DE19752445C1 - Vorrichtung zur Bodenverdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bodenverdichtung mit einem durch einen Exzenterantrieb in Hubbewegungen versetz­ ten Verdichterfuß.

Zur Verdichtung von lockerem Boden, etwa bei Straßenbauarbeiten oder beim Auffüllen von Gräben, verwendet man bekanntermaßen Rüttelverdichter oder sogenannte "Frösche". Bei einem Frosch wird der in einem Zylinder erzeugte Verbrennungsdruck eines Gasgemisches über einen Kolben auf eine Bodenplatte übertragen, und infolge der Trägheit des relativ schwer ausgebildeten Gerätes wird auf die einen Verdichterfuß bildende Bodenplatte eine große nach unten gerichtete Kraft ausgeübt, durch welche der darunter befindliche Boden verdichtet wird. Ein solcher Frosch arbeitet mit relativ großem Hub, aber auch mit relativ langsamer Hubfolge. Bei Rüttelmaschinen wird dagegen der Ver­ dichterfuß über einen Exzenter angetrieben, der eine erheblich höhere Arbeitsfrequenz, in der Regel jedoch bei kleinerem Hub, erlaubt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bodenverdichtung zu schaffen, die sich insbesondere auch für relativ schmale Gräben eignet, wie sie bei der Verlegung von Kabeln gezogen werden, und die durch Einstellung von Hub und Frequenz der Verdichterfußbewegung eine Anpassung an unter­ schiedliche Bodenarten erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

Durch das Vorsehen von zwei im Gegentakt arbeitenden Verdichter­ füßen läßt sich nicht nur eine schnellere, sondern auch gleich­ mäßigere Verdichtung auch schmaler zugeschütteter Gräben er­ reichen. Durch die Einstellbarkeit des Hubes und der Frequenz, mit welcher die Verdichterfüße arbeiten, läßt sich der Ver­ dichtungsvorgang optimal an die Bodenbeschaffenheit und das Material des Bodens anpassen, da der Verdichtungsvorgang bei­ spielsweise bei lehmigen Böden andere Anforderungen stellt als etwa bei sandigen Böden. So kann bei relativ festen, etwa schon vorverdichteten Böden mit geringem Hub und großer Frequenz ge­ arbeitet werden, während weiche Böden sich besser mit großem Hub und geringerer Frequenz verdichten lassen.

Die Verwendung von Exzenterwippen, von deren Zentrum die Hub­ bewegung auf die Verdichterfüße übertragen wird, erlaubt eine einfach durchzuführende Hubverstellung auch während des Be­ triebs durch Verstellung des Phasenwinkels zwischen den beiden Exzentern, welche an den Enden der Exzenterwippe angreifen. Laufen beide Exzenter gleichphasig um, dann bewegt sich die Exzenterwippe parallel zu sich selbst mit maximalem Hub, arbei­ ten die beiden Exzenter gegenphasig, dann oszilliert die Exzen­ terwippe um ihren Mittelpunkt, der dann keine Linearbewegung ausführt, wobei der Hub also null ist. Durch Einstellung von Winkeln zwischen 0 und 180° zwischen beiden Exzentern läßt sich jeder Hub zwischen 0 und Maximum einstellen. Für jeden Verdich­ terfuß ist ein solches Exzentersystem vorgesehen, und beide Systeme arbeiten parallel und im Gegentakt zueinander, so daß die beiden Verdichterfüße abwechselnd verdichten. Zweckmäßiger­ weise setzt man jeweils einen Exzenter des einen Systems mit einem Exzenter des anderen Systems um 180° versetzt auf eine gemeinsame Welle, so daß der Synchronismus zwischen den beiden Systemen zwangsläufig und einfach sichergestellt ist.

