[0001] Die Erfindung betrifft einen Schwingungserreger (bzw. eine Vorrichtung zur Schwingungserregung)
für ein Bodenverdichtungsgerät. Die Erfindung betrifft ferner ein Bodenverdichtungsgerät
mit wenigstens einem solchen Schwingungserreger.
[0002] Ein gattungsgemäßer Schwingungserreger sowie ein hiermit ausgestattetes Bodenverdichtungsgerät
sind beispielsweise aus der
US 7,059,802 B1 bekannt. Um die Verdichtungswirkung des gezeigten Bodenverdichtungsgeräts zu verbessern,
werden die Verdichtungswalzen im Verdichtungsbetrieb mit Schwingungen beaufschlagt.
Die Schwingungserzeugung erfolgt durch einen (bzw. durch mehrere) Schwingungserreger.
Ein Schwingungserreger umfasst eine um eine Drehachse rotatorisch angetriebene Erregerwelle,
an der exzentrisch ein so genanntes Erregergewicht (Erregermasse) angeordnet ist.
Nachstehend bezeichnet "Erregergewicht" auch die bauliche Gesamtheit aus Erregergewicht
und Erregerwelle, sofern keine anderslautenden Angaben gemacht werden. Aufgrund der
durch die Exzentrizität bedingten Unwucht werden für die Verdichtung nutzbare Schwingungen
generiert. Auf der Erregerwelle ist ferner wenigstens ein sogenanntes Umschlaggewicht
angeordnet, das ebenfalls exzentrisch ausgebildet ist (d. h. der Masseschwerpunkt
liegt außerhalb der Drehachse). Das Umschlaggewicht ist gegenüber der Erregerwelle
und dem daran angeordneten Erregergewicht rotatorisch entkoppelt bzw. um eine Drehachse
rotierbar und kann in einem, beispielsweise durch Anschläge, begrenzten Drehbereich
gegenüber dem Erregergewicht verschiedene Winkelpositionen einnehmen. Die Drehachse
der Erregerwelle mit dem Erregergewicht und die Drehachse des Umschlaggewichtes relativ
zum Erregergewicht liegen zueinander koaxial. Die Umschlaggewichte werden wiederholend
von der rotierenden Erregerwelle mittels eines Zapfens (oder dergleichen) aus einer
unteren Position bis zu einem kinematisch bedingten Umschlag- bzw. Überschlagpunkt
mitgenommen, an dem die Umschlaggewichte schwerkraftbedingt überkippen bzw. umschlagen
und von der Gegenseite an einen dafür vorgesehenen Anschlag an der Erregerwelle oder
dem Erregergewicht anschlagen. Das Umschlaggewicht kann somit in Abhängigkeit von
der Drehrichtung der Erregerwelle eine Position einnehmen, in der die Masse des Umschlaggewichts
in der Rotationsbewegung zum Erregergewicht hinzuaddiert, womit die Schwingungsamplitude
vergrößert wird, und eine andere Position, in der die Masse des Umschlaggewichtes
der Masse zum Erregergewicht entgegenwirkt, womit die Schwingungsamplitude verkleinert
wird. Die Anordnung von Erregergewicht und Umschlaggewicht im Schwingungserreger ermöglicht
somit, die Schwingungsintensität des Schwingungserregers besser zu regulieren. Ein
Nachteil bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schwingungserregern ist insbesondere
das unkontrollierte Rückprallen der Umschlaggewichte beim Anschlagen. Ein weiterer
und häufig hiermit einhergehender Nachteil ist, dass oft kein eindeutiges Umschlagen
des Umschlaggewichts erfolgt. Im praktischen Betrieb hat sich ferner gezeigt, dass
das Umschlaggewicht bei den bekannten Anordnungen eine indifferente Lage einnehmen
kann. Dadurch kann beispielsweise die Position, in der das Umschlaggewicht zum Erregergewicht
zuaddiert, nicht zuverlässig gewährleistet werden bzw. die maximale Amplitude der
Erregereinheit kann nicht erreicht werden. Im Ergebnis kann nicht die maximale Verdichtungsleistung
der Verdichtungsmaschine zur Verfügung gestellt werden.
[0003] Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungserreger der betreffenden Art derart
weiterzubilden, dass die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile vermieden
oder zumindest deutlich vermindert sind.
[0004] Diese Aufgabe wird mit dem Schwingungserreger und dem Bodenverdichtungsgerät gemäß
den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
[0005] Im Gegensatz zu dem aus der
US 7,059,802 B1 bekannten Schwingungserreger, bei dem die Drehachsen zusammenfallen bzw. koaxial
zueinander liegen und damit identisch sind, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass
die Drehachsen der Erregerwelle bzw. des daran befestigten wenigstens einen Erregergewichts
und des wenigstens einen Umschlaggewichts zueinander achsversetzt sind. Achsversetzt
bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die beiden Drehachsen (Drehachse der Erregerwelle
mit Erregergewicht und Drehachse des Umschlaggewichtes) nicht koaxial zueinander liegen
und sich in ihrer räumlichen Lage zueinander unterscheiden. Die beiden Drehachsen
liegen somit nicht aufeinander, sondern nebeneinander. Damit schwenkt das Umschlaggewicht
relativ zum Erregergewicht erfindungsgemäß nicht konzentrisch zur Drehachse der Erregerwelle.
