DE29920093U1

DE29920093U1 - Soil compactor with infinitely variable vibration amplitude

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Publication number: DE29920093U1
Application number: DE29920093U
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Priority date: 1999-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2009-11-17

Description

JOACHIM MOZDZANOWSKI 73770 Denkendorf, 5.11.99JOACHIM MOZDZANOWSKI 73770 Denkendorf, November 5th, 1999

DipLIng Mozartstr. 16DipLIng Mozartstr. 16

PATENTANMELDUNGPATENT APPLICATION Titel: Bodenverdichter mit stufenlos verstellbarer SchwingungsamplitudeTitle: Soil compactor with continuously adjustable vibration amplitude

Bodenverdichter, wie Plattenrüittler, Vibrationswalzen usw. werden auf unterschiedlichen Böden zur Verdichtung eingesetzt. Aufgrund von Versuchen hat sich gezeigt, daß für eine maximale Verdichtungsleistung die Schwingungsamplitude und Schwingungsfrequenz an die Bodenverhältnisse angepaßt werden müssen. Durch die hohe Beanspruchung von Bodenverdichtern ist es schwierig, eine für die Praxis betriebssichere Lösung für diese Aufgabenstellung zu finden. Die Schwingungsamplitude von Unwuchtschwingungserregern ist allein vom Arbeitsmoment dler Unwuchten abhängig. Arbeitsmoment = Unwuchtgewicht &khgr; Schwerpunktabstand vom Drehpunkt. Die Erfindung geht davon aus, daß auf der Erregerwelle Unwuchten gegeneinander verdlreht werden. Dadurch kann bei geometrischer Addition der Arbeitsmomente die Schwingungsamplitude von ejnem Maximum bei gleicher Winkelstellung der Unwuchten bis zu einem Minimum bei Gegenüberstellung der Unwuchten, d.h. einem Winkel von 180 zueinander die Schwingungsamplitude verstellt werden. Die Schwierigkeit dieser Lösung besteht darin, die auf der sich drehenden Erregerwelle gelagerte Unwucht gegenüber den mit der Erregerwelle fest verbundenen zu verdrehen. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein besonderes Doppelplanetengetriebe. Dabei ist diese Konstruktion rüttelsicher und hat den Vorteil, daß sie sehr wenig Platz ·· benötigt. " ^: 'Soil compactors such as plate vibrators, vibratory rollers, etc. are used to compact different types of soil. Tests have shown that for maximum compaction performance, the vibration amplitude and frequency must be adapted to the soil conditions. Due to the high demands placed on soil compactors, it is difficult to find a solution for this task that is reliable in practice. The vibration amplitude of unbalance vibration exciters depends solely on the working moment of the unbalances. Working moment = unbalance weight x center of gravity distance from the pivot point. The invention is based on the fact that unbalances are rotated against each other on the exciter shaft. This means that with geometric addition of the working moments, the vibration amplitude can be adjusted from a maximum when the unbalances are at the same angular position to a minimum when the unbalances are opposite each other, i.e. at an angle of 180° to each other. The difficulty of this solution is to rotate the unbalance mounted on the rotating exciter shaft relative to the one firmly connected to the exciter shaft. The invention solves this problem by means of a special double planetary gear. This construction is vibration-proof and has the advantage that it requires very little space. " ^: '

