ARBEITSGERÄT MIT REDUZIERTEN OBERMASSENSCHWINGUNGEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Stampfgerät zur Bodenverdichtung oder einen Hammer.

[0002] Bekannte Stampfgeräte dieser Art sind so aufgebaut, daß eine einen Motor und einen Kurbeltrieb aufnehmende Obermasse über einen Federsatz mit einer im wesentlichen eine Arbeits- bzw. Verdichtungsplatte bildenden Arbeitsmasse verbunden ist. Die vom Motor erzeugte Drehbewegung wird durch den Kurbeltrieb in eine oszillierende Axialbewegung gewandelt, die über den Federsatz auf die Arbeitsplatte zur Bodenverdichtung übertragen wird. Die Obermasse umfaßt etwa zwei Drittel und die schlagende Arbeitsmasse ein Drittel der gesamten Stampfermasse, während die von der Obermasse und der Arbeitsmasse jeweils zurückgelegten Wege in umgekehrtem Verhältnis zueinander stehen. Dabei bewegt sich die Obermasse in einer Größenordnung von 25 bis 30 mm.

[0003] Die Schwingungen der Obermasse werden über einen Führungsbügel auf die das Arbeitsgerät führende Person übertragen, was insbesondere bei längerem Arbeiten sehr unangenehm ist. Besonders belastend sind für den Bediener dabei Schwingungen in Horizontal- bzw. Seitenrichtung. Schwingungen in Vertikalrichtung sind dagegen für ein leistungsfähiges Arbeiten des Stampfers erforderlich.

[0004] Fig. 2 zeigt einen derartigen bekannten Stampfer.

[0005] Gemäß Fig. 2 wird von einem nicht dargestellten Motor eine Antriebswelle 1 des Stampfers angetrieben, die über ein Ritzel 2 eine in dem Stampfergehäuse gelagerte und mit einer Außenverzahnung versehene Kurbelscheibe 3 antreibt. An der Kurbelscheibe 3 ist ein Hubzapfen 4 angebracht, auf den ein Pleuel 5 drehbeweglich aufgesetzt ist. Das Pleuel 5 ist an seinem anderen Ende mittels eines Kolbenbolzens 6 drehbeweglich mit einem Führungskolben 7 verbunden. Der Führungskolben 7 trägt eine durch eine Stahlscheibe gebildete und durch eine Mutter 8 befestigte Kolbenführung 9. Der Führungskolben 7 ist mit der Kolbenführung 9 innerhalb eines zur Untermasse gehörenden Führungsrohrs 10 axial hin- und herbeweglich. Diese Axialrichtung entspricht einer Vertikal- bzw. Arbeitsrichtung des Geräts während seines Einsatzes.

[0006] Auf beiden Seiten der Kolbenführung 9 ist ein aus mehreren Federn bestehender Federsatz 11 angeordnet, wobei die Federn jeweils auf ihren von der Kolbenführung 9 abgewandten Seite gegen am Führungsrohr 10 befestigte Federplatten 12 abgestützt sind. Um ein Blocksitzen der Federsätze 11 zu vermeiden, ist oberhalb der Kolbenführung 9 eine Dämpfungsbüchse 13 aus einem elastischen Kunststoffmaterial auf den Führungskolben 7 aufgesetzt. während unterhalb der Mutter 8 ein ebenfalls aus elastischem Kunststoff bestehender Dämpfungsstopfen 14 angebracht ist. Die Dämpfungsbüchse 13 und der Dämpfungsstopfen 14 können bei stark komprimierten Federsätzen 11 jeweils mit ihrer der Kolbenführung 9 abgewandten Seite an die zugehörige Federplatte 12 anschlagen. Sie dämpfen dann die weitere Kompressionsbewegung derart, daß ein Blocksitzen der Federsätze 11 und damit eine zu starke Stoßeinwirkung auf das Arbeitsgerät vermeidbar ist.

[0007] Das Führungsrohr 10 mit den Federplatten 12 gehört zur Arbeits- bzw. Untermasse des Stampfers. An der Untermasse kann ein in Fig. 3 nicht gezeigter Stampffuß angebracht werden, der zur Bodenverdichtung dient. Um das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz zu vermeiden, sind die Obermasse und die Untermasse durch einen elastischen Balg 15 verbunden.

[0008] Wie aus Fig. 2 erkennbar, wird die Drehbewegung des Motors durch den Kurbeltrieb mittels der Kurbelscheibe 3. dem Hubzapfen 4 und dem Pleuel 5 in eine oszillierende Axialbewegung des Führungskolbens 7 gewandelt. Diese Axialbewegung wird über die Federsätze 11 auf das Führungsrohr 10 und damit auf die Untermasse übertragen und kann zur Bodenverdichtung genutzt werden.

