(19) |
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(11) |
EP 2 067 533 A1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
(43) |
Veröffentlichungstag: |
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10.06.2009 Patentblatt 2009/24 |
(22) |
Anmeldetag: 12.01.2008 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL
PT RO SE SI SK TR |
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Benannte Erstreckungsstaaten: |
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AL BA MK RS |
(30) |
Priorität: |
06.12.2007 EP 07025254
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(71) |
Anmelder: ABI Anlagentechnik-Baumaschinen-Industriebedarf
Maschinenfabrik und Vertriebsgesellschaft mbH |
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63843 Niedernberg (DE) |
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Erfinder: |
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- Heichel, Christian
63843 Niedernberg (DE)
- Kleibl, Albrecht
02747 Grosshennersdorf (DE)
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Vertreter: Kötter, Ulrich |
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Körnerstrasse 27 58095 Hagen 58095 Hagen (DE) |
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Bemerkungen: |
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Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ. |
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(54) |
Schwingungserzeuger für ein Vibrationsrammgerät |
(57) Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger, umfassend rotierbare Unwuchtmassen,
die auf wenigstens zwei Wellen angeordnet sind, bei denen Mittel zur Verstellung der
relativen Drehposition der Unwuchtmassen zueinander angeordnet sind, wobei wenigstens
ein Sensor (310) zur Erfassung der Winkelbeschleunigung der rotierenden Unwuchtmassen
(3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen gattungsgemäßen Schwingungserzeuger, bei dem
Sensoren (310, 311) zur Erfassung der relativen Position der Unwuchtmassen (3311,
3321, 3331, 3511, 3521, 3531) zueinander sowie der Beschleunigung des Schwingungserzeugers
(3) angeordnet sind und bei dem ein Modul (8) zur Ermittlung der Winkelbeschleunigung
der rotierenden Unwuchtmassen (3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) auf Basis der von
den Sensoren (310, 311) ermittelten Messwerten vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Vibrationsrammgerät zum Einbringen und Ziehen von
Rammelementen in und aus dem Boden sowie zur Verdichtung von Bodenmaterial, umfassend
einen der vorgenannten Schwingungserzeuger (3).
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[0001] Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Vibrationsrammgerät nach dem Patentanspruch
10.
[0002] Im Bauwesen werden Schwingungserzeuger verwendet, um Objekte, wie beispielsweise
Profile, in den Boden einzubringen oder aus dem Boden zu ziehen oder auch um Bodenmaterial
zu verdichten. Der Boden wird durch Vibration angeregt und erreicht so einen "pseudoflüssigen"
Zustand. Durch statische Auflast kann das Rammgut dann in den Baugrund gedrückt werden.
Die Vibration ist gekennzeichnet durch eine lineare Bewegung und wird durch paarweise
gegenläufig rotierende Unwuchten innerhalb eines Vibrators generiert. Schwingungserzeuger
werden charakterisiert durch die rotierende Unwucht und die maximale Drehzahl.
[0003] Die Schwingungserzeuger sind linear wirkende Schwingungserreger, deren Fliehkraft
durch rotierende Unwuchten generiert wird. Diese Schwingungserreger bewegen sich mit
veränderlicher Geschwindigkeit. Die Größe der Unwucht wird auch als "statisches Moment"
bezeichnet. Der Verlauf der Geschwindigkeit des linearen Schwingungserregers entspricht
einer periodisch wiederkehrenden Funktion, beispielsweise einer Sinusfunktion, sie
kann aber auch andere Formen einnehmen. Für einen sinusförmigen Verlauf der Geschwindigkeit
gilt: Liegt der Unwuchtschwerpunkt in Bewegungsrichtung oder senkrecht dazu, ist die
Winkelbeschleunigung der Unwuchten und aller damit verbundenen rotierenden Teile 0.
Maximalwerte der Winkelbeschleunigung treten auf, wenn die Unwuchten gegenüber der
Bewegungsrichtung ca. 45, 135, 225 oder 315 Grad ausgelenkt sind.
[0004] Durch die wechselnde Schwinggeschwindigkeit ist eine Veränderung der kinetischen
Energie des Gehäuses des Schwingungserzeugers bewirkt, welche als Blindleistung übertragen
und von den innerhalb des Schwingungserzeugers rotierenden Teilen, insbesondere Wellen,
Unwuchten und Zahnrädern periodisch aufgenommen, gespeichert und wieder abgegeben
wird. Die wechselnden Winkelbeschleunigungen bewirken eine erhöhte Belastung von Maschinenelementen,
wie Lagern oder Kupplungen. Diese Problematik wird durch leistungssteigernde Maßnahmen
des Schwingungserzeugers, wie Leichtbauweise, Vergrößerung des statischen Moments
(der Unwucht) oder Erhöhung der Drehzahl weiter verschärft.
