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'Vorrichtung zum Verdichten von Bodenschichten11 Zusatz zu Patentanmeldung
P 20 10 029.2 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten von Bodenschichten
mit schwingend bewegten Verdichtungswerkzeugen, die mindestens aus zwei Verdichtungselementen
bestehen, die über schwenkbeweglich gelagerte, gemeinsame Parallellenker gelenkig
miteinander verbunden sind, nach Patent ..... (Patentanmeldung P 20 10 029.2).
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Als Verdichtungselemente dienen dabei Rüttelpiatten, Balken oder Walzen,
die gegenüber vergleichbaren Verdichtungsgeräten mit geringerer Belastung des Gehäuses
der Vorrichtung und höherer Verdichtungsleistung in einem Drehsystem im Gegentakt
bewegt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach der
Hauptanmeldung weiter auszugestalten und zu verbessern.
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Dabei geht die Erfindung von dem allgemein bei dergleichen
Vorrichtungen
vorliegenden Problemen aus, daß die Verdichtungselemente durch Unwuchterreger bewegt
werden, die direkt an den Verdichtungselementen befestigt sind und von einem an
dem ruhenden Gehäuse der Vorrichtung befestigten Motor angetrieben werden. Zur Ubertragung
der Antriebsbewegung von dem Motor auf die Unwuchterreger dienen in der Regel Riemen-,
Ketten- oder Zahnradgetriebe. Diese Getriebe unterliegen erheblichen Wechselbelastungen,
die sich der Antriebsgrundlast überlagern und in Abhängigkeit von dem Elastizitätsmodul
des belasteten Werkstoffes ein Mehrfaches der Antriebsguundlast betragen können
und dann leicht einen Getriebeschaden verursachen. Die Wechselbelastungen entstehen
aus der schwingenden Bewegung der Verdichtungselemente, d.h. entstehen dadurch,
daß die Unwuchterreger, die über Zahnrad-, Ketten- oder Riementriebe und über ein
auf der Schwenkachse der Verdichtungselemente gelagertes Antriebsrad angetrieben
werden, an den Verdichtungselementen befestigt sind und mit diesen hin- und herbewegt
werden. Dieser Betriebsfall ist mit dem eines Planetengetriebes vergleichbar, das
lediglich aus einem Sonnenrad den Planetenrädern und dem zugehörigen Steg besteht
und dessen Steg bei umlaufendem Sonnenrad mit geringem Schwenkwinkel bewegt wird,
so daß der durch das Sonnenrad verursachten Drehbewegung der Planetenräder eine
zweite Drehbewegung aus der Schwenkbewegung des Steges überlagert wird.
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Bei Zahnradgetrieben führt die Relativbewegung zudem zu einem ungleichmäßigen
Abwälzen der einzelnen Zahnflanken aufeinander und damit zu einem sehr schnellen
Verschleiß der Zahnräder.
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Da die Relativbewegung bei mechanischer Übertragung der Antriebsbewegung
immer
proportional der Amplitude ist, mit der die Verdichtungselemente schwingen, wird
zwar immer eine möglichst kleine Amplitude für die Verdichtungselemente angestrebt,
läßt sich das abgesehen von dem Verdichtungsmaterial jedoch nur beim Verdichten
der obersten Bodenschichten verwirklichen. Zum Verdichten tieferer Bodenschichten
sind demgegenüber relativ große Amplituden erforderlich, die erfahrungsgemäß in
der Regel wiederum nicht zum Verdichten der obersten Bodenschichten geeignet sind.
Sinngemäß gilt das gleiche auch hinsichtlich des Verformungswiderstandes des Verdichtungsmaterials.
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Die bekannten Vorrichtungen haben in diesem Zusammenhang den zusätzlichen
Nachteil, daß sie nicht in der Amplitude verstellbar sind und deshalb entsprechenSden
zeitgemäßen Forderungen nach der Verwendbarkeit für Materialien mit unterschiedlichen
mechanischen Eigenschaften und für die Verdichtung verschiedener Bodenschichten
im allgemeinen mit einer Amplitude ausgelegt sind, mit der zwar sowohl eine Verdichtung
tieferer Bodenschichten als auch eine Verdichtung der obersten Bodenschicht bzw.
eine Verdichtung der vorkommenden verschiedenen Materialien möglich ist, aber in
den extremen Arbeitsbereichen nur mit sehr schlechtem Wirkungsgrad erfolgt. Das
heißt, bei den bekannten Vorrichtungen besteht beim Verdichten der obersten Bodenschichten
bzw. beim Verdichten von Bodenschichten mit einem geringen Verformungswiderstand
ein Überangebot an Energie, während die Energie der Verdichtungselemente beim Verdichten
tieferer Bodenschichten meist nur bei nichtbindigen Böden zu einer geringfügigen
Verdichtung der Schüttlage ausreicht.
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Darüber hinaus bilden die Getriebe zur Ubertragung der Antriebsbewegung
von dem Antriebsmotor auf die Unwuchterreger einen hohen Anteil an dem gesamten
baulichen Aufwand der Vorrichtung, dessen Verringerung bereits einen wesentlichen
Entwicklungsschritt darstellen würde.
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Schließlich ergibt sich aus den Unwuchterregern und deren Getriebe
zur Übertragung der Antriebsbewegung eine besondere Bauform für die Vorrichtung,
d.h. sind der konstruktiven Gestaltung der Vorrichtung durch die Unwuchterreger
und die zugehörigen Getriebe erhebliche Grenzen gesetzt.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile in weiterer Ausbildung der
Vorrichtung nach Patent ..... (Patentanmeldung P 20 10 029.2) dadurch beseitigt,
daß die Verdichtungselemente der Vorrichtung von einem Kurbeltrieb über ein zwischengeschaltetes
Federglied bewegt werden. Im einzelnen hat das den Vorteil, daß die Unwuchterreger
und die zugehörigen Ketten-, Riemen- oder Zahnradgetriebe durch einen Antrieb ersetzt
werden, der gegenüber Unwuchterregern unter gleichzeitiger Verringerung des baulichen
Aufwandes der Vorrichtung die Abstandsänderung zwischen den Verdichtungselementen
und dem ruhenden Antriebsmotor zum Antrieb der Verdichtungselemente ausnutzt.
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Dabei läßt sich u.a. die Amplitude der Verdichtungselemente mit besonderem
Vorteil durch Änderung der Eurbeldrehzahl in weiten Grenzen beliebig verändern.
Den Verdichtungselementen und dem Federglied wird für alle Verdichtungsaufgaben,
bei denen eine geringe Amplitude zweckmhßig ist, z.B. sum Verdichten der obersten
Bodenschichten, wahlweise eine Schwingung aufgezwungen, die
weit
außerhalb des Resonanzbereiches des durch die Verdichtungselemente und das Federglied
gebildeten Schwingungssystems liegt, so daß der Kurbeltrieb die Verdichtungselemente
nacheinander beschleunigt und verzögert.
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Im Resonanzfall, der bei einer der Eigenfrequenz des Schwingungssystems
gleichen Kurbeldrehzahl eintritt, wirkt der Kurbeltrieb nur noch beschleunigend
auf die Verdichtungselemente und vergrößert sich die Amplitude der Verdichtungselemente
auf das zum Verdichten tieferer Bodenschichten erforderliche Maß. Die Größe der
Amplitude ist dabei von dem als Grundabstand bezeichneten Abstand abhängig, den
die beiden schwenkbeweglich gelagerten und über gemeinsame Parallellenker miteinander
verbundenen Verdichtungselemente vom Boden haben, wenn sie sich in gleicher Höhe
über dem Boden befinden. Je größer der Grundabstand der Verdichtungselemente ist,
umso größer ist die mögliche Resonanzüberhöhung, d.h. die mögliche Annäherung der
Arbeitsfrequenz der Verdichtungselemente an die Eigenfrequenz des Schwingungssystems
und die erreichbare Amplitudengröße. ErfindungsgemäB ist der Grundabstand dadurch
einstellbar, daß die Verdichtungselemente in einem heb- und senkbaren Hubrahmen
der Vorrichtung angeordnet sind.
