DE4439170A1 - Rammvibrator zur Erzeugung von gerichteten Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rammvibrator zur Erzeugung von gerichteten Schwingungen mittels umlaufender Unwuchtkörper, bei welchem die Größe des aus den Teil-Fliehmomenten M_T der einzelnen Teil-Unwuchtkörper re­ sultierenden Gesamt-Fliehmomentes M_Res verstellt werden kann. Die dabei zu benutzende Verstelltechnik beinhaltet jenes Wirkprinzip, bei welchem die Verstellung von M_Res durch die Verstellung von Relativ-Stellwinkeln β erreicht wird, welche zwischen mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit um­ laufenden Teil-Unwuchtkörpern definierbar sind. Zusätzlich soll die Gat­ tung der hier betroffenen Vibratoren dadurch gekennzeichnet sein, daß die Vibratoren mit wenigstens drei in einer Ebene parallel zur Schwingrichtung hintereinander angeordneten Unwucht-Rotationsachsen ausgestattet sind.

Bei den letztgenannten Drei-Unwucht-Vibratoren verfügen bereits die nicht bezüglich des resultierenden Fliehmomentes verstellbaren einfachsten Ausführungsarten über drei anstatt üblicherweise zwei mit Teil-Fliehmo­ menten ausgestattete Unwuchtwellen. Dabei ist das maximale, resultierende Gesamt-Fliehmoment M derart aufgeteilt, daß die mittlere Welle über einen Anteil M/2 und die beiden äußeren Wellen über Anteile von je M/4 verfü­ gen.

Die mit ihrer Richtung parallel zu der den drei Achsen gemeinsamen Ebene verlaufende gerichtete Schwingbewegung kommt allerdings nur dann zu­ stande, wenn die drei Teil-Unwuchtkörper derart synchronisiert sind (etwa durch ein Zahnradgetriebe), daß bei jenem Drehwinkel, bei welchem die vektorische Summe aller Teil-Fliehmomente, und damit auch die resultie­ rende Fliehkraft den Wert Null aufweist, und bei welchem die drei Teil- Fliehmomente senkrecht zur Schwingrichtung ausgerichtet sind, die beiden äußeren Teil-Fliehmomente einerseits und das mittlere Teil-Fliehmoment an­ dererseits gegensinnig ausgerichtet sind.

Durch die geschilderte Anordnung und Dimensionierung der drei Teil-Un­ wuchtkörper bedingt, ist das die mindestens 6 Lager der notwendigen drei Wellen aufnehmende Vibratorgehäuse in seiner Gestaltung funktional derart vorbestimmt, daß es über eine deutliche Längserstreckung verfügt, und zwangsläufig etwa die Gestalt eines Schuhkartons annimmt, wobei die Längserstreckung in Schwingrichtung liegt.

Diese Vibrator-Bauart eignet sich gut zur Kombination eines entsprechen­ den Rammvibrators mit einem als Trägereinrichtung dienenden Mäkler, wo­ bei der Schwerpunkt der überwiegend durch die Gehäusemasse definierten schwingenden "dynamischen Masse" m_Dyn mit gewünschter geringer Aus­ kragung relativ zur Führungsbahn des Mäklers gehalten werden kann.

Sofern bei diesen bekannten einfachen Drei-Unwucht-Vibratoren eine Ver­ änderung des resultierenden Fliehmomentes erwünscht ist, ist es bis heute notwendig, die einzelnen Teil-Fliehmomente bei stillgesetztem Vibrator von Hand zu manipulieren. Es besteht jedoch der anwenderseitige Wunsch, diese Rammvibratoren mit einer Verstelleinrichtung zu versehen, mit Hilfe derer das resultierende gesamte Fliehmoment M_Res während des Drehens der Unwuchtwellen vom Wert M_Res = 0 bis zum Wert M_Res = M verändert werden kann.