Das Umschlaggewicht ist vielmehr auf einer gegenüber der Drehachse der Erregerwelle
exzentrischen Drehbahn gegenüber dem Erregergewicht schwenkbar.
[0006] Durch diesen Achsversatz der Drehachsen gelingt es, die kinematischen Bedingungen
entscheidend zu verändern, so dass das wenigstens eine Umschlaggewicht ab einem bestimmten
Drehwinkel immer an den Anschlag an der Erregerwelle oder dem Erregergewicht gedrückt
wird. Hierdurch wird ein eindeutiges Umschlagen und ein damit einhergehender Amplitudenwechsel
gewährleistet, auch dann, wenn das Umschlaggewicht nach dem Anschlagen noch zurückprallen
sollte. Das Umschlaggewicht nimmt somit keine indifferente Lage mehr ein. Damit wirkt
sich das Zurückprallen auch weniger nachteilig aus. Darüber hinaus erleichtert die
erfindungsgemäße Anordnung auch das Umschalten der Drehrichtung der Schwingungsanordnung.
[0007] Grundsätzlich können die beiden Drehachsen erfindungsgemäß zwar in der Weise zueinander
liegen, dass sie sich in einem Punkt schneiden oder windschief zueinander sind. Bevorzugt
ist es jedoch, dass die Drehachsen der Erregerwelle und des wenigstens einen Umschlaggewichts
zueinander parallel orientiert sind. Mit dieser Anordnung der beiden Drehachsen zueinander
können optimale Ergebnisse erhalten werden. Darüber hinaus zeichnet sich diese Ausführungsform
durch eine vergleichweise einfache Montierbarkeit aus.
[0008] Der Achsversatz der beiden Drehachsen zueinander ist ferner idealerweise in der Weise
gewählt, dass sich seine positionsstabilisierende Wirkung auf die Positionierung des
Umschlaggewichtes gegenüber dem Erregergewicht auf die beiden äußeren Verstellpositionen
nahezu gleich stark auswirkt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist daher vorgesehen,
dass die Drehachse des wenigstens einen Umschlaggewichts bezüglich der Drehachse der
Erregerwelle bzw. des Erregergewichts um einen definierten Wert versetzt ist, wobei
dieser Wert vorzugsweise als nach innen weisender Abstand auf der Winkelhalbierenden
des Umschlagwinkels bemessen ist. Die konkreten geometrischen Zusammenhänge dieser
bevorzugten Ausführungsform werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren noch
näher erläutert.
[0009] Der Achsversatz kann grundsätzlich in einem breiten Bereich variiert werden. Der
positive Effekt der Erfindung tritt jedoch bereits bei einem verhältnismäßig geringen
Achsversatz auf. Ein vergleichsweise geringer Achsversatz hat zudem den Vorteil, dass
der erfindungsgemäße Schwingungserreger in seiner Bauweise nach wie vor kompakt gehalten
werden kann. Hervorragende Ergebnisse werden demnach erreicht, wenn der Abstand der
Drehachsen auf der Winkelhalbierenden im Bereich weniger Millimeter und bevorzugt
im Bereich von 1 mm bis 15 Millimeter und insbesondere im Bereich von 1,5 bis 10 Millimeter,
ganz besonders 2 bis 5 Millimeter, liegt. Der Abstand bemisst sich dabei in der Ebene,
die zumindest von der Drehachse der Erregerwelle senkrecht geschnitten wird. Insbesondere
bei dieser Ausführungsform ist es ideal, wenn die beiden Drehachsen parallel zueinander
liegen und somit beide diese Ebene senkrecht schneiden. Verlaufen die beiden Drehachsen
nicht parallel zueinander, ermittelt sich der Versatz aus dem geringsten Abstand der
beiden Drehachsen zueinander.
[0010] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Schwingungserreger
exakt ein Erregergewicht aufweist. Dieses Erregergewicht ist bevorzugt einstückig
mit der Erregerwelle ausgebildet. Dadurch ist insbesondere die Montage und Wartung
der Gesamtheit aus Erregerwelle und Erregergewicht bzw. des Schwingungserregers erheblich
vereinfacht. Es ist allerdings selbstverständlich auch möglich, mehrere Erregergewichte
einstückig mit der Erregerwelle auszubilden oder beispielsweise auch ergänzend zu
einem einstückig mit der Erregerwelle ausgebildeten Erregergewicht wenigstens ein
weiteres mit der Erregerwelle verbundenes, beispielsweise über eine Schraubverbindung
drehfest fixiertes, Erregergewicht vorzusehen.
[0011] Auch die Zahl der Umschlaggewichte pro Erregerwelle kann variieren. Erfindungsgemäß
ist es bevorzugt, wenn der Schwingungserreger exakt ein Umschlaggewicht aufweist.
Besonders bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass der Schwingungserreger nur ein Umschlaggewicht
und nur ein Erregergewicht aufweist.