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Mithin kann die Amplitude der Verdichtungselemente den jeweils gegebenen
Materialien und der Verdichtungstiefe genau angepaßt werden, so daß die Verdichtung
der einzelnen Bodenschichten Jeweils mit optimalem Wirkungsgrad erfolgt. Die Energie
der Verdichtungselemente ist dann Jeweils gerade zur Überwindung des in dem Verdichtungsmaterial
auftretenden Verformungswiderstand ausreichend.
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Erfindurgsgemäß kann die Amplitude der Verdichtungselemente
im
Resonanzfall so groß gewählt werden, daß ein auftretendes elastisches Verhalten
der Bodenschichten ohne nennenswerten Einfluß auf den Schwingungsvorgang der Verdichtungselemente
bleibt. Dadurch bleibt die Resonanz des Schwingungssystems trotz eines elastischen
Verhaltens der Bodenschichten ungestört und somit erhalten.
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Nach der Erfindung werden die Verdichtungselemente einer Vorrichtung
vorzugsweise mit zwei Kurbeltrieben über zwischengeschaltete Federglieder bewegt,
wobei die beiden Kurbeltriebe mit 1800 Phasenverschiebung laufen und sich die von
den Kurbeltrieben auf das Gehäuse der Vorrichtung rückwirkenden Kräfte im wesentlichen
aufheben.
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Das zwischen Jeden Kurbeltrieb und die Verdichtungselemente geschaltete
Federglied wird durch eine mechanische und/oder pneumatische Federung gebildet.
Die mechanische Federung besteht aus Spiralfedern, Tellerfedern, kegelförmigen Federn,
Drehstabfedern oder dergleichen, während die pneumatische Federung insbesondere
als pneumatischer Kraftkolben ausgebildet ist. Beide Federungen können allein und
gemeinsam in einer Parallel- und/oder Hintereinanderschaltung angeordnet werden
und ergeben Jeweils mit den Verdichtungselementen bzw. den schwingend bewegten Teilen
ein Schwingungssystem mit bestimmter Eigenfrequenz, das bei entsprechender Kurbeldrehzahl
mit dem Kurbeltrieb in Resonanz gerät.
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Im einzelnen ist die mit mechanischen Federn parallelgeschaltete Luftfederung
von besonderem Vorteil, da dann der linearen Federkennlinie der mechanischen Feder
die nach einer Funktion höheren Grades verlaufende Federkennlinie
der
Luftfederung überlagert wird, so daß je nach der Vorspannung der Luft deren Federwirkung
nur ein Bruchteil oder ein Vielfaches der Federwirkung der mechanischen Federn ist.
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Der pneumatische Kraftkolben ist erfindungsgemäß mit Druckbegrenzungsventilen
versehen, die den Druck in dem Eraftkolben sowohl nach unten als auch nach oben
begrenzen. Damit wird vorteilhafterweise eine Uberlastung des Antriebes, wie sie
beispielsweise durch sogenannte Prellschläge entstehen kann, verhindert. Außerdem
gleichen die Druckbegrenzungsventile den an dem Kraftkolben auftretenden Leckverlust
aus und ist bei Verwendung bekannter Druckbegrenzungsventile mit deren Einstellbarkeit
die Möglichkeit gegeben, über den Füllungsgrad in dem Kraftkolben die Leistungsübertragung
des Kurbeltriebes auf die Verdichtungselemente zu regeln bzw. beliebig einzustellen.
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Anstelle der Druckbegrenzungsventile können dem Eraftkolben an geeigneten
Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen auch Düsen oder Stellventile vorgeschaltet bzw.
nachgeschaltet werden. Insbesondere bei Verwendung von Düsen oder Stellventilen
ist der Kraftkolben dann mit einem Druckbehälter verbunden, so daß sich in Abhängigkeit
von dem Ausgangsfüllungsgrad des Kraftkolbens und dem des Druckbehälters während
des Betriebes ein Druck in dem Druckbehälter einstellt, bei dem die während eines
Kompressionsvorganges aus dem Kraftkolben strömende Luftmenge gleich der während
des Entspannungsvorgange s in den Kraftkolben zurückströmenden Luftmenge ist. Durch
Einstellung geeigneter Ausgangsdrücke in dem Kraftkolben und dem Druckbehälter kann
dabei jeder beliebige Füllungsgrad während des Betriebes erzielt werden.
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Des gleichen läßt sich durch Verbindung des Druckbehälters mit einem
Druckspeicher über ein zwischengeschaltetes Druckminderventil auch während des Betriebes
jeder gewünschte Füllungsgrad in dem Kraftkolben und damit Jede gewünschte Leistungsübertragung
zwischen Übertragung der vollen Antriebsleistung des Kurbeltriebes und ruhenden
Verdichtungselementen bei laufendem Kurbeltrieb erzielen.
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Erfindungsgemäß lassen sich die Verdichtungselemente sehr leicht mit
Hilfe der Stellventile stillsetzen, indem die Stellventile derart geöffnet werden,
daß der durch den Strömungswiderstand der Stellventile in dem Kraftkolben verursachte
Druck unter den für die Bewegung der Verdichtungselemente erforderlichen Druck in
dem Kraftkolben sinkt.
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Die gleiche Wirkung kann auch mit einer ins freie führenden und durch
einen Absperrschieber verschlossenen Ein- und Auslaßöffnung an dem Kraftkolben durch
Öffnen des Absperrschiebers erreicht werden. Bei doppelt wirkenden Eraftkolben befindet
sich dieser Absperrschieber nach der Erfindung in einer die beiden zugehörigen Zylinderräume
verbindenden Druckleitung, so daß die Luft in dem Kraftkolben nach dem Öffnen des
Absperrschiebers durch die Kolbenbewegung lediglich von einem Zylinderraum in den
anderen und umgekehrt gedrückt wird. Der Absperrschieber kommt infolge seiner Einfachheit
und zuverlässigen Wirkungsweise sowohl mit den Druckbegrenzungsventilen als auch
mit den Düsen und mit den Stellventilen zusammen zur Anwendung. Im Falle der Stellventile
hat das den Vorteil, daß beispielsweise deren einmal vorgenommene Einstellung beibehalten
werden kann, ähnliches gilt für den Druckapeicher, der nach der Erfindung bei Verwendung
von Druckbegrensungssentilen ueber Zwischenschaltung
eines Druckbehälters
und eines Druckminderventiles an die Druckbegrenzungsventile angeschlossen ist und
dann bei konstant eingestellten Druckbegrenzungsventilen mit dem Druckminderventil
in einfacher Weise eine Regelung des Füllungsgrades in dem Kraftkolben erlaubt,
d.h. die Regelung der Leistungsübertragung von dem Kraftkolben auf die Verdichtungselemente
ermöglicht.
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Bei einem von mehreren Kraftkolben gleichzeitig bewegten Verdichtungselement
sind alle Kraftkolben vorteilhafterweise mit einem gemeinsamen Druckbehälter und
einem gemeinsamen Druckspeicher versehen, so daß die Kraftkolben durch Änderung
des Druckes in dem Druckspeicher leicht gemeinsam in der Leistungsübertragung auf
das Verdichtungselement regelbar sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der pneumatische Kraftkolben
dadurch mit einer oder mehreren Spiralfedern oder Tellerfedern oder dergleichen
Federn parallelgeschaltet, daß die Federn in dem Kraftkolben angeordnet sind. Den
Federn wird damit gleichzeitig eine einwandfreie seitliche Führung gegeben.
