Plattenverdichter

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plattenverdichter mit einem Unwuchtgetriebe, welches 2 jeweils eine Unwucht aufweisende Welle hat. Um einen Plattenverdichter zu schaffen, der eine gleichmäßige und schnelle Bodenverdichtung bewirken kann, wobei außerdem die Auswirkungen auf die Umgebung außerhalb des zu verdichtenden Bodenbereiches verringert werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Plattenverdichter als Anbaugerät für den Anbau an Bagger, Radlader, Traktoren, Unimogs, Walzenzüge und dergleichen ausgestaltet ist und daß die 2 Wellen entgegensetzte Rotationsrichtung haben und, abgesehen vom Vorzeichen, phasengleich rotieren, wobei die entgegengesetzt rotierenden Wellen in vertikaler Richtung gleichgerichtete und in horizontaler Richtung entgegengesetzte Bewegungen ausführen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plattenverdichter mit einem Unwuchtgetriebe, welches zwei jeweils eine Unwucht aufwesende Wellen hat. Entsprechende Unwuchtgetriebe sind von sehr viel verschiedenen Plattenverdichtern, die auch als "Rüttler" bezeichnet werden, bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2005 029 433 A1, der DE 30 32 494 und der DE 43 43 865

[0002] Die bekannten Plattenverdichter sind in der Regel mit einem eigenen Antriebsmotor und von dem Antriebsmotor angetriebenen Unwuchtwellen ausgestattet. Durch die starken Vibrationen, die derartige Plattenverdichter auf den Boden übertragen, soll dieser verdichtet werden, um beispielsweise als Untergrund für einen neuen Straßenbelag oder ein anderes Bauwerk zu dienen, um zu vermeiden, daß der Boden später unter der Belastung des entsprechenden Bauwerkes oder der darauf aufgebrachten Last nachgibt und das betreffende Bauwerk dadurch beschädigt wird. Bei Straßen gilt es insbesondere nachträglich auftretende Bodenwellen zu vermeiden, die durch das Gewicht der Straße, vor allem aber durch das Gewicht von LKW, welche eine entsprechende Straße befahren, im Laufe der Zeit entstehen können, wenn der Boden unter der Straßendecke nicht ausreichend und nicht gleichmäßig verdichtet ist.

[0003] Daneben sind auch Rüttelwalzen bekannt, die auf dem Boden abrollen und die neben den auf dem Boden abrollenden Walzen auch interne Unwuchtwellen besitzen, welche das gesamte Fahrzeug in Vibrationen versetzen.

[0004] Plattenverdichter werden hingegen in aller Regel von Hand bewegt, da sie aufgrund ihrer Vibrationen jeweils kurzzeitig den Bodenkontakt verlieren bzw. stark reduzieren und auf dieser Weise durch Drücken oder Schieben in eine horizontale Richtung langsam fortbewegt werden können. Ein Nachteil ist dabei jedoch, daß solche Bewegungen mitunter sehr ungleichmäßig erfolgen und daß eine derartige Vorwärtsbewegung unter anderem auch von einem mehr oder weniger leichten Gefälle des Bodens abhängig ist, so daß es schwierig ist, mit einem herkömmlichen Plattenverdichter eine größere Bodenfläche möglichst gleichmäßig zu verdichten. Zudem ist ein solcher Verdichtungsvorgang relativ zeitaufwendig.

[0005] Die Verdichtung des anstehenden Bodens dient zur Reduzierung des Hohlraumgehaltes des Bodens und bewirkt eine Erhöhung der Tragfähigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Verformungsempfindlichkeit. Bei der dynamischen Verdichtung des Bodens mit bekannten Verdichtungsgeräten erfolgt eine Lasteinleitung über Unwuchtwellen, die über eine Kreisbewegung in Rotation gebracht werden. Der Antrieb hierzu erfolgt über Verbrennungsmotore, "Hydraulikmotore oder Elektromotore". Die optimale Verdichtung bei kiesig-rolligem Bodenmaterial wäre eine große Wuchtkraft mit hoher Frequenz (Drehzahl) bei kleiner Amplitude. Nach dem Stand der Technik gibt bis jetzt kein Verdichtungsgerät, das alle drei Eigenschaften bei großen Einbauhöhen in sich vereint. So wird beim Verdichten mit Walzen durch eine hohe Wuchtkraft mit großer Amplitude und dem sogenannten Bugwelleneffekt, der beim Befahren mit einem zylindrischen Walzenkörper entsteht, das zu verdichtende Material in der Oberfläche wieder aufgelockert. Anschließend wird ein zweites Verdichtungsgerät, wie ein Anbauplattenverdichter gebraucht, um das aufgelockerte Material zu verdichten. Durch starke Erschütterungen im Umfeld entsteht noch das Problem der Belastung oder gar Beschädigung von Bauwerken in der Nähe des zu verdichtenden Bodens.

