Bodenverdichtungsvorrichtung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bodenverdichtung, insbesondere im Erd- und Straßenbau, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der DE-OS 1 634 474 bekannt. Die bekannte Vorrichtung ist eine Vibrationswalze, deren Vibrationsschwingung durch zwei auf einer Welle im gleichen Drehsinn umlaufende Unwuchten erzeugt wird. Die beiden Unwuchten sind massengleich auf der Welle angeordnet und von einer Position, in der die beiden Massen symmetrisch zueinander liegen, zu einer anderen Position, in der durch die beiden Massen eine Exzentrizität erzeugt wird, verdrehbar. Bei dieser Ausbildung der beiden gegeneinander verdrehbaren Unwuchten wird vom Maximum der Vibrationskraft bis auf Null im Bruchteil einer Sekunde umgeschaltet. Dieses schnelle Umschalten läßt beim Wechsel der Fahrtrichtung bei laufender Unwucht keine Vertiefungen in der Oberfläche des Boden bzw. der Straße entstehen.

[0003] Bei der bekannten Vorrichtung kann entweder keine Verdichtung oder ein durch die Vorrichtung fest vorgegebener Wert der Verdichtung erzielt werden.

[0004] Eine weitere Vorrichtung ist aus der DE-OS 1 634 246 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung hat mehrere in gleichem Drehsinn, aber mit unterschiedlichen konstanten Frequenzen umlaufende Unwuchten, wodurch sich deren Zentriwinkel fortwährend ändert. Die Frequenzen lassen sich durch mechanischen Umbau verändern. Als bevorzugtes Frequenzverhältnis wird 1 : 2 gewählt. Die Phasenlagen der einzelnen umlaufenden Unwuchten zueinander werden so gewählt, daß die zum Boden zeigende Vibrationskraft der mit der schnelleren Umdrehung umlaufenden Unwucht bei jedem zweiten Umlauf mit der zum Boden zeigenden Vibrationskraft der langsamer umlaufenden Unwucht zusammenfällt. Hierdurch ist die periodisch auf den Boden zeigende Vibrationskraft größer als die periodisch in die entgegengesetzte Richtung wirkende. Es ist somit möglich, die Bodenhaftung der Walze zu erhöhen.

[0005] Bei dieser bekannten Vorrichtung kann die auf den Boden einwirkende Trägheitskraft nur durch Veränderung der Grundumdrehungszahl der Unwuchten geändert werden.

[0006] Eine weitere Vorrichtung anderer Art ist aus der DE-PS 1 111 107 bekannt. Die bekannte Vorrichtung hat drei exzentrische Trägheitskörper, die auf einer rotierenden Welle nebeneinander axial befestigt sind. Die exzentrischen Massen zweier zur jeweils dritten benachbarten exzentrischen Masse sind nur halb so groß wie diese und lassen sich bei Stillstand der Welle gegenüber der dritten Masse verdrehen. Ein Verdrehen ist jedoch nur nach Lösen der mechanischen Verbindungen bei Wellenstillstand möglich.

[0007] Aus der AT-A 250 423 ist eine weitere Bodenverdichtungsvorrichtung bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sollen beim Anfahren die lotrechten Kraftkomponenten vermieden werden. Das wird dadurch erreicht, daß gegenseitige Unwuchtlage zweier sich im entgegengesetzten Drehsinn drehender Trägheitskörper mit einem Differentialgetriebe verändert wird. Durch diese Veränderung wird die Lage der Amplitude der resultierenden Trägheitskraft eingestellt. Die Größe der resultierenden Trägheitskraft ändert sich während der Periode einer Umdrehung zweimal zwischen dem Wert Null und der skalaren Summe der Trägheitskräfte der beiden Trägheitskörper.

[0008] In der EP-A 0 239 561 wurde eine Bodenverdichtungsvorrichtung beschrieben, bei der zwei Exzenter gleichsinnig rotieren, deren gegenseitige Lage händisch verstellbar ist.

[0009] Aus der US-A 3,721,129 ist eine Bodenverdichtungsvorrichtung bekannt, bei der eine Verstellung der Vibrationskraft im Betrieb durch Verbiegen einer exzentrischen, teilweise mit Öl gefüllten Hohlwelle erfolgt. Das Gewicht der auf den zu verdichtenden Boden zu bewegenden Druckausübungsorgan kann durch Einfüllen von Wasser verändert werden.

[0010] Aus der CH-A 425 645 ist eine weitere Bodenverdichtungsvorrichtung mit drei rotierenden exzentrischen Massen bekannt, welche über Zahnräder miteinander kämmen. Die Achsen der Massen liegen in einer horizontalen Ebene. Die beiden äußeren exzentrischen Massen sind fest mit der Welle verbunden; ihre Exzentrizität ist gleichgerichtet. Die mittlere exzentrische Masse ist derart verstellbar, daß sie sich je nach Rotationsrichtung in einer ersten oder einer zweiten um einen Zentriwinkel von der ersten Lage verschwenkten zweiten Lage befindet. Die Exzentrizitäten sind derart angeordnet, daß sich bei der einen Rotationsrichtung sämtliche Trägheitskräfte einmal zu einer rechts nach oben und und ein weiteres Mal zu einer links nach unten gerichteten maximalen Komponente überlagern und daß sie sich bei der entgegengesetzten Rotationsrichtung, bei verschwenkter mittlerer exzentrischer Masse, einmal zu einer links noch oben und und ein weiteres Mal zu einer rechts nach unten gerichteten maximalen Kraftkomponente vereinigen.