[0012] Konkret kann der Achsversatz der beiden Drehachsen auf unterschiedliche Arten und
Weisen erreicht werden.
[0013] Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, einen Lagerring an der Erregerwelle
vorzusehen, der einen exzentrisch gegenüber der Drehachse der Erregerwelle angeordneten
Innenmantel aufweist, an dem schließlich das Umschlaggewicht geführt ist. Dazu ist
beispielsweise ein entsprechender Lagerzapfen am Umschlaggewicht in oder durch den
Lagerring an der Erregerwelle geführt. Dieser Lagerring kann drehfest mit der Erregerwelle
verbunden sein oder aber, bevorzugt, einstückig mit der Erregerwelle ausgebildet sein.
Handelt es sich bei dem Lagerring um ein eigenständiges Bauteil, kann die erfindungsgemäße
Variante beispielsweise auch vergleichsweise einfach in einem herkömmlichen Erreger
mit koaxialen Drehachsen nachgerüstet werden. Insgesamt wird auf diese Weise somit
eine Nabenverbindung bzw. ein Nabenlager erhalten.
[0014] Alternativ oder ergänzend kann auch eine Nabenverbindung, umfassend eine Lagernabe
bzw. Lagerzapfen und ein Lagerauge, zur Lagerung des Umschlaggewichtes am Erregergewicht
vorgesehen sein. Der Lagerzapfen am Umschlaggewicht wird bei dieser Ausführungsform
in einem Auge im Erregergewicht aufgenommen wird. Das Auge ist in Form einer Bohrung
ausgebildet. Diese Ausführungsform ist ebenfalls besonders einfach montierbar, da
das Umschlaggewicht unmittelbar auf das Erregergewicht aufgeschoben werden kann und
anschließend vom Erregergewicht selbst in seiner Position entlang der Drehachse bzw.
in Axialrichtung zumindest in eine Richtung stabilisiert wird. Bei dieser Ausführungsform
ist das Umschlaggewicht im Bereich seines einen axialen Endes mit anderen Worten mittels
eines Gleitbolzens (= Lagerzapfen) drehbeweglich mit dem Erregergewicht oder mit der
Erregerwelle verbunden ist. Dieser Gleitbolzen ist direkt (d. h. ohne Wälzkörper)
in einer korrespondierenden Gleitbohrung (= Bohrung) im Erregergewicht und/oder der
Erregerwelle aufgenommen. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren näher
erläutert.
[0015] Grundsätzlich können die vorstehenden Lageranordnung auch umgekehrt werden. In einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform weist somit beispielsweise das Umschlaggewicht
wenigstens an einem axialen Ende einen, besonders bevorzugt einstückig mit dem Umschlaggewicht
ausgebildeten, Lagerring auf, in den ein entsprechender Lagerzapfen an der baulichen
Einheit aus Erregergewicht und Erregerwelle ein- oder hindurchgeführt ist.
[0016] Im praktischen Einsatz hat sich gezeigt, dass eine Kombination unterschiedlicher
Lagerungsvarianten des Umschlaggewichtes an der baulichen Einheit aus Erregerwelle
und Erregergewicht hinsichtlich Montage, Wartung und Betrieb ideal ist. Ein wesentlicher
Aspekt dieser Ausführungsform liegt somit zunächst darin, dass das Umschlaggewicht
nicht allein über ein Lager an der baulichen Einheit aus Erregergewicht und Erregerwelle
gelagert ist, sondern über mehrere Lager, insbesondere zwei. Grundsätzlich können
die beiden Lager dazu gleichartig aufgebaut sein, so dass beispielsweise zwei koaxial
zueinander und in Axialrichtung hintereinander liegende Zapfen am Umschlaggewicht
vorhanden sind, die jeweils in einer entsprechende Ausnehmung an der baulichen Einheit
aus Erregerwelle und Erregergewicht eingreifen. Alternativ können aber auch verschiedenartig
aufgebaute Lager miteinander in einem erfindungsgemäßen Schwingungserreger miteinander
kombiniert werden. Besonders günstig ist es dabei, wenn das Umschlaggewicht in Axialrichtung
der parallel liegenden Drehachsen vom Motor kommend zunächst einen Lagerring auf der
Erregerwelle mit zur Drehachse der Erregerwelle exzentrischem Außenmantel umgreift
und dahinter in Axialrichtung mit einem Zapfen, dessen Achse koaxial zur Längsachse
des Lagerrings ist, in eine Bohrung an der baulichen Einheit aus Erregerwelle und
Erregergewicht eingreift. Diese spezielle Anordnung verhindert besonders einfach ein
axiales Verschieben des Umschlaggewichtes gegenüber der Baueinheit aus Erregerwelle
und Erregergewicht und kann gleichzeitig durch Aufschieben des Umschlaggewichtes auf
diese Baueinheit schnell und einfach montiert werden.
[0017] Um grundsätzliche die axiale Positionierung des Umschlaggewichtes am Erregergewicht
zu gewährleisten, ist der Lagerring des Umschlaggewichtes in Axialrichtung der Drehachse
der Erregerwelle unmittelbar zwischen einem antriebsseitigen Lager und einem Anschlag
am Erregergewicht oder an der Erregerwelle angeordnet. In Axialrichtung wird das Umschlaggewicht
somit zwischen dem Anschlag und dem antriebsseitigen Lager in seiner Lage fixiert.