Synchronismus zwischen den beiden Exzenter-Antriebswellen läßt sich über eine mechanische Kopplung erreichen, die eine Ver­ stellung des Phasenwinkels zwischen beiden Achsen erlaubt, um die oben erwähnten unterschiedlichen Bewegungsarten der Exzen­ terwippe einstellen zu können. Eine solche Kopplung läßt sich beispielsweise mit einem Planetengetriebe realisieren, das mit seinen drei Wellen eine geeignete Wahl von Antrieb, Abtrieb und Verstellung zwischen An- und Abtrieb ermöglicht. Eine günstige Lösung ergibt sich, wenn man das Sonnenrad mit einer Exzenter-Antriebswelle verbindet und das Außenrad mit der ande­ ren Antriebswelle koppelt, wobei dann über eine Verstellung des Planetenradträgers der Phasenwinkel zwischen den beiden An­ triebswellen beliebig verändert werden kann. Dazu kann man den Planetenradträger mit einer Verzahnung versehen, auf die eine Verstelleinheit arbeitet, z. B. in Form einer direkt oder über ein Zwischenrad eingreifenden selbsthemmenden Schnecke; jedoch sind auch andere Mechanismen möglich, über die sich die ge­ wünschte Einstellung durchführen läßt. Um nicht die Antriebs­ kraft über dieses Übertragungsgetriebe von einer Antriebswelle auf die andere übertragen zu müssen, kann man zweckmäßigerweise beide Antriebswellen mit je einem eigenen Antriebsmotor ver­ binden und diese Antriebsmotoren synchronisieren. Bei Verwen­ dung von Hydraulikmotoren läßt sich dies über eine Reihenschal­ tung einfach erreichen. Das Koppelgetriebe kann dann praktisch kräftefrei arbeiten und bestimmt lediglich den Phasenwinkel zwischen den beiden Antriebswellen.

Vorteilhaft ist es ferner, die Verdichterfüße auswechselbar zu machen, so daß man je nach Grabenbreite einen passend breiten Fuß auswählen kann. Der vordere und der rückwärtige Fuß können auch unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise der vordere Fuß mit einer längeren und gewünschtenfalls flacher verlaufen­ den Auflaufebene, welche das zu verdichtende Material bereits vorverdichtet, ehe die Hauptverdichtungsfläche zum Zuge kommt. Für den rückwärtigen Fuß ist dies nicht nötig, da dieser praktisch nur noch eine Nachverdichtung zu bewirken hat.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht ferner darin, die Anpassung von Hub und Frequenz an die jeweilige Bodenbeschaffenheit automatisch durchzuführen, indem beispiels­ weise mit Hilfe eines Vibrationssensors die Stärke der Vibra­ tionen abgefühlt wird, welche das Gerät als Reaktion auf die Bodenhärte zeigt, so daß aufgrund der daraus gezogenen Rück­ schlüsse die passenden Einstellungen von Hub und Frequenz im Sinne einer optimalen Verdichtung ohne Überlastung der Antriebs­ motoren ausgewählt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich praktischerweise über eine Parallelogrammschwinge an einem Fahrzeug befestigen, welches den Graben entlang fährt, so daß sie in vertikaler Richtung, also in Richtung der Verdichtung vom Fahrzeug ent­ koppelt ist, in horizontaler oder Vorschubrichtung aber vom Fahrzeug mitgenommen wird.

Die Erfindung sei nun anhand eines in den beiliegenden Zeich­ nungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Veranschaulichungsskizze des Exzenterwippen­ antriebs in Achsrichtung gesehen;

Fig. 3 den Mechanismus gemäß Fig. 2 in einer um 90° verdrehten Ansicht;

Fig. 4 das Schema eines Planetengetriebes zur Kopplung der beiden Exzenter-Antriebswellen;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den Exzenterantrieb samt Planetenkoppelgetriebe; und

Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht bei der entgegen­ gesetzten Einstellung der Phasenlage der Antriebs­ wellen.

Die schematische Darstellung gemäß Fig. 1 läßt eine Antriebs­ einheit 2 erkennen, die über eine nicht veranschaulichte Trapez­ aufhängung an der Seite eines ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugs montiert ist, welche die Verdichtervorrichtung über dem zugefüllten Graben entlang führt. An die Antriebseinheit 2 schließt unten ein Gehäuse 4 an, in welchem die Stößelstangen 6 geführt sind, an denen unten die Verdichterfüße 8 sitzen. Wie Fig. 1 zeigt, arbeiten die Füße 8 abwechselnd und im Gegentakt­ betrieb, d. h. daß, wenn der eine Fuß verdichtet, der andere gerade oben ist. Der linke vordere Verdichterfuß hat eine längere Auflauffläche 10 als der rechte hintere, um das noch lockere Material besser zu erfassen und vorzuverdichten.