[0009] Zur Dämpfung der auf den Bediener wirkenden Schwingungen war es bisher bekannt, den Führungbügel gegenüber der Obermasse mittels Gummielementen mechanisch zu entkoppeln. Der angebaute Antriebsmotor bleibt dabei aber weiter hohen Schwingungsbelastungen ausgesetzt. Eine Verbesserung der Schwingungsdämpfung kann hierbei nur durch hohen baulichen Aufwand erzielt werden.

[0010] Wünschenswert ist es daher, das Entstehen von Schwingungen der Obermasse von vornherein zu vermeiden.

[0011] Aus der DE-OS 19 25 870 ist ein Stampfer zur Bodenverdichtung bekannt, mit einer Arbeitsmasse, die von einem zu einer Obermasse gehörenden Motor über einen doppelten Kurbeltrieb linear hin- und hergetrieben wird. Um die Schwingungen an der Obermasse zu verringern, sind zwei gegenläufig bewegliche Gewichte vorgesehen, die der durch den Kurbeltrieb erzeugten Schwingung eine entgegengerichtete Schwingung überlagern. Der Stampfer ist doppelbeinig ausgeführt, wobei jedes Stampferbein über einen eigenen Kurbelantrieb angetrieben wird. Dementsprechend baut der Stampfer sehr groß und läßt sich nur unter Einsatz großer Kräfte auf dem Untergrund führen.

[0012] Aus der DE-PS 753 502 ist eine Antriebsvorrichtung zur Erregung von schwingungsfähigen Systemen bekannt. Dazu sind in einem Kurbelantrieb über Gummifedern miteinander gekoppelte Arme und Hebel vorgesehen. Um eine schädliche dynamische Massenwirkung in Form von auf den Motor und die Lager rückwirkenden Kräften zu vermeiden, wird die Masse der Arme und Hebel unter Verwendung von Werkstoffen geringen spezifischen Gewichts möglichst niedrig gehalten.

[0013] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät anzugeben, bei dem Schwingungen der Obermasse bereits im Entstehen vermieden werden können.

[0014] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

[0015] Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei Verwendung von Materialien, die leichter sind als Stahl, das heißt, eine geringere Dichte als Stahl aufweisen, für die Herstellung der linear hin- und herbeweglichen Bauelemente des Kurbeltriebs, also insbesondere des Pleuels, des Führungskolbens und der Kolbenführung, die Schwingungen der Obermasse erheblich reduziert werden können. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Masse der Obermasse durch das geringere Gewicht der beweglichen Bauteile reduziert wird, wodurch geringere Kräfte auf die Obermasse einwirken.

[0016] Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Material eine Aluminium-Legierung oder ein Kunststoffmaterial ist, weil dadurch eine besonders große Massenreduzierung möglich ist.

[0017] Bei den bisher bekannten Arbeitsgeräten, insbesondere bei Stampfern, wurde meist versucht, die auf den Bediener einwirkenden Schwingungen zu dämpfen, indem der Führungsbügel des Geräts gegenüber dem Gerät selbst zum Beispiel mittels Gummielementen schwingungsisoliert wurde. Außerdem war es bekannt, die Obermassenschwingung durch Überlagerung mit einer zusätzlichen, separat erzeugten Schwingung zu vermindern. Eine Reduktion der Schwingungen bereits im Entstehen durch Verwendung von leichten Bauteilen jedoch ist noch nicht bekannt.

[0018] Außer der Reduzierung der Obermassenbewegung hat die Massenreduzierung der bewegten Bauteile auch noch den Vorteil der Energieeinsparung, da bei jeder Kurbelumdrehung geringere Massen beschleunigt und verzögert werden müssen. Ebenfalls ist das Gesamtgewicht des Geräts verminderbar. Aufgrund der geringeren Beschleunigungsbelastung des Antriebsmotors sind höhere Lebensdauern erreichbar. Andererseits ist es bei gleicher Leistungsabgabe des Motors möglich, etwas breitere bzw. schwerere Stampfplatten bei gleicher Obermassenbewegung bzw. Beschleunigung zu verwenden. Darüber hinaus kann das Laufgeräusch vermindert werden. Außerdem sind bei entsprechendem Herstellungsverfahren erhebliche Kostenreduktionen zu erwarten. Wesentlicher Vorteil ist jedoch die Reduzierung der auf den Bediener wirkenden Hand-Arm-Schwingungen, wodurch ein angenehmeres Arbeiten möglich wird.