Diese Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als dass zusätzliche Fixiermittel
zur axialen Sicherung der Umschlaggewichtes nicht erforderlich sind.
[0018] Es ist weiterhin bevorzugt, die Erregerwelle nicht durchgängig auszubilden, sondern
mehrgliedrig. Zur Erregerwelle werden dabei diejenigen Teile der baulichen Einheit
aus Erregerwelle und Erregergewicht gezählt, die unmittelbar auf der Drehachse dieser
Einheit liegen. Bei einer mehrgliedrigen Ausbildung der Erregerwelle ist diese somit
zwischen ihren beiden in Axialrichtung liegenden Außenenden wenigstens einmal unterbrochen,
so dass zwischen den einzelnen Gliedern eine Freilassung erhalten wird. Die einzelnen
Glieder der Erregerwelle sind dabei über das, gegebenenfalls ebenfalls mehrgliedrig
ausgebildete, Erregergewicht miteinander verbunden. Diese Freilassung dient insbesondere
auch der Vereinfachung der Montage, da dadurch ein Aufschieben des Umschlaggewichtes
auf die bauliche Einheit aus Erregergewicht und Umschlaggewicht vereinfacht wird.
Darüber hinaus ermöglicht diese Anordnung eine besonders günstige Gewichtsverteilung.
[0019] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Umschlagwinkel für
das Umschlaggewicht im Bereich von 120° bis 200° liegt und bevorzugt in etwa 130°
beträgt. Der Umschlagwinkel bestimmt sich dabei in der Ebene senkrecht zur Drehachse
des Umschlaggewichtes gegenüber der Erregerwelle bzw. gegenüber dem Erregergewicht
und wird durch die beiden maximalen Schwenkstellungen des Umschlaggewichtes gegenüber
dem Erregergewicht bzw. der Erregerwelle festgelegt.
[0020] Zum Antrieb der Erregerwelle ist beispielsweise ein Motor vorhanden, der direkt (z.
B. über eine Flanschverbindung oder Keilwellenverbindung) oder indirekt (d. h. über
wenigstens ein Antriebszwischenstück) mit der Erregerwelle verbunden ist. Ein solcher
Motor ist insbesondere ein Hydraulikmotor. Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass die
Drehachse des Motors mit der Drehachse der Erregerwelle fluchtet bzw. koaxial liegt,
um eine möglichst unmittelbare und damit baulich einfache Übertragung der Antriebsleistung
des Motors auf die Erregerwelle zu ermöglichen.
[0021] Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich auch auf ein Bodenverdichtungsgerät, das wenigstens
einen erfindungsgemäßen Schwingungserreger umfasst. Ein solches Bodenverdichtungsgerät
ist z. B. eine Rüttelplatte, ein handgeführtes Walzengerät oder ein Walzengerät mit
einem Fahrerstand, wobei wenigstens eine Verdichtungsbandage dieses Bodenverdichtungsgerät
mittels wenigstens einem erfindungsgemäßen Schwingungserreger mit Schwingungen beaufschlagbar
ist. Bei einem solchen Walzengerät kann es sich beispielsweise um eine sogenannte
Grabenwalze handeln.
[0022] Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand
der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen erfindungsgemäßen Schwingungserreger in einer perspektivischen Ansicht;
- Fig. 2
- einen Schnitt durch den Schwingungserreger der Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht;
- Fig. 3a
- das Umschlaggewicht des Schwingungserregers der Fig. 1;
- Fig. 3b
- die bauliche Einheit aus Erregergewicht und Erregerwelle aus Fig. 1;
- Fig. 4
- eine schematische Ansicht zur Bestimmung des Abstands der Drehachsen;
- Fig. 5a-c
- Schnittansichten entlang der Linien A-A, B-B und C-C aus Fig. 1.
[0023] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schwingungserreger 100 in einer perspektivischen
Ansicht. Der Schwingungserreger 100 umfasst ein Erregergewicht 120, das einstückig
mit einer zum Teil sichtbaren Erregerwelle 110 ausgebildet ist und ein Umschlaggewicht
130. Das Erregergewicht 120 und die Erregerwelle 110 bilden zusammen eine bauliche
Einheit. Der Schwingungserreger 100 umfasst ferner einen Motor 140, wobei es sich
beim vorliegenden Ausführungsbeispiel konkret um einen Hydraulikmotor handelt. Der
Motor 140 ist fluchtend an die Erregerwelle 110 angekoppelt. Die gemeinsame Drehachse
ist mit D
g bezeichnet. Bezüglich dieser Drehachse D
g ist das Erregergewicht 120 bzw. die Erregermasse 120 exzentrisch angeordnet, so dass
bei Rotation um die Drehachse D
g in gewollter Weise nutzbare Schwingungen erzeugt werden. Auf der dem Motor 140 gegenüberliegenden
Seite ist die Erregerwelle 110 mit einem in Axialrichtung (entlang D
g) vorstehenden Lagerzapfen 125 in einem nicht näher gezeigten Lager aufgenommen. Der
gesamte Schwingungserreger 100 kann über den Flansch 150 an einem nicht dargestellten
Gehäuse oder dergleichen befestigt werden. Im Bereich des Flansches 150 ist die vom
Motor 140 angetriebene Erregerwelle 110 durch ein Wälzlager 160 abgestützt, worüber
auch eine rotatorische Entkopplung gegenüber dem feststehenden Gehäuse (nicht sichtbar)
erfolgt.