[0006] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich mehrere geschilderte Probleme lösen.

[0007] Gegenüber dem eingangsgenannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Plattenverdichter zu schaffen, der eine gleichmäßige und schnelle Bodenverdichtung bewirken kann, wobei außerdem die Auswirkungen auf die Umgebung außerhalb des zu verdichtenden Bodenbereiches verringert werden.

[0008] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Plattenverdichter als Anbaugerät für den Anbau beispielsweise an Bagger, Radlader, Traktoren, Unimogs, Walzenzüge und dergleichen ausgestaltet ist, und daß die zwei Wellen entgegengesetzte Rotationsrichtung haben und, abgesehen vom Vorzeichen, phasengleich rotieren, wobei die entgegengesetzt rotierenden Wellen in vertikaler Richtung gleichgerichtete und in horizontaler Richtung entgegengesetzte Bewegungen ausführen. Mathematisch ausgedrückt rotieren die Schwerpunkte der Wellen eines entsprechenden Unwuchtgetriebes um die Achse der jeweiligen Wellen proportional zu Cosinus(± ωt), wobei zum Zeitpunkt t=0 der Schwerpunkt beider Wellen denselben Extremwert in der Vertikalen einnimmt.

[0009] Dadurch, daß die Wellen in dieser Weise phasengekoppelt sind, daß sie ihre vertikalen Bewegungen parallel und gleichsinnig, die horizontalen Bewegungen aber entgegengesetzt bzw. gegensinnig ausführen, werden durch einen solchen Plattenverdichter ausschließlich vertikale Schwingungsbewegungen erzeugt, da sich die vertikalen Beschleuningungskräfte beider Wellen addieren, während die horizontalen Schwingungsbewegungen fast auf null reduziert werden können, indem die horizontalen Beschleunigungskräfte gegensinnig sind und sich gegenseitig aufheben. Gerade die horizontalen Schwingungsbewegungen führen ansonsten nämlich dazu, daß auch Gebäude und Einrichtungen in der Nähe des zu verdichtenden Bodens von den durch den Plattenverdichter erzeugten Erschütterungen erfaßt werden und ebenfalls in Schwingung geraten, was insbesondere bei Wohngebäuden, Büros oder auch in Betrieben, insbesondere wenn dort empfindliche Maschinen laufen, zu erheblichen Problemen führen kann. Durch die rein vertikalen Schwingungsbewegungen und die rein vertikalen Beschleunigungskräfte werden also die Auswirkungen auf die Umgebung drastisch reduziert.

[0010] Gleichzeitig sorgt die Ausbildung als Anbaugerät dafür, daß durch gleichmäßigen Vorschub des entsprechenden Fahrzeuges eine sehr gleichmäßige Verdichtung des Bodens erfolgt, wobei es selbstverständlich möglich ist, durch Beobachtung des Verdichtungsgrades die Verweildauer des Plattenverdichters an die lokalen Erfordernisse anzupassen.

[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Unwuchtgetriebe, die je zwei gegenläufig rotierende Unwuchtwellen aufweisen, auf einer Grundplatte vorgesehen, wobei jeweils zwei Wellen verschiedener Unwuchtgetriebe phasengleich in derselben Richtung rotieren, während, wie bereits erwähnt, die beiden Wellen ein und desselben Unwuchtgetriebes zwar betragsmäßig phasengleich, jedoch in entgegengesetzter Richtung rotieren. Dabei ist es bevorzugt, wenn mindestens vier Unwuchtwellen auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind. Die größere Zahl von Unwuchtwellen hat den Vorteil daß, wie es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen ist, die Unwuchtwellen jeweils nur eine relativ kleine Unwucht haben können, andererseits jedoch mit hoher Drehzahl rotieren, so daß die durch die Unwuchtwellen erzeugten Kräfte bzw. Beschleunigungen dennoch mit der Wirkung von Unwuchtwellen vergleichbar sind, die eine erheblich größere Unwucht (größere Masse und/oder größeren Abstand des Massenschwerpunktes) aufweisen.