[0011] Eine Bodenverdichtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus des DE-A 35 05 580 bekannt. Dort ist ein Schwingungserreger mit einem stufenlos einstellbaren Exzentermoment beschrieben. Bei dem bekannten Schwingungserreger ist koaxial in einem äußeren Exzenter ein innerer Exzenter auf einer Welle gelagert. Am Ende der Welle ist je ein mit dem äußeren und dem inneren Exzenter verbundenes Zahnrad mit entgegengesetzter Schrägverzahnung angeordnet. Diese Zahnräder kämmen mit einem Doppelzahnrad, welches zwei miteinander fest verbundene Zahnräder mit zu den anderen Zahnrädern angepaßter Schrägverzahnung aufweist. Beide Exzenter werden über dieses Doppelzahnrad angetrieben. Eine Verstellung der Exzenter gegeneinander erfolgt durch eine Axialverschiebung des Doppelzahnrads aufgrund der gegensinnigen Schrägverzahnung.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bodenverdichtungsvorrichtung in Abhängigkeit der Bodenbeschaffenheit optimal zu verwirklichen.

[0013] Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 beschrieben.

[0014] Die vorteilhafte Erzeugung großer Vibrationskräfte auf den zu verdichtenden Boden bei einem geringen Gewicht des Druckausübungsorgans ist in den Ansprüchen 3 und 4 beschrieben.

[0015] Die periodische Auslenkung des Druckausübungsorgans zum Boden ist unabhängig von dessen Vibrationsfrequenz veränderbar. Die Vibrationskraft, deren Vibrationsfrequenz und die Auslenkung des Druckausübungsorgans gegenüber dem Boden sind über die auf das Druckausübungsorgan und dessen einstellbares Gewicht frei und unabhängig voneinander einstellbar.

[0016] Die in den Ansprüchen erwähnte wirksame Masse des Druckausübungsorgans, welches in der unten folgenden detaillierten Beschreibung ein Walzenkörper einer Straßenwalze ist, ist die Summe derjenigen Massen, welche starr, und/oder gelenkig mit dem Druckausübungsorgan verbunden sind und durch die resultierenden Trägheitskräfte der sich bewegenden Trägheitsmassen synchron und ohne zeitliche Verschiebung der Auslenkungsmaxima mit dem Druckausübungsorgan angeregt werden. Die wirksame Masse ist somit im unten beschriebenen Beispiel die Summe der Masse des Druckausübungsorgans plus seine Lagerung und die dazu gehörenden Halterungen plus eine durch schwingungsdämpfende Elemente stark reduzierte, auf dem Druckausübungsorgan lastende Teilmasse der gesamten Straßenwalze plus ein prozentualer Anteil der Zusatzmassen, welche zwischen dem Schwerpunkt des Druckausübungsorgans und einem annähernd nicht schwingenden Teil des Maschinengestells bewegbar sind. Je nach dem Ort zwischen dem Maschinengestell und dem Schwerpunkt des Druckausübungsorgans wirken die Zusatzmassen zwischen null und einhundert Prozent ihres Gesamtgewichts.

[0017] Vibrationsfrequenz, Vibrationskraft und Vibrationsauslenkung bezeichnen die Frequenz bzw. das Frequenzgemisch, die Kraft und die Auslenkung des Druckausübungsorgans, mit denen es aufgrund der Anregung durch die resultierende Trägheitskraft auf den zu verdichtenden Boden wirkt.
Unter unwuchtigen Trägheitskörpern werden Trägheitskörper mit exzentrischer Masseverteilung in bezug auf deren Rotationsachse verstanden, wobei nur die durch die Unwucht verursachte Zentrifugalkraft als sog. Trägheitskraft wirkt. Als Trägheitskraft wird nur die auf das Druckausübungsorgan wirkende Kraft verstanden.

[0018] Die vom Druckausübungsorgan in Richtung zum Boden übertragene Vibrationskraft kann so gerichtet werden, daß sie einen beliebigen spitzen Winkel zur Senkrechten auf der Bodenoberfläche einnimmt.

[0019] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines Walzenkörpers einer Straßenwalze,

Fig. 2

einen Schnitt durch den Walzenkörper entlang der Linie II - II in Figur 1,

Fig. 3

eine zeitliche Darstellung der auf den Walzenkörper wirkenden resultierenden Kraft K_c, zusammengesetzt aus den Kräften K_a und K_b von mehreren Trägheitskörpern,

Fig. 4

eine schematische Darstellung eines in Figur 1 verwendeten Planetengetriebes zum Antreiben und Gegeneinanderverdrehen zweier exzentrisch angeordneter Massen der Trägheitskörper, und

Fig. 5

eine schematische Darstellung einer Variante, bei der die wirksame Masse des Druckausübungsorgan verstellbar ist.