In Fig. 1 wird diese Lösung chematisch aufgezeigt. Auf der Erregerwelle 1 mit der Lagerung 14 und Antrieb 19, sind die mit der Erregerwelle 1 drehfest verbundenen Unwuchten 16 und 18 angeordnet, sowie die drehbare Unwucht 17 dazwischen drehbar gelagert.Das Doppelplanetengetriebe ist zwischen den Unwuchten 16 und 17 angeordnet und besteht aus dem Sonnenrad 2 des 1. Planetengetriebes, das drehfest auf der Erregerwelle befestigt ist. Das dazugehörige Planetenrad 3 ist auf der Achse 4 des Planetenträgers 5 drehbar gelagert und kämmt mit der Innenverzahnung des Hohlrades 6, welches über die Halterung 13 gegen eine Verdrehung arretiert ist. Das Sonnenrad 7 des zweiten Planetengetriebes ist auf der Hohlwelle 8, auf der die Unwucht 17 sitzt, befestigt. Das Planetenrad 9. des zweiten Pianistengetriebes ist auf der Achse 4 des Planetenträgers 5, wie das Planetenrad 3 des ersten Planetengetriebes drehbar gelagert. Dabei kann sich der Planetenträger 5 frei drehen. Das Planetenrad 3 kämmt mit der Innenverzahnung des Hohlrades 10, welches an seinem Aussendurchmesser eine Schneckenverzahnung 11 hat und über die Schneckenwelle 12 verdreht werden kann. Mathematisch ergibt sich durch die Lagerung der Planetenräder 3 und 9 auf den gemeinsamen Planetenträger 5 bei gleichen Zähnezahlen und Abmessungen der Planetengetriebe folgende Drehzahlen: sind beide Hohlräder 6 und 11 arretiert, d.h. in Ruhe, so wirken die Planetengetriebe wie eine feste Kupplung. Die Hohlwelle 8 hat die gleiche Drehzahl und Phase wie die Erregerwelle 1. Gemäß der Planetengetriebeformel bei feststehenden Hohlrädern 6 und 10 dreht sich der Planetenträger 5 wie folgt:This solution is shown schematically in Fig. 1. The unbalanced masses 16 and 18, which are connected to the exciter shaft 1 in a rotationally fixed manner, are arranged on the exciter shaft 1 with the bearing 14 and drive 19, and the rotating unbalance mass 17 is rotatably mounted between them. The double planetary gear is arranged between the unbalanced masses 16 and 17 and consists of the sun gear 2 of the first planetary gear, which is fixed to the exciter shaft in a rotationally fixed manner. The associated planetary gear 3 is rotatably mounted on the axis 4 of the planet carrier 5 and meshes with the internal teeth of the ring gear 6, which is locked against rotation by the holder 13. The sun gear 7 of the second planetary gear is attached to the hollow shaft 8, on which the unbalance mass 17 sits. The planetary gear 9 of the second pianist gear is mounted on the axis 4 of the planet carrier 5, like the planetary gear 3 of the first planetary gear. The planet carrier 5 can rotate freely. The planetary gear 3 meshes with the internal teeth of the ring gear 10, which has a worm gear 11 on its outer diameter and can be rotated via the worm shaft 12. Mathematically, the mounting of the planetary gears 3 and 9 on the common planet carrier 5 with the same number of teeth and dimensions of the planetary gears results in the following speeds: if both ring gears 6 and 11 are locked, i.e. at rest, the planetary gears act like a fixed clutch. The hollow shaft 8 has the same speed and phase as the excitation shaft 1. According to the planetary gear formula with fixed ring gears 6 and 10, the planet carrier 5 rotates as follows:

&eegr; 5 = Drehzahl des Planetenträgers 5η 5 = speed of planet carrier 5

_ &Pgr;2 n2= &eegr; 1 Drehzahl der Erregerwelle 1_ &Pgr;2 n2= &eegr; 1 Speed of excitation shaft 1

i. &ogr;"" ~~i HS &eegr; 2 = Drehzahl des Sonnenrades 2i. &ogr;"" ~~i HS &eegr; 2 = speed of sun gear 2

r 2 = Zähnezahl des Sonnenrades 2 r 6 = Zähnezahl des Hohlrades 6r 2 = number of teeth of sun gear 2 r 6 = number of teeth of ring gear 6

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Blatt - 2 - zur Patentanmeldung &ngr;. 5.11.99Page - 2 - for patent application &ngr;. 5.11.99

Titel: Bodenverdichter mit stufenlos verstellbarer SchwingungsamplitudeTitle: Soil compactor with continuously adjustable vibration amplitude

Daraus ergibt sich die Drehzahl &eegr; 7, d.h.die der Hohlwelle 8, wie folgt:This results in the speed η 7, i.e. that of the hollow shaft 8, as follows:

JT D₇=D₅(U^-)JT D ₇ =D ₅ (U^-)

' Iy rlO = Zähnezahl der Innenverzahnung des ' Iy rlO = number of teeth of the internal gearing of the

Jj_n JJ . Hohlrades 10 Jj _n JJ . Hollow gear 10

r 7 = Zähnezahl des Sonnenrades 7 r2 = r7undr6 = rlOr 7 = number of teeth of sun gear 7 r2 = r7andr6 = rlO

ergibt, da U&-= u^— wird n= n₉ results, since U&-= u^— becomes n= n ₉ r₂ r₇ _r2 _r7 7 27 2

Damit wird &eegr; 7 = &eegr; 2, wobei &eegr; 7 = die Drehzahl des Sonnenrades und der Unwucht 17 ist. &eegr; 2 ist die Drehzahl der Erregemelle 1. Wird nundas Hohlrad 10 über die Schneckenwelle verdreht, so dreht sich das Sonnenrad 7 wie folgt!This makes &eegr; 7 = &eegr; 2, where &eegr; 7 = the speed of the sun gear and the unbalance 17. &eegr; 2 is the speed of the excitation shaft 1. If the ring gear 10 is now rotated via the worm shaft, the sun gear 7 rotates as follows!