Eine derartige Verstellbarkeit soll nach bereits heute bei andersartigen Rammvibratoren üblichen Praxisanforderungen dazu benutzt werden, eine Betriebsweise zu praktizieren, bei welcher mit dem Rammvibrator mit einer über der Resonanzfrequenz des Bodens liegenden Arbeits-Schwingfrequenz f_o gearbeitet werden kann, ohne, daß es beim Durchfahren des Drehfre­ quenzbereiches zwischen der Drehfrequenz f=0 und der Drehfrequenz f_o zu einer unzulässigen Resonanzanregung des Bodens kommt. Die Vermei­ dung einer Resonanzanregung beim Hoch- und Niederfahren der Drehfre­ quenz wird dadurch erreicht, daß während dieser Betriebsphase das re­ sultierende Fliehmoment auf den Wert M_Res = 0 eingestellt wird, was gleichbedeutend ist mit der Verstellung des Relativ-Stellwinkels β durch die Verstelleinrichtung auf den Wert β = 0°.

Verstelleinrichtungen zur Verstellung des resultierenden Fliehmomentes M_Res von Rammvibratoren unter Benutzung des Prinzips der Verstellung von Relativ-Stellwinkeln β zwischen gemeinsam umlaufenden Teil-Fliehmo­ menten sind in den unterschiedlichsten Ausführungsarten bekannt gewor­ den, z. B. nachweislich der Druckschriften EP-PS 0 506 722 B1, DE-OS 41 18 069 A1 und DE-OS 43 01 368 A1.

Die durch die vorgenannten Druckschriften beschriebenen, sowie die in anderen Veröffentlichungen beschriebenen Verstelleinrichtungen sind aller­ dings sämtlich zugeschnitten auf eine andere Gattung von Richtschwin­ gern, nämlich auf solche, bei denen der nicht verstellbare Richtschwinger einfachster Bauart über zwei gleichgroße und synchron gegensinnig um­ laufende Unwuchtkörper verfügt, wobei die Richtung der gerichteten Schwingung senkrecht zu einer durch die wenigstens beiden Drehachsen legbaren Ebene steht, und wobei hierin ein wesentliches Unterscheidungs­ merkmal zur Gattung der erfindungsgemäßen Vibratoren besteht.

An eben diesem Unterscheidungsmerkmal muß auch die Übertragbarkeit der bekannten Verstelltechniken auf einen Drei-Unwucht-Vibrator gemessen werden:

Bei einer Verstelleinrichtung für den Relativ-Stellwinkel β gemäß der EP- PS 0 506 722 B1 sind praktisch ein erster und ein zweiter Zwei-Wellen- Richtschwinger einfachster Bauart mit paralleler Ausrichtung der Wellen beider Richtschwinger übereinander angeordnet. Bei der Verstellung des Relativ-Stellwinkels β wird der komplette erste Zwei-Wellen-Richtschwinger gegen den kompletten zweiten Zwei-Wellen-Richtschwinger relativ um einen Verstellwinkel β verstellt. Es ergibt sich eine exakte Richtschwingung. Die Belastung der Lager bleibt (gleichbleibende Drehzahl vorausgesetzt) unab­ hängig vom eingestellten Relativ-Stellwinkel β konstant.

Die Teil-Unwuchtkörper jedes Zwei-Wellen-Richtschwingers sind über Zahn­ räder synchronisiert, derart, daß über diese Zahnradverbindung auch das Reaktionsdrehmoment MR und das Drehmoment für die Nutzarbeit wenig­ stens eines der Teil-Fliehmomente abgestützt werden muß. (Zur Entstehung und Wirkung des Reaktionsdrehmomentes MR siehe Erläuterungen in der erwähnten EP-PS).

Die Übertragung dieses Verstellprinzips der Übereinander-Anordnung zweier Einfachausführungen auf einen Drei-Wellen-Vibrator ist möglich, was aber wegen der dann hintereinander liegenden 6 Wellen zu einer nicht ak­ zeptablen großen Längserstreckung des Vibratorgehäuses führt.

Die Druckschrift DE-OS 41 18 069 A1 lehrt, die Teil-Fliehmomente bzw. die sie verkörpernden Teil-Unwuchtkörper zweier einfacher Zwei-Wellen-Richt­ schwinger nebeneinander anzuordnen, und zwar derart, daß die sich ent­ sprechenden Teil-Unwuchtkörper koaxial und auf einer Welle angeordnet sind. Bei der Verstellung des Relativ-Stellwinkels β wird auch in diesem Falle der komplette erste Zwei-Wellen-Richtschwinger gegen den kompletten zweiten relativ um einen Verstellwinkel β verstellt.