[0020] Das in Figur 1 dargestellte Druckausübungsorgan ist ein hohlzylindrischer Walzenkörper 1, auch Bandage genannt, einer nicht dargestellten Straßenwalze und liegt auf einem zu verdichtenden Boden 3 Der Walzenkörper 1 ist mit vier Dämpfungselementen 5 an seinen beiden Stirnseiten an je einer Lagerschale 7 schwingungsgedämpft befestigt. Jede Lagerschale 7 ist in einem mit einem nicht dargestellten Chassis der Straßenwalze verbundenen Gestellteil 9 drehbar gelagert. Je nach Ausführungsart der Straßenwalze sind eine oder mehrere Walzenkörper 1, die auch angetrieben werden können, vorhanden.

[0021] Innerhalb des Walzenkörpers 1 befinden sich drei Trägheitskörper 11, 12, und 13 deren Querschnitt in Figur 2 dargestellt ist. Die Trägheitskörper 11 und 12 sind als Hohlzylinder mit je einer exzentrischen Verdickung 15 und 16 entlang jeweils einer ihrer Mantellinien ausgebildet. Die Länge des Hohlzylinders des Trägheitskörpers 11 ist um eine Toleranz kleiner als die Innenlänge des Hohlzylinders des Walzenkörpers 1, und diejenige des Trägheitskörpers 12 um eine Toleranz kleiner als die Innenlänge des Hohlzylinders 11. Mittels zweier hohler Wellenstücke 17a und 17b ist der Trägheitskörper 11, und mittels je eines hohlen Wellenstücke 18a und 18b der Trägheitskörper 12 innerhalb der hohlen Wellenstücke 17a und 17b koaxial zur geometrischen Achse 20 des Walzenkörpers 1 mit jeweils zwei Lagern 22a und 22b, sowie 23a und 23b in den Stirnseiten des Walzenkörpers 1 gelagert. Der Trägheitskörper 13 ist plattenförmig ausgebildet und an einer in der geometrischen Achse 20 liegenden Welle 27 exzentrisch befestigt. Die Länge der Platte 25 ist um eine Toleranz kleiner als die Innenlänge des Trägheitskörpers 12. Der Trägheitskörper 13 ist innerhalb des Trägheitskörpers 12, dieser innerhalb des Trägheitskörpers 11 und dieser innerhalb des Walzenkörpers 1 drehbar gelagert. Die Welle 27 ist mit zwei Lagern 29 und 30 in den Stirnseiten des Hohlzylinders des Trägheitskörpers 12 auf der Welle 27 gelagert und wird innerhalb des hohlen Wellenstücks 18a mit diesem zusammen über ein Planetengetriebe 31 und dieses über eine Welle 37 vom Getriebe 32 durch einen Antrieb 33 angetrieben. Das Getriebe 32 treibt ferner über eine Welle 34 ein Zahnrad 35 an, welches mit einem weiteren Zahnrad 36 auf der hohlen Welle 17a kämmt.

[0022] Das Getriebe 32 dreht über die Welle 34, die beiden Zahnräder 35 und 36 sowie die Welle 17a den Trägheitskörper 11 und über das Planetengetriebe 31 über die Wellen 18a und 27 die Trägheitskörper 12 und 13. Da die Masseverteilung der Trägheitskörper 11, 12 und 13, wie in Figur 2 dargestellt, exzentrisch ist, ergeben sich hierdurch umlaufende Kräfte (Zentrifugalkräfte) zur Welle 27, die über die Lager 22a/22b, 23a/23b, 29 und 30 als resultierende Kraft (Vibrationskraft) auf den Walzenkörper 1 wirken.

[0023] Das in Figur 4 schematisch dargestellte Planetengetriebe 31 (es kann auch ein Differentialgetriebe mit Kegelrädern verwendet werden) wird über die Welle 37 angetrieben. Die Welle 37 wirkt auf einen Getriebeteil 39 und eine Zahnriemenscheibe 40. Der Getriebeteil 39 besitzt drei miteinander kämmende Zahnräder 39a, 39b und 39c, wobei das Zahnrad 39a auf der Achse 37 sitzt und das Zahnrad 39c auf der Achse 27, welche das Planetengetriebe 31 auf der rechten Seite in Figur 4 verläßt. Die Achsen 37 und 27 liegen auf einer Geraden und die Achse des Zahnrads 39b schneidet diese Gerade. Die Zahnriemenscheibe 40 treibt über einen Zahnriemen 41 eine Zahnriemenscheibe 42, welche über eine Welle 43 ein Zahnrad 44 bewegt, welches mit einem Zahnrad 45 kämmt. Das Zahnrad 45 sitzt auf der hohlen Welle 18a und treibt, wie bereits oben beschrieben den Trägheitskörper 12 an. Während des Betriebs ist die Achse des Zahnrads 39b feststehend. Wird nun die Achse des Zahnrads 39b um die Achse 37 verdreht, so werden die beiden Achsen 18a und 27 gegeneinander, und damit die beiden exzentrischen Massen 16 und 25 der beiden Trägheitskörper 12 und 13, d. h. ihre Masseschwerpunkte je nach Drehrichtung aufeinander zu oder voneinander weg gedreht.