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Ferner ist mindestens eines der schwingend bewegten Teile der Vorrichtung
über ein Federglied mit deren Gehäuse verbunden. Dadurch kann ein vorauszubestimmender
Anteil der von den schwingend bewegten Teilen ausgehenden Massenbeschleunigungskräften
unter Umgehung der Getriebeteile direkt in das Gehäuse der Vorrichtung geleitet
werden. Dasselbe gilt für die bei Prellschlägen auftretenden Belastungsspitzen.
Bei einem hydraulischen Antrieb des Kurbeltriebes hat das den Vorteil, daß Druckspitzen,
die sonst leicht zu einer Beschädigung des Antrieben führen, verhindert werden.
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Konstruktiv kann die Verbindung der schwingenden Vorrichtungsteile
mit dem Gehäuse der Vorrichtung beispielsweise leicht durch eine federnde Lagerung
der Parallellenker der Vorrichtung verwirklicht werden. Vorzugsweise geschieht das
mittels vorgespannter Druckfedern, die dann in einfachen Ausnehmungen der Parallellenker
und des Gehäuses gehalten sind.
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Bei Verwendung einer Feder mit veränderlicher Federkennlinie zwischen
dem Gehäuse der Vorrichtung und deren schwingend bewegten Teilen, z . B. einer pneumatischen
Feder, läßt sich außerdem die Eigenfrequenz des Schwingungssystems unabhängig von
der Leistungsübertragung durch eine Änderung der Federkennlinie an dieser Feder
ändern.
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Des weiteren schließt die Erfindung ein, daß der Kurbeltrieb, mit
dem die Parallellenker bewegt werden, als Kurbelschleife ausgebildet ist. Damit
wird vorteilhafterweise ein Auftreten von Massenkräften zweiter Ordnung verhindert.
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Außerdem ist zum Ausgleich der Nassenkräfte erster Ordnung an der
Kurbel eine besondere Schwungmasse vorgesehen, die zusätzlich bei den aus der Massenbeschleunigung
resultierenden Wechsellasten, bei Prellschlägen und dergleichen Belastungsspitzen
mit ihrem Massenträgheitsmoment entlastend auf den Antrieb wirkt, d.h. zusätzlich
diese Belastungsspitzen im wesentlichen kompensiert.
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Neben den auf die Antriebsteile rtokwirkenden Massenkräften sind auch
die auf das Gehäuse der Vorrichtung rückwirkenden Massenkräfte von Bedeutung. Diese
Kräfte sollen das Gewicht der Vorrichtung nicht Übersteigen, um ein
störendes
Schwingen der gesamten Vorrichtung zu verhindern.
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In diesem Sinne ist die Vorrichtung nach der Erfindung mlt Kompensationsmassen
versehen, die in vertikaler Richtung über den Verdichtungselementen der Vorrichtung
beweglich angeordnet sind und vorzugsweise von demselben gurbeltrieb wie die Verdichtungselemente
. jedoch jeweils mit 1800 Phasenverschiebung zu diesen bewegt werden und dabei deren
Massenkräfte weitgehend kompensieren. Bei Verwendung dieser Kompensationsmassen
kann die Vorrichtung selbst vorteilhafterweise von leichter Bauweise sein.
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Aus dem gleichen Grunde sind die Verdichtungselemente der Vorrichtung
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wahlweise hohl ausgebildet. So werden
z,B Rütteiplatten verwendet, die aus einer Rahmenkonstruktion bestehen und infolge
ihres geringen Gewichtes relativ geringe Massenkräfte verursachen. Darüber hinaus
sind derartige Rahmenkonstruktionen wesentlich biegesteifer als volles Material
und insbesondere zur Herstellung glatter Flächen, wie z.B. zur Herstellung von StraBendecken
geeignet, da sie auch ein genaues Verdichten von Bitumenschichten und dergleichen
für Straßendecken verwendete Materialien gewährleisten.
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Bei Verwendung von Rüttelpiatten oder dergleichen Platten als Verdichtungselemente
bestehen diese außerdem aus verschiedenen Einzelteilen, die zusammengebaut jeweils
die Platten der gewünschten Größe ergeben bzw. durch Demontage verschiedener Einzelteile
auf die gewünschte Größe verringert oder durch Auswechseln verschiedener Einzelteile
in eine besondere Gestalt gebracht werden.
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Im übrigen sind die Verdichtungselemente nach einem weiteren
Merkmal
der Erfindung mit einer profilierten Arbeitsfläche versehen. Die Profilierung besteht
dabei insbesondere bei. Rütteiplatten aus gleichmäßig auf der Arbeitsfläche der
Verdichtungselemente verteilten Noppen in der Form flacher, runder bis zylindrischer
und oben runder Ausstülpungen. Mit den Noppen haben die Verdichtungselemente vorteilhafterweise
zugleich eine Walkwirkung, die bisher nur Walzen vorbehalten war, d.h. mit den Noppen
läßt sich der Buftporen- bzw. Grobporengehalt der zu verdichtenden Bodenschichten
in besonderem Maße verringern.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
und nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Bodenverdichtungsgerät
in einem schematischen Längsschnitt; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II
in Fig. 1; Fig.3 den Verlauf der Schwingung der Verdichtungselemente der Vorrichtung
nach Fig. 1 und 2 in einem Zeit-Weg-Schaubild; Fig, 4 und 5 eine konstruktive Einzelheit
des Antriebes der Verdichtungselemente der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2; Fig. 6
einen weiteren Antrieb für die Verdichtungselemente in einer schematischen Darstellung;
Fig.7 ein weiteres erfindungsgeinßes Bodenverdichtungsgeräts
Fig.
8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7; Fig. 9 bis 21 Einzelheiten
von Antrieben für weitere erfindungsgemäße Bodenverdichtungsgeräte; Fig. 22 und
23 verschiedene Kompensationsmassen zum Ausgleich von durch die Bewegung der Verdichtungselemente
verursachten Massenkräften; Fig. 24 und 25 verschiedene Ansichten eines zur Verwendung
in Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 23 bestimmten Verdichtungselementes; Fig.
26 bis 28 weitere Verdichtungselemente in schematischer Darstellung.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Trägerfahrzeug bezeichnet, in dem ein Hubrahmen
2 heb- und senkbar angeordnet ist. Der Hubrahmen 2 trägt zwei Verdichtungselemente,
in diesem Fall Rüttelplatten 3. Die Rütteiplatten 3 sind an den äußeren Enden von
zwei übereinander und mittig schwenkbeweglich in dem Hubrahmen 2 angeordneten Parallellenkern
4 befestigt und über Federglieder 5 Jeweils mit einem Kurbeltrieb verbunden, der
aus einer Kurbel 6 und einer als Pleuelstange 7 bezeichneten Schub- und Zugstange
besteht.
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Im Betriebs fall werden die Kurbeln 6 von einem in dem Hubrahmen 2
angeordneten, nicht dargestellten Antriebsmotor in bekannter Weise über ein nicht
dargestelltes Getriebe bewegt, so daß die Rüttelplatten 3 in Schwingung versetst
werden. Diese Schwingung der Rüttelplatten 3 ist infolge der Verbindung mit den
Parallellenkern 4 gegenläufig und
hat eine von der Kurbeldrehzahl
bzw. von der Erregerfrequenz abhängige Amplitude, wobei die durch die Kurbelbewegung
verursachten Massenkräfte sich bei dem sich aus der Gegentaktbewegung ergebenden
Phasenunterschied von 180° im wesentlichen gegenseitig aufheben und das Trägerfahrzeug
1 trotz der Reaktionskräfte aus der Bewegung der Rütteiplatten 3 infolge seiner
großen Massenträgheit abgesehen von seiner Fahrbewegung in der Ruhelage bleibt.
