DE3105611A1 - Tiefenruettler fuer bodenverdichtung mit umsteuerbare schwingungsform und -richtung - Google Patents

Description

• Tiefenrüttler mit umsteuerbarer Schwingungsform und -richtung.
• Die Erfindung betrifft eine Rüttelmaschine, welche die Böden auch in größeren Tiefen verdichtet und damit ihre Tragfähigkeit erhöht.
• Eine seit langem bekannte Methode, die Böden zu verdichten und damit tragfähiger zu machen, ist die Vibrationsverdichtung.
• Wenn der Boden in Vibration gebracht wird, wird er sich, in eine dichtere Lagerung zetzen. Zahireiche Vibrationsgeräte sind bekannt, die die Erdoberfläche in Vibration versetzen, welche Geräte jedoch allesamt eine sehr geringe Tiefenwirkung haben.
• Boclenvibratornn mit größerer Tiefenwirkung wurden auch entwickelt, welche alle bisher in zwei große Gruppen gehören: 1) Die Resonanzwibratoren (Deutsche Offenlegungsschrift 27 27 8Bo und Niederl. Patentschrift 140 310) welche die vertikalen oder beinahe vertikalen Schwingungen einer Aufsatzrüttler durch ein senkrechtes Gestänge auf die sog. Resonanzplatten bringen, weiche Platten im Zustand der Resonanz den Boden Der dichten sollen. Die mäßigen Erfolge der Methode lassen den Zweifel aufkommen, ob die Resonanzwirkung - in dem stark dämpfenden Medium Erde - (iberhaupt so entsteht, wie man es sich so vorgestellt hat.
• 2) Alle übrigen Tiefenrüttler, die bisher erfunden, entwickelt, gebaut und eingesetzt wurden, - und die alle aus einem zylindrischen Körper bestehen, die Antriebsmotor, Lagerungen und Unwuchte beinhalten - haben die folgenden Nachteile: a) ncr Erreger der Vibration, ein Unwucht, ist in - oder zumindest Nahe - der Spitze der zylindrischen Gerätekörper plaziert. Durch die beengten \lerhältnisse ist es äußerst schwierig, die notwendige, bzw. ausreichende Unwuchtmasse mit ausreichendem Bewegungsradius unterzubringen.
• b) Die Lagerungen der Unwuchte befinden sich ebenfalls in dem engen Gehäuses wirksame Kühlung, Schmierung und ausreichende Dimensionen sind äußerst schwierig zu verwirklichen.
• c) Der Antriebsmotor (meistens Elektromotor) befindet sich ebenfalls in dem engen Gehause, ihre Leistung ist durch den zur Verfügung stehenden geringen Raum, sowie durch die schlechte Ableitungsmöglichkeit der Verlustwärme eng begrenzt.
• d) Ein weiterer, in der Praxis sehr schwerwiegender Nachteil aller bisher bekannten Tiefenrüttler besteht aus der Tatsache, daß der Rüttler während des Versenkvorganges diesel be Schwingung erzeugt, welche anschließend den Boden verdichten soll. Dies bedeutet, daß man während der Rüttler vcrsenkt, man verdichtet den Boden or sich selbst. So wird der Versenkvorgang umso mehr durch die eigene Verdichtung erschwert, je besser und wirksemer der Tiefenrüttler ist. Versuche, um die Versenkfähigkeit durch tnderung der Frequenz, Fliehkraft, Amplitude oder Unwuchtmasse zu verbessern, haben keinen entscheidenden Erfolg gebracht.
• Der Gegenstand der Erfindung ist ein Tiefenrüttler für die Verdichtung der böden auch in größeren Tiefen, mit einem völlig neuen Prinzip und Kontruktion, welches Konzept alle o.g. Nachteile bzw. Schwierigkeiten grundsätzlich beheben soll.
• Erfindungsgem.F können alle die o.g. Nachteile dadurch behoben werden, daß der Schwingungserzeugende Vibrator so umschaltbar ist, daß man wahlweise zwei grundverschiedene Schwingungen erzeugen kann: 1) Eine senkrechte, lineare Vibration, welche nur sehr kleine, d.h. so gut qie keine Verdichtung verursacht, wird erzeugt während c!er Tiefenrüttl.er versenkt wird. Die vertikale Zlibration bewirkt nur eine Herabsetzung der Reibung zwischen Boden unr. Tiefenrüttler, so kann das Scrit (Tiefenrüttler) leicht und ohne weitere hilfen wie Wasserspülung, usw. .in die gewünschte Tiefe gebracht werden.
• 2) Eine horizontale, tangentiale Drehschwingung, (ähnlich der Bewegung einer Uhren-Unruhe) welche die Bodenmassen - durch die radialen Flügel, die sich an der unteren Ende des Tiefenrüttlers befinden - anschließend in Vibration versetzen, bewirken dann die eigentliche Verdichtung. Für die Verdichtungsarbeit wurde - erfindungsgemäß - deshalb eine tangentiale Drehschwingung gewählt, weil diese Schwingungsform, in Verbindung mit den Flügeln, die einzige Schwingungsart ist, welche es erlaubt, den bonden tief unten zu rtteln, die schwingungserzeugenden Teile (Antriebsmotor, Unwuchte und deren Lagerungen) jedoch am anderen Ende des Tiefenrijttlers, oben, weit tiber die Erdoberfläche zu nlazieren. Diese Anordnung löst dann alle die Schwierigkeiten, die an die bisher bekannten Tiefenrüttlern durch die beengten Verhältnisse unter der Bodenoberfläche e ntstand n.