[0024] Das Umschlaggewicht 130 ist über zwei in Axialrichtung der Drehachsen D
g und D
u hintereinander liegende Lager 131 und 132 relativ zum Erregergewicht 120 drehbeweglich
an der einstückigen Einheit aus Erregerwelle 110 und Erregergewicht 120 angeordnet.
Die Lager 131 und 132 können bezüglich des Motors 140 in Axialrichtung als vorderer
Lagerpunkt 131 und hinterer Lagerpunkt 132 bezeichnet werden. Weitere Details der
beiden Lager 131 und 132 sind in den Figuren 3a und 3b ersichtlich. Fig. 3a zeigt
konkret das Umschlaggewicht 130 und Fig. 3b die bauliche Einheit aus Erregergewicht
120 und Erregerwelle 110. Die gestrichelten Pfeile in den Figuren 3a und 3b geben
an, wie das Umschlaggewicht 130 auf die bauliche Einheit aus Erregergewicht 120 und
Erregerwelle 110 in der Vormontage aufgeschoben wird.
[0025] Das Umschlaggewicht 130 umfasst eine im Querschnitt ringsegmentartige Umschlagmasse
137 mit einem Flächenanschlag 134, einen Mitnehmer 133 mit einem dem Flächenanschlag
134 in Rotationsrichtung D
u gegenüberliegenden Flächenanschlag 136, und einen Lagerring 135 im Bereich des vorderen
Lagers 131, wobei der Lagerring 135 einen koaxial zur Drehachse D
u ausgebildeten hohlzylinderförmigen Innenmantel 172 aufweist. Im Bereich des hintern
Lagers 132 ist ferner ein zylinderförmiger Lagerzapfen 180 vorhanden, wobei die Zylinderachse
des Lagerzapfens 180 ebenfalls koaxial zur Drehachse D
u liegt.
[0026] Die bauliche Einheit aus Erregergewicht 120 und Erregerwelle 110 weist gemäß Fig.
3b die ebenfalls ringsegmentartig ausgebildete Erregermasse 120 auf. Im Bereich des
vorderen Lagers 131 ist ferner eine zylinderförmige Lagerfläche 128 vorhanden, dessen
Zylinderachse neben der Drehachse D
g und koaxial zur Drehachse D
u verläuft. In Axialrichtung schließt sich zum Motor 140 hin ein vorderer Antriebszapfen
126 an, der letztendlich an den Motor 140 angeschlossen ist und im eingebauten Zustand
im Wälzlager 160 gelagert ist. Die Achse dieses zylinderförmigen Lagerzapfens verläuft
im Gegensatz zur Lagerfläche 128 koaxial zur Drehachse D
g. In die in Axialrichtung entgegengesetzte Richtung schließt sich an die Lagerfläche
128 ein ringförmiger Anschlag 129 auf der Erregerwelle 110 an, der in Radialrichtung
über die Lagerfläche 128 vorsteht. Im Bereich des hinteren Lagers 132 ist entlang
der Erregerwelle 110 zunächst eine Aufnahmeauge (in Fig. 3b nicht sichtbar) in Form
einer Bohrung vorhanden. Daran schließt sich schließlich der koaxial zur Drehachse
D
g ausgebildeter Lagerzapfen 125 an. Ferner ist eine Anschlagfläche 121 und eine dieser
Anschlagfläche 121 in Rotationsrichtung der Erregerwelle 110 gegenüberliegende Anschlagfläche
124 vorhanden.
[0027] Fig. 3b verdeutlicht ferner, dass die Erregerwelle 110 nicht entlang der Drehachse
D
g durchgängig ausgebildet ist, sondern ein vorderes Glied 110a und ein hinteres Glied
110b aufweist, die durch eine Freilassung F in Axialrichtung voneinander getrennt
sind. Diese Freilassung F erleichtert erheblich das Zusammensetzen des Umschlaggewichtes
130 mit der baulichen Einheit aus Erregergewicht 120 und Erregerwelle 110, wie nachstehend
noch näher beschrieben werden wird. Die Freilassung F führt ferner dazu, dass im axialen
Zwischenraum zwischen dem vordern Lagerpunkt 131 und dem hinteren Lagerpunkt 132 im
Wesentlichen keine Masse angeordnet ist, wodurch zudem eine hinsichtlich der Schwingungsgenerierung
vorteilhafte Gewichtsverteilung erhalten wird.