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Die Rüttelplatten 3 bilden mit den zugehörigen Federgliedern 5, die
wahlweise aus Spiral-, Teller-, Biege- oder Torsionsfedern bestehen, jeweils ein
Schwingungssystem mit bestimmter Eigenfrequenz. Diesem Schwingungssystem wird durch
die Kurbelbewegung eine Schwingung gegeben, die im Bedarfsfall und beim Anlaufen
der Rüttelplatten 3 erzwungen ist und daher, wie an sich bekannt, eine geringe Amplitude
hat, aber im Resonanzbereich eine entsprechend große Amplitude hat.
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Angenommen, der Hubrahmen 2 ist so weit abgesenkt worden, daß beide
Rüttelplatten 3 einen Abstand von 2 cm vom Boden haben, und die Kurbel 5 läuft aus
der Ruhelage an bzw. zunächst mit einer unterhalb der Eigenfrequenz liegenden Drehzahl,
dann führen die Rüttelplatten 3 eine erzwungene Schwingung aus, deren Amplitude
so klein ist, daß sie den Boden nicht berühren. Das liegt daran, daß die Erregerkräfte
bei einer ersrungenen Schwingung abwechselnd beschleunigend und verzögernd auf die
RUttelplatten 3 wirken.
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Nähert sich dagegen die Erregerfrequens, d.h. die Kurbeldrehzahl der
Eigenfrequenz des schwingenden Systems, dann wirken die Erregerkräfte in sunshmendem
Maße beschleunigend
auf die Rüttelpiatten 3, bis sie bei der Eigenfrequenz
nur noch beschleunigend auf die Rüttelpiatten 3 wirken. Der Vorgang der Annäherung
der Erregerfrequenz an die Eigenfrequenz mit gleichzeitiger Vergrößerung der Amplitude
wird als Resonanzüberhöhung bezeichnet.
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Dabei ist für die erzwungene Schwingung zu berücksichtigen, daß an
dem schwingenden System ein Energieverzehr vorliegt, der durch die Kräfte der inneren
Reibung und des Luftwiderstandes bedingt ist und bei der Resonanzüberhöhung jeweils
geringer als die im gleichen Zeitraum zugeführte Energie sein muß bzw. ist. Die
maximale kinetische Energie der Rüttelplatten 3 und die maximale potentielle Energie
der Federglieder 5 nehmen bei der Resonanzüberhöhung mit steigender Kurbeldrehzahl
von Periode zu Periode mehr zu, was durch eine mit der Kurbeldrehzahl wachsende
Amplitude gekennzeichnet ist.
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Mit der Resonanzüberhöhung wird der Verdichtungsvorgang des Bodens
eingeleitet.
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Fig. 3 stellt den Verlauf des Schwingungsweges einer RUttelplatte
3 beim Verdichten des Bodens in Abhängigkeit von der Zeit in vereinfachter Form
dar. Bei anäähernd sinusförmigem Verlauf der Zeit-Weguurve ist der Maximalbetrag
der oberen Amplitude mit Aow mit Au derJenige der unteren Amplitude und mit T der
Zeitraum einer Periode bezeichnet. T12 ist der Zeitraum, in dem die Rüttelplatte
3 den Boden zusammendrückt und Verdichtungsarbeit leistet, T23 der Zeitraum, in
dem die Rtlttelplatte sich wieder aufwärts bewegt und der Boden entlastet wird und
T34 der Zeitraum, in dem die Rüttelpiatte 3 ohne Bodenberührung ist.
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Der Verlauf der Schwingung der Rüttelpiatte 3 ist Dabei insofern nur
annähernd sinusfdrmig als die Schwingung bis zum Zeitpunkt T1 jeweils nach einer
Sinusfunktion t1 verläuft, deren Amplitude durch die Eigenfrequenz, des aus den
Federgliedern 5 und den beteiligten Massen bestehen den Schwingungssystems bestimmt
wird, und sich das Schwingungssystem im Zeitpunkt T1 mit der Bodenberührung der
Rüttelplatte 3 durch das Bodenverhalten schlagartig Andert, so daß sich der Verlauf
der Schwingung der RUttelplatte 3 in dem Zeitraum T13 dem Verlauf einer Sinusfunktion
f2 angleicht, deren Amplitude durch die Eigenfrequenz eines Schwingungssystems bestimmt
wird, das sich aus dem Schwingungssystem der Vorrichtung und dem zu verdichtenden
Boden zusammensetzt. In dem Zeitraum T3 gleicht sich der Verlauf der Schwingung
dann abgesehen von dem Einfluß der zweiten Rüttelplatte 3 wieder der Punktion fi
an, da die Rüttelplatte 3 im Zeitpunkt T3 wieder vom Boden abhebt Während des Zeitabschnittes
T12 leistet die RUttelplatte 3 unter Zusammendrückung des Bodens und Überwindung
des plastischen bzw. quasiplastischen und des elastischen Boden derstandes eine
mechanische Arbeit und verliert die ihr innewohnende kinetische Energie. Beim Rückhub
der Rüttel- der Rüttelplatte 3 verbleibt dann die plastische bzw. quasi-plastisch.
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Verformung des Bodens und wird die für die elastische Formänderung
des Bodens aufgewandte Energie der Rüttelplatte 3 unter Umständen, d.h. dann wenn
die Rtlckverformungsg.-schwindigkeit des Bodens großer als die Geschwindigkeit der
Verdichtungselemente bei deren Rückhub ißt, als auf wärts gerichtete Beschleunigung
zurückgegeben. Dabei versteht sich, daß die für die elastische Formänderung des
Bodens aufgewandte Energie bei lockerem Bodengefüge gering
und
bei dichtem iSwiiengefiige groß ist. Jedoch ist der Anteil der elastischen Verformung
an der gesamten Amplitude jeweils derart gering, z.B. 5 bis 25%, d.h. ist die Amplitude
der Rüttelplatte 3 insbesondere im Resonanzfall bei einer im Vergleich zu üblichen
Amplituden zehn- bis hundertfachen Größe derart groß, daß die Elastizität des Bodens
ohne nennenswerten Einfluß auf die Eigenfrequenz des Schwingungssystems ist und
eine Änderung des Bodengefüges nicht zu einer störenden Verschiebung der Eigenfrequenz
führt. Zudem ist in vielen Fällen die Rückverformungsgeschwindigkeit des Bodens
langsamer als die Geschwindigkeit der Rüttelplatte 3 bei deren Rückhub und der Zeitraum
T23 daher Null, so daß der Einfluß des Bodens auf den Schwingungsvorgang in der
Praxis bereits erheblich kleiner als der in Fig. 3 dargestellte theoretische Einfluß
ist.
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Demgegenüber haben die Arbeitsteile vergleichbarer Vibrationsgeräte
wie beispielsweise die Arbeitsteile sogenannter Auflastrüttler eine sehr viel längere
Bodenberührung und ist der Einfluß der elastischen Bodenkräfte mitbestimmend für
die Eigenfrequenz der Arbeitsteile dieser Geräte.
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Da die elastischen Bodenkräfte in der Praxis nicht vorherbestimmbar
sind und sich laufend ändern, erklärt sich hieraus die Tatsache, daß diese bekannten
Geräte in der Regel nicht im Resonanzbereich arbeiten. Bei direkter Abhängigkeit
der Resonanzlage von der Antriebsleistung ist aus diesem Grunde gegenüber den bekannten
Vorrichtungen eine erheblich geringere Antriebsleistung für die erfindungsgemäße
Vorrichtung erforderlich.