• Der Verdichtungsvorgang wird dann vollzogen, wie es bisher auch üblich war, von unten nach oben. Entweder wird der Tiefenrüttler langsam, (während verdichtet wird) gleichmäßig hochgezogen, oder aber schrittweise, d.h. man verdichtet in eine best. Tiefe, bis der Boden die gewünschte Dichte erreicht, dann fährt man ein bischen höher, verdichtet wieder, usw.
• Aufbau unrl Beschreibung des Tiefenrüttlers: Der Tiefenrüttler (Abb. 1) bestelit aus dem eigentlichen Vibrator - erfindungsgemäß mit Richtungs- und Formumschaltbaren Schwingungen - (1) welcher durch einen Aufhängerahmen (2) auf einem Tragseil (3) hängt. Der Vibrator (1) ist elastisch, auf federnde '-:lemente (4) gebettet. Auf der unteren Seite des Vibrotors ist der Rüttlerkörper, bestehend zweckmäßigerweise aus (5) einem ohr, starr befestigt. nu den Rüttlerkörper werden an dem unteren Ende Flügel (6) montiert oder geschweißt, die die Übertragung der Drehschwingung an die Rodenmassen (7) bewirken.
• Der Vibrator mit der umschaltbaren Schwingungsrichtung wird wie folgt beschrieben: Der Vibrator wircl von einem Elektromotor (oder £:lmotor, oder Andere ), dessen Drehrichtung umschaltbar ist, angetrieben. Die besondere Konstruktion des Unwuchtsystems (Abb. 2 & 3) ermöglicht eine Änderung er Schwingungsform und -richtung durch die folgende Art und Weise: Die Unwuchtkörper 1 & 3 sind auf die beiden Wellen 5 & 6, die miteinander mittels eines Zahnradpaares verbunden sind, fest montiert. Die beiden anderen Unwuchtkörper 2 &4 sind auf den Wellen lose drehbar angebracht, sie werden jedoch von den zwei Mitnehmerteilen 7 & & 8, die wiederum mit den Wellen fest verbunden sind, mitgenommen. Die Unwuchte 2 & 4 können sich so, um die Wellen 5 &G, um 180° verdrchen. Je nachdem, in welche Richtung die Wellen angetrieben werden, ergeben sich die folgenden Schwingungen: 1) Vertikal-Linearschwingung zum Versenken des flüttlers (Abb. 2) Welle 5 wird im @hrzeigersinn angetrieben. (damit Welle 6 gegen Uhrz.) Die Mitnehmer 7 & 8 werden die Unwuchte 2 & 4 so schieben, daß sich die beiden Unwuchte 1 & 4, sowie die anderen beiden Unwuchte 2 & 3 sich jeweils an den selben Seiten der Wellen 5 & 6 befinden. Da die Wellen mittels Zahnradpaar miteinander gekoppelt sind, laufen sie synchron-gegenläufig.
• Die waager@chten Kräfte der vier Unwuchten heben sich gegenseitig auf, (Abb. 2a & 2c) eine waagerechte resultierende Kraft gibt es nicht.
• Die vertikalen Kräfte wirken zusammen, (Abb. 2b & 2d) ihre Werte werden addiert, und so entsteht eine reine - seit lange bekannte - vertikale Schwingung. Eine rein vertikale Schwingung bewirkt nur eine sehr geringe Verdichtung, der Tiefenrüttler läßt sich leicht versenken. Nach Erreichen der gewünschten Tiefe wird der Antriebsmotor angehalten, und in die umgekehrte Richtung wieder angefahren, um zu verdichten.
• 2) Horizontal-Tangential-Drchschwingung zum Verdichten des Bodens entsteht wie folgt (Abb. 3a bis 3d) wenn die Welle 5 nun gegen den Uhrzeigersinn gestartet bzw.
• angetrieben wird, (Startp@sition z.B. wie Abb 2d) werden während der ersten halben Umdrehung nur die beiden fest montierten Unwuchte 1 & 3, sowie die Mitnehmer 7 & 8 bewegt, die beiden drehbar gelagerten Unwuchte 2 & 4 bleiben vorerst noch still. Bei dieser ersten halben Umdrehung (beim Start, vom Abb. 2d zum Abb. 3a) werden also die Lagen der Unwuchte verändert, die Unwuchten 1 & 4 liegen nicht mehr an derselben Seite der Welle 5 (Abb. 3a) sondern um 180° versetzt. (Genauso die Unwuchte 2 & 3) Wenn nun die beidon Wellen mit den Unwuchten, die auf den Wellen zueinander um 1880 versetzt sind, synchron-gegenläufig in schnelle nrehbewegung versetzt warden, ergeben sich die -folgenden Kräfte: Abb. 3a und 3c zeigen solche Augenblicke an, als jeweils 2 Uni wuchtfiiehkräfte nach oben und 2 nach unten ziehen, die Kräfte heben sich gegenseitig auf, eine vertikale Kraft entsteht nichts Abb. 3b zeigt eine Lage, in der die Unwuchtfliehkräfte 1 & 2 in derselben Richtung, waagerecht wirken, die beiden anderen Unwuchtfliehkräfte 3 & 4 wirken ebenfalls waagerecht, aber in der entgegengesetzten Richtung. Die Kräfte 1 & 2 sowie die Kräfte 3 & t ergeben ein Kräftepaar, weiches den gesamten Tiefenrüttler (von oben gesehen)gegenUhrzeigersinn verdrehen will. Wenn die 'lSellcn sich um 180° weiter gedreht haben, (Abb. 3d) wirkt wieder ein Kräftepaar, welches aber (von oben gesehen) den Tiefenrüttler im Uhrzeigersinn verdrehen will.
• So ist es leicht erkennbar, daß die senkrechten Kräfte sich gegenseitig aufgeben, (Abb. 3a & 3c) die waagerechten Kräfte aber den gesamten Tiefenrüttler in eine horizontale Tangential-Drehschwingung versetzen. (iShnlich der Bewegung einer mech. Uhren-Unrwhe)