[0019] Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Kolbenführung zusammen mit einer Dämpfungsbüchse, vorzugsweise mit zwei Dämpfungsbüchsen, einteilig aus Kunststoff herstellbar. Neben der genannten Massereduktion führt dies zu einer Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und somit ebenfalls zu einer Kostenverminderung.

[0020] Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert.

[0021] Es zeigen:

Fig. 1

einen Teil eines erfindungsgemäßen Stampfgeräts in Schnittdarstellung;

Fig. 2

einen Teilschnitt eines bekannten Stampfgeräts.

[0022] Da wesentliche Bauelemente des erfindungsgemäßen, in Fig. 1 gezeigten Stampfgeräts den bereits in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen, bekannten Elementen entsprechen, wird auf eine erneute Beschreibung verzichtet. Zur Vereinfachung werden in den Figuren für gleiche Bauteile auch gleiche Bezugszeichen verwendet.

[0023] Im Unterschied zu dem in Figur 2 gezeigten, bekannten Stampfer sind bei dem in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Stampfer einige der linear hin- und herbeweglichen Bauelemente des Kurbeltriebs aus Materialien hergestellt, die eine geringere Dichte als Stahl aufweisen und somit leichter sind als Stahl. Je nach Baugröße und Leistungsfähigkeit des Stampfers ist im Einzelfall zu entscheiden, welche Bauelemente aus leichteren Materialien herzustellen sind. Grundsätzlich ist aber zur Vermeidung von Obermassenschwingungen anzustreben, möglichst viele Bauelemente in Leichtbauweise auszuführen.

[0024] Die betroffenen Bauelemente sind das Pleuel 5, der Führungskolben 7 und eine erfindungsgemäß ausgebildete Kolbenführung 16. Der Kurbeltrieb selbst besteht aus der Kurbelscheibe 3, dem Hubzapfen 4, dem Pleuel 5, dem Kolbenbolzen 6, dem Führungskolben 7 und der Kolbenführung 16.

[0025] Das Pleuel 5 kann vorzugsweise aus Kunststoff, zum Beispiel aus kohlefaser- oder glasfaserverstärktem Polyamid hergestellt werden. Für den Führungskolben 7 eignen sich Aluminium-Knetlegierungen oder ebenfalls glasfaserverstärktes Polyamid.

[0026] Das aus Kunststoff bestehende Pleuel 5 weist eine gewisse Elastizität und somit Federeigenschaften auf. Diese Elastizität wird durch eine o-beinige Form, d. h. durch einen bogenförmigen Verlauf des Pleuels 5 zwischen dem an der Kurbelscheibe 3 befindlichen Hubzapfen 4 und dem am Führungskolben 7 angeordneten Kolbenbolzen 6 unterstützt. Das Pleuel 5 bildet daher ein ovales "O", durch dessen Mitte sich die Antriebswelle 1 erstreckt. Die seitlichen Beine des "O" verbessern die Federungs- bzw. Dämpfungsfähigkeit des Pleuels 5, wodurch die Lager und Verzahnungen sowie weitere, mit dem Pleuel 5 verbundene Bauteile geschont werden.

[0027] Die Kolbenführung 16 integriert die aus dem Stand der Technik bekannte Kolbenführung aus Stahl, die aus einem elastischen Kunststoffmaterial bestehende Dehnungsbüchse und den Dehnungsstopfen in einem Bauteil. Die Kolbenführung 16 weist etwa in der Mitte einen breiteren Rand 17 auf, an dessen beiden Seiten die Federsätze 11 anliegen. Von dem Rand 17 geht in beide Richtungen jeweils eine Hülse ab, wobei eine obere Dehnungshülse 18 über den Führungskolben 7 gestülpt ist und eine untere Dehnungshülse 19 ebenfalls in Hülsenform sich in Richtung der Untermasse erstreckt. Um ein Blocksitzen der Federsätze 11 zu vermeiden. können bei starkem Schwingen die Enden der Dehnungshülsen 18, 19 an die jeweiligen Federplatten 12 anschlagen, bevor sich die Federwindungen gegenseitig berühren. Dadurch wird eine übermäßige Stoßbelastung des Geräts vermieden. Um eine entsprechende Dämpfungsfähigkeit durch die Kolbenführung 16 zu gewährleisten, wird sie aus Polyurethan einstückig hergestellt. Zur Verstärkung des Randes 17, insbesondere um eine Beschädigung der Kolbenführung 16 durch die aufliegenden Federsätze 11 zu vermeiden, ist es möglich, dünne Stahlscheiben zwischen dem Rand 17 und den zugehörigen Federn 11 einzulegen.