Es ergibt sich in diesem Falle zwar für die Einstellung M_Res= M eine echte gerichtete Schwingung, jedoch tritt mit zunehmender Verkleinerung des Wertes von M_Res < M zunehmend ein Taumelmoment auf. Dieses Taumelmo­ ment kann man sich anschaulich leicht für die Einstellung M_Res=0 bzw. Relativ-Stellwinkel β=0° erklären, und zwar bei jener Situation, bei welcher die Teil-Fliehmomente in Schwingrichtung ausgerichtet sind.

Auch in diesem Falle muß das Reaktionsdrehmoment wenigstens eines Teil- Fliehmomentes und das Drehmoment für die Nutzleistung über die Zahnrä­ der der gleichzeitig auch der Synchronisierung der beiden Teil-Unwucht­ körper eines jeden Zwei-Wellen-Richtschwingers dienenden Zahnradgetriebe übertragen werden.

Die Übertragung des beschriebenen Verstellprinzips der Nebeneinander- Anordnung zweier Einfachausführungen eines Zwei-Wellen-Richtschwingers auf einen Drei-Wellen-Vibrator ist ebenfalls möglich. Bei Einhaltung der Verstellposition β = 0° weist die Schwingbewegung mit ihrer auf die Haupt-Schwingrichtung entfallenden Komponente ebenfalls den Wert Null auf, was auch zur gewünschten Unterdrückung der Anregung der Boden- Resonanzfrequenz führt. Das in dieser Situation auftretende Taumelmoment läßt jedoch dabei eine Schwingbewegungskomponente in Richtung der Ach­ senrichtung der Unwuchtkörper entstehen, welche sich auf den Mäkler überträgt und somit sehr unvorteilhaft wirkt.

Der in der DE-OS 43 01 368 A1 aufgezeigte Weg verzichtet auf jegliche Momentenübertragung durch Zahnräder. Dagegen ist jeder Teil-Unwucht­ körper mit einem eigenen Stell- und Antriebsmotor versehen, von welchem das für den jeweiligen Unwuchtkörper benötigte Nutzarbeits-Drehmoment und Reaktionsdrehmoment aufgebracht wird, wozu es einer besonderen Art der Zusammenschaltung der Motoren bedarf.

Die in Fig. 2 und 3 gezeigten Zahnräder 204 und 204′ dienen lediglich ei­ ner Sicherheitsfunktion für den Fall, daß äußere Störkräfte auftreten sollten, welche größer sind als die von den Massenkräften der dynami­ schen Masse abgeleiteten und auf die Unwuchtmassen übertragenen Selbst­ synchronisierungskräfte.

Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die den Motoren 203 (bzw. 204) zugeord­ neten Unwuchtmassen in zwei gleiche Teile 201a, 201b aufgeteilt sind, wel­ che mit einem axialen Abstand voneinander auf der Halbwelle 217 (bzw. 217′) angeordnet sind. In diesem axialen Freiraum zwischen den beiden gleichen Teilen ist eine weitere mittlere Unwuchtmasse 205 (bzw. 205′) drehbar auf der Halbwelle 217 (bzw. 217′) angebracht.

Den beiden mittleren Unwuchtmassen sind 3 besondere funktionale Eigen­ heiten zugeordnet:

• - jede mittlere Unwuchtmasse 205 (205′) ist von einem eigenen Motor an­ getrieben, durch welchen auch die relative Winkellage zu den beiden glei­ chen Teilen 201a und 201b (201a′, 201b′) bestimmt wird,
• - die koaxiale Anordnung ist gewählt, um eine Begrenzung des Relativ- Stellwinkels β zwischen den Unwuchtmassen zweier Motoren durch mecha­ nische Anschläge überhaupt herbeiführen zu können, und
• - die Drehrichtung der mittleren Unwuchtmasse 205 (205′) und der beiden gleichen Teile 201a, 201b (201a′, 201b′) ist gleichsinnig, was durch die An­ schlagfunktion vorgegeben ist.