[0028] Wird das Umschlaggewicht 130 entlang der gestrichelten Pfeile in den Figuren 3a und
3b in die Einheit aus Erregerwelle 110 und Erregergewicht 120 eingeschoben, ergeben
sich dadurch insgesamt das vordere Lager 131 und das hintere Lager 132. Durch die
Freilassung F kann der Lagerzapfen 180 dabei in Bezug auf die Axialrichtung auf ungefährer
Höhe der Erregerwelle 110 vor die Bohrung gebracht werden und anschließend in die
Bohrung eingeschoben werden, ohne dass die Erregerwelle 110 dabei im Weg ist. Das
vordere Lager 131 umfasst im zusammengebauten Zustand den einstückig mit der Erregerwelle
110 ausgebildeten Lagerzapfen mit dem zylinderförmigen Außenmantel 128. Die Längsachse
D
u dieses Außenmantels 128 ist achsversetzt zur Rotationsachse D
g der Erregenvelle 110 Am Umschlaggewicht 130 ist mit dem Lagerring 135 am Außenmantel
128 gelagert, so dass der Außenmantel 128 in Kontakt mit dem Innenmantel 172 steht.
Die Erregerwelle 110 ist in diesem Bereich somit durch das Umschlaggewicht 130 hindurch
geführt. Gegen eine axiale Verschiebung ist das Umschlaggewicht 130 zum Motor 140
hin unmittelbar durch das daran angrenzende Wälzlager 160 gesichert. Vom Motor weg
ist in Axialrichtung an der Erregerwelle 120 der ringförmige Anschlag 126 vorhanden,
der in Axialrichtung radial gegenüber der Ausnehmung im Umschlaggewicht 130 vorsteht,
so dass das Umschlaggewicht bei einer Verschiebung in Axialrichtung vom Motor weg
unmittelbar gegen den Anschlag 126 der Erregerwelle 110 anschlägt. Separate Sicherungsmittel
gegen eine axiale Verschiebung des Umschlaggewichtes 130 gegenüber der Einheit aus
Erregerwelle 110 und Erregergewicht 120 sind somit nicht erforderlich.
[0029] Das hintere Lager 132 weist einen abweichenden Aufbau auf. Dort ist der Lagerzapfen
180 des Umschlaggewichtes 130 in der Bohrung (in Fig. 3b nicht sichtbar) gelagert
und ragt in diesem Bereich somit in die bauliche Einheit aus Erregerwelle 110 und
Erregermasse 120 hinein.
[0030] Die Funktion des Umschlaggewichts 130 wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
[0031] Im Betrieb wird das Erregergewicht 120 über die Erregerwelle 110 durch den Motor
140 rotatorisch angetrieben. Die Figuren 1 und 2 spiegeln dabei die Anlaufsituation
des Schwingungserregers 100 in der in den Figuren 1 und 2 angegebenen Umdrehungsrichtung
U der Drehachse D
g wieder, also in einem Betriebszustand, in dem die Unwucht des Umschlaggewichtes 130
der Unwucht des Erregergewichtes 120 entgegen wirkt (= kleine Amplitude). Ausgehend
von der in beispielsweise den Figuren 1 und 2 gezeigten Situation treibt der Motor
140 im Modus "kleine Amplitude" die Rotation der Erregerwelle 110 um die Drehachse
D
g in Rotationsrichtung U an. Hierbei wird das Erregergewicht aus der in den Figuren
gezeigten Position in der Drehrichtung U verschwenkt, wobei das Umschlaggewicht 130
schwerkraftbedingt bis zu einem unteren Totpunkt (T) zunächst in Drehrichtung U mit-
bzw. nachschwenkt. Erreicht das Umschlaggewicht seinen unteren Totpunkt (T), schwenkt
es solange nicht mehr mit dem Erregergewicht 120 mit, bis der Flächenanschlag 121
des Erregergewichtes 120 bei einem bestimmten Drehwinkel (Umdrehungswinkel der Erregerwelle)
an der Anschlagfläche 136 am Mitnehmer 133 des Umschlaggewichtes 130 anschlägt, woraufhin
das Umschlaggewicht 130 aus seinem unteren Totpunkt heraus entgegen der Schwerkraft
in die Umdrehungsrichtung U mitgenommen bzw. mitverschwenkt wird. Dieser Vorgang wird
bis zum Erreichen eines oben liegenden Umschlagpunktes O fortgesetzt, an dem das Umschlaggewicht
130 schwerkraftbedingt überschlägt bzw. überkippt, dem Erregergewicht dadurch vorläuft
und unter Umständen sogar von der Gegenseite mit seinem Anschlag 134 gegen die Flanke
124 des Erregergewichtes 130 anschlagen kann. Diese Abfolge wiederholt sich üblicherweise
fortdauernd, bis die physikalischen Kräfte ein labiles Gleichgewicht erreichen, das
bestimmt ist aus den Massenträgheiten, den Reibkräften und den Stoßparametern. Beim
Betrieb entgegen der Rotationsrichtung U (= Modus "große Amplitude") treten prinzipiell
die gleichen Phänomene entsprechend an den jeweils in Rotationsrichtung gegenüberliegenden
Seiten auf, wobei sich in diesem Fall Unwucht des Umschlaggewichtes 130 der Unwucht
des Erregergewichtes 120 hinzuaddiert.