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Die-Antriebsléistung wird der Rüttelplatte 3 im wesentlichen im Zeitraum
T34 als kinetische Energie über den zugehörigen
Kurbeltrieb und
das Federglied 5 zugeführt.
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Während das Federglied 5 nach Fig. 1 und 2 vorzugsweise aus einer
einfachen Spiralfeder besteht, sind nach Fig. 4 und 5 zwei Spiralfedern 8 für Jedes
Federglied vorgesehen. Die beiden Spiralfedern 8 befinden sich in einem Zylinder
9, in dessen eine Stirnwand die zugehörige Pleuelstange 7 koaxial eingeschraubt
ist und der mit zwei einander diametral gegenüberliegenden und in axialer Richtung
verlaufenden Öffnungen 10 versehen ist. Durch die Öffnungen 10 greift ein Riegel
11 zwischen die beiden in der in Fig. 4 gezeigten Ausgangslage vorgespannten Druckfedern
8. Der Riegel 11 ist in einer Hülse 12 befestigt, die den Zylinder 9 konzentrisch
umgibt und schwenkbeweglich in zwei Blöcken 13 gelagert ist, die ihrerseits an der
zugehörigen Rüttelplatte 3 befestigt sind.
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Die Montage erfolgt im vorliegenden Ausfühungsbeispiel eines Federgliedes
bei lösbar in der Hülse 12 befestigtem Riegel 11 und von dem Zylinder 9 lösbaren
Zylinderstirnwänden 14 durch Ineinanderstecken des Zylinders 9 und der Hülse 12,
Befestigen des Riegels 11 in der Hülse 12, Einfügen der Spiralfedern 8 in den dazu
durch Entfernen der Stirnwände 14 geöffneten Zylinder 9 und erneutes Versohließen
des Zylinders 9 mit den Stirnwänden 14. Zur Befestigung der? Stirnwände 14 in dem
Zylinder 9 und des Riegels n in der Hülse 12 dienen Schrauben oder dergleichen Befestigungsilttel.
Die schwenkbewegliche Lagerung der Hülse 12 wird mit Hilfe einfacher Gelenkzapfen
15 und Stellringe 16 bewirkt, wobei die Stellringe 16 die Hülse 12 gegen ein Verschieben
in axialer Richtung der Geleiksapfen 15 sichern.
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Bei" der onta-ge wird nach dem Einfügen der Spiralfedern a
das
Verschließen des Zylinders dadurch erleichtert, daß die Stirnwände 14 mit einem
Zuganker wie beispielsweise einer Gewindestange oder dergleichen so weit in den
Zylinder 9 gedrückt werden, bis sie sich leicht in dem Zylinder 9 befestigen lassen.
Zur Befestigung des Zugankers an den Stirnwänden 14 sind sowohl in den Stirnwänden
14 als auch in dem Riegel Ii miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen vorgesehen,
von denen eine Bohrung in der der Rüttelplatte 3 abgewandten Stirnwand 14 als Gewindebohrung
für die Pleuelstange 7 ausgebildet ist, so daß die zugehörige Stirnwand 14 bei geeigneter
Ausbildung des Zugankers, d.h. geeignetem Außengewinde der Gewindestange zugleich
als Schraubenmutter bein RPTetigen der Stirnwände 14 und Zusammendrücken der Spiralfedern
8 in dem Zylinder 9 verwendet werden kann.
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Durch die Kurbelbewegung wird der Zylinder 9 im Betriebs fall von
der Pleuelstange 7 hin- und herbewegt und illit den Spiralfedern 8 wechselweise
in immer stärkerem Maße gegen den Riegel 11 gedrückt, bis die Rüttelpiatte 3 dem
jeweils resultierenden 1)ruck der beiden Spiralfedern 8 at- und abschwingend folgt.
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Bei dieser Bewegung werden die Spiralfedern 8 in entsprechend kreisförmigen
Ausnehmungen 17 der Stirnwände 14 und durch entsprechend zylindrische Erhebungen
auf dem Riegel 11 zentriert. Ein seitliches Auskrijoken der Spiralfedern 8 wird
durch den Zylinder 9 verhindert. Außerdem erfährt der Zylinder 9 durch die Kurbelbewegung
eine hin- und hergehende Schwenkbewegung, der die Hilfe 12 infolge des Verdrehungswiderstandes
aus seinem Massenträgheitsmoment, dem Massenträgheitsmoment des Riegels 11 und der
Zapfenreibung mit einer sogenannten relativen Winkelverdrehung folgt. Mit der Winkelverdrehung
entstehen an den Berührungsflächen der
Spiralfedern 8 mit dem Zylinder
9 unter anderem Biegezugspannungen, deren Absolutwert stets um einen angemessenen
Sicherheitsbetrag kleiner ist ,als die durch die Federkräfte bedingten Druckspannungen.
Durch Verringerung der Massenträgheitsmomente des Riegels 11 und der Hülse 12 auf
ein sich aus der erforderlichen Festigkeit ergebendes minimales Maß und durch Verringerung
der Zapfenreibung, d.h. Schmierung der Zapfenlager wird die Winkelverdrehung zwischen
der Hülse 12 und dem Zylinder 9 vernachlässigbar klein gehalten.
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An dem Antrieb der Rüttelplatten 3 in Fig. 1 und 2 bestimmt sich die
Eigenfrequenz des Schwingungssystems aus der Masse der schwingenden Teile und den
in diesem Fall zugleich als Zug- und Druckfedern wirkenden Spiralfedern der Federglieder
5, während sich nach Fig. 4 und 5 die Eigenfrequenz des Schwingungssystems aus der
Masse der schwingenden Teile und den vorgespannten und lediglich als Druckfedern
wirkenden Spiralfedern 8 ergibt.
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Nach Fig. 6 können anstelle der einen Spiralfeder oder der beiden
vorgespannten Spiralfedern 8 für jedes Federglied auch zwei parallelgeschaltete
Spiralfedern 19 oder dergleichen Federn verwendet werden. In diesem Fall greift
die Pleuelstange 7 eines Jeden Kurbeltriebes an eine Traverse 20, die über die Spiralfedern
19 mit der zugehörigen RUttelplatte 3 verbunden und in einer Vertikalführung des
Hubrahmens 2 verschiebbar angeordnet ist. Die beiden Spiralfedern 19 wirken als
Zug- und Druckfedern und bilden gemeinsam mit besonderem Federverhalten mit den
übrigen schwingend bewegten Teilen ein Schwingungssystem, das entsprechend seiner
Auslegung wahlweise die gleiche Eigenfrequenz oder eine andere Eigenfrequenz wie
das Schwingungssystem der Fig. 1 und 2 bzw. 4 und 5 hat,
-In einem
weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 ist die Erregeranordnung der Rüttelplatten
3 dahingehend modifiziert, daß die Rüttelplatten 3 einerseits über Federglieder
31 mit den Pleuelstangen 7 und andererseits über Federglieder 30 mit dem Hubrahmen
2 verbunden sind, wobei die Federglieder 31 und 30 gemeinsam das gleiche Federverhalten
in bezug auf die Eigenfrequenz des Schwingungssystems haben wie das Federglied 5
in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2. Damit wird bei sonst unveränderten
Systembedingungen ein Teil der durch die Plattenschwingung bedingten Federkräfte
über die Federglieder 30, die vorzugsweise wie die Federglieder 31 aus Spiralfedern
bestehen, direkt, also unter Umgehung des Schwingungsantriebes auf den Hubrahmen
2 übertragen. Im Resonanzfall ist das Verhältnis der direkt auf den Hubrahmen 2
übertragenen Federkräfte zu den übrigen Federkräften dem Verhältnis der Kraft der
Federglieder 30 zu der der Federglieder 31 direkt proportional, d.h. Je größer das
Verhältnis der Kraft der Federglieder 30 zu der der Federglieder 31 ist, desto größer
ist die direkt auf den Hubrahmen 2 übertragene Kraft.