Der in Spalte 12, Zeile 50 ff. beschriebene Vorteil einer kompletten Kraft­ entlastung der Wellenlager bei eingestelltem Wert Null für den Relativ- Stellwinkel β ist jedoch mit den zeichnerisch dargestellten Rollenlagern nicht realisierbar, weil diese Lager erfahrungsgemäß bei einer Entlastung bis unterhalb einer bestimmten Mindest-Radialkraft F_R,M schnell unbrauch­ bar werden. Nachteilig ist die in Fig. 3 gezeigte Konstruktionsweise auch darin, daß die beiden Teil-Wellen 216 und 217 koaxial über zwei Wälzlager ineinander gelagert sein müssen. Mit Rücksicht auf die auftretende Bean­ spruchungsart führt dies bei einer Auslegung für dauerhaften Betrieb der Lagerung zu Dimensionierungs-Problemen.

Eine Übertragbarkeit des Verstellprinzips der DE-OS 43 01 368 A1, ge­ kennzeichnet durch eine Übertragung sowohl der Verstell-Drehmomente, als auch der den Reaktionsdrehmomenten bei Konstanthaltung des Winkels β entgegenwirkenden Stell-Drehmomenten, wie auch der Nutzarbeits-Drehmo­ mente direkt vom Stell- und Antriebsmotor zum zugeordneten Unwuchtkör­ per, auf Drei-Wellen-Richtschwinger ist nicht gegeben. Dagegen spricht vor allem:

• - Die bei einem Drei-Wellen-Richtschwinger notwendige Aufteilung der Teil- Fliehmomente mit unterschiedlichen Anteilen auf drei Wellen mit diversen daraus folgernden physikalischen Effekten und Konsequenzen, wie z. B. Di­ mensionierungsvorschriften für die einzusetzenden Motoren,
• - die bisher nicht bekannten Verhaltensweisen eines Drei-Wellen-Richt­ schwingers bezüglich der Frage, ob, und wenn ja, mit welchen Effekten Reaktionsdrehmomente auftreten, sowie
• - der Umstand, daß insgesamt 6 Stell- und Antriebsmotoren installiert werden müßten.

Die Übertragbarkeit des Verstellprinzips ist auch dann nicht gegeben, wenn die durch den Winkel-Anschlag vorgegebenen Bedingungen nicht hingenommen werden sollen.

Der Erfindung liegt daher die folgende Aufgabe zugrunde: Es soll eine ro­ buste und langlebige Verstelleinrichtung zur Verstellung des resultieren­ den Fliehmomentes M_Res an Drei-Wellen Rammvibratoren durch Veränderung des Relativ-Stellwinkels β zwischen mehreren Teil-Unwuchtkörpern ge­ schaffen werden. Dabei sollen die vorstehend geschilderten möglichen Nachteile, wie das Auftreten von Taumelmomenten, das Auftreten von nicht exakten Richtschwingungen, das Auftreten von schädlichen Lagerbelastun­ gen und die erzwungene Ausbildung von Vibratorgehäusen mit extrem großer Längserstreckung vermieden werden, und es soll gleichzeitig die Voraussetzung für den Einsatz von Rollen-Wälzlagern geschaffen werden.

Weiterhin soll die Lösung mit ihrer mechanischen Grundstruktur dazu ge­ eignet sein, die Verstellung des Relativ-Stellwinkels β alternativ vorzuneh­ men, und zwar einerseits durch den Einsatz eines Überlagerungsgetriebes, etwa, wie in der DE-OS 41 18 069 A1 gezeigt, und andererseits durch An­ wendung von wenigstens zwei Verstell- und Antriebsmotoren, welche bei Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Relativ-Stellwinkels β stets eine Scheinleistung umzusetzen haben, etwa, wie in der EP-PS 0 506 722 B1 definiert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Lehre des Patentanspruchs 1 de­ finiert. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Un­ teransprüche beschrieben.

Das in Patentanspruch 1 enthaltene Merkmal, wonach beide Unwuchtkör­ pergruppen die gleiche Rotationsrichtung aufweisen sollen, ist durchaus nicht naheliegend. Durch die besondere Wirkungsweise eines Drei-Wellen- Richtschwingers bedingt, ergibt sich nämlich auch die Möglichkeit, die bei­ den Unwuchtkörpergruppen gegensinnig rotieren zu lassen. Dies hat sogar den Vorteil, daß sich bei einer Einstellung zur Herbeiführung einer Null- Schwingamplitude keine Probleme unzureichender Mindest-Radialkräfte für Rollenlager ergeben.