[0005] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde,
einen Schwingungserreger zu schaffen, der eine Reduzierung der durch wechselnde Schwinggeschwindigkeiten
indizierten Belastungen von Maschinenelementen im Betrieb ermöglicht. Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs
1 gelöst. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe weiterhin durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 2 gelöst.
[0006] Mit der Erfindung ist ein Schwingungserreger geschaffen, der eine Reduzierung der
durch wechselnde Schwinggeschwindigkeiten indizierten Belastungen von Maschinenelementen
im Betrieb ermöglicht. Durch das Vorsehen von wenigstens einem Sensor zur Erfassung
der Winkelbeschleunigung der rotierenden Unwuchtmassen ist eine Änderung der Winkelbeschleunigung
unmittelbar ermittelbar, wodurch eine nachfolgende Regelung des Betriebszustands des
Schwingungserzeugers ermöglicht ist. Alternativ können Sensoren zur Erfassung der
relativen Position der Unwuchtmassen zueinander sowie zur Erfassung der Beschleunigung
des Schwingungserzeugers vorgesehen sein. Mit Hilfe der hiermit ermittelten Messwerte
ist unter Zuhilfenahme der bekannten Größen Massenträgheit und Massenträgheitsmoment
des Schwingungserzeugers eine entsprechende Ermittlung der jeweils anliegenden Winkelbeschleunigung
der rotierenden Unwuchtmassen ermöglicht.
[0007] Bevorzugt umfassen die Sensoren induktive Sensoren, Beschleunigungssensoren und/oder
Drehgeber. Derartige Sensoren haben sich als langlebig und robust erwiesen.
[0008] In Weiterbildung der Erfindung sind die Sensoren mit einer Auswerteeinheit verbunden,
welche die von den Sensoren erfassten Messwerte mit hinterlegten Maximalwerten vergleicht.
Hierdurch ist die Detektierung von Belastungsspitzen ermöglicht. Bevorzugt ermittelt
die Auswerteeinheit auf Basis der von den Sensoren ermittelten Messwerte das jeweils
anliegende statische Moment.
[0009] In Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit mit einer akustischen und
/oder visuellen Warneinrichtung verbunden. Hierdurch ist die akustische bzw. visuelle
Information des Bedieners über einen kritischen Zustand ermöglicht. Bevorzugt ist
eine Einrichtung zur Regelung des Schwingungserzeugers angeordnet, welche mit der
Auswerteeinheit verbunden ist. Hierdurch ist eine automatische Regelung des Schwingungserzeugers
in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten des Schwingungserzeugers ermöglicht.
[0010] In Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zur Änderung der relativen Drehposition
der rotierbaren Unwuchtmassen zueinander über die Regeleinrichtung ansteuerbar. Hierdurch
ist eine direkte Regelung des statischen Moments des Schwingungserzeugers ermöglicht.
[0011] Vorteilhaft weist die Auswerteeinheit eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
auf. Hierdurch ist eine flexible Steuerung des Schwingungserzeugers ermöglicht.
[0012] Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, ein Vibrationsrammgerät zu schaffen,
das eine Reduzierung der durch wechselnde Schwinggeschwindigkeiten des Schwingungserzeugers
indizierten Belastungen von Maschinenelementen im Betrieb ermöglicht. Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.
[0013] Mit der Erfindung ist ein Vibrationsrammgerät geschaffen, welches eine Reduzierung
der durch wechselnde Schwinggeschwindigkeiten des Schwingungserzeugers indizierten
Belastungen von Maschinenelementen im Betrieb ermöglicht.
[0014] Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen
angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1:
- Die schematische Darstellung eines Vibrationsramm-gerätes mit Trägergerät und
- Figur 2:
- die schematische Darstellung eines Vibratorgetriebes im Längsschnitt.
[0015] Das als Ausführungsbeispiel gewählte Vibrationsrammgerät besteht im Wesentlichen
aus einem Trägergerät 1, an dem über einen Mäkler 2 ein Schwingungserzeuger (Vibrator)
3 vertikal verschiebbar angeordnet ist. Der Schwingungserzeuger 3 umfasst ein Gehäuse
31, welches von einer Haube 30 umgeben ist. An der Haube 30 ist eine Klemmzange 37
zur Aufnahme von Rammgut 4 angeordnet. Die Haube 30 dient der Führung des Schwingungserzeugers
3 und überträgt die statische Kraft des Mäklers 2 auf den Schwingungserzeuger 3. Der
Schwingungserzeuger 3 generiert über rotierende Unwuchten 3311, 3321, 3331, 3511,
3521, 3531 eine Vibration, welche über die Klemmzange 33 auf das Rammgut 4 übertragen
wird.