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Ähnlich dem Federglied nach Fig. 4 und 5 ist auch bei den Federgliedern
31 eine besondere Führung der Pleuelstange 7 vorgesehen bzw. ist die Pleuelstange
7, wie in Fig. 9 schematisch dargestellt, beispielsweise mit einer Traverse 32 verbunden,
die in einer Vertikalführung 33 des Hubrahmens 2 verschiebbar gelagert ist. Des
gleichen ist den Federn der einzelnen Federglieder eine Führung gegeben, die ein
seitliches Ausknicken der Federn bei deren Zusammendrücken verhindert.
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Fig, 10 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine solche Führung fUr verschiedene Spiralfedern.
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Dabei befinden sich die einzelnen Spiralfedern auf zwei Stangen 34,
die an einer Rüttelplatte 3 befestigt sind und jeweils in einer Lasche 36 gleiten,
die ihrerseits in einer in dem Hubrahmen 2 angeordneten Vertikalführung befestigt
ist. Zwischen den Laschen 36 und der Rüttelplatte 3 gleitet eine Traverse 35 auf
den beiden Stangen 34, und es befindet sich auf jeder Stange 34 zwischen der Rüttelplatte
3 und der Traverse 35 eine Spiralfeder 38, zwischen der Traverse 35 und der Lasche
36 eine Spiralfeder 39 und zwischen der Lasche 36 und einem dazu am Stangenende
befestigten Anschlag 37 eine Spiralfeder 40, wobei alle Spiralfedern 38, 39 und
40 als Druckfedern wirken und in der gezeigten Ausgangsstellung vorgespannt sind.
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Bei der mit Pfeil gekennzeichneten Kurbeldrehrichtung werden die Federn
39 unter gleichzeitiger Entlastung der Federn 38 zusammengedrückt und folgt die
Rüttelplatte 3, die außer mit den Stangen 34 noch durch ihre die Vertikalführung
ausfüllende Form in dieser geführt ist, unter dem Einfluß der zu den Federn 40 gehörenden
Federkräfte der Traversenbewegung. Nach Überschreiten der oberen Totpunktlage werden
die Federn 38 unter gleichzeitiger Entlastung der Federn 39 zusammengedrückt und
folgt die Rüttelplatte 3 der Traversenbewegung gegen den Widerstand der Federn 40.
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Mit hin- und hergehender Traversenbewegung gerät die Rüttelplatte
3 dann in eine Schwingung, die nach Erreichen der Resonanzfrequenz lediglich durch
den Luftwiderstand, die innere Reibung in den Federn 38, 39 und 40 und bei entsprechender
Anstellung, d.h. Absenken des Hubrahmens 2 gegen den Boden durch die beim Verdichten
des Bodens geleistete Arbeit gedämpft wird.
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In Fig. 11 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, das sich von dem nach Fig. 10 im wesentlichen dadurch unterscheidet,
daß mit den Federn 39
eine weitere Spiralfeder 41 parallelgeschaltet
ist. Dazu ist die Rüttelplatte 3 mit einer zusätzlichen Stange 42 versehen, auf
der die in dem gezeigten Ausgangazustand als Druckfeder ebenfalls vorgespannte Feder
41 angeordnet ist und die in analoger Weise zu den Stangen 34 an dem der Rüttelplatte
3 abgewandten Ende mit einem Anschlag 43 versehen ist. Bewegt, d.h. zusammengedrückt
und entlastet wird die Feder 41 von einem die Stange 42 einschließlich der Feder
41 und den Anschlag 43 zylindrisch umgreifenden Teil 44 der hier mit 45 bezeichneten
Traverse.
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Nach Fig, 12 befinden sich bei entsprechend verkürzten Stangen 34
anstelle der Federn 38 zwei in dem gezeigten Aus gangs zustand ebenfalls als Druckfedern
vorgespannte Spiralfedern 46 und 47 in einem zylindrischen Raum 48 der Rüttelplatte
3 und ist die Traverse als zwischen beiden Federn 46 und 47 verschiebbar angeordneter
Kolben 49 mit einer Kolbenstange 50 ausgebildet, an der die Pleuelstange 7 dann
befestigt ist. Die Feder 46 ist mit den Federn 39 und die Feder 47 mit den Federn
40 hintereinandergeschaltet, so daß die Rüttelplatte 3 in der mit Pfeil bezeichneten
Kurbeldrehrichtung der Traversenbewegung mit der bei dem Zusammendrücken der Feder
46 entstehenden Federkraft gegen den Widerstand der Federn 39 unter Entlastung der
Federn 47 und 40 folgt, während die Rüttelplatte 3 nach Uberschreiten der oberen
Totpunktlage der Traversenbewegung mit der beim Zusammendrücken der Feder 47 entstehenden
Federkraft gegen den Widerstand der Federn 40 unter Entlastung der Federn 39 und
46 folgt.
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In Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 12 ist der zylindrische
Raum der Rüttelplatte 3 nach Fig. 13 sehr viel größer ausgebildet und sind anstelle
der einen Feder 46 und der einen Feder 47 jeweils zwei parallelgeschaltete Federn
60
und 61 in dem zylindrischen Raum auf den dazu bis in den zylindrischen Raum verlängerten
Stangen 34 angeordnet.
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Außerdem ist der die Traverse bildende Kolben in der gleichen Weise
wie die Traverse 35 in Fig. 10 auf den Stangen 34 geführt.
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Allen Ausfuhrungsbeispielen nach Fig. 10 bis 13 ist gemeinsam, daß
über die Laschen 36 der durch die Differenzkraft zwischen der Kraft der Federn 39
und der der Feder 40 bestimmte Teil der gesamten auf den Antrieb und den Hubrahmen
2 übertragenen Federkräfte direkt, also unter Umgehung des Antriebes auf den Hubrahmen
2 übertragen wird, so daß der Antrieb bei Prellschlägen oder dergleichen Belastungen
sehr geschont wird.
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Fig. 14 und 15 zeigen ein bevorzugtes Ausführwrgsbeispiel für die
unmittelbare Übertragung eines Teiles der Federkräfte auf den Hubrahmen 2e Auch
dieser Vorschlag sieht die Verwendung von Spiralfedern als vorgespannte DruckSedern
vor - und zwar sind zwischen starr an den Seitenwänden des Hubrahmens 2 befestigten
Konsolen 62 und 63 Federn 64 und 65 angeordnet, wobei die Federn 64 und 65 in entsprechenden
Ausnehmungen der Konsolen 62 und 63 zentriert und von solchem Durchmesser sind,
daß ein seitliches Ausknicken nicht allein durch das Zuswnrnendrücken der Federn
64 und 65 verursacht werden kann. Zwischen den Federn 64 und 65 ist Jeweils wiederum
ein Riegel 66 angeordnet, der gleichfalls entsprechende Zentrierungen für die Federn
64 und 65 aufweist und über einen Rahmen 67 wahlweise direkt mit der darunterliegenden
Rüttelplatte 3 oder den Parallellenkern 4 lösbar verbunden ist. Als Verbindungselemente
zwischen dem Rahmen 67 und den Rüttelplatten 3 wie auch zur Befestigung der Konsolen
62 und 63 dienen Schrauben, die eine leichte
Montage und eine einfache
Wartung der Vorrichtung gewährleisten.
