Führungsrahmen mit Handführung für Verdichter

Abstract

 Eine Minimierung der Schwingungsbelastung des Hand-Arm-Systems bei handgeführten Verdichtern (3) auf eine nicht gesundheitsgefährdende Größe erfolgt durch eine separate Handführung (10), die im virtuellen Drehpunkt (20) des Führungsrahmens (1) drehbar gelagert ist. Diese Lagerung erfolgt durch Schwingelastomerlager (11, 75, 101).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Führungsrahmen mit Handführung für Verdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bei einem selbstbeweglichen Rüttelgerät zur Bodenverdichtung nach der deutschen Auslegeschrift 22 41 692 ist es bekannt, einen Lenkbügel am Rüttelgerät so zu lagern, daß im Betrieb des Gerätes am Lenkbügel keine störenden Vibrationen wahrnehmbar sind. Als Lagerung für den Lenkbügel dienen elastische Halteglieder. In der Praxis ist es jedoch bekannt, daß einseitig an dem Gerät elastisch gelagerte Lenkbügel trotzdem störende Vibrationen am Handgriff besitzen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, Schwingungsbelastungen des Hand-Arm-Systems bei handgeführten Maschinen auf eine nicht gesundheitsgefährdende Größe zu minimieren.

[0004] Die Erfindung löst diese Aufgabe entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

[0005] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0006] Die Erfindung ist in einfacher konstruktiver und kostengünstiger Weise ausführbar. Herkömmliche Führungsrahmen werden durch eine spezielle Handführung ergänzt. Nachdem diese Handführung im virtuellen Drehpunkt des Führungsrahmens drehbar gelagert ist, werden nur unkritische Schwingungen von einer Bedienungsperson an der Handführung wahrgenommen. Dadurch ist eine wesentlich längere Nutzungsdauer von Verdichtern möglich.

[0007] Das Lager entsprechend den Ansprüchen 6 - 18 besteht aus wenigen und einfachen Teilen und weist im wesentlichen drei ineinander steckbare und miteinander verbundene Teile auf Dadurch ist die Montage des Lagers einfach und schnell durchzuführen. Das Lager ist in einem weiten Bereich um den Nullpunkt ausgesprochen drehweich. Bei zunehmender Verdrehung kommen jedoch die starken, progressiven, gummierten Endanschläge in Funktion (vgl. Diagramm). Bei extremer Belastung wird der Verdrehwinkel durch den Formschluß von Lagerkern und Gehäuse limitiert. Durch die spezielle Bauform des Lagers ist gewährleistet, daß sämtliche Verdrehwinkel gummispezifisch bedämpft werden.

[0008] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

[0009] Es zeigt:

Fig. 1

einen Verdichter mit Führungsrahmen und Handführung,

Fig. 2

ein Schwingelastomerlager gemäß einem Schnitt II - II nach Fig. 1,

Fig. 3

einen weiteren Führungsrahmen mit Handführung,

Fig. 4

einen Handrahmen eines Rüttelstampfers in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5

eine Schwingelastomerlager in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6

das Schwingelastomerlager nach Fig. 5 in einer Seitenansicht,

Fig. 7

einen Lagerkern gemäß Figur 5, 6,

Fig. 8

einen Elastomerkörper gemäß Figur 5,

Fig. 9

ein Federkennungs-Diagramm und

Fig. 10

ein weiteres Schwingelastomerlager.

[0010] Entsprechend Fig. 1 ist ein Führungsrahmen 1 über Elastomerlager 2 mit einem Verdichter 3 verbunden. Der Führungsrahmen 1 besitzt einen Bügel 4 zur Versteifung.
Weiterhin weist der Führungsrahmen 1 Streben 5 und eine Strebe 38 auf.

[0011] Eine separate Handführung 10 ist über Schwingelastomerlager 11 an den Streben 5 drehbar gelagert, siehe auch Fig. 2.

[0012] An den Streben 5 sind Laschen 12 angeschweißt. Das Schwingelastomerlager 11 ist über Schraubverbindungen 13 sowohl mit der Handführung 10 als auch mit der Lasche 12 verbunden. Das Schwingelastomerlager 11 weist einvulkanisierte Muttern 14 auf.

[0013] Die elastische Lagerung mittels der Schwingelastomerlager 11 erlaubt zwischen der Handführung 10 und dem Führungsrahmen 1 gedämpfte Drehbewegungen in Richtung des Pfeiles 15 bezogen auf eine Achse 16.