[0024] Über die Welle 37 werden beide Trägheitskörper 12 und 13 mit gleicher Umdrehungszahl angetrieben. Durch ihre exzentrische Ausbildung wirken beide Trägheitskörper 12 und 13 mit einer aus den beiden Zentrifugalkräften gebildeten resultierenden Trägheitskraft K_a über die Lager 29/30, 23a/23b und 22a/22b auf den Walzenkörper 1 und lenken diesen entsprechend dessen wirksamer Masse (Gewicht des Walzenkörpers 1 plus durch die Dämpfungselemente 5 sehr stark reduziert wirkendes Gewicht der Straßenwalze) aus.

[0025] Werden nun die beiden Trägheitskörper 12 und 13 über das Planetengetreibe 31 während ihrer Rotation gegeneinander verdreht, so verringert oder vergrößert sich hierdurch die resultierende Trägheitskraft K_a zwischen der Summe und der Differenz der Zentrifugalkräfte der einzelnen exzentrischen Masseverteilungen 16 und 25, wie aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der technischen Mechanik leicht einzusehen ist.

[0026] Das Getriebe 32 soll nun über die Welle 34 den Trägheitskörper 11 mit der doppelten Umdrehungszahl wie die beiden Trägheitskörper 12 und 13 über das Planetengetriebe 31 antreiben. Der Wert der einfachen Umdrehungszahl ergibt sich aus der gewünschten Bodenverdichtung, welche hauptsächlich von der Beschaffenheit des Bodens 3 abhängt. Die zeitliche Zuordnung der Drehbewegungen der beiden Trägheitskörper 11, 12 und 13 ist durch das Getriebe 32 so eingestellt, daß die Verdickung 15 bei jeder zweiten Umdrehung und die Verdickung 16 und die Platte 25 bei jeder Umdrehung an ihrem bodennächsten Punkt zusammen auf einer Geraden durch die Achse 20 liegen. Die exzentrische Masseverteilung der Trägheitskörper 12 und 13 (Platte 25 und Verdickung 16) zur exzentrischen Masseverteilung des Trägheitskörpers 11 (Verdickung 15) ist nun so gewählt, daß bei einer Normdrehzahl die Zentrifugalkraft K_b des Trägheitskörpers 11 gleich groß ist, wie die resultierende Zentrifugalkraft der Trägheitskörper 12 und 13 bei der doppelten Normdrehzahl. Die hierzu benötigten Masseverteilungen, sowie deren jeweiliger exzentrischer Abstand von der Achse 20 lassen sich mit den Gesetzen der technischen Mechanik bestimmen. Die resultierende Zentrifugalkraft K_a der beiden Trägheitskörper 12 und 13 überlagern sich, wie in Figur 3 dargestellt, mit der Zentrifugalkraft K_b des Trägheitskörpers 11 zu einer gesamten resultierenden Trägheitskraft K_c, wobei pro Periode P eine maximale resultierende Kraft K_c zum Boden 3 und zwei etwa halb so große resultierende Kräfte K_c von ihm weg gerichtet sind.

[0027] In Figur 3 sind über der Zeitachse t als Abszisse der zeitliche Verlauf während einer Periode P die jeweiligen zum Boden 3 gerichteten Kräfte K_a, K_b und K_c als Ordinate aufgetragen. Eine nach unten, gegen den Boden 3 wirkende Kraft zeigt auch hier nach unten. Die strichpunktierte Linie a gibt den Kraftverlauf der durch die Trägkeitskörper 12 und 13 hervorgerufenen resultierenden Kraft K_a, und die gestrichelte Linie b den Kraftverlauf der durch den Trägheitskörper 11 hervorgerufene Kraft K_b an. Die ausgezogene Linie c gibt den auf den Walzenkörper 1 wirkenden Kraftverlauf der resultierenden gesamten Kraft K_c an, wobei die Kraft K_a durch Verdrehen der Trägheitskörper 12 und 13 gegeneinander veränderbar und damit auch wieder der Kraftverlauf der Kraft K_c veränderbar ist.

[0028] Die vom Boden 3 weg gerichtete resultierende Kraft K_c kann so groß gewählt werden, daß sie bis auf eine Toleranz kleiner ist als die Gewichtskraft des Walzenkörpers 1, aber ohne das Gewicht der Trägheitskörper 11, 12 und 13, ohne ein Abheben des Walzenkörpers 1 vom Boden 3 befürchten zu müssen.

[0029] Anstelle dreier Massen können je nach Platzbedarf beliebig viele bewegte Massen, welche mit unterschiedlichen Umdrehungszahlen, welche ganzzahlige Vielfache einer gewünschten Grundschwingung des Druckausübungsorgan 1 sind, verwendet werden. Die optimalen Umdrehungszahlen, sowie deren Zuordnungen lassen sich bei Vorgabe des gewünschten Kraftzeitdiagramms mit bekannten mathematischen Näherungsverfahren, wie z. B. einer "angenäherten harmonischen Analyse", dargelegt in Bronstein-Semendjajew, "Taschenbuch der Mathematik", B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1963, Seite 480 ff berechnen. Bei der Berechnung ergeben sich unendlich lange trigonometrische Reihen, welche aber mit hinreichender Genauigkeit für die erstrebte Bewegungsform schon nach den ersten Glieder abgebrochen werden können.