[0012] Insbesondere ist vorgesehen, daß die Drehzahl mehr als 2000 Umdrehungen pro Minute (Upm), vorzugsweise mehr als 3000 Upm und insbesondere mehr als 3500 Upm beträgt. Bei einem bereits hergestellten Plattenverdichter beträgt diese Drehzahl ca. 3600 Upm (entsprechend 60 Hz). Aufgrund dieser schnellen Drehzahl und wegen der relativ kleinen Unwucht (kleiner Abstand des Massenschwerpunktes von der Achse der Unwuchtwellen) sind die Schwingungsamplituden zwar relativ gering, dennoch aber die vertikalen Beschleunigungskräfte sehr hoch. Konkret ist eine solche Unwuchtwelle so ausgestaltet, daß die von einer einzelnen Welle erzeugte Fliehkraft bei 36000 Upm (60 Hz) etwa 3 Tonnen (3000 kp oder ca. 30000 N) entspricht. in der Praxis sinnvoll sind Unwuchtwellen, die bei 60 Hz Fliehkräfte zwischen 1 t und maximal 5 t hervorrufen. Unter 1t liegende Werte führen bei einem Durchgang zu unzureichender Verdichtung oder würden eine größere Anzahl von Unwuchtwellen erfordern. Größere Fliehkräfte als 5 t sind praktisch nur schwer beherrschbar und würden erheblich aufwand hinsichtlich der Wellenlager erfordern. Durch Zusammenschaltung von mindestens 2 und vorzugsweise 4 Unwuchtwellen in der oben bereits beschriebenen Weise erreicht man bei einer Fliehkraft von 3 t pro Welle eine Gesamtkraft von 6 bzw. 12 t bei 60 Hz. Gleichzeitig sind diese Schwingungsfrequenzen hinreichend weit entfernt von den Eigenschwingungen von Gebäuden, so daß diese Vibrationen in nahestehenden Gebäuden nur als ein sehr leichtes, gleichmäßiges Brummen oder Summen empfunden wird und unangenehme Erschütterungen des Gebäudes, die sich auch auf Einrichtungsgegenstände übertragen, gar nicht erst entstehen. Um die horizontalen Schwingungskomponenten möglichst gut zu kompensieren, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, daß die Unwuchtwellen jeweils identisch ausgebildet sind, insbesondere jeweils das gleiche Trägheitsmoment und die gleiche Unwucht (d.h. gleiche Masse und gleichen Abstand des Schwerpunktes von der Drehachse) aufweisen.

[0013] Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Wellen durch einen entsprechenden Getriebezug phasenstarr gekoppelt sind. Hierdurch wird der oben beschriebene Bewegungsablauf mit immer gleichgerichteten vertikalen und entgegengesetzten horizontalen Bewegungsrichtungen der Schwerpunkte der Paare von Unwuchtwellen sichergestellt.

[0014] Insbesondere können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Unwuchtwellen über ein Zahngetriebe miteinander gekoppelt sein. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, daß alle Wellen, insbesondere wenn mehr als zwei Unwuchtwellen vorgesehen sind, parallele und in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegende Rotationsachsen haben.

[0015] Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn die Walzen bzw. Unwuchtwellen von einem Ölmotor angetrieben werden. Bei der Verwendung mehrerer Unwuchtgetriebe sollten mindestens zwei der Unwuchtwellen von einem Ölmotor angetrieben werden, wahlweise können jedoch auch mindestens vier bzw. alle Unwuchtwellen des Plattenverdichters von einem Ölmotor angetrieben werden. Die Ölmotoren verschiedener Unwuchtwellen können beispielsweise in Parallelschaltung oder in Reihenschaltung von einer gemeinsamen Hydraulikölquelle versorgt werden.

[0016] Soweit mehrere Grundplatten vorgesehen sind, auf denen jeweils mindestens ein Unwuchtgetriebe angeordnet ist, sind diese gemäß einer Ausführungsform der Erfindung miteinander koppelbar ausgestaltet.

[0017] Dabei versteht es sich, daß der als Anbaugerät ausgestaltete Plattenverdichter durch das entsprechende Trägerfahrzeug gezogen oder geschoben werden kann.