[0028] Die Kolbenführung 16 ist über ein Trapezgewinde 20 auf dem Führungskolben 7 aufgeschraubt. Das Trapezgewinde 20 gewährleistet einen großflächigen Kontakt zwischen der Kolbenführung 16 und dem Führungskolben 7, so daß die lokale Flächenpressung gering gehalten werden kann.

[0029] Zur Verdrehsicherung ist im Inneren der unteren Dehnungshülse 19 ein Innensechskant 21 ausgebildet, in den ein einen Außensechskant aufweisendes Stahlstück 22 einschiebbar und mittels einer Schraube 23 am Führungskolben 7 fixierbar ist. Diese Anordnung gewährleistet, daß sich die Kolbenführung 16 im Betrieb des Geräts nicht selbständig von dem Führungskolben 7 herunterschrauben kann.

[0030] Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines erfindungsgemäßen Stampfgeräts zur Bodenverdichtung erläutert. Die Erfindung kann darüber hinaus ebenfalls sehr vorteilhaft bei einem Hammer, zum Beispiel einem Schlaghammer eingesetzt werden, da die Schlagerzeugung beim Hammer auf dem gleichen Prinzip wie bei dem Stampfgerät beruht. Die Tatsache, daß beim Hammer statt der die Federsätze 11 bildenden Stahlfedern üblicherweise ein Luftfederschlagwerk verwendet wird, hat auf die positiven Wirkungen der erfindungsgemäßen Ausführungsform keinen Einfluß.

[0031] Durch die Verwendung von Kunststoffmaterialten kann eine Gewichtseinsparung von mehreren Kilogramm erzielt werden. Dieses gesparte Gewicht kann jedoch auch der Obermasse zugeschlagen werden, so daß diese gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen an Masse zunimmt. Dadurch wir die Obermasse im Betrieb ruhiger, wodurch weniger Hand-Armschwingungen auf den Bediener übertragen werden. Die Gesamtmasse des Stampfers bleibt gegenüber dem Fall, in dem die betreffenden Bauteile aus Stahl hergestellt werden, konstant.

Ansprüche

1. Stampfgerät zur Bodenverdichtung, mit einer stampfend angetriebenen Arbeitsmasse. die von einem zu einer Obermasse gehörenden Motor über einen Kurbeltrieb (3, 4, 5, 7, 16) und einen Federsatz (11) linear hin- und hertreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbeltrieb wenigstens ein linear hin- und herbewegliches Bauelement (5, 7, 16) aufweist, das aus einem Material hergestellt ist, dessen Dichte geringer als die von Stahl ist, und daß das linear hin- und herbewegliche Bauelement ein Bauelement aus der Gruppe Pleuel (5), Führungskolben (7). Kolbenführung (16) ist.

2. Stampfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Aluminium-Legierung ist.

3. Stampfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Kunststoffmaterial ist.

4. Stampfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenführung (16) zusammen mit wenigstens einer Dämpfungsbüchse (18, 19) einteilig aus Kunststoff herstellbar ist.

Claims

1. Stamping device for ground compaction, having a working mass which is driven in a stamping manner and can be driven linearly in a reciprocating manner by means of a motor associated with an upper mass via a crank drive (3, 4, 5, 7, 16) and a spring assembly (11), characterised in that the crank drive comprises at least one structural element (5, 7, 16) which can be moved linearly in a reciprocating manner and is produced from a material, the density of which is less than that of steel, and that the structural element which can be moved linearly in a reciprocating manner is a structural element from the group of connecting rod (5), guide piston (7), piston guide (16).

2. Stamping device as claimed in claim 1, characterised in that the material is an aluminium alloy.

3. Stamping device as claimed in claim 1 or 2, characterised in that the material is a synthetic material.

4. Stamping device as claimed in claim 1, characterised in that the piston guide (16) together with at least one damping bushing (18, 19) can be produced in one piece from synthetic material.

Revendications

1. Pilon pour le compactage du sol comportant une masse de travail entraînée de manière à pilonner, qui peut être entraînée linéairement en sens alternés par un moteur, faisant partie d'une masse supérieure, par l'intermédiaire d'un mécanisme à manivelle (3, 4, 5, 7, 16) et d'un jeu de ressorts (11), caractérisé en ce que le mécanisme à manivelle comporte au moins un élément (5, 7, 16) déplaçable linéairement en sens alternés qui est fabriqué dans un matériau dont la densité est inférieure à celle de l'acier, et en ce que l'élément déplaçable linéairement en sens alternés est un élément du groupe bielle (5), piston de guidage (7), guide-piston (16).

2. Pilon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau est un alliage d'aluminium.

3. Pilon selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau est une matière plastique.

4. Pilon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide-piston (16) peut être fabriqué d'une seule pièce en matière plastique avec au moins une douille d'amortissement (18, 19).

Zeichnung