[0016] Der Schwingungserzeuger 3 ist als Vibratorgetriebe ausgeführt (Figur 2). Sie besteht
im Wesentlichen aus einem Gehäuse 31, in dem mit Zahnrädern 331, 332, 333, 351, 352,
353 versehene Wellen 33, 35 drehbar gelagert sind. Die Zahnräder 331, 332, 333, 351,
352, 353 sind jeweils mit Unwuchtmassen 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 versehen,
wobei die Zahnräder beider Wellen 3, 5 über Zahnräder 3613, 3614 der Rotorwelle 361
eines Schwenkmotors 36 miteinander im Eingriff sind. Die mit Unwuchtmassen 3311, 3321,
3331, 3511, 3521, 3531 versehenen Zahnräder 331, 332, 333, 351, 352, 353 sind über
den Schwenkmotor 36 in ihrer rotatorischen Position relativ zueinander verstellbar,
wodurch die resultierende Unwucht bzw. das resultierende statische Moment einstellbar
ist. Derartige Vibratorgetriebe mit drehbar gelagerten Unwuchtmassen, die in der relativen
Phasenlage verstellbar sind, sind dem Fachmann beispielsweise aus der
DE 20 2007 005 283 U1 bekannt.
[0017] Der Schwingungserzeuger 3 ist gegenüberliegend den Zahnrädern 331, 332, 333, 351,
352, 353 auf der Innenseite des Gehäuses 31 jeweils mit zwei parallel zum Umfang der
Zahnräder beabstandet zueinander angeordneten induktiven Sensoren 310 versehen. Die
induktiven Sensoren 310 ermöglichen die Erfassung der Winkelbeschleunigung der rotierenden
Unwuchtmassen 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531. Über den Zeitversatz der Unwuchtmassen
3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 lässt sich weiterhin deren relative Position zueinander
ermitteln. Des Weiteren ist an dem Gehäuse 31 des Schwingungserzeugers 3 ein Beschleunigungssensor
311 angeordnet. Zur Verarbeitung der Signale der Sensoren 310, 311 und Ermittlung
der vorgenannten Größen ist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 7 angeordnet,
welche weiterhin auf Basis von Frequenz und Zeitversatz der Unwuchtmassen zueinander
das jeweils anliegende statische Moment berechnet. Alternativ kann auch eine Sensorik
mit zwei induktiven Sensoren (also einem induktiven Sensor pro Unwuchtgang) sowie
einem auf dem Gehäuse des Schwingungserzeugers angebrachter Beschleunigungssensor
vorgesehen sein.
[0018] In dem Trägergerät 1 ist eine Steuerung 8 angeordnet, welche über Leitungen 6 mit
der SPS 7 verbunden ist. Die Steuerung 8 ist derart eingerichtet, dass sie aus dem
von der SPS 7 ermittelten statischen Moment und dem bekannten Massenträgheitsmoment
der rotierenden Teile sowie den von dem Sensor 311 ermittelten Beschleunigungsdaten
eine zulässige Winkelbeschleunigung der rotierenden Teile des Schwingungserregers
3 errechnet.
[0019] Im Falle der Überschreitung der zulässigen Beschleunigung erfolgt über eine - nicht
dargestellte - Regeleinrichtung eine Ansteuerung des Schwenkmotors 36 innerhalb des
Schwingungserzeugers 3, wodurch eine Nachstellung der resultierenden Unwucht / des
resultierenden statischen Moments durch Veränderung der relativen Position der Unwuchtmassen
zueinander erfolgt.
[0020] In einer alternativen Ausgestaltung des Schwingungserzeugers ist auch eine Ermittlung
der relativen Drehposition der Unwuchtmassen 3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531 zueinander
über einen oder mehrere Drehgeber möglich. In dieser Ausgestaltung erfolgt über die
SPS7 auf Basis der vorbekannten Massenträgheit des Schwingungserzeugers mittels der
von den Drehgebern und dem Beschleunigungssensor 311 ermittelten Werte eine Berechnung
der jeweils anliegenden Winkelbeschleunigung der rotierenden Unwuchtmassen 3311, 3321,
3331, 3511, 3521, 3531.
[0021] Zusätzlich ist die Installation eines optischen und / oder akustischen Signals im
Bedienerstand des Trägergerätes möglich, um den Bediener von der Überschreitung zulässiger
Beschleunigungswerte zu informieren. Die Nachstellung der resultierenden Unwucht /
des resultierenden statischen Moments kann in diesem Fall über den Bediener durch
entsprechende Ansteuerung des Schwenkmotors innerhalb des Schwingungserzeugers 3 erfolgen.