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Bei einer angenommenen größten Vertikalamplitude der Rüttelplatten
von 40 mm und einer Gesamtamplitude von 80 mm sind die Parallellenker 4 in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 14 und 15 derart lang, daß die maximale Seitenauslenkung der Federn 64
und 65 nur 0,8 mm beträgt und damit keine Gefahr für ein seitliches Ausknicken der
Federn 64 und 65 besteht. Für kürzere Parallellenker ist gegebenenfalls ein Gelenk
zwischen jedem Rahmen 67 und der zugehörigen Rüttelplatte 3 vorgesehen.
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Neben den mechanischen Federn der vorhergehenden AusfUhrungsbeispiele
können auch zusätzlich oder ausschließlich Luftfederungen oder dergleichen Federn
Verwendung finden. Fig. 16 zeigt einen pneumatischen Kraftkolben, der allein oder
in Hintereinander- und/oder Parallelschaltung mit anderen pneumatischen oder mechanischen
Federh und den schwingend bewegten Teilen das erfindungsgemäße Schwingungssystem
bildet.
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Der pneumatische Kraftkolben besteht aus einem Zylinder 68, in dem
ein Kolben 69 mit einer Kolbenstange 70 verschiebbar angeordnet ist. Der Zylinder
68 ist mittig mit-einem Druckbegrenzungsventil 71 und dicht an den beiden Stirnflächen
mit Druckbegrenzungsventilen 72 versehen. Die Druckbegrenzungsventile 72 begrenzen
den maximal in dem Zylinder 68 auftretenden Druck, während das Druckbegrenzungsventil
71 den minimal-in dem Zylinder 68 auftretenden Druck begrenzt.
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Damit ist dein pneumatischen Kraftkolben ein bestimmter Füllungsgrad
und ein bestimmtes Federverhalten gegeben, das bei Verwendung üblicher Druckbegrenzungsventile
einstellbar ist. Da in der Zwischenschaltung von dergleichen Federglied dern zwischen
eine Pleuelstange 7 und eine Rüttelplatte 3 die von dem zugehörigen Kurbeltrieb
auf die Rüttelplatte 3 übertragene Leistung von dem Füllungsgrad des Kraftkolbens
abhängig
ist, läßt sich mit der Einstellung der Druckbegrenzungsventile 71 und 72 somit die
Leistungsübertragung auf die Rüttelplatten 3, d.h. deren Verdichtungsleistung regeln.
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Andererseits kann die Einstellung der Druckbegrenzungsventile 71 und
72 auch dazu genutzt werden, den Kurbeltrieb bei ruhenden Rüttelplatten 3 anlaufen
zu lassen oder die Rüttelplatten 3 bei laufendem Kurbeltrieb stillzusetzen.
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Nach Fig. 17 sind die Druckbegrenzungsventile 71 und 72 darüber hinaus
mit einem Druckbehälter 73 verbunden, der seinerseits über ein zwischengeschaltetes
Druckminderventil 74 mit einem Druckspeicher 75 verbunden ist. Das hat den Vorteil,
daß die bei einer Kolbenbewegung gegebenenfalls aus dem Zylinder entweichende Luft
in den Druckbehälter 73 strömt und mit dem nächsten Kolbenhub aus dem Druckbehälter
wieder angesogen werden kann. Dadurch ist der Kra-tkolben von der Umgebungsluft
und deren Druck unabhängig. Auße,rdem kann dem Kraftkolben praktisch jedes beliebige
Federverhalten auf der Federkennlinie für eine Luftfederung gegeben werden.
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Zu einer Anderung des Federverhaltens bedarf es in diesem Zusammenhang
bei konstanten Druckbegrenzungsventilen lediglich der Verstellung des Druckminderventils
74.
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Fig, 18 zeigt einen weiteren pneumatischen Kraftkolben zur Verwendung
in dem erfindungsgemäßen Schwingungssystem, der im Unterschied zu dem Kraftkolben
nach Fig. 16 und 17 aus einem rohrförmigen Zylinder«76, der mittig mit einer quer
zur Zylinderlängsachse verlaufenden Zwischenwand 77 versehen ist, und aus zwei in
dem Zylinder 76 beiderseits der
Zwischenwand 77 und dicht an der
Zwischenwand 77 mit Anschlüssen 80 und 90 an einen Druckbehälter 91 versehen, wobei
sich in den Leitungen zwischen dem Kraftkolben und dem Druckbehälter 91 Düsen oder
Stennventile 92 und 93 befinden und der Druckbehälter 91 seinerseits unter Zwischenschaltung
eines Druckminderventils 94 mit einem Druckspeicner 95 verbunden ist.
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Bei einer Kolbenbewegung stellt sich in dem Zylinder 76 und in dem
Druckbehälter 91 in Abhängigkeit von den Ausgangsdrücken ein Zustand ein, in dem
mit jedem nachfolgenden Kolbenhub genauso viel Luft in jeden Zylinderraum hineinströmt
wie mit dem vorhergehenden Kolbenhub ausgeströmt ist.
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Dieser Zustand kennzeichnet zugleich den Füllungsgrad des Kraftkolbens
und die Leistungsübertragung auf die Rüttelplatten 3. Durch Verstellung des Druckminderventils
94 ändert sich der Druck in dem Druckbehälter 91 und stellt sich ein neuer Zustand
mit einem neuen entsprechend geänderten Füllungsgrad in dem Kraftkolben ein, in
dem die in den Kraftkolben einströmende Luftmenge gleich der vorher ausgeströmten
Luftmenge ist, Mithin wird die auf die RUttelplatten 7 übertragene Leistung wie
bei dem Kraftkolben nach Fig. 16 und 17 in einfacher Weise an dem in diesem Fall
mit 94 bezeichneten Druckwinderventil geregelt. In diesem Zusammenhang ist wahlweise
auch eine Anwendung der Düsen oder Stellventile 92 und 93 auf den in Fig. 16 und
17 gezeigten Kraftkolben vorgesehen.
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Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 17 lassen sich auch nach Fig.
19 durch entsprechendes Öffnen der Stellventile 92 und 93 die Rüttelpiatten 3 bei
laufendem Kurbeltrieb stillsetzen bzw. kann der gurbeltrieb nach dem Öffnen der
Stellventile 92 und 93 bei ruhenden Rütteiplatten 3 anlau-
LenO
Vorzugsweise dient jedoch dazu ein Absperrschieber 96, der in einer die beiden beiderseits
der Zwischenwand 77 liegenden Zylinderräume verbindenden Leitung 97 liegt, so daß
die Stellventile 92 und 93 nach einmal erfolgter Ein-Justierung unverändert bleiben
können.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines mit mechanischen Federn parallelgeschalteten
pneumatischen Kraftkolbens ist in Fig. 20 und 21 gezeigt. Dabei besteht der Kraftkolben
aus einem Zylinder 98, der in auf der zugehörigen RUttelplatte 3 befestigten Böcken
99 mit Gelenkzapfen 100 schwenkbeweglich gelagert ist, aus einem Kolben 101, der
mit einer zugleich die Pleuelstange 7 bildenden Kolbenstange verschiebbar in dem
Zylinder 98 gelagert ist und beiderseits des Kolbens 101 in dem Zylinder 98 angeordneten
Spiralfedern 102, die in der gezeigten Ausgangsstellung vorgespannt sind.
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Zur Montage des Kraftkolbens sind die Stirnwände von dessen Zylinder
98 zweckmäßigerweise lösbar mit diesem verbunden, wobei als Verbindungsmittel Schrauben
oder dergleichen vorgesehen sind.
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Darüber hinaus ist die Pleuelstange 7 mit einem geteilten und deshalb
einfach auf der hier als verkröpfte Kurbelwelle 103 ausgebildeten Kurbel montierbaren
Kopf 104 versehen.