Die Erfindung bevorzugt dennoch die alternative Lösung mit gleichsinniger Rotation der Unwuchtkörpergruppen, da hierbei in mehrfacher Hinsicht bessere Verhältnisse bezüglich der Lagerreibungsverluste herbeigeführt werden können, obwohl zusätzliche Maßnahmen zur Sicherstellung einer auf die Lager wirkenden Mindest-Radialkraft in Kauf genommen werden müs­ sen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 schafft u. a. die Voraussetzung für den Einsatz von Rollenlagern, welche wegen ihrer Ei­ genschaft einer hohen Tragfähigkeit bei gleichzeitig hoher zulässiger Drehzahl bei mit ihrer Drehfrequenz oberhalb der Bodenresonanzfrequenz arbeitenden erfindungsgemäßen Rammvibratoren bevorzugt werden sollen. Der Einsatz dieser Lager setzt unabdinglich voraus, daß eine von der Tragfähigkeit des Lagers abhängige Mindest-Radialkraft F_R,M als Mindest­ belastung der Lager nicht unterschritten wird. Bei nicht bezüglich des re­ sultierenden Fliehmomentes geregelten Vibratoren und bei anderen Ein­ satzfällen dieser Lager, wo ausreichende Wellengewichte oder andere Bela­ stungen immer vorhanden sind, spielt diese Frage keine Rolle.

Bei Rammvibratoren sind wegen der mit geringen Massen (Gewichten) er­ zeugten hohen Fliehkräfte und wegen der daher einzusetzenden Lager mit hohen Tragzahlen die von den Lagern getragenen Gewichtskräfte von Wel­ len und Zahnrädern bei weitem nicht ausreichend, um die Mindest-Radial­ kraft F_R,M zu erzeugen. Andererseits bedeutet aber bei einer Massenauf­ teilung gemäß Anspruch 1 die Reduzierung des resultierenden Fliehmo­ mentes M_Res auf den Wert Null auch, daß die fliehkraftbedingte Lagerbela­ stung den Wert Null annimmt.

Gemäß der Lehre von Anspruch 2 wird daher für eine künstliche Mindest- Radialkraft F_R,M gesorgt. Bei der alternativen Lösung, wonach vorgesehen ist, das beim praktischen Einsatz des Rammvibrators vorgesehene minimale resultierende Fliehmoment M_Res nicht unter den Wert M_R,M absinken zu lassen, um mit der Höhe des Wertes von M_R,M noch die für F_R,M benötigte Fliehkraft erzeugen zu können, greift die Erfindung auf die Erkenntnis zurück, daß bei durch M_R,M erzeugten Rest-Schwingamplituden die Gefahr einer merklichen Anregung von Resonanzschwingungen des Bodens nicht mehr gegeben ist.

Man kann zeigen, daß man bei Einhaltung der höchsten Betriebsdrehzahl das notwendige Restfliehmoment M_R,M auf etwa 5% des maximalen Fliehmo­ mentes M begrenzen kann, was auch bedeutet, daß dabei auch die Schwingamplitude A_R,M = M_R,M/m_Dyn auf 5% reduziert wird.

Die dem Fachmann bekannte besondere Wirkungsweise eines Drei-Wellen- Richtvibrators ergibt eine durch den Pfeil 70 symbolisierte gerichtete Schwingung mit einer Schwingrichtung senkrecht zu den Rotationsachsen (z. B. 20) und parallel zu einer durch alle Rotationsachsen legbaren Ebene. Diese gerichtete Schwingbewegung bleibt bezüglich ihrer Schwingrichtung auch bei sämtlichen Veränderungen des resultierenden Fliehmomentes M_Res konstant.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematisierter Form eine Vibratorzelle im Längsschnitt durch alle drei Unwuchtachsen mit einer Ausrüstung, welche zur Durchführung zweier unterschiedlicher Verstelltechniken geeignet ist.