[0032] Erfolgt nun eine Umschalten vom Betriebsmodus "kleine Amplitude" (in Umdrehungsrichtung
U) in den Betriebsmodus "große Amplitude" (entgegen der Umdrehungsrichtung U), schlägt
das Erregergewicht zunächst mit seinem Anschlag 124 gegen den Anschlag 134 des Umschlaggewichtes
an und stößt dadurch das Umschlaggewicht entgegen Umdrehungsrichtung U vom Erregergewicht
120 weg.
[0033] Der Effekt der Erfindung liegt nun darin, dass die relative Positionierung des Umschlaggewichtes
130 gegenüber dem Erregergewicht 120 durch den erfindungsgemäßen Achseversatz der
Drehachsen D
g und D
u stabilisiert wird und einer indifferenten Positionierung des Umschlaggewichtes entgegen
wirkt. Das Umschlaggewicht 130 weist somit eine andere bzw. versetzte Drehachse D
u auf, als die Erregerwelle D
g. Der Versatz erfolgt dabei in einer Ebene senkrecht zu den beiden Drehachsen D
g und D
u bezogen auf die Linie der neutralen Lage (= Winkelhalbierende) in die von der Seite
des Massekörpers am Umschlaggewicht 130 weg weisende Richtung. Dieser spezielle Versatz
ermöglicht im Ergebnis ein eindeutiges Umschlagen des Umschlaggewichts 130 und wirkt
dem Wegstoßen des Umschlaggewichtes 130 durch das Erregergewicht 120 beim Umschalten
entgegen. Dazu weist das Umschlaggewicht 130 die von der Erregerwelle 110 bzw. von
dem Erregergewicht 120 verschiedene Drehachse D
u auf, die relativ zur Drehachse D
g achsversetzt ist bzw. neben dieser liegend verläuft. Die beiden Drehachsen D
g und D
u verlaufen somit nicht koaxial zueinander. Die beiden Drehachsen D
g und D
u sind ferner parallel zueinander.
[0034] Die Schnittansicht in Fig. 2 verdeutlicht die Lage der beiden Drehachsen D
g und D
u zueinander, wobei der Schnitt im Bereich des vorderen Lagerpunkts 131 verläuft (Schnittebene
senkrecht zu den Drehachse D
g und D
u). Das Umschlaggewicht 130 ist an diesem Lagerpunkt 131 im Bereich seines vorderen
(ersten) axialen Endes auf der gegenüber der Drehachse Dg der Erregerwelle 110 exzentrischen
Drehachse D
u über seinen Lagerring 135 mit der Innengleitfläche 172 drehbeweglich auf der Erregerwelle
110 gelagert. Mit dem Kreis K ist die Lage des in dieser Darstellung eigentlich nicht
sichtbaren Antriebszapfens 126 bezüglich der zylindrischen Lagerfläche 128 angedeutet.
Gut erkennbar ist, dass die Drehachse D
g der Erregerwelle 110 bzw. des Antriebszapfens 126 und die Drehachse D
u des Umschlaggewichtes 130 nicht fluchtend, sondern achsversetzt sind.
[0035] Die nebeneinander liegende bzw. achsversetzte Anordnung der Drehachsen D
g und D
u führt im Betrieb letztendlich dazu, dass sich die Drehachse D
u des Umschlaggewichts 130 auf einer Kreisbahn um die ortsfeste Drehachse D
g der Erregerwelle 110 bewegt. Durch die definierte Beabstandung der beiden Drehachsen
D
g und D
u (d. h. die beiden Drehachsen D
g und D
u sind um einen definierten Wert versetzt) wird insbesondere sichergestellt, dass ab
einem bestimmten Drehwinkel das Umschlaggewicht 130 nach dem Umschlagen zuverlässig
an den Flächenanschlag 124 (bei großer Amplitude) und an den Flächenanschlag 121 (bei
kleiner Amplitude) des Erregergewichts 120 gedrückt wird. Hierdurch wird ein eindeutiges
Umschlagen und ein damit einhergehender Amplitudenwechsel gewährleistet, auch dann,
wenn das Umschlaggewicht 130 nach dem Anschlagen noch zurückprallen sollte. Die definierte
Beabstandung der beiden Drehachsen D
g und D
u, ist als nach innen weisender Abstand auf der Winkelhalbierenden des Umschlagwinkels
bemessen, wie untenstehend im Zusammenhang mit der Fig. 4 näher erläutert.
[0036] Um zu gewährleisten, dass das Umschlaggewicht 130 ab einem bestimmten Drehwinkel
mit der Anschlagfläche 134 zuverlässig an den Flächenanschlag 124 des Erregergewichts
120 gedrückt wird, ist dessen Drehachse D
u auf der Linie der neutralen Lage (Winkelhalbierende des Umschlagwinkels) somit um
einen definierten Wert versetzt, wie nachfolgend im Zusammenhang mit der Fig. 4 erläutert.
