwuchtwelle mit einem Antriebsaggregat verbunden ist, während die zweite Unwuchtwelle von der ersten über ein Getriebe angetrieben ist. Die Phasenlage der Unwuchten auf den jeweiligen Unwuchtwellen ist verstellbar, wodurch eine Vortriebsbewegung der Vibrationsplatte vor- und rückwärts stufenlos einstellbar ist. Eine Variation der Schlagkraft ist nur mit hohem mechanischen Aufwand möglich und ist beispielsweise dadurch realisiert worden, daß jeder Unwuchtmasse eine weitere kleinere Unwuchtmasse zugeordnet worden ist, die sich in einer Umlaufrichtung der Unwuchtwellen zu der großen Unwuchtmasse addiert und in der anderen Umlaufrichtung der Unwuchtwellen von der großen Unwuchtmasse subtrahiert.

Mit einer derartigen aufwendigen Vorrichtung sind nur zwei unterschiedliche Schlagkraftwerte einstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungserreger sowie ein Verfahren zur mechanischen Schwingungserzeugung zu schaffen, die eine stufenlose Verstellung von Schlagkraftschwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude bei einfacheren mechanischem Aufbau ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 9.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter weise vor, daß die linear hin- und herbewegte Erregermasse mit stufenlos einstellbarer Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude gegen die Wirkung von in der Federkennung variabel einstellbaren Federmitteln schwingt.

Die Erfindung ermöglicht eine weitgehende Entkopplung des Zusammenhangs zwischen Frequenz und Amplitude der Schwingung und ermöglicht dadurch eine unabhängigere Variation von Frequenz und Amplitude. Der Aufbau des Schwingungserregers ist vereinfacht und die Anzahl der Bauteile erheblich reduziert.

Vorzugsweise besteht der Antrieb für die Erregermasse aus einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit. Der Schwingungsweg der Erregermasse wird dabei mit Hilfe eines 4/3- Wegeventils gesteuert, wobei der Arbeitsdruck die auf die Erregermasse ausgeübte Beschleunigungskraft bestimmt.

Die Feder- und Dämpfungsmittel bestehen vorzugsweise aus einer pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheit. Der pneumatische Arbeitsdruck bestimmt dabei die Feder- und Dämpfungscharakteristik des Federmittels, wobei das Druckmedium in den Umkehrpunkten der Erregermasse einen Energiespeicher bildet. Frequenz und Amplitudencharakteristik und die Schlagkraft der Erregermasse kann mit Hilfe des pneumatischen Arbeitsdrucks beeinflußt werden.

Die Erregermasse kann als Kolben in der Kolben-Zylinder- Einheit des Federmittels eingesetzt werden. Die Erregermasse in Form eines Kolbens ist dann doppelseitig mit dem pneumatischen Arbeitsdruck des Federmittels beaufschlagt und komprimiert mit zunehmenden Abstand von der Mittellage zwischen den beiden Umkehrpunkten seiner Schwingungsbewegung das pneumatische Druckmittel.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß mehrere in Bewegungsrichtung der Erregermasse entgegengesetzt wirkende pneumatische Kolben-Zylinder-Einheiten als Feder- und Dämpfungsmittel an der Erregermasse angreifen und zwischen Erregermasse und Gehäuse angeordnet sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Schwingungsrichtung der Erregermasse in mindestens einer Ebene verstellbar ist. Die Verstellbarkeit der Schwingungsrichtung ermöglicht aufgrund einer von der Vertikalen abweichenden Kraftkomponente die Erzeugung einer Vortriebskraft an dem Gehäuse des Schwingungserregers.

Das Gehäuse mit der Erregermasse kann vorzugsweise in Verlängerung der Bewegungsachse der Erregermasse schwenkbar an einer Vibrationsplatte angelenkt sein. Ein derartiger Schwingungserreger kann beispielsweise zur Bodenverdichtung verwendet werden.

Eine Steuerung kann in Abhängigkeit der Schwingungscharakteristik hinsichtlich Frequenz, Amplitude und Schlagkraft, den Schwingungsweg der Erregermasse, den Hydraulikdruck des Antriebs der Erregermasse und den pneumatischen Druck der Feder- und Dämpfungsmittel steuern.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine hydraulisch pneumatische Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Schwingungserregers, und die

Fig. 2, 3 und 4 unterschiedliche Betriebszustände des erfindungsgemäßen Schwingungserregers.

Fig. 1 zeigt einen hydraulisch-pneumatischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels mit einer linear in einem Gehäuse 1 hin- und herbewegten Erregermasse 2. Die Erregermasse 2 ist in Form eines Kolbens 12 ausgebildet und wird innerhalb eines Zylinders 14 einer Kolben-Zylinder-Einheit 12, 14, die ein Feder- und Dämpfungsmittel 6 bildet, hin- und herbewegt. Die kolbenförmige Erregermasse 2 ist über eine Kolbenstange 3 mit einem Kolben 8, einer hydraulischen Antriebseinheit 4 für die Erregermasse 2 starr verbunden. Die Kolbenstange 3 ist in dem Gehäuse 1 geführt und mit einer Dichtung 5 abgedichtet. Der Zylinder 10 der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 8, 10 umschließt eine Druckkammer 9, die beidseitig des Kolbens 8 mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird, während die gegen die Druckkammer 9 druckdichte Druckkammer 13 der Kolben-Zylinder- Einheit 12, 14 beidseitig des Kolbens 12 pneumatisch beaufschlagt ist.