[0014] Die Achse 16 erstreckt sich durch einen virtuellen Drehpunkt 20. Dieser Drehpunkt 20 liegt innerhalb der Fläche der Laschen 12.

[0015] Zusätzlich isoliert das Schwingelastomerlager 11 die Handführung 10 gegenüber dem Führungsrahmen 1 gegen störende Restvibrationen.

[0016] Beim Betrieb des Verdichters 3 wird der Führungsrahmen 1 entsprechend der vereinfacht dargestellten Schwingungen 21 über das Elastomerlager 2 angeregt. Der Führungsrahmen 1 weist aufgrund seiner konstruktiven Gestaltung eine Schwingungsform mit einem virtuellen Drehpunkt 20 auf Der virtuelle Drehpunkt 20 ist durch Versuche feststellbar und legt damit die Größe und den Befestigungsort der Laschen 12 fest. Der virtuelle Drehpunkt 20 liegt meist außerhalb der Streben 5.

[0017] Definition des virtuellen Drehpunktes 20:
Der virtuelle Drehpunkt 20 ist der Punkt auf der Achse 16, in dem von der eingeleiteten Schwingung 21 im Elastomerlager 2 keinerlei Anteil übrig bleibt. Vielmehr dreht sich der Führungsrahmen 1 virtuell, d. h. scheinbar um diesen Punkt. Damit ergibt sich für die elastische Lagerung der Handführung 10 in der Achse 16 eine sogenannte schwingungsentkoppelte Anbindung.

[0018] Damit wird die Minimierung der Schwingungsbelastungen des Hand-Arm-Systems bei handgeführten Maschinen auf eine nicht gesundheitsgefährdende Größe erreicht.

[0019] Nach Fig. 3 ist ein Handführungsrahmen 30 mit Verstrebungen 31, 32, den Laschen 12 und mit dem Bügel 4 versehen. Die Lasche 31 dient zur Befestigung eines nicht dargestellten Benzintanks. Laschen 33 dienen entsprechend der Fig. 1 der Befestigung des Führungsrahmens 30 an einem nicht dargestellten Verdichter.

[0020] Der Führungsrahmen 30 weist Streben 34, 35 auf, die an ihren freien Enden mit Gewichten 36 oder 37 versehen sind. Diese Gewichte 36, 37 dienen als Gewichtsausgleich für den strichpunktiert gezeichneten, ursprünglich vorhanden Verbindungssteg 38.

[0021] Eine Handführung 40 ist im virtuellen Drehpunkt 20 drehbar befestigt. Diese drehbare Befestigung erfolgt entsprechend Fig. 2 durch zwei Schwingelastomerlager 11.

[0022] Anstelle der Schwingelastomerlager 11 ist auch eine Anbindung über ein Gleitlager oder über ein Wälzlager ohne weiteres möglich. In diesen beiden Fällen müßten Endanschläge zur Winkelbegrenzung angebracht werden, damit der Verdichter 3 lenkbar bleibt.

[0023] Die Schwingelastomerlager 11, 75 (Fig. 10) und 101 (Fig. 5) bewirken vorteilhaft, daß hochfrequente Schwingungen des Verdichters 3 stark gedämpft werden und gleichzeitig die zum Betrieb des Verdichters 3 erforderlichen Lenkeigenschaften durch eine Bedienungsperson in den vorkommenden Arbeitsrichtungen gewährleistet sind.

[0024] Die separate Handführung 10, 40 ist konstruktiv einfach und daher kostengünstig zu fertigen. Der zusätzliche Kostenaufwand bezüglich der Handführung nach dem Stand der Technik ist gering. Er steht in keinem Verhältnis zum Nutzen der Erfindung. Denn es liegt nun eine unbeschränkte Nutzungsdauer des Verdichters bzw. Rüttelstampfers vor. -
Der Richtwert der Eurokommission liegt bei maximal 20' Anwendungszeit pro Mann und Tag.
Da sonst akute Schäden am Hand-Nervensystem des Anwenders auftreten, die sich besonders schnell bei Arbeiten im Frostbereich zeigen. -
Die Erfindung löst dieses Problem auf einfache Weise. Sie bietet dazu noch Schutz vor kostenintensiven Spätfolgen humaner Art. Gleichzeitig steigt die Qualität der mit dem Verdichter ausgeführten Arbeit, da der Streß durch die 20'- Zeitvorgabe entfällt.