Das Vibratorgehäuse 1 weist sechs Rollen-Wälzlager 2/2′; 3/3′ und 4/4′ auf, in denen die drei Unwuchtwellen 5, 6 und 7 gelagert sind. Jede Unwucht­ welle trägt je einen einteiligen Teil-Unwuchtkörper 8; 9; 10 und je einen zweiteiligen Teil-Unwuchtkörper 12/12′; 13/13′; und 14/14′, dessen Einzel­ teile Teil-Teilunwuchtkörper genannt werden. Auf jeder Unwuchtwelle ist jeweils ein Teil-Unwuchtkörper 12/12′; 13/13′; 14/14′ drehfest mit der Un­ wuchtwelle verbunden, während der jeweils andere Teil-Unwuchtkörper 8; 9; 10 mittels eines Nadellagers 15; 16; 17 relativ zur Unwuchtwelle bzw. relativ zum anderen Teil-Unwuchtkörper drehbar gelagert ist.

Die durch die Teil-Teilunwuchtkörper repräsentierten Fliehmomente sind an jeweils ein- und derselben Unwuchtwelle gleich groß. Setzt man die Summe aller Teil-Fliehmomente aller Teil-Unwuchtkörper = M, dann sind die Flieh­ moment-Anteile auf die Unwuchtwellen derart verteilt, daß die mittlere Un­ wuchtwelle (mittlere Achse 19) den Anteil M/2 und die beiden äußeren Un­ wuchtwellen (äußere Achsen 20; 21) Anteile von jeweils M/4 aufweisen.

Die axialen Abstände der Teil-Teilunwuchtkörper sind auf jeder Unwucht­ welle derart gewählt, daß die bei der Rotation definierbaren Schwer­ punkts-Ebenen der beiden Teil-Teilunwuchtkörper in axialer Erstreckung gleichweit von der Schwerpunkts-Ebene des mittleren Teil-Unwuchtkörpers entfernt sind. Je nachdem, welche später noch zu erläuternde Betriebsweise in Frage kommt, können die Fliehmomente der Teil-Unwuchtkörper einer Unwuchtwelle gleichgroß oder ungleich groß sein.

Das gesamte maximale Fliehmoment M ist auf zwei Unwuchtkörpergruppen verteilt. Die zu einer Unwuchtkörpergruppe zugehörigen drei Teil-Un­ wuchtkörper sind auf die drei Unwuchtwellen aufgeteilt und untereinander durch einen Zahnradstrang mit den drei Zahnrädern 22/23/24 bzw. 25/26/27 verbunden bzw. synchronisiert. Die durch den Zahnradstrang vorgenommene Synchronisation der Teil-Unwuchtkörper bewirkt, daß die als Vektoren auffaßbaren Teil-Fliehmomente der äußeren Achsen stets gleichgerichtet sind, während im Vergleich hierzu das Teil-Fliehmoment der mittleren Achse genau gegensinnig ausgerichtet ist.

Die drehfesten Verbindungen zwischen Zahnrädern und Unwuchtkörpern einerseits bzw. zwischen Unwuchtkörpern und Unwuchtwellen andererseits sind durch Strich-Punkt-Linien 30 bzw. 32 angedeutet.

Die auf das Vibratorgehäuse 1 bzw. auf die gesamte, damit zusammenhän­ gende dynamische Masse m_Dyn einwirkende resultierende Fliehkraft F_Res ist (außer von der Drehzahl) abhängig von dem als vektorielle Summe aller Teil-Fliehmomente auffaßbaren resultierenden Fliehmoment M_Res. Das resul­ tierende Fliehmoment M_Res kann durch eine Veränderung des Relativ- Stellwinkels β der Zahnräder beider Zahnradstränge zueinander bzw. der beiden Teil-Fliehmomente einer Unwuchtwelle zueinander in seinem Wert kontinuierlich zwischen einem Maximalwert M_Res = M und einem Minimalwert verstellt werden.

Die mit Teil-Unwuchtkörpern verschiedener Gruppenzugehörigkeit drehfest verbundenen Unwuchtwellen 5 und 6 sind durch Hydromotoren 40 und 42 antreibbar, wobei neben der hier gezeigten Serienschaltung auch eine Par­ allelschaltung der Motoren in Frage kommt.