Die Bewegung des Antriebskolbens wird mit Hilfe eines 4/3- Wegeventils 7 gesteuert, mit dessen Hilfe der Arbeitsdruck über Druckleitungen 17, 18 auf den oberen oder unteren Teil der Druckkammer 9 geleitet wird oder beide Teile der Druckkammer 9 drucklos geschaltet werden. Mit Hilfe des 4/3- Wegeventils 7 kann die Schwingungsamplitude durch Begrenzen des Schwingungsweges der Erregermasse 2 eingestellt werden.

Der hydraulische Arbeitsdruck wird mit Hilfe einer Hydraulikpumpe 22 erzeugt, die von einem Motor 20 angetrieben wird. Auf der Druckseite der Hydraulikpumpe 22 ist des weiteren ein Druckspeicher 24 zum Ausgleich von Druckschwankungen während der Schaltvorgänge der 4/3-Wegeventils 7 vorgesehen. Zwischen der Ansaugleitung 26 und der Druckleitung 28 der Hydraulikpumpe 22 ist ein Druckbegrenzungsventil 30 geschaltet. Die Ansaugleitung 26 und die Rücklaufleitung 32 von dem 4/3-Wegeventil 7 enden in einem Vorrats- und Auffangbehälter 34 für das Hydrauliköl. Der Arbeitsdruck kann durch Verändern der Einstellung des Druckbegrenzungsventils 30 variiert werden.

Die pneumatische Schaltung zur Einstellung der Feder- und Dämpfungscharakteristik des Federmittels 6 bestehend aus der Kolben-Zylinder-Einheit 12, 14 weist einen Kompressor 36 und ein einstellbares Druckregelventil 38 auf, das parallel zum Kompressor 36 geschaltet ist. Pneumatische Druckleitungen 40, 42 leiten jeweils einen gleichhohen Druck in den oberen bzw. unteren Teil der Druckkammer 13, so daß die als Kolben 12 verwendete Erregermasse 2 beidseitig mit dem gleichen pneumatischen Druck beaufschlagt ist, der mit Hilfe des Druckregelventils 38 je nach gewünschter Schwingungscharakteristik unterschiedlich einstellbar ist.

Unterhalb der Kolben-Zylinder-Einheit 12,14 ist angedeutet, daß abweichend von einer vertikalen Auf- und Abbewegung der Erregermasse 2 durch Neigen der Kolben-Zylinder- Einheiten 8, 10; 12, 14 die Krafteinleitung auf ein Schwenkgelenk 44 auch unter einem von der Vertikalen abweichenden Winkel erfolgen kann, um eine Vortriebsbewegung in der Horizontalen und orthogonal zu der Schwenkebene zu erhalten.

Die Fig. 2, 3 und 4 erläutern unterschiedliche Betriebszustände des Schwingungserregers bei einer Ankopplung an eine Vibrationsplatte 16 zur Bodenverdichtung.

Der Schwingungserreger ist dabei schwenkbar mit Hilfe eines Schwenkgelenkes 44 an der Vibrationsplatte 16 befestigt, wobei entsprechend der Schwenkstellung eine unterschiedliche Vortriebskraft vorwärts oder rückwärts erzielbar ist.

Die nachfolgende Tabelle erläutert unterschiedliche Aufgabenstellungen für ein derartiges Bodenverdichtungsgerät und erläutert die Lösungsmöglichkeiten nach dem Stand der Technik bzw. nach dem hier beschriebenen linearen Schwingungserreger.



Fig. 2 zeigt den Betriebszustand des Schwingungserregers in dem Fall, in dem eine hohe Amplitude bei niedriger Frequenz und hoher Schlagkraft erforderlich ist. In diesem Fall ist die Druckkammer 13 nur mit einem geringen pneumatischen Druck beaufschlagt, während mit Hilfe des 4/3- Wegeventils 7 ein großer Hub des Antriebskolbens 8 und damit auch der Erregermasse 2 eingestellt ist. Des weiteren kann mit Hilfe des 4/3-Wegeventils 7 in Verbindung mit dem Arbeitsdruck in den Druckleitungen 17, 18 die Frequenz der Schwingung eingestellt werden. Aufgrund des geringen pneumatischen Gegendrucks in der Druckkammer 13 ergeben sich in den Umkehrpunkten der Bewegung der Erregermasse 2 hohe Spitzenwerte für die Schlagkraft.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist eine mittlere Schwingungsamplitude bei höherer Frequenz und kleinerer Stoßkraft erwünscht. In diesem Fall ist der pneumatische Druck in der Druckkammer 13 erhöht, so daß die Federung und Dämpfung gegen die Bewegung der Erregermasse 2 in der Kolben-Zylinder-Einheit 12, 14 erhöht ist. In Verbindung mit der Steuerung des 4/3-Wegeventils 7 läßt sich Amplitude und Frequenz der Schwingung entsprechend an die gestellte Aufgabe anpassen. Zusätzliche Anpassungsmöglichkeiten ergeben sich durch die Einstellung eines bestimmten Arbeitsdrucks.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist schließlich eine kleine Amplitude bei höchster Frequenz und relativ geringer Schlagkraft erwünscht. In diesem Fall wird der pneumatische Druck in der Druckkammer 13 weiter erhöht, wodurch die Einhaltung eines kurzen Schwingungsweges erleichtert wird. Die Kompression des pneumatischen Druckmediums wirkt in der Weise eines Energiespeichers und erleichtert die Steuerung der Umkehrbewegung der Erregermasse 2.