Die Fig. 2 und 3 zeigen das Schema des Exzenterwippenmecha­ nismus, der zwei Exzenterwippen 12a und 12b enthält, an deren Mitte jeweils eine Stange 14a bzw. 14b angelenkt ist, welche unten die Beine 6 bilden, an denen die Verdichterfüße 8 sitzen. Die zugehörigen Gelenke sind mit 16a und 16b bezeichnet. An den Enden der Exzenterwippen befinden sich weitere Gelenke, die bei der Wippe 12a mit 18a und 20a bezeichnet sind, bei der Wippe 12b mit 18b und 20b. An diesen Gelenken sind Übertragungsglie­ der 22a, 22b und 24a, 24b angelenkt, über welche die Exzenter­ wippe mit den Exzentern 26a, 26b und 28a, 28b verbunden sind. Die Exzenter 26a und 26b sitzen um 180° zueinander versetzt auf einer gemeinsamen Antriebswelle 30, und gleichermaßen sitzen die Exzenter 28a und 28b um 180° zueinander versetzt auf einer Antriebswelle 32. Diese beiden Wellen rotieren mit gleicher Geschwindigkeit, so daß die Exzenter gleichschnell umlaufen und bei der in Fig. 2 veranschaulichten Einstellung beide Enden der Exzenterwippen 12a und 12b gleichzeitig nach oben bzw. unten bewegen, so daß die Exzenterwippen parallel zu sich selbst oszillieren und ihre Mittengelenke 16a, 16b einen durch die Exzentrizität gegebenen maximalen Hub ausführen, wobei wegen der 180°-Versetzung der Exzenter 26a und 26b bzw. 28a und 28b die beiden Exzenterwippen 12a, 12b sich gegenphasig bewegen und dementsprechend die beiden Verdichterfüße 8 gemäß Fig. 1 ab­ wechselnd arbeiten.

Ändert man den Phasenwinkel zwischen den beiden Antriebswellen 30 und 32 und damit zwischen den Exzentern 26a, 26b einerseits und 28a, 28b andererseits, so werden die Enden der Exzenter­ wippen 12a, 12b nicht mehr gleichzeitig nach oben und unten bewegt, sondern die Aufwärtsbewegung eines Endes überschneidet sich teilweise mit einer Abwärtsbewegung des anderen Endes, so daß die Exzenterwippen um ihre Mittelgelenke 16a, 16b schwingen. Die Hubbewegung dieser Mittelgelenke wird dabei kleiner, und damit verringert sich dementsprechend der Bewegungshub der Ver­ dichterfüße 8. Bei der in Fig. 6 veranschaulichten Einstellung ist die Phasenverschiebung zwischen den Exzentern 26a, 26b und 28a, 28b auf 180° eingestellt, so daß die Enden der Exzenter­ wippen gerade gegenläufig bewegt werden und ihre Mittelgelenke keine Hubbewegung mehr ausführen. Durch Verstellung der Phase zwischen den mit den rechten und mit den linken Enden der Exzen­ terwippen gekoppelten Exzenter bzw. zwischen deren Antriebs­ wellen 30 und 32 zwischen 0 und 180° läßt sich somit jeder Hub zwischen 0 und dem Maximum einstellen.

Hierzu dient bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel das in den Fig. 4 und 5 veranschaulichte Planetengetriebe, wobei Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung aus Planetengetriebe und Exzentermechanismus zeigt. Das Schema des Planetengetriebes, welches die beiden Antriebswellen 30 und 32 für die Exzenter miteinander koppelt, geht aus Fig. 4 hervor. Um das Planeten­ getriebe möglichst wenig zu belasten, sind die beiden Wellen 30 und 32 jeweils mit einem eigenen Hydraulikantriebsmotor gekop­ pelt, und bei einer Reihenschaltung der Hydraulikkreisläufe dieser beiden Motoren läßt sich ein guter Synchronismus zwi­ schen den beiden Wellen erreichen. Über die Kopplung durch das Planetengetriebe erfolgt daher praktisch keine Kraftübertragung, sondern es bestimmt nur den Phasenwinkel zwischen den beiden Antriebswellen 30 und 32 und damit zwischen den zugehörigen Exzentern, mit welchen die Exzenterwippen gekoppelt sind.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Anordnung derart getroffen, daß die Welle 32 mit dem Sonnenrad 34 des Planetengetriebes verbunden ist. Das Sonnenrad kämmt mit zwei Planetenrädern 36, deren Achsen an einem Planetenradträger 38 sitzen. Die Planetenräder 36 kämmen ihrerseits mit einem innen verzahnten Außenrad oder Hohlrad 40, welches außerdem über eine Außenverzahnung mit einem ersten Zwischenrad 42 kämmt, das über ein zweites Zwischenrad 44 mit der Antriebswelle 30 gekoppelt ist. Die Übersetzungsverhältnisse sind so gewählt, daß die bei­ den Antriebswellen 30 und 32 synchron und phasenstarr mit der jeweils eingestellten gegenseitigen Phasenbeziehung miteinander umlaufen. Da jede dieser Wellen mit einem eigenen Antriebsmotor verbunden ist, braucht über dieses Koppelgetriebe lediglich der Synchronismus aufrechterhalten zu werden, ohne daß Antriebs­ kräfte übertragen werden müßten.