1. Schwingungserzeuger, umfassend rotierbare Unwuchtmassen, die auf wenigstens zwei Wellen
angeordnet sind, wobei Mittel zur Verstellung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen
zueinender angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (310) zur Erfassung der Winkelbeschleunigung der rotierenden
Unwuchtmassen (3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) angeordnet ist.
2. Schwingungserzeuger, umfassend rotierbare Unwuchtmassen, die auf wenigstens zwei Wellen
angeordnet sind, wobei Mittel zur Verstellung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen
zueinender angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (310, 311) zur Erfassung der relativen Position der Unwuchtmassen (3311,
3321, 3331, 3511, 3521, 3531) zueinander sowie der Beschleunigung des Schwingungserzeugers
(3) angeordnet sind und dass ein Modul (7) zur Ermittlung der Winkelbeschleunigung
der rotierenden Unwuchtmassen (3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) auf Basis der von
den Sensoren (310, 311) ermittelten Messwerten vorgesehen ist.
3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (310, 311) induktive Sensoren und/oder Drehgeber umfassen.
4. Schwingungserzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (310, 311) mit einem Modul (7) verbunden sind, welches die von den Sensoren
(310, 311) erfassten Messwerte mit hinterlegten Maximalwerten vergleicht.
5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (7) auf Basis der von den Sensoren (310, 311) erfassten Messwerte das jeweils
anliegende statische Moment ermittelt.
6. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (7) mit einer akustischen und / oder visuellen Warneinrichtung verbunden
ist.
7. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Regelung des Schwingungserzeugers angeordnet ist, welche mit
dem Modul (7) verbunden ist.
8. Schwingungserzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (36) zur Änderung der relativen Drehposition der rotierbaren Unwuchtmassen
(3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) zueinander über die Regeleinrichtung ansteuerbar
sind.
9. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (7) eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) aufweist.
10. Vibrationsrammgerät zum Einbringen und Ziehen von Rammelementen in und aus dem Boden
sowie zur Verdichtung von Bodenmaterial, umfassend einen Schwingungserzeuger (3) nach
einem der Ansprüche 1 bis 9.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.
1. Schwingungserzeuger zum Einsatz in einem Vibrationsrammgerät, umfassend ein innerhalb
eines Gehäuses angeordnetes Vibrationsgetriebe, umfassend rotierbare Unwuchtmassen,
die auf wenigstens zwei Wellen angeordnet sind, wobei innerhalb des Gehäuses Mittel
zur Verstellung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen zueinender angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses wenigstens ein Sensor (310) zur Erfassung der Winkelbeschleunigung
der rotierenden Unwuchtmassen (3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) angeordnet ist.
2. Schwingungserzeuger zum Einsatz in einem Vibrationsrammgerät, umfassend ein innerhalb
eines Gehäuses angeordnetes Vibrationsgetriebe, umfassend rotierbare Unwuchtmassen,
die auf wenigstens zwei Wellen angeordnet sind, wobei innerhalb des Gehäuses Mittel
zur Verstellung der relativen Drehposition der Unwuchtmassen zueinender angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses Sensoren (310, 311) zur Erfassung der Position der Unwuchtmassen
(3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) zueinander angeordnet sind und Sensoren zur Erfassung
der Beschleunigung des Schwingungserzeugers vorgesehen sind, und dass ein Modul (7)
zur Ermittlung der Winkelbeschleunigung der rotierenden Unwuchtmassen (3311, 3321,
3331, 3511, 3521, 3531) auf Basis der von den Sensoren (310, 311) ermittelten Messwerten
vorgesehen ist.
3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (310, 311) induktive Sensoren und/oder Drehgeber umfassen.
4. Schwingungserzeuger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (310, 311) mit einem Modul (7) verbunden sind, welches die von den Sensoren
(310, 311) erfassten Messwerte mit hinterlegten Maximalwerten vergleicht.
5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (7) auf Basis der von den Sensoren (310, 311) erfassten Messwerte das jeweils
anliegende statische Moment ermittelt.
6. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (7) mit einer akustischen und / oder visuellen Warneinrichtung verbunden
ist.
7. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Regelung des Schwingungserzeugers angeordnet ist, welche mit
dem Modul (7) verbunden ist.
8. Schwingungserzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (36) zur Änderung der relativen Drehposition der rotierbaren Unwuchtmassen
(3311, 3321, 3331, 3511, 3521, 3531) zueinander über die Regeleinrichtung ansteuerbar
sind.
9. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (7) eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) aufweist.
10. Vibrationsrammgerät zum Einbringen und Ziehen von Rammelementen in und aus dem Boden
sowie zur Verdichtung von Bodenmaterial, umfassend einen Schwingungserzeuger (3) nach
einem der Ansprüche 1 bis 9.


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