[0030] Als Druckausübungsorgan kann außer einem Walzenkörper 1 auch eine Platte oder ähnliches verwendet werden.

[0031] Anstelle die Kräfte senkrecht auf die Oberfläche des zu verdichtenden Bodens 3 wirken zu lassen, kann auch ein beliebiger Winkel gewählt werden. Der Winkel der maximalen Kraftwirkung hängt nur vom Winkel ab, bei dem sich die Zentrifugalkräfte der einzelnen Umdrehungen maximal überlagern. Über das Getriebe 32 läßt sich dieser Winkel einstellen.

[0032] Soll bei konstanter auf den Boden 3 über das Druckausübungsorgan einwirkender Kraft und konstanter Vibrationsfrequenz die Auslenkung des Druckausübungsorgans geändert werden, so ist die Masse des Druckausübungsorgans zu ändern. Eine derartige Änderung war bisher nicht während des Betriebs möglich; es konnte nur ein anderer Typ einer Walze verwendet werden.

[0033] Eine mögliche Ausführungsart zur Veränderung des Masse des Druckausübungsorgan, hier eines Walzenkörpers 77, der analog zum Walzenkörper 1 ausgebildet ist, ist schematisch in Figur 5 dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur zwei Trägheitskörper 78a und 78b vorhanden. Der Trägheitskörper 78a ist analog zum Trägheitskörper 12 und der Trägheitskörper 78b analog zum Trägheitskörper 13 ausgebildet. Der Trägheitskörper 78a ist über eine Hohlwelle 79a und der Trägheitskörper 78b über eine Welle 79b direkt mit der Welle 37 bzw. der Welle 34 des Getriebes 32 verbunden; das Planetengetriebe 31 entfällt bei der vereinfachten Darstellung. Der Walzenkörper 77 hat an jeder Stirnseite einen zur Welle 79b koaxialen Flansch 82a und 82b, mit dem er in einem Joch 80 über zwei Wälzlager 83a und 83b gelagert ist. Das Joch 80 ist über schwingungsdämpfende Elemente 84 mit dem Gestellteil 9 der Straßenwalze befestigt. In der Mitte zwischen seinen beiden Flanschen 82a und 82b an der der Welle 79b abgewandten Seite des Jochs 80 hat dieses eine Stütze 86, von der je eine Führungsschiene 87a und 87b horizontal mit dem Gestellteil 9 verbunden ist. Beide Führungsschienen 87a und 87b sind sowohl an der Stütze 86, wie auch am Gestellteil 9 mit Gelenken 89a, 89b, 89c und 89d, wie in Figur 5 schematisch angedeutet, gelenkig befestigt. Zwei Zusatzkörper 91a und 91b sind auf den Führungsschienen 87a und 87b mit einem in sich geschlossenen Zahnriemen 92 verschiebbar angeordnet. Der Zahnriemen 92 wird über zwei an dem Gestellteil 9 befestigten Rollen 94a und 94b umgelenkt, wobei der eine Zusatzkörper 91a mit dem einen Teil des Zahnriemens 92 und der andere Zusatzkörper 91b mit dem umgelenkten Teil des Zahnriemens 92 verbunden ist. Die Rolle 94a wird über einen weiteren Zahnriemen 95 von einer schematisch dargestellten Verstelleinrichtung 97 angetrieben. Die Zusatzkörper 91a und 91b sind derart ausgebildet, daß sie mit ihrem ganzen Gewicht auf den Führungsschienen 87a und 87b lasten; der Zahnriemen 92 dient nur zur horizontalen Verschiebung. Sie sind so am Zahnriemen 92 befestigt, daß ihre Bewegung gegenläufig erfolgt Die Führungsschienen 87a und 87b sind so ausgebildet, daß sie während des Vibrationsbetriebs nicht in Eigenschwingung kommen.

[0034] Werden die Zusatzkörper 91a und 91b mittels der Verstelleinheit 97 gegen die Gelenke 89a und 89d geschoben, so wirken sie nur mit einer vernachlässigbaren Gewichtskraft auf den Walzenkörper 77, während sie bei einem Anschlag an den Gelenken 89b und 89c mit ihrem gesamten Gewicht als Zusatzmasse wirken. Zwischen diesen beiden Extrema lassen sich alle Werte über die Lage der Zusatzkörper 91a und 91b auf den Führungsschienen 87a und 87b einstellen. Die Auslenkung des Walzenkörpers 77 ist umgekehrt proportional zur wirksamen Masse des Walzenkörpers 77 und proportional zur auf ihn wirkenden Trägheitskraft K_c. Die wirksame Masse des Walzenkörpers 77 (Druckausübungsorgan) ist die Summe der Massen des Walzenkörpers 77, des Jochs 80, der Stütze 86, zweimal der halben Masse der Führungsschienen 87a und 87b, sowie der auf den Walzenkörper 77 wirkenden jeweiligen Gewichtskraft der Zusatzkörper 91a und 91b.