[0025] Entsprechend Figur 4 sind an einem Führungsrahmen 30 für einen nicht dargestellten Rüttelstampfer in einem virtuellen Drehpunkt 20 an Laschen 12 jeweils ein Schwingelastomerlager 101 befestigt. Hierzu weisen diese jeweils einen Befestigungsflansch 102 mit Bohrungen 103 auf Der Befestigungsflansch 102 ist mit einem Käfig 104 aus Stahl fest verbunden. Ein Elastomerkörper 105 ist innerhalb des Käfigs 104 angeordnet und mit diesem formschlüssig verbunden, jedoch radial um die Y-Achse drehbar.

[0026] Der Elastomerkörper 105 (Fig. 2, 5) weist zentral eine in in der Y-Achse liegende Ausnehmung 110 auf wobei diese einen sanduhrförmigen Querschnitt 111 besitzt. Die Ausnehmung 110 ist in der Z-Achse durch einander gegenüberliegende Wellenberge 41 und Wellentäler 42 und in der X-Achse durch ebene Stirnflächen 43 begrenzt. Die Dicke der Seitenwände, der Wandabschnitte an den Wellentälern 42 und die Dicke der Wellenberge 41 sind mit 44 bis 46 bezeichnet.

[0027] Der Elastomerkörper 105 weist stirnseitig entlang seiner Wellenkontur 47 angephaste Flächen 48 auf. Im Maximum der Wellenberge 41 sind einstückig mit dem Elastomerkörper Zapfen 49 vorgesehen. Die Zapfen 49 greifen zu beiden Seiten eines metallischen Lagerkerns 50 formschlüssig in entsprechende, durchgehende Bohrungen 51 ein.

[0028] Der Lagerkern 50 aus Stahl ist als flacher Quader ausgebildet und weist nur an seiner Stirnseite 52 Befestigungsmittel 53 in Form von Gewindebohrungen auf.

[0029] Der Elastomerkörper 105 hält den Lagerkörper 50 im unbelasteten Zustand in einer neutralen Position gemäß den Figuren 5 und 6. Hierzu liegen die Wellenberge 41 unter Vorspannung mittig über einen in Figur 7 angedeuteten Berührungsstreifen 55 an den beiden ebenen Abwälzflächen 56 des Lagerkerns 50 an. Der Lagerkern 50 durchsetzt den Elastomerkörper 105 in Richtung der Y-Achse bis auf einen Bodenabstand 57 und ragt andererseits über den Elastomerkörper 105 entsprechend einem Abstand 58 hinaus. Damit ist einerseits der Lagerkern 50 in der Lage frei zu schwingen, andererseits ermöglicht der Abstand 58 eine problemlos Befestigung einer Handführung 10 (Fig. 1), 40 (Fig. 4).

[0030] Die frei schwingbaren Enden 59 des Lagerkerns 50 ragen in Freiräume 60, die durch Abstände 63 zu den Wänden 44.1 und durch die Wellentäler 42 des Elastomerkörpers 105 gebildet sind. In der Z-Achse bestehen freie Abstände in Form von Zwickeln 61 zwischen den Füßen 62 der Wellenberge 41 und dem Lagerkern 50.

[0031] Die Montage des Schwingelastomerlagers 101 erfolgt dadurch, daß zunächst der Elastomerkörper 105 in die quaderförmige Öffnung 6 des Käfigs 104 bis zum Anschlag an dem Flansch 102 eingesteckt wird. Anschließend wird der Lagerkern 50 in die Ausnehmung 110 des Elastomerkörpers 105 eingeschoben, wobei die Fixierung des Lagerkerns 50 in dem Elastomerkörper 105 durch Einschnappen der Zapfen 49 in die Bohrungen 51 erfolgt.

[0032] Entsprechend einer Anwendung der Schwingelastomerlager an dem Führungsrahmen 30 gemäß Figur 4 werden zwei Elastomerlager 101 jeweils an einer Lasche 12 und zwar im virtuellen Drehpunkt 20 über die Flansche 102 in bekannter Weise über die Gewindebohrungen 3.1 der Lasche 12 befestigt. Dabei entspricht die Achse 16 der Y-Achse (Fig. 5).