In einem mittels Schrauben 50 am Vibratorgehäuse 1 befestigten Zusatzge­ häuse 61 ist in Lagern 52/53 rotierbar gelagert ein Überlagerungsgetriebe 55 vorgesehen, mit einem mit dem Zahnrad 25 des einen Zahnradstranges kämmenden Eingangs-Zahnrad 56 und mit einem mit dem Zahnrad 22 des anderen Zahnradstranges kämmenden Ausgangs-Zahnrad 57.

Durch einen im Überlagerungsgetriebe 55 untergebrachten, über Dreh­ durchführungen 58 und 59 zweiseitig mit einem Druckfluid beaufschlagba­ ren Hydraulikkolben mit zwei mechanischen Stellungs-Endanschlägen sind in einer dem Fachmann bekannten Weise die Zahnräder 56 und 57 in ihrer relativen Winkellage auch während der Drehung des Überlagerungsgetrie­ bes verstellbar. Mit der Relativ-Verstellung der Zahnräder 56 und 57 ist gleichzeitig das resultierende Fliehmoment M_Res proportional mit verstell­ bar.

Am Teil-Unwuchtkörper 8 ist eine Nase 63 angebracht, gegen welche in ei­ ner Stellung, bei welcher das resultierende Fliehmoment minimal ist, der vordere Teil eines in das Zahnrad 22 eingepreßten Anschlagbolzens 65 an­ schlägt und somit eine weitere Veränderung des Relativ-Stellwinkels β verhindert. Diese Anschlag-Funktion ist nur alternativ vorgesehen und kann entfallen, oder auch ersetzt werden durch den Stellungs-Endanschlag des in dem Überlagerungsgetriebe 55 enthaltenen Hydraulikkolbens. Die vorgesehene Anschlag-Funktion weist auch daraufhin, daß die der Erzeu­ gung der Fliehkraft dienende Rotation der Teil-Unwuchtkörper gleichsinnig ist.

Für die beiden anschließend zu beschreibenden, möglichen Betriebsweisen gilt das Folgende gemeinsam: Wie bereits beschrieben, sieht die Erfindung die Möglichkeit der Einstellung eines Restfliehmomentes M_R,M vor, mit Hilfe dessen eine ausreichend große Mindest-Radialkraft F_R,M erzeugt werden kann. Der Relativ-Stellwinkel β (z. B. β = 0°), bei welchem das Restfliehmo­ ment M_R,M eingestellt ist, wird durch Herbeiführung eines "Minimalstel­ lungs-Anschlages" hergestellt.

Für beide Betriebsweisen kann der Minimalstellungs-Anschlag ein mechani­ scher Festanschlag sein, wie zuvor beschrieben. Alternativ kann bei bei­ den Betriebsweisen der Minimalstellungs-Anschlag aber auch durch einen mit dem Stell-Aktuator bzw. mit den Stell-Aktuatoren durchgeführten Posi­ tioniervorgang herbeigeführt werden. Bei Benutzung einer Verstelleinrich­ tung unter Mitwirkung des Überlagerungsgetriebes 55 ist dafür vorgese­ hen, daß der im Überlagerungsgetriebe vorhandene Hydraulikkolben außer in den Endstellungen noch in einer dritten vorbestimmten Position ange­ halten werden kann, was z. B. durch den Einsatz zweier Kolben bewerkstel­ ligt werden kann.

Betriebsweise 1

Der Antrieb zur Rotation der Teil-Unwuchtkörper erfolgt durch eine geeignete, dem Fachmann bekannte hydraulische Beaufschla­ gung der beiden Hydraulikmotoren 40 und 42, die z. B. auch - wie in der Zeichnung dargestellt - hintereinander geschaltet sein können. Die in den Hydraulikmotoren umgesetzten Leistungen decken dabei den Bedarf der vom Rammvibrator abzugebenden Nutzleistung, wie auch den Bedarf für alle auftretenden Verlustleistungen.