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Im übrigen weist die Kurbelwelle i O 103 Massenausgleichgewichte 105
und Schwungscheiben 106 auf. Während die Massenausgleichgewichte 105 allein zum
Ausgleich der Kurbelwucht dienen, haben insbesondere die Schwungscheiben 106 die
Aufgabe, auf den Antrieb rückwirkende Beschleunigungskräfte bzw. Beschleunigungsmomente
aus dem normalen Betrieb der Rüttelplatten 3 und Belastungsspitzen aus Prellschlägen
oder ähnlichen Belastungen mit ihrem großen MassentrAgheitsmoment
zu
kompensieren. Auf diese Weise bleibt ein bedeute'-der Anteil der an der Pleuelstange
7 auftretenden Wechselkräfte auf die Pleuelstange 7 und die Kurbelwelle 103, d.h.
deren Schwungscheiben 106 beschränkt und werden die empfindlicheren Getriebeteile
wie beispielsweise gestrichelt dargestellte Zahnräder 107 zur Ubertragung der Antriebsbewegung
auf die Kurbelwelle geschont.
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Der Antrieb der Rüttelplatte 3 erfolgt unter Verwendung der in Fig.
16 und 17 gezeigten Zusatzeinrichtungen fUr den Kraftkolben wie Druckbegrenzungsventile,
Druckbehälter und Druckspeicher in der vorstehend beschriebenen Weise.
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In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Zylinder 98 des Kraftkolbens fest zwischen den Böcken 99 angeordnet und der Kopf
104 der Pleuelstange 7 als Schleife, d.h. als Horizontalführung ausgebildet, so
daß die Kurbelwelle 103 mit dem Kopf 104 und der Pleuelstange 7 eine sogenannte
Kurbelschleife bildet, die den Vorteil hat, daß keine Massenkräfte 2. Ordnung auftreten.
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Diese Massenkräfte 2. Ordnung sind im allgemeinen jedoch vernachlässigbar
klein bzw. können durch eine günstige Wahl des sogenannten Stangenverhältnisses
ausreichend verkleinert werden.
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Neben den unmittelbar aus der Kurbelbewegung entstehenden Massenkräften
treten außerdem noch Massenkräfte aus der Bewegung der Rüttelplatten 3 auf. Nach
Fig. 22 werden die von den Rüttelplatten 3 verursachten Massenkräfte durch zwei
Kompensationsmassen 110 kompensiert, die bei entsprechend großer Masse in vertikaler
Richtung beweglich über den Rüttelplatten 3 in dem Hubrahmen 2 des Trägerfahrzeuges
1 angeordnet, wie die Rüttelplatten 3 über Pleuelstangen
7 und
Federglieder 5 mit den gurbeltrieben 6 verbunden sind und von diesen jeweils mit
1800 Phasenverschiebung, d.h. jeweils in der entgegengesetsten Richtung zu den Rüttelplatten
3 bewegt werden. Dadurch stehen den auf das Trägerfahrzeug 1 wirkenden Massenkräften
der Rüttenplatten 3 bei entsprechender Ausbildung der Kompensationsmassen 110, die
wahlweise die Anbringung von Zusatz- oder Justiergewichten oder die Auswechselbarkeit
von Gewichten einschließt, jeweils gleich große und entgegengesetst gerichtete,
auf das Trägerfahrzeug 1 wirkende Massenkräfte der Kompensationsmassen 110 entgegen.
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Die konstruktive Gestaltung der Kompensationsmassenlagerung ist beliebig.
So können z.B. die Kompensationsmassen 110, wie in Fig. 23 schematisch dargestellt,
auf Stangen 111 verschiebbar angeordnet sein oder als Kolben in einem schwenkbeweglich
angeordneten Zylinder ausgebildet sein.
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Des gleichen können auch anstelle der Federglieder 5 die in Fig. 4
und 5 gezeigten Federglieder Verwendung finden.
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Letzteres hat den Vorteil, daß die Kompensationsmassen 110 nach einer
gegenüber dem gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlichen gleitbeweglichen und zugleich
schwenkbeweglichen Lagerung des Zylinders 9 in einfacher Weise in Form von nicht
weiter dargestellten Gewichtscheiben auf den Gelenkzapfen 15 der dann ansonsten
frei auf dem Zylinder 9 beweglichen und lediglich von den Federn 8 auf dem Zylinder
9 gehaltenen Hülse 12 befestigt und durch Verwendung kleiner und/oder dünner Justierscheiben
leicht auf die zum genauen Ausgleich der Massenträgheitskräfte der Rütteiplatten
3 erforderlichen Masse gebracht werden können.
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Nach Fig. 24 und 25 wird die erforderliche Masse der gompensationsmassen
110 dadurch verringert, daß die RUttelplatten
aus einer Rahmenkonstruktion
mit ganz geringem Gewicht bestehen, die außerdem den Vorteil einer sehr großen Steifigkeit
hat und sich daher besonders zur Herstellung glatter Flächen wie z.B. von Straßendecken
eignet.
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Zudem sind die Rüttelplatten 3 nach Fig. 24 und 25 aus verschiedenen
Einzelteilen 112, 113 und 114 zusammengesetzt.
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Dabei bilden die untereinander gleichen Teile 112 bei rechtwinkeliger
Plattenform die Ecken der Rüttelplatten 3, während die vorzugsweise ebenfalls untereinander
gleichen Einzelteile 113 praktisch als Distanzstücke zwischen den Teilen 112 den
gezeigten Rüttelplatten 3 die gewünschte Länge und die vorzugsweise ebenfalls untereinander
gleichen Einzelteile 114 als Distanzstucke zwischen den Teilen 112 und den Teilen
113 den gezeigten Ruttelplatten 3 die gewünschte Breite geben. Bei geeigneter Verbindung
der Einzelteile 112, 113 und 114 miteinander, z.B. einer Schraubverbindung, kann
das Format der Rüttelplatten 3 mithin beliebig verändert werden und den jeweiligen
Gegebenheiten, d.h. der Leistung der Vorrichtung und der zu verdichtenden Bodenschicht
angepaßt werden.
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Alle Einzelteile 112, 113 und 114 bestehen aus einer Schweißkonstruktion
oder aus Stahlguß, wobei die Einzelteile 114 die Form von oben offen, einfach herzustellenden
Kästen haben, während die Einzelteile 113 lediglich aus einem an der freien Seite
in der gezeigten Form etwas nach oben gezogenem Boden mit drei an den Berührungsflächen
mit den benachbarten Einzelteilen aufrecht stehenden Wänden und die Einzelteile
112 aus einem gleichermaßen an der mit den freien Seiten der Einzelteile 113 fluchtenden
freien Seiten nach oben gezogenen Boden und zwei an den Berührungsflächen mit den
benachbarten Einzelteilen 113 und 114 aufrecht stehenden
zünden
zusammengesetzt sind, die als Versteifung zusätzliche Rippen 115 und 116 aufweisen.
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Die Einzelteile 112, 113 und 114 bilden zusammen an ihrer Unter- oder
Bodenseite die Arbeitsfläche der Rüttelplatten 3, die, wie in Fig. 26 im Ausschnitt
dargestellt, in gleichmäßiger Verteilung mit Noppen 117 von flacher, runder Form
versehen sind. Die Noppen sind angeschweißt oder angegossen und haben wahlweise
zugleich eine in Fig. 27 mit 118 bezeichnete längliche, d.h. ovale Form oder sind,
wie in Fig. 28 dargestellt, mit den Noppen 118 kombiniert.
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Des gleichen können die Noppen von nicht dargestellter annähernd zylindrischer
oder kegeliger, oben bzw. unten abgerundeter Form sein. Bei Verwendung von Rüttelplatten
3 mit den in den Fig. 26 bis 28 gezeigten Noppen entsteht neben dem eigentlichen
Verdichtungseffekt zugleich eine Walkwirkung ähnlich der von sogenannten Schaffußwalzen.