[0033] Der virtuelle Drehpunkt 20 ist der Punkt auf der Achse 16, in dem von der eingeleiteten Schwingung 21 (Fig. 1) eines Schwingungserregers im Schwingelastomerlager 11, 75, 101 keinerlei Anteil übrig bleibt. Vielmehr dreht sich der Führungsrahmen 30 virtuell, d. h. scheinbar um diesen virtuellen Drehpunkt 20. Damit ergibt sich für die elastische Lagerung der Handführung 40 in der Achse 16 eine sogenannte schwingungsentkoppelte Anbindung.

[0034] Die Handführung 40 wird dann an den Lagerkernen 50 der beiden einander gegenüber angeordneten Schwingelastomerlager 101 befestigt, indem die Seitenstreben 22 über die beiden Gewindebohrung (Befestigungsmittel 53) und nicht dargestellte Schrauben miteinander verschraubt werden. Damit dient die Handführung 40 als Abstandshalter für die beiden, einander gegenüberliegenden Lagerkerne 50.

[0035] Wird der Verdichter 3 in der X-Achse vorwärts oder rückwärts bewegt, so überwindet der Lagerkern 50 bei Belastungsspitzen den jeweiligen Abstand 63 und liegt an der Wand 44.1 an.
Die Wand 44.1 bedämpft dann den Lagerkern 50. Entsprechendes gilt bei der Drehung des Rüttlers um die Z-Achse.

[0036] Falls eine gegenüberliegende Anordnung von zwei Schwingelastomerlagern 101 nicht vorliegt, so ist der Elastomerkörper 105 in dem Käfig 104 gegen Herausrutschen in Richtung der Achse Y zu sichern. Dies kann durch Formschlußmittel, wie Gumminoppen geschehen, die in Bohrungen des Käfigs 104 eingreifen. Andererseits kann der Elastomerkörper 105 auch durch Vulkanisation mit dem Käfig 104 fest verbunden sein.

[0037] Entsprechend Fig. 6 ist die Federkennung 69 des Schwingelastomerlagers 101 ersichtlich. An der X-Achse sind die Verdrehwinkel und an der Y-Achse die Drehmomente aufgetragen. Um den Nullpunkt 70 ist das Lager 101 relativ frei schwingbar, also drehweich. Wesentlich ist die sehr flache Federkennung um den Nullpunkt 70 herum, denn dort schwingt der Führungsrahmen 30 und der Lagerkern 50 rollt auf den Wellenbergen 41 ab. Bei zunehmender Verdrehung erhöht sich in progressiver Weise das Moment und damit auch die Dämpfung, denn im Anschlagbereich 59, 62 ist der Kontakt mit dem Verdichter 3 notwendig.
Es wurden Gummimischungen für den Elastomerkörper 105 zwischen 40 und 80 Shore eingesetzt. Ein optimales Lager 101 lag bei 45 Shore bei einer relativ weichen Führung jedoch einer sehr guten Isolierung von Schwingungen.
Nach Fig. 7 weist ein Schwingelastomerlager 75 im Gegensatz zum Lager 101 einen Lagerkern 76 mit einem flachen, eiförmigen Querschnitt 77 auf Die Ausnehmung 78 eines Elastomerkörpers 79 besitzt einen rechteckigen Querschnitt 80. Die übrigen Merkmale entsprechen dem Lager 101. Entsprechend den Berührungsstreifen 55 liegt der Elastomerkörper 79 mit Vorspannung an dem Lagerkern 76 aus Stahl an.
Das Schwingelastomerlager 75 dämpft wegen der gleichdicken Dämpfüngsabschnitte 81 nicht so komfortabel wie das Schwingelastomerlager 101.

[0038] Das Schwingelastomerlager 75 bzw. 101 ist vielseitig einsetzbar. Es eignet sich auch zur Lagerung von Schwingungserregern an Fundamenten zum Zwecke der Schwingungsisolierung.

Ansprüche

1. Führungsrahmen (1) mit Handführung (10) für Verdichter (3), Rüttelstampfer, wobei der Führungsrahmen (1) mit dem Verdichter (3) durch elastische Halteglieder (11) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Handführung (10, 40) im virtuellen Drehpunkt (20) mit dem Führungsrahmen (1, 30) durch die elastischen Halteglieder (11; 75; 101) vorwiegend in den Richtungen der Hochachse (Z) drehbar verbunden ist.