[0035] Anstatt die beiden Zusatzkörper 91a und 91b nur im Raum zwischen den beiden Gestellteilen 9 zu bewegen, kann die Befestigung der Führungsschienen 87a und 87b derart gewählt werden, daß sie in den Raum außerhalb der Gestellteile 9 bewegt werden können. Befinden sich die Zusatzkörper 91a und 91b außerhalb, so wird hierdurch die wirksame Masse des Walzenkörpers 77 (Druckausübungsorgan) reduziert.

[0036] Durch die oben beschriebenen Vorrichtungen ist eine Veränderung der wirksamen Zentrifugalkräfte möglich, indem die exzentrischen Masseschwerpunkte mehrere Trägheitskörper gegeneinander oder der Masseschwerpunkt des Trägheitskörpers in bezug auf dessen Rotationsachse mittels eines Planetengetriebes verstellt werden.

[0037] Ferner ist durch Veränderung der Masse des Druckausübungsorgans dessen Auslenkung gegenüber dem Boden verstellbar.

[0038] Mit den oben beschriebenen Ausführungsformen ist unabhängig von einander die Größe der Vibrationskraft, sowie deren Richtung und deren Vibrationsfrequenz einstellbar; auch kann in unterschiedlichen Richtungen eine verschieden stark wirkende Vibrationskraft erzeugt werden. Durch diese Einstellvielfalt ist eine Bodenverdichtung in Abhängigkeit von ihrer Bodenbeschaffenheit optimal zu verwirklichen.

Ansprüche

1. Bodenverdichtungsvorrichtung, insbesondere für den Erd- und Straßenbau, mit mindestens zwei mit einem Druckausübungsorgan (1; 77) verbundenen, durch eine Antriebseinrichtung (33) unwuchtig in Rotation versetzbaren Trägheitskörpern (11, 12, 13; 78a, 78b), und
einem Getriebe, welches das Drehmoment der Antriebseinrichtung (33) auf einen ersten und einen zweiten Trägheitskörper (13, 12; 78a, 78b) derart überträgt, daß
diese gleichsinnig umlaufen und
mittels welchem deren gegenseitige Unwuchtlage während der Rotation verstellbar ist, um
die auf das Druckausübungsorgan (1; 77) zu übertragende, resultierende Trägheitskraft K_a in ihrer Größe während des Verdichtungsbetriebs der jeweiligen Bodenbeschaffenheit anpassen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß
das Getriebe ein Planetengetriebe (31) zur Verstellung der Unwuchtlage der gleichsinnig umlaufenden Trägheitskörper (12, 13) umfaßt.

2. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Planetengetriebe (31) miteinander fluchtende An- und Abtriebsachsen (37, 27) aufweist und
zumindest einen der beiden Trägheitskörper (13) über miteinander kämmende Zahnräder (39a, 39b, 39c) antreibt,
von denen wenigstens zwei erste Zahnräder (39a, 39c) Achsen aufweisen, welche in der Verlängerung der Antriebsachse (37) angeordnet sind und
mindestens die Achse eines zweiten (39b) der Zahnräder (39a, 39b, 39c) um die Achsen der ersten Zahnräder (39a, 39c) zur Verstellung der gegenseitigen Unwuchtlage des ersten (13) gegenüber dem zweiten Trägheitskörper (12) verdrehbar ist.

3. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
mindestens einen dritten, unwuchtig in Rotation versetzbaren Trägheitskörper (11),
mindestens ein weiteres mit dem Planetengetriebe (31) und der Antriebseinrichtung (33) verbundenes zweites Getriebe (32),
mit dem der dritte Trägheitskorper (11) zu den ersten und zweiten Trägheitskörpern (12, 13) derart synchron mit unterschiedlichen Umdrehungszahlen, die ganzzahlige Vielfache einer auf das Druckausübungsorgan (1) zu übertragenden Grundschwingung dessen gewünschter, periodischen Bewegung sind,
in Umdrehung versetzbar ist,
in dem jeweils zum Zeitpunkt, in dem die Zentrifugalkraft (K_a) des oder der mit der niedrigen Umdrehungszahl rotierenden Trägheitskörper (12, 13) zum Boden (3) gerichtet ist, auch die Zentrifugalkraft (K_b) des oder der mit der höheren Umdrehungszahl rotierenden Trägheitskörper (11) zum Boden (3) gerichtet ist,
damit die von den Trägheitskörpern (11, 12, 13) auf das Druckausübungsorgan (1) zu übertragende, resultierende Trägheitskraft (K_c) in Richtung zum Boden (3) größer ist als entgegengesetzt.

4. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine erste Welle (17a) gegenüber mindestens einer zweiten Welle (18a, 27) durch das zweite Getriebe (32) mit einer Drehzahl, die ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl der zweiten Welle ist, zueinander synchronisiert antreibbar ist, und
mit jeder Welle (17a, 18a, 27) mindestens einer der Trägheitskörper (11, 12, 13) verbunden ist.

5. Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die wirksame Masse des Druckausübungsorgangs (1; 77) veränderbar ist, damit
entsprechend der Bodenbeschaffenheit unabhängig von der Einstellung der resultierenden Trägheitskraft der Trägheitskörper (11, 12, 13) die Auslenkung des Druckausübungsorgans (1) gegenüber dem Boden (3) einstellbar ist.

6. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
eine Lagerhaltung (80) zur Halterung des Druckausübungsorgans (77), welche
bewegungsgedämpft mit einem tragenden Gestellteil (9) verbunden ist, und
mindestens eine mit dem Gestellteil (9) und der Lagerhaltung (80) gelenkig verbundene Führungsschiene (87a, 87b),
auf der mindestens eine Zusatzmasse (91a, 91b) verschiebbar angeordnet ist, um
die wirksame Masse des Druckausübungsorgans (77) zu erhöhen bzw. zu erniedrigen.

7. Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
mindestens zwei auf der Lagerhaltung (80) symmetrisch zur Mitte des Druckausübungsorgans (77) angebrachte und an gegenüber liegenden Orten des Gestellteils (9) angebrachte Führungsschienen (87a, 87b) mit je einer Zusatzmasse (91a, 91b) und
eine Verschiebeeinrichtung (92, 94a, 94b, 95, 97), mit der auf den Führungsschienen (87a, 87b), symmetrisch zur Mitte des Druckausübungsorgans (77) die Zusatzmassen (91a, 91b) aufeinander zu oder voneinander weg verschiebbar sind,
um die wirksame Masse des Druckausübungsorgans (77) zu erhöhen oder zu erniedrigen.

Claims

1. Soil compacting apparatus, in particular for earthwork and road building, having at least two inertia bodies (11, 12, 13; 78a, 78b) which are connected to a pressure-exerting member (1; 77) and which can be set in rotation in an unbalanced manner by a drive device (33), and having a gear unit which transmits the torque of the drive device (33) to a first and to a second inertia body (13, 12; 78a, 78b) in such a manner that the latter rotate in the same sense and by means of which their mutual unbalanced position can be adjusted during rotation in order to be able to adapt the magnitude of the resultant inertia force K_a, which is to be transmitted to the pressure- exerting member (1; 77), to the respective type of soil during the compacting operation, characterised in that the gear unit comprises a planet gear (31) for adjusting the unbalanced position of the inertia bodies (12, 13) rotating in the same sense.

2. Soil compacting apparatus according to Claim 1, characterised in that the planet gear (31) comprises driving and driven shafts (37, 27), which are aligned with one another, and drives at least one of the two inertia bodies (13) by means of gear wheels (39a, 39b, 39c) which mesh with one another and of which at least two first gear wheels (39a, 39c) comprise shafts which are disposed in the extension of the drive shaft (37) and at least the shaft of a second (39b) of the gear wheels (39a, 39b, 39c) can be rotated about the shaft of the first gears (39a, 39c) for adjusting the mutual unbalanced position of the first inertia body (13) with respect to the second inertia body (12).

3. Soil compacting apparatus according to Claim 1 or 2, characterised by at least one third inertia body (11) which can be set in rotation in an unbalanced manner, at least one further, second gear unit (32) which is connected to the planet gear (31) and to the drive device (33) and by means of which the third inertia body (11) can be set in rotation relative to the first and second inertia bodies (12, 13) synchronously in such a way at different rotational speeds, which are integral multiples of a basic oscillation of the required, periodic movement of the pressure-exerting member (1), which oscillation is to be transferred thereto, in which, at the moment at which the centrifugal force (K_a) of the inertia body or bodies (12, 13) rotating at the low rotational speed is directed towards the soil (3), the centrifugal force (K_b) of the inertia body or bodies (11) rotating at the higher rotational speed is directed towards the soil (3) in order that the resultant inertia force (K_c) to be transferred from the inertia bodies (11, 12, 13) to the pressure- exerting member (1) is greater in the direction towards the soil (3) than in the opposite direction.

4. Soil compacting apparatus according to Claim 3, characterised in that at least one first shaft (17a) can be driven with respect to at least one second shaft (18a, 27) by means of the second gear unit (32) at a rotational speed which is an integral multiple of the rotational speed of the second shaft, and in a manner such that they are synchronised relative to one another, and at least one of the inertia bodies (11, 12, 13) is connected to each shaft (17a, 18a, 27).

5. Soil compacting apparatus according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that the effective mass of the pressure-exerting member (1; 77) can be varied in order that the deflection of the pressure-exerting member (1) can be adjusted relative to the soil (3) in accordance with the nature of the soil and independently of the setting of the resultant inertia force of the inertia bodies (11, 12, 13).

6. Soil compacting apparatus according to Claim 5, characterised by a bearing mounting (80) for mounting the pressure-exerting member (77) which mounting is connected in a movement-damped manner to a supporting frame part (9), and by at least one guide rail (87a, 87b) which is connected in a hinged manner to the frame part (9) and to the bearing mounting (80) and on which at least one additional mass (91a, 91b) is displaceably disposed in order to increase or reduce the effective mass of the pressure-exerting member (77).

7. Soil compacting apparatus according to Claim 6, characterised by at least two guide rails (87a, 87b) which are mounted on the bearing mounting (80) symmetrically relative to the centre of the pressure-exerting member (77), which are mounted at opposite locations of the frame part (9), and of which each has an additional mass (91a, 91b), and by a displacement device (92, 94a, 94b, 95, 97) by means of which the additional masses (91a, 91b) can be displaced towards or away from one another on the guide rails (87a, 87b) symmetrically relative to the centre of the pressure-exerting member (77) in order to increase or reduce the effective mass of the pressure-exerting member (77).