[0037] Der Masseschwerpunkt m des Umschlaggewichts 130 bewegt sich auf einer Kreisbahn K
um den Drehpunkt bzw. um die Drehachse D
u Der Umschlag des Umschlaggewichts 130 erfolgt zwischen O und T. Der Umschlagwinkel
beträgt beispielhaft ca. 180°. Die gestrichelt dargestellte Winkelhalbierende des
Umschlagwinkels ist mit N angegeben. Die Drehachse D
u ist auf der Winkelhalbierenden N gegenüber der Drehachse D
g um den Wert e nach innen (bezüglich der Öffnung des Umschlagwinkels; d. h. gemäß
der Darstellung nach links) versetzt. Der Wert e kann mit den nachfolgend angegebenen
Formeln einzelfallabhängig bestimmt werden. Die Berechnungen basieren auf der Annahme,
dass auf das Umschlaggewicht 130 bzw. dessen Masse m zwei maßgebliche Kräfte und daraus
resultierende Momente
MRück und
MReib einwirken. Sobald das Rückstellmoment
MRück größer als das Reibmoment
MReib wird, geht das Umschlaggewicht 130 unaufhaltsam an seinen jeweiligen Anschlag.
[0039] Figuren 5a bis 5c zeigen verschiedene Schnittansichten des Schwingungserregers 100.
Der Schnitt entlang der Linie A-A erfolgt durch das hintere Lager 132 hindurch und
senkrecht zu den Drehachsen D
g und D
u, so dass die Drehachsen D
g und D
u lediglich als Punkte sichtbar sind. Gut erkennbar ist der exzentrische Abstand e
zwischen den Drehachsen D
g und D
u. Der Schnitt entlang der Linie B-B erfolgt durch das vordere Lager 131 hindurch und
senkrecht zu den Drehachsen D
g und D
u. Damit entspricht die in Fig. 5b gezeigte Ansicht der in Fig. 2 gezeigten perspektivischen
Schnittansicht. Schließlich zeigt Fig. 5c eine Schnittansicht entlang der Linie C-C,
wobei die Schnittebene ebenfalls senkrecht zu den Drehachsen D
g und D
u, verläuft und in axialer Richtung betrachtet, d. h. in Richtung der Drehachsen D
g und D
u, unmittelbar zwischen dem einen axialen Ende des Umschlaggewichtes 130 und dem Wälzlager
160 angeordnet ist. Der vom Wälzlager 160 aufgenommene Antriebszapfen 126 der Erregerwelle
110 bzw. des Erregergewichtes 120 wird unmittelbar von der Antriebseinheit, d. h.
dem Motor 140 (hier nicht sichtbar), rotierend angetrieben, wobei die Drehrichtung
des Motors 140 und somit der Erregerwelle 110 maßgeblich für die Höhe der erzeugten
Unwucht ist.
1. Schwingungserreger (100) für ein Bodenverdichtungsgerät, umfassend:
- eine um eine Drehachse (Dg) rotierbare Erregerwelle (110) mit wenigstens einem daran
angeordneten Erregergewicht (120), und
- wenigstens ein Umschlaggewicht (1 30), das relativ zu dieser Erregerwelle (110)
drehbeweglich angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine Umschlaggewicht um eine Drehachse (Du) rotierbar ist, wobei die
Drehachse (D
g) der Erregerwelle (110) und die Drehachse (Du) des wenigstens einen Umschlaggewichts
(130) zueinander achsversetzt sind.
2. Schwingungserreger (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehachsen (Dg; Du) von Erregerwelle (110) und des wenigstens einen Umschlaggewichts (130) parallel
zueinander liegen.
3. Schwingungserreger (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehachse (Du) des wenigstens einen Umschlaggewichts (130) bezüglich der Drehachse (Dg) der Erregerwelle (110) um einen definierten Wert (e) versetzt ist, wobei dieser
Wert (e) als nach innen weisender Abstand auf der Winkelhalbierenden des Umschlagwinkels
bemessen ist.
4. Schwingungserreger (100) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand (e) im Bereich weniger Millimeter und bevorzugt im Bereich von 1 mm bis
15 Millimeter und insbesondere im Bereich von 1,5 bis 10 Millimeter liegt.
5. Schwingungserreger (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erregergewicht (120) einstückig mit der Erregerwelle (110) ausgebildet ist.
6. Schwingungserreger (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine Umschlaggewicht wenigstens an einem axialen Ende (132) über einen
Lagerzapfen (180) am Erregergewicht (120) gelagert ist.
7. Schwingungserreger (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine Umschlaggewicht wenigstens an einem axialen Ende (131) über einen
Lagerring (135) unmittelbar am Erregergewicht (120) gelagert ist.
8. Schwingungserreger (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagerring (135) des Umschlaggewichtes (130) in Axialrichtung der Drehachse (Dg) der Erregerwelle (110) unmittelbar zwischen einem antriebsseitigen Lager (160) und
einem Anschlag (129) am Erregergewicht angeordnet ist.
9. Schwingungserreger (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Umschlagwinkel für das Umschlaggewicht (130) im Bereich von 120° bis 200° liegt
und bevorzugt in etwa 130° beträgt.
10. Bodenverdichtungsgerät, umfassend wenigstens einen Schwingungserreger (100) gemäß
einem der vorausgehenden Ansprüche.