Es ergibt sich eine zusätzliche negative Drehung des Sonnenrades 7 und der Unwucht gegenüber den Unwuchten 16 und 18. Diese Drehung der Unwucht 17 gegenüber den Unwuchten 16 und 18 ergibt eine Änderung des resultierenden Arbeitsmomentes gemäß dem Winkel zueinander bei geometrischer Addition und damit auch der Schwingungsamplitude. Diese Änderung ist von dem Verhältnis der festen zu den drehbaren Unwuchten, d.h. deren Größe abhängig und ein Maximum bei gleicher Winkelstellung und Minimum bei Gegenüberstellung. This results in an additional negative rotation of the sun gear 7 and the unbalance relative to the unbalances 16 and 18. This rotation of the unbalance 17 relative to the unbalances 16 and 18 results in a change in the resulting working torque according to the angle to each other when geometrically added together and thus also in the oscillation amplitude. This change depends on the ratio of the fixed to the rotating unbalances, i.e. their size, and is maximum at the same angular position and minimum when placed opposite each other.

In Fig. 2 und 3 wird ein Schwingungserreger fur einen Plattenrüttler gemäß der Erfindung ■\ gezeigt. Fig. 2 zeigt die Ansicht C-D auf das Oberteil 26 des geteilten Gehäuses und in Fig. 3 ist die Seitenansicht im Schnitt A-B gezeichnet Das Gehäuse besteht aus dem Oberteil 26 und Unterteil 38. Es wurde geteilt, um eine einfache Montage der Planetengetriebe mit den Erregerwellen zu ermöglichen. Der Schwingungserreger hat zwei Erregerwellen 1 und 20, die in horizontaler Ebene hintereinander angeordnet sind und hat für die Phasenverstellung zwei Planetengetriebe 21 und 22, die den Vor- und Rücklauf steuern. Die Verstellung erfolgt über die Planetenträger, welche durch das Teil 33 miteinander verbunden sind sowie über den Gelenkhebel 34 . Für die Verstellung der Schwingungsamplitude sind auf den Erregerwellen 1 und 20 jeweils drei Unwuchten 16 und 18 fest und 17 drehbar, desgleichen auf der Erregerwelle 20, die Unwuchten 23 und 25 fest und die Unwucht 24 drehbar angeordnet. Zwischen den Unwuchten 16 und 17 sowie 23 und 24 befinden sich die Doppelplanelengetriebe für die Verstellung. Die Nummerierung wurde nur für die Teile der Erregerwelle 1 durchgeführt, da die auf der Erregerwelle 20 gleich sind. Das Sonnenrad 7 sitzt über der Keilverzahnung 15 fest auf der Erregerwelle 1. Das Sonnenrad 2 ist über die seitliche Verzahnung 30 drehfest mit der Unwucht 17 verbunden. Die Planetenräder 9 und 3 sind auf der Achse 4 des Planetenträgers bestehend aus den Ringscheiben 27 und 29, die über die Distanzstücke 28 durch die Senkschraube 29In Fig. 2 and 3 a vibration exciter for a plate vibrator according to the invention is shown. Fig. 2 shows the view CD of the upper part 26 of the divided housing and in Fig. 3 the side view is drawn in section AB. The housing consists of the upper part 26 and lower part 38. It has been divided to enable easy assembly of the planetary gears with the exciter shafts. The vibration exciter has two exciter shafts 1 and 20 which are arranged one behind the other in a horizontal plane and has two planetary gears 21 and 22 for the phase adjustment which control the forward and reverse movement. The adjustment takes place via the planet carriers which are connected to one another by the part 33 and via the articulated lever 34. To adjust the oscillation amplitude, three unbalances 16 and 18 are fixed and 17 are rotatable on the exciter shafts 1 and 20, as are the unbalances 23 and 25 fixed and the unbalance 24 rotatable on the exciter shaft 20. The double planetary gears for adjustment are located between the unbalances 16 and 17 and 23 and 24. The numbering was only carried out for the parts of the exciter shaft 1, since they are the same on the exciter shaft 20. The sun gear 7 sits firmly on the exciter shaft 1 via the spline 15. The sun gear 2 is connected to the unbalance 17 in a rotationally fixed manner via the lateral gear 30. The planet gears 9 and 3 are on the axis 4 of the planet carrier consisting of the ring disks 27 and 29, which are connected via the spacers 28 through the countersunk screw 29.