Claims (7)

1. Tiefenrüttler mit umsteuerbarer Schwingungsform und -richtung.

   P A T E N T A N 5 P R Ü C H £ 1) Tiefenrüttler für die Verdichtung von Böden, bestehend aus einem Rüttlerkörper und einem Schwingungserreger (Vibrator) mit umsteuerbarer Schwingungsrichtung an dem oberen tnde des Rüttlerkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden mittels einer, in horizontaler Ebene wirkenden Drehschwingung (ähnlich der Bewegung einer Uhren-Unruhe) verdichtet wird.
2. 2) Tiefenrüttler gem. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator so konstruiert ist, daß er auch eine vertikale Linearschwingung erzielen kann.
3. 3) Tiefenrüttler gern. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Schwingungsart von vertikaler Linearschwingung auf horizontale Drehschwingung und umgekehrt durch Anderung der lArehrichtung es Antriebsmotors erzielt wird.
4. 4) Tiefenrüttler gem. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß er auch Vorrichtungen dazu hat, Füllmaterial wie Sand, Kies, Schotter oder dergl. in die Böden hinunterzubefördern.
5. 5) Tiefenrüttler gern. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rüttlerkörper aus einem Rohr besteht und d. Rohr in der Nähe des unteren Endes radial angebracht Flügel trägt,
6. 6) Tiefenrüttler gem. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rüttlerkörper eine sog. verlorene Spitze herunterträgt.
7. 7) TiefenrUttler gem. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnct, daß der Antriebsmotor auf der nichtschwingenden Rahmenkonstruktion der Aufhängung plaziert ist.