Die in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Betriebszustände entsprechend der in der Tabelle angegebenen Anwendungsfälle lassen sich bei dem linearen Schwingungserreger durch die stufenlose Verstellbarkeit der Feder- und Dämpfungscharakteristik des Federmittels, der stufenlosen Verstellbarkeit der Frequenz und der Amplitude der Schwingung und der Verstellbarkeit des Arbeitsdrucks mit einem einzigen Gerät erzielen.

Eine im einzelnen nicht dargestellte Steuerung koordiniert entsprechend der einzustellenden Schwingungscharakteristik die Einstellung des Druckbegrenzungsventils 30 zur Steuerung des Arbeitsdruckes, die Steuerung des 4/3-Wegeventils 7 zur Einstellung der Schwingungsfrequenz und des Schwingungsweges und die Einstellung des pneumatischen Drucks in der Druckkammer 13 über das Druckregelventil 38.

Bei dem Arbeitsprinzip der rotierenden Unwucht nach dem Stand der Technik sind verstellbare Unwuchtmassen wirtschaftlich nicht realisierbar. Separate Bodenverdichter als Spezialgeräte für die jeweiligen in der Tabelle angegebenen Anforderungen sind nicht erhältlich, so daß bisher nur Universal-Bodenverdichter mit einer Schwingung mittlerer Frequenz und mittlerer Amplitude einstellbar waren.


Anspruch[de]
  1. 1. Schwingungserreger mit einer in einem Gehäuse (1) beweglich gelagerten Erregermasse (2) für die Schwingungserzeugung und einem Antrieb (4) für die Erregermasse (2), wobei die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude der in das Gehäuse (1) induzierten Schwingungen veränderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermasse (2) fit von der Schwingungsfrequenz unabhängiger und stufenlos variierbarer Schwingungsamplitude gegen die Wirkung von in der Federkennung variabel einstellbaren Feder- und Dämpfungsmitteln (6) linear hin- und herbewegbar ist.
  2. 2. Schwingungserreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (4) für die Erregermasse (2) aus einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (8, 10) besteht.
  3. 3. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder- und Dämpfungsmittel (6) aus mindestens einer pneumatischen Kolben- Zylinder-Einheit (12, 14) bestehen.
  4. 4. Schwingungserreger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermasse (2) als Kolben (12) in der Kolben-Zylinder-Einheit (12, 14) eines Feder- und Dämpfungsmittels (6) eingesetzt ist.
  5. 5. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Bewegungsrichtung der Erregermasse (2) entgegengesetzt wirkende pneumatische Kolben-Zylinder-Einheiten als Feder- und Dämpfungsmittel (6) zwischen dem Gehäuse (1) und der Erregermasse (2) angeordnet sind.
  6. 6. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsrichtung der Erregermasse (2) in mindestens einer vertikalen Ebene verstellbar ist.
  7. 7. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit der Erregermasse (2) vorzugsweise in Verlängerung der Bewegungsachse der Erregermasse (2) schwenkbar an einer Vibrationsplatte (16) angelenkt ist.
  8. 8. Schwingungserreger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung in Abhängigkeit der Schwingungscharakteristik hinsichtlich Frequenz, Amplitude und Stoßkraft der Schwingung die Länge des Schwingungsweges der Erregermasse (2), den Hydraulikdruck des Antriebs (4) der Erregermasse (2) und den pneumatischen Druck der Feder- und Dämpfungsmittel (6) steuert.
  9. 9. Verfahren zur mechanischen Schwingungserzeugung für Schwingungserzeuger, durch bewegliches Lagern einer Erregermasse (2) in einem Gehäuse (1) und durch Antreiben der Erregermasse (2) mit vorbestimmter Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude, gekennzeichnet durch das lineare Hin- und Herbewegen der Erregermasse (2) mit unabhängig von der Schwingungsfrequenz einstellbarer Schwingungsamplitude gegen die Wirkung von in der Federkennung variabel einstellbaren Feder- und Dämpfungsmitteln (6).
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Feder- und Dämpfungsmittel (6) ein pneumatischer Druck verwendet wird.






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