Blatt - 3 zur Patentanmeldung v. 5.11.99Page - 3 of the patent application dated 5.11.99

miteinander verbunden sind, drehbar gelagert. Das Hohlrad 6 ist über die Halterung 13 am Gehäuse arretiert, während das Hohlrad 10 am Aussendurchmesser eine Schneckenradverzahnung 11 hat und über die Schneckenwelle 12 verdreht werden kann. Diese greift gleichzeitig mit gegensätzlicher Steigung in die Schneckenverzahnung des Hohlrades der zweiten Erregerwelle ein. Die Schneckenwelle 12 hat, wie aus der Zeichnung Fig. 3 ersichtlich, die mit gegensätzlicher Steigung versehenen Verzahnungen 36 und 37, ₍ dadurch werden die Hohlräder bei Drehung der Schneckenwelle gegensätzlich gedreht. Der Antrieb erfolgt über Zahnrad 19 und den Haydraulikmotor 39.are connected to each other, rotatably mounted. The ring gear 6 is locked to the housing via the holder 13, while the ring gear 10 has a worm gear toothing 11 on the outer diameter and can be rotated via the worm shaft 12. This simultaneously engages with the worm toothing of the ring gear of the second excitation shaft with an opposite pitch. The worm shaft 12 has, as can be seen from the drawing Fig. 3, the toothings 36 and 37 with opposite pitch, ₍ as a result of which the ring gears are rotated in opposite directions when the worm shaft rotates. The drive is via gear 19 and the hydraulic motor 39.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, nimmt das Doppelplanetengetriebe für die Verstellung der Schwingungsamplitude in der Breite wenig Platz ein, was konstruktiv vorteilhaft ist. Bei einer Planetenradbreite von 10 mm ergibt sich eine Gesamtbreite des Doppelplanetengetriebes von ca. 30 mm. /As can be seen from Fig. 2, the double planetary gear takes up little space in width for adjusting the vibration amplitude, which is advantageous in terms of design. With a planetary gear width of 10 mm, the total width of the double planetary gear is approximately 30 mm. /

In Fig. 4 wurde ein Plattenrüttller gemäß der Erfindung in Seitenansicht skizziert. Der Antrieb der Erregerwellen erfolgt über den Dieselmotor 41, die Hydraul ikverstellpumpe 42 und den Hydraulikmotor 39. Die Liefermenge der Hydraulikpumpe 42 kann über den Hebel 43 verstellt und damit die Drehzahl des Hydraulikmotors.39, Der Unwuchterreger hat zwei Wellen 1 und 20, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Das Gehäuse besteht ebenfalls aus. zwei Teilen, dem Oberteil 26 und Unterteil 38, das gleichzeitig als Bodenplatte ausgebildet ist. Auf dem Oberteil 40 befindet sich der Dieselmotor 41 und Hydraulikölbehälter 44. Es ist elastisch über die Federn 47 gelagert An dem Oberteil 40 ist die Lenkstange 49 befestigt. Die Phasenverstellung zwischen den Erregerwellen 1 und 20 erfolgt über den Bowdenzug und Schalthebel 52 an der Lenkstange 49. Die Verstellung der Schwingungsamplitude wird gemeinsam mit der Drehzahl bzw. Schwingungsfrequenz durch den Hebel 51 sowie über das Getriebe 50 und den Bowdenzug 45, der die Verstellpumpe 42 am Hebel 43 verstellt, sowie über den Bowdenzug 48 der die Hohlräder der Doppelplanetengetriebe verdreht Dabei weist entgegen der Konstruktion gem. Fig. 2 und 3 der Aussendurchmesser der Hohlräder 10 keine Schneckenverzahnung, sondern eine Stirnradverzahnung auf, in die die Zahnstange 53 eingreift, die vom Bowdenzug 48 betätigt wird.In Fig. 4, a plate vibrator according to the invention is sketched in side view. The excitation shafts are driven by the diesel engine 41, the hydraulic variable displacement pump 42 and the hydraulic motor 39. The delivery quantity of the hydraulic pump 42 can be adjusted via the lever 43 and thus the speed of the hydraulic motor 39. The unbalance exciter has two shafts 1 and 20, as shown in Fig. 2 and 3. The housing also consists of two parts, the upper part 26 and the lower part 38, which is also designed as a base plate. The diesel engine 41 and hydraulic oil tank 44 are located on the upper part 40. It is elastically mounted via the springs 47. The steering rod 49 is attached to the upper part 40. The phase adjustment between the excitation shafts 1 and 20 takes place via the Bowden cable and shift lever 52 on the handlebar 49. The adjustment of the vibration amplitude is carried out together with the speed or vibration frequency by the lever 51 and via the gear 50 and the Bowden cable 45, which adjusts the variable pump 42 on the lever 43, as well as via the Bowden cable 48, which rotates the ring gears of the double planetary gear. Contrary to the design according to Fig. 2 and 3, the outer diameter of the ring gears 10 does not have worm gearing, but rather spur gearing, into which the rack 53 engages, which is actuated by the Bowden cable 48.