Zur Veränderung des Phasenwinkels zwischen den beiden Antriebs­ wellen 30 und 32 läßt sich die Winkelposition des Planetenrad­ trägers 38 verstellen, wie die beiden Pfeile in Fig. 4 andeuten. Denkt man sich bei stehender Welle 32 den Planetenradträger etwas in Pfeilrichtung verdreht, so verändert man damit die Position der beiden Planetenräder 36 und dementsprechend die Winkelposition des Hohlrades 40. Dadurch werden auch das erste und das zweite Zwischenrad 42, 44 jeweils um ein Stück gedreht und damit die Welle 30 um einen entsprechenden Winkel gegenüber der Welle 32 verdreht. Diese Winkelverstellung zwischen den beiden Antriebswellen 30 und 32 läßt sich zwischen 0 und 180° durchführen, so daß die auf diesen Wellen sitzenden Exzenter 26a, 26b und 28a, 28b ebenfalls auf Phasenwinkel zwischen 0 und 180° gegeneinander einstellbar sind und damit die oben erläu­ terte Hubverstellung für die Bewegung der Verdichterfüße zwi­ schen 0 und einem Maximalhub möglich wird. Zur Verstellung des Planetenradträgers 38 kämmt dies im beschriebenen Ausführungs­ beispiel mit einer Außenverzahnung mit einem Hubverstellrad 46, das beispielsweise über einen hier nicht veranschaulichten Schneckentrieb verstellt werden kann, dessen Schneckengewinde selbsthemmend ausgelegt ist, so daß die jeweils gewählte Ein­ stellung sich nicht von selbst verändert.

Bezugszeichenliste

2

Antriebseinheit

4

Gehäuse

6

Stößelstangen

8

Verdichterfüße

10

Auflauffläche

12

a, bExzenterwippen

14

a, bStange

16

a, bMittengelenke

18

a, bEndgelenke

20

a, bEndgelenke

22

a, bÜbertragungsglieder

24

a, bÜbertragungsglieder

26

a, bExzenter

28

a, bExzenter

30

Antriebswelle

32

Antriebswelle

34

Sonnenrad

36

Planetenräder

38

Planetenradträger

40

Hohlrad

42

1. Zwischenrad

44

2. Zwischenrad

46

Hubverstellrad

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Bodenverdichtung mit einem durch einen Exzenterantrieb in Hubbewegungen versetzten Verdichter­ fuß, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die Vorrichtung zwei hintereinander angeordnete Ver­ dichterfüße (8) hat,
• 2. daß der Exzenterantrieb zwei doppelhebelartige Exzenter­ wippen (12a, 12b) aufweist, von deren Mitte die Hubbewe­ gung auf jeweils einen Verdichterfuß übertragen wird,
• 3. daß jede der beiden Exzenterwippen mit ihrem ersten Ende an je einen ersten Exzenter (26a, 26b) und mit ihrem zwei­ ten Ende an je einen zweiten Exzenter (28a, 28b) angelenkt ist und die beiden ersten Exzenter wie auch die beiden zweiten Exzenter jeweils um 180° gegeneinander versetzt sind,
• 4. und daß die ersten Exzenter (26a, 26b) gegenüber den zwei­ ten Exzentern (28a, 28b) zur Hubeinstellung im Winkel ver­ stellbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Winkels zwischen den ersten und zwei­ ten Exzenter (26a, 26b bzw. 28a, 28b) deren Antriebsachsen (30 bzw. 32) über ein einstellbares Koppelgetriebe, vorzugsweise ein Planetengetriebe (32 bis 44), miteinander gekoppelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Exzenter (26a, 26b) und die beiden zwei­ ten Exzenter (28a, 28b) jeweils auf einer gemeinsamen ersten bzw. zweiten Antriebswelle (30 bzw. 32) sitzen, daß das Son­ nenrad (34) des Planetengetriebes mit einer der Antriebswellen (32) verbunden ist, sein Hohlrad (40) mit der anderen, mit derselben Drehzahl umlaufenden Antriebswelle (30) gekoppelt ist, und sein Planetenradträger (38) feststeht und über einen Einsteller (Hubverstellrad 46) in seiner Winkelposition ver­ stellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (38), gegebenenfalls über ein Zwi­ schenrad (46), mit Hilfe einer Verstelleinheit einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebswellen (30, 32) mit jeweils einem eigenen Antriebsmotor verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmotoren in Reihe geschaltete Hydraulikmotoren sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterfüße (8) auswechselbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von einem Sensor gesteuerte automatische Hub- und Fre­ quenzeinstellung der Verdichterfußbewegung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Vibrationssensor ist.