2. Führungsrahmen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Handführung (10, 40) und dem Führungsrahmen (1, 30) Schwingelastomerlager (11; 75; 101) vorgesehen sind.

3. Führungsrahmen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Führungsrahmen (10, 30) beidseitig zwei Laschen (12, 33) befestigt sind, wobei die Laschen (12, 33) den virtuellen Drehpunkt (20) aufweisen,
und in einer durch den virtuellen Drehpunkt (20) gehenden Achse (16) die Handführung (10,40) drehbar gelagert ist.

4. Führungsrahmen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Führungsrahmen (30) im Bereich der Handführung (40) freie Enden aufweist und diese Enden mit Gewichten (36, 37) versehen sind.

5. Führungsrahmem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Handführung (10, 40) als separates Bauteil ausgeführt ist.

6. Schwingelastomerlager (101) nach Anspruch 2,
wobei ein elastisch gedämpften Lagerkern (50) innerhalb eines stabilen Käfigs (104) geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Schwingelastomerlager (101) nach dem Abwälzprinzip vorgesehen ist,

- der Lagerkern (50, 76) in einer Ausnehmung (10, 78) eines Elastomerkörpers (105, 79) abwälzbar liegt,

- der Lagerkern (50, 76) im Elastomerkörper (5, 79) durch Formschlußmittel (49, 51) im unbelasteten Zustand in einer neutralen Position in der X-, Y-, Z-Achse gehalten, jedoch um die Y-Achse schwenkbar gelagert ist und

- der Lagerkern (50, 76) zwei Abwälzflächen (56, 82) aufweist, an denen unter Vorspannung der Elastomerkörper (5, 79) anliegt.

7. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (110) des Elastomerkörpers (105) einen sanduhrförmigen Querschnitt (111)
und der Lagerkern (50) einen quaderförmigen Querschnitt (54) aufweisen.

8. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die frei schwingbaren Enden (59) des Lagerkerns (50, 76) in Freiräume (60) ragen, die durch Wellentäler (42) des Elastomerkörpers (5) gebildet sind, wobei in der Z-Achse freie Abstände in Form von Zwickeln (61) bis zum Anschlag an die Füße (39) der Wellenberge (41) gebildet sind.

9. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (78) des Elastomerkörpers (79) einen rechteckigen Querschnitt (80) und der Lagerkern (76) einen etwa flach eiförmigen Querschnitt (77) aufweisen.

10. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elastomerkörper (105, 79) vorteilhaft aus einer niedrig dämpfenden Elastomermischung besteht.

11. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federkennung der Schwingelastomerlager (101, 75) stark progressiv ist.

12. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet
daß der Elastomerkörper (105, 79) und seine Ausnehmung (110, 78) in den X-Y-Z-Achsen symmetrisch ausgebildet sind.

13. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet
daß der Elastomerkörper (105) stirnseitig entlang seiner Wellenkontur (47) angephaste Flächen (48) aufweist.

14. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lagerkern (50) Abwälzflächen (56) aufweist, die zueinander parallel verlaufen und flächenmäßig eben ausgebildet sind.

15. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formschlußmittel aus Zapfen (49) bestehen, die in Bohrungen (51) fixiert sind,
daß die in der Y-Achse angeordneten Zapfen (49) auf den Wellenbergen (41) des Elastomerkörpers (105) angeordnet und mit diesen einstückig ausgebildet sind und
die entsprechenden Bohrungen (51) im Lagerkern (50) vorgesehen sind, wobei diese den Lagerkern (50) vollständig durchsetzen.

16. Schwingelastomerlager nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Käfig (104) und an dem Lagerkern (50) Befestigungsmittel (103) bzw. (53) vorgesehen sind, und diese zum Anflanschen an einem Schwingungserreger bzw. an Aufhängungen, Führungen, Fundamenten dienen.

17. Schwingelastomerlager nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Käfig (104) nur an einer seiner Stirnseiten einen Befestigungsflansch (102) aufweist und dieser als einseitige Begrenzung für den einschiebbaren Elastomerkörper (105, 79) dient.

18. Schwingelastomerlager nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lagerkern (50, 76) an wenigstens einer Stirnseite (52) die Befestigungsmittel (53) besitzt.

Zeichnung