[0018] Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Figur 1 einen Plattenverdichter mit zwei auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordneten Unwuchtgetrieben,

Figur 2 eine Draufsicht auf den Plattenverdichter der Figur 1 von oben,

Figur 3 mehrere zu einer gemeinsamen Einheit miteinander verbundene Plattenverdichtern, gemäß den Figuren 1 und 2 und

Figuren 4a-d vier verschiedene Bewegungsphasen eines Unwuchtgetriebes, welches aus vier starr gekoppelten Unwuchtwellen besteht.

[0019] Auf einer Grundpatte 2 eines Plattenverdichters 1 werden mindestens zwei Unwuchtgetriebe 3, 3' mit 4 Unwuchtwellen 4, 5 bzw. 4', 5' angebracht. Über einen Ölstrom 7 wird der erste Ölmotor 8 des ersten Getriebes 3 angetrieben. Dieser ist direkt an einer Unwuchtwelle 5 angeflanscht. Ein Zahnrad 9, das auf dieser Welle angeflanscht ist, greift in das zweite Zahnrad 9' der zweiten Unwuchtwelle 4 ein. Dadurch erfolgt ein Gegenlauf der beiden Unwuchtwellen 4, 5 und eine gerichtete Schwingung entlang der vertikalen Richtung, die der gleichmäßigen Bewegungskomponente entspricht. In der Ruhestellung (Figur 4a) stehen beide Unwuchten der Wellen (3) nach unten (Schwerpunkte S der Unwuchtwellen, 4, 5 bzw. 4', 5' jeweils vertikal unterhalb der Wellenachsen 10). Nach einer 90 Grad Drehung je nach Drehrichtung im oder gegen den Uhrzeigersinnn (Fig. 4b), stehen die Unwuchtwellen so, dass die Fliehkräfte je zweier Unwuchtwellen horizontal gegeneinander gerichtet sind und sich aufheben, wenn beide Wellen die gleiche Unwucht (gleiche Masse und gleiche Schwerpunktexzentrizität bzw. gleiches Trägheitsmoment bezüglich der Achse 10) haben. Nach 180 Grad Drehung stehen beide Unwuchten (Schwerpunkte S) nach oben (Figur 4c) Die Fliehkräfte aller Unwuchtwellen 4, 5, 4', 5' sind nach oben gerichtet und lassen die Platte nach oben abheben. Nach 270 Grad Drehung stehen die Unwuchten wieder gegeneinander (Fig.4d). Die Fliehkräfte werden aufgehoben. Nach 360 Grad (Figur 4a) treffen die Unwuchtwellen (3) wieder vertikal nach unten und leiten so die komplette Kraft (Summe der einzelnen Fliehkräfte der Unwuchtwellen 4, 5, 4', 5') nach unten in das zu verdichtende Material.

[0020] Mathematisch entspricht der vorstehend geschilderte Bewegungsablauf einer Rotation der Schwerpunkte der Wellen des entsprechenden Unwuchtgetriebes um die Achse der jeweiligen Wellen proportional zu cos(±ωt), wobei zum Zeitpunkt t=0 der Schwerpunkt S aller 4 Unwuchtwellen 4, 5 bzw. 4', 5' der Unwuchtgetriebe 3, 3' denselben Extremwert (entsprechend Figur 4a oder 4c) in der Vertikalen einnimmt.

[0021] Das zweite Unwuchtgetriebe 3' ist mit einem zweiten Ölmotor 8' durch den Ölstrom der Ölleitung 7 in Reihe so geschaltet, dass sich beide Getriebe 3, 3' selbst synchronisieren (Figur 2). Die hydraulische Energie wird nur dazu gebraucht, um die Unwuchtwellen nach oben zu drehen. Da die einzelnen Unwuchtwellen 4, 5, 4', 5' eine kleine Fliehkraft erzeugen bzw. relativ kleine Massen und Schwerpunktsexzentrizitäten haben, lassen diese viel höhere Drehzahlen (Frequenzen) bei kleiner Amplitude zu als herkömmliche Unwuchtwellen. Alle Wellen 4, 5, 4', 5' auf dem Plattenverdichter 1 zusammen erzeugen vertikal gerichtete Schwingungen bei hoher Frequenz und niedriger Amplitude, wodurch dennoch hohe, sich periodisch und nur in vertikaler Richtung addierende Zentrifugalkräfte erzeugt werden. Konkret sind die Unwuchtwellen so ausgebildet, daß sie in einer bevorzugten Ausführungsform bei einer Drehzahl von 3600 Upm eine Fliehkraft von etwa 3 t (ca. 30 000 N) erzeugen.