Revendications

1. Dispositif pour compacter le sol, notamment pour travaux de terrassement et de voierie, comprenant au moins deux corps inertiels (11, 12, 13 ; 78a, 78b) qui sont reliés à un organe (1 ; 77) exerçant une pression et peuvent être animés d'une rotation avec déséquilibre, par l'intermédiaire d'un système d'entraînement (33), et
une transmission répercutant le couple de rotation du système d'entraînement (33) sur des premier et deuxième corps inertiels (13, 12 ; 78a, 78b), de telle sorte que ces derniers tournent dans le même sens, et
au moyen de laquelle leur position réciproque de déséquilibre peut être réglée au cours de la rotation, afin de pouvoir adapter à la nature considérée du sol, au cours de l'opération de compactage, la grandeur de la force d'inertie résultante K_a devant être répercutée sur l'organe (1 ; 77) exerçant une pression, caractérisé par le fait que
la transmission renferme un engrenage planétaire (31) en vue de régler la position de déséquilibre des corps inertiels (12, 13) tournant dans le même sens.

2. Dispositif pour compacter le sol, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que
l'engrenage planétaire (31) présente des axes menant et mené (37, 27) mutuellement alignés et
entraîne au moins l'un (13) des deux corps inertiels, par l'intermédiaire de roues dentées (39a, 39b, 39c) en prise mutuelle,
parmi lesquelles au moins deux premières roues dentées (39a, 39c) présentent des axes situés dans le prolongement de l'axe menant (37), et
au moins l'axe d'une seconde (39b) des roues dentées (39a, 39b, 39c) peut tourner autour des axes des premières roues dentées (39a, 39c), en vue du réglage de la position réciproque de déséquilibre du premier corps inertiel (13) par rapport au deuxième (12).

3. Dispositif pour compacter le sol, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par
au moins un troisième corps inertiel (11) pouvant être animé d'une rotation avec déséquilibre, et
au moins une seconde transmission supplémentaire (32), reliée à l'engrenage planétaire (31) et au système d'entraînement (33),
par laquelle le troisième corps inertiel (11)
peut être animé d'une révolution
par rapport aux premier et deuxième corps inertiels (12, 13) de manière synchrone, avec des nombres de tours différents qui représentent des multiples entiers d'une oscillation fondamentale du mouvement périodique souhaité de l'organe (1) exerçant une pression, devant être répercutée sur ce dernier, dans laquelle, à l'instant respectif auquel la force centrifuge (K_a) du ou des corps inertiel(s) (12, 13), tournant avec le faible nombre de tours, est dirigée vers le sol (3), la force centrifuge (K_b) du ou des corps inertiel(s) (11), tournant avec le nombre de tours supérieur, est elle aussi dirigée vers le sol (3),
de telle sorte que la force d'inertie résultante (K_c), devant être répercutée par les corps inertiels (11, 12, 13) sur l'organe (1) exerçant une pression, soit plus grande en direction du sol (3) que dans la direction opposée.

4. Dispositif pour compacter le sol, selon la revendication 3, caractérisé par le fait
qu'au moins un premier arbre (17a) peut être entraîné en synchronisation mutuelle par rapport à au moins un second arbre (18a, 27), par l'intermédiaire de la seconde transmission (32), avec une vitesse angulaire représentant un multiple entier de la vitesse angulaire du second arbre, et
au moins l'un des corps inertiels (11, 12, 13) est relié à chaque arbre (17a, 18a, 27).

5. Dispositif pour compacter le sol, selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que
la masse efficace de l'organe (1 ; 77) exerçant une pression peut être modifiée de telle sorte que
la déviation de l'organe (1) exerçant une pression, par rapport au sol (3), puisse être réglée de façon correspondant à la nature du sol, indépendamment du réglage de la force d'inertie résultante des corps inertiels (11, 12, 13).

6. Dispositif pour compacter le sol, selon la revendication 5, caractérisé par
une portée (80) destinée à retenir l'organe (77) exerçant une pression et
reliée, avec amortissement des mouvements, à une partie (9) de bâti exerçant un effet de support, et
au moins un rail de guidage (87a, 87b) qui est relié de manière articulée à la partie (9) du bâti et à la portée (80) et sur lequel au moins une masse additionnelle (91a, 91b) est implantée à coulissement de manière à
augmenter ou diminuer, respectivement, la masse efficace de l'organe (77) exerçant une pression.

7. Dispositif pour compacter le sol, selon la revendication 6, caractérisé par
au moins deux rails de guidage (87a, 87b) installés sur la portée (80), symétriquement par rapport au centre de l'organe (77) exerçant une pression, situés en des emplacements mutuellement opposés de la partie (9) du bâti, et munis chacun d'une masse additionnelle (91a, 91b), et
un système de coulissement (92, 94a, 94b, 95, 97) à l'aide duquel les masses additionnelles (91a, 91b) peuvent être animées de coulissements en direction ou à l'écart l'une de l'autre sur les rails de guidage (87a, 87b), symétriquement par rapport au centre de l'organe (77) exerçant une pression, afin d'augmenter ou de diminuer la masse efficace de l'organe (77) exerçant une pression.

Zeichnung