In Fig. 5 wird ein Plattenrüttler mit elektrischem Antrieb sowie einer automatischen Regelung und Schwingsamplitude und Schwingungsfrequenz aufgezeigt. Dabei sind die auftretenden Beschleunigungswerte maßgeblich für die Regelung . Auf dem Oberteil 40 sind die Stromspeicher 54 und der Computer 58 gelagert. Das Oberteil 40 ist, wie in Fig. 4, auf den Federn 47 elastisch auf dem Gehäuse, bestehend aus dem Oberteil 26 und Unterteil 38 gelagert. Die Regelung der Größe der Schwingungsamplitude sowie die dazugehörige Drehzahl des Antriebsmotors 59 bzw. der Schwingungsfrequenz wird über den Beschleunigungsmesser 56, der fest mit dem Unterteil 26 verbunden ist, und über den Computer 58 ,der den elektrischen Stellmotor 57 steuert und damit die Größe der Schwingunsamplitude erzielt. Dabei kann der Beschleunigungswert vom Bedienungsmann über den Schalter 60 eingestellt werden. Die Phasenverstellung wird über die Schaltung 61, durch den elektrischen Stellmotor 55, ebenfalls elektrisch geregelt. Durch diese technische Entwicklung der Erfindung wird eine optimale Verdichtung bei automatischer Anpassung an den Verdichtungsrad des Bodens, unter Vermeidung von übermäßigen Beanspruchungen des Gerätes, erzielt. Diese Möglichkeit wurde für die Weiterentwicklung der Erfindung aufgezeigt.Fig. 5 shows a plate vibrator with an electric drive and automatic control of the oscillation amplitude and frequency. The acceleration values that occur are decisive for the control. The power storage devices 54 and the computer 58 are mounted on the upper part 40. As in Fig. 4, the upper part 40 is elastically mounted on the springs 47 on the housing, consisting of the upper part 26 and the lower part 38. The size of the oscillation amplitude and the associated speed of the drive motor 59 or the oscillation frequency are controlled via the accelerometer 56, which is permanently connected to the lower part 26, and via the computer 58, which controls the electric servomotor 57 and thus achieves the size of the oscillation amplitude. The acceleration value can be set by the operator using the switch 60. The phase adjustment is also electrically controlled via the circuit 61 by the electric servomotor 55. This technical development of the invention achieves optimum compaction with automatic adjustment of the compaction wheel to the soil, while avoiding excessive stress on the device. This possibility was demonstrated for the further development of the invention.

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Claims

1. Soil compactor with unbalance vibration exciter, characterized in that fixed unbalances 16 and 18 and at least one rotatable unbalance 17 are arranged on the exciter shaft and that the rotatable unbalance 17 is mounted on the axis 4 of a freely rotating common planet carrier 5 via a double planetary gear, the planet wheels 3 and 9 of which, whereby the rotatable unbalance 17 can be rotated by rotating one of the ring gears 10 while the other ring gear 6 is locked.
The sun gear 2 of the first planetary gear is connected to the excitation shaft 1 and the sun gear 7 of the second planetary gear is connected to the rotatable unbalance 17 in a rotationally fixed manner.

2. Soil compactor with unbalanced vibration exciter, as in claim 1, characterized in that the unbalances are arranged symmetrically from the center of the vibration exciter to the bearings 14 of the exciter shaft 1 , ie that the distances a and b are equal.

3. Soil compactor with unbalance vibration exciter, as claimed in claims 1 and 2, characterized in that in a vibration exciter with two exciter shafts and two double planetary gears, the ring gears arranged one behind the other have spur gear teeth on the outer diameter.

4. Soil compactor with unbalance vibration exciter, as in claims 1 and 2, characterized in that in a vibration exciter with two double planetary gears, the ring gears arranged one behind the other have a worm gearing with opposite pitch on the outer diameter.

5. Soil compactor with unbalance vibration exciter, as claimed in claims 1 to 4, characterized in that the housing is divided in a horizontal plane above the bearing center of the exciter shafts.

6. Soil compactor with unbalance vibration exciter, as claimed in claims 1 to 5, characterized in that the lower part 26 of the divided vibration exciter is designed as a base plate in plate vibrators.