[0022] Bei diesen hohen Frequenzen wäre ein Eigenantrieb durch Verstellen der Unwuchtwellen nicht möglich.

[0023] Ein oder mehrere Plattenverdichter ist bzw. sind über eine bewegliche bzw. gelenkige oder elastische Aufhängung 11 mit einem Trägergerät wie Radlader, Traktor, Bagger, Walze verbunden und wird bzw. werden von diesem gezogen oder geschoben (Figur 3). Die Plattenverdichter 1 benötigen deshalb keinen eigenen Antrieb. Es erfolgt eine gleichzeitig gute Tiefen- und Oberflachenverdichtung. Es lassen sich mehrere einzelne Plattenverdichter 1 mit den angegebenen Unwuchtgetrieben zusammenfügen (Fig. 3) um eine große Flächenleistung bei großen Schütthöhen zu erreichen. Somit lassen sich mehrere Verdichtungsgänge und ein zusätzliches Verdichtungsgerät einsparen. Die enormen Erschütterungen im Umfeld, die beim Betrieb mit herkömmlichen Verdichtungsgeraten mit großer Wuchtkraft (großer Masse und/oder Schwerpunktsexzentrizität) bei niedrigen Frequenz und großer Amplitude bekannt sind, werden erheblich verringert.

Bezugszeichenliste

[0024] 

1

Plattenverdichter

2

Grundplatte

3, 3'

Unwuchtgetriebe

4, 4'

Unwuchtwellen

5, 5'

Unwuchtwellen

6, 6'

Zahnrad

7

Ölleitung

8, 8'

Ölmotor

9, 9'

Zahnrad

10

Wellenachse

11

Bewegliche Aufhängung

S

Schwerpunkt

Ansprüche

1. Plattenverdichter mit einem Unwuchtgetriebe, welches 2 jeweils eine Unwucht aufweisende Welle hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenverdichter als Anbaugerät für den Anbau an Bagger, Radlader, Traktoren, Unimogs, Walzenzüge und dergleichen ausgestaltet ist und daß die 2 Wellen entgegensetzte Rotationsrichtung haben und, abgesehen vom Vorzeichen, phasengleich rotieren, wobei die entgegengesetzt rotierenden Wellen in vertikaler Richtung gleichgerichtete und in horizontaler Richtung entgegengesetzte Bewegungen ausführen.

2. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Unwuchtgetriebe mit je 2 gegenläufig rotierenden Wellen auf einer Grundplatte vorgesehen sind, wobei je zwei Wellen verschiedener Unwuchtgetriebe phasengleich in derselben Richtung rotieren.

3. Plattenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 4 Unwuchtwellen auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind.

4. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtwellen mit hoher Drehzahl und jeweils kleiner Unwucht rotieren.

5. Plattenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl mehr als 2000 Upm, vorzugsweise mehr als 3000 Upm und insbesondere mehr als 3500 Upm beträgt.

6. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen jeweils identisch ausgebildet sind und insbesondere jeweils das gleiche Trägheitsmoment und die gleiche Unwucht aufweisen.

7. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtwellen derart ausgestaltet sind, daß sie bei einer Drehzahl von 3600 Upm eine Fliehkraft zwischen 1 t und 5 t, vorzugsweise zwischen 1,5 und 4 t und insbesondere etwa 3 t ± 10%peo Welle hervorrufen.

8. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen durch einen entsprechenden Getriebezug phasenstarr gekoppelt sind.

9. Plattenverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen über ein Zahngetriebe miteinander gekoppelt sind.

10. Plattenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen parallele und in einer gemeinsamen Ebene liegende Rotationsachsen haben.

11. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtwellen von einem Ölmotor angetrieben werden.

12. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Unwuchtwellen von einem Ölmotor angetrieben werden.

13. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Grundplatten mit darauf angeordneten Unwuchtgetrieben miteinander koppelbar sind.

14. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß daß er von dem entsprechenden Trägerfahrzeug gezogen oder geschoben werden kann.

15. Plattenverdichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölmotoren in Parallel oder Reihenschaltung von einer gemeinsamen Hydraulikölquelle versorgt werden.

Zeichnung