Eine Veränderung des resultierenden Fliehmomentes geschieht dadurch, daß durch unterschiedliche zweiseitige Beaufschlagung des im Überlage­ rungsgetriebe 55 enthaltenen Hydraulikkolbens dieser in unterschiedliche Stellungen bewegt und damit die Zahnräder 56 und 57 in eine unter­ schiedliche relative Winkelstellung gebracht werden. Zum Anfahren einer Kolben-Endstellung oder des Anschlages 63/65 genügt es auch, den Hydraulikkolben nur über eine der Drehdurchführungen 58 oder 59 zu be­ aufschlagen.

Betriebsweise 2

Bei dieser Betriebsweise wird das Überlagerungsgetriebe 55 nicht benötigt und es wird als entfernt angenommen, indem man sich das gesamte Zusatzgehäuse 61 als von dem Vibratorgehäuse 1 entfernt vorstellt.

Auch bei der Betriebsweise 2 übernehmen die Hydraulikmotoren 40 und 42 die Abdeckung der Anforderungen des Vibrators bezüglich Nutzleistung und Verlustleistung. Während bei der Betriebsweise 1 die am Zahnrad 25 abgreifbare Scheinleistung der einen Unwuchtkörpergruppe über das Überlagerungsgetriebe 55 geleitet wurde und über dessen Zahnrad 57 der anderen Unwuchtkörpergruppe (mit umgekehrtem Vorzeichen für die Rich­ tung des Drehmomentes) wieder zugeführt wurde, müssen die bei der Ein­ stellung eines Relativ- Stellwinkels 0°< β< 180° auftretenden Scheinleistungen beider Unwuchtkörpergruppen von den Hydromotoren 40 und 42 noch zu­ sätzlich aufgebracht werden. So muß der Hydromotor 40 bzw. der Hydro­ motor 42 zusätzlich noch die Scheinleistung für die den Zahnrädern 22/23/24 bzw. 25/26/27 zugeordneten Teil-Unwuchtkörper mit aufbringen.

Die Veränderung des Relativ-Stellwinkels β bzw. die Veränderung des re­ sultierenden Fliehmomentes M_Res erfolgt in der Betriebsweise 2 dadurch, daß in einer dem Fachmann bekannten Art die Drehwinkel der beiden Hy­ dromotoren auch während der Betriebs-Rotation der Unwuchtwellen nach vorgegebenen Werten für die Relativlage beider Drehwinkel geregelt oder gesteuert werden.

Bei der gezeigten Hintereinanderschaltung der Motoren kann die Beeinflus­ sung der Relativlage sehr einfach dadurch vorgenommen werden, daß man in der zwischen beiden Motoren liegenden Druckleitung durch einen Ein­ griff von außen (symbolisiert durch den Pfeil 80) den Druck beeinflußt.

Die Herstellung eines Minimalstellungs-Anschlages kann auch hier durch Benutzung des mechanischen Anschlages 63/65 geschehen. Dies empfiehlt sich vor allem auch dann, wenn mit den gleichen (oder vergleichbaren) Anschlagorganen gleichzeitig auch ein Anschlag zur Begrenzung des für das maximale resultierende Fliehmoment M_Res,max zuständigen Relativ- Stellwinkels β_max realisiert werden kann.

Claims (11)

1. Rammvibrator mit einem auf um eine mittlere und zwei äußere Achsen rotierende Teil-Unwuchtkörper derart verteilten maximalen Fliehmoment M, daß ein Anteil von M/2 auf die mittlere Achse und ein Anteil von je M/4 auf je eine äußere Achse entfällt, welche Teil-Unwuchtkörper entspre­ chende Teil-Fliehmomente verkörpern, und von welchen Rotationsachsen wenigstens zwei eine zur Schwingrichtung parallele Ebene definieren, ge­ kennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,

• - Das gesamte maximale Fliehmoment M ist auf zwei Unwuchtkörpergruppen verteilt,
• - Die Gesamt-Fliehmomente M_G,1 bzw. M_G,2 jeder Unwuchtkörpergruppe sind mit die drei Teil-Fliehmomente verkörpernden drei Teil-Unwuchtkör­ pern auf drei Achsen verteilt, wobei die Teil-Unwuchtkörper einer Un­ wuchtkörpergruppe bezüglich ihres Drehwinkels mittels wenigstens je ei­ nes Zahnradstranges pro Unwuchtkörpergruppe zwangssynchronisiert sind,
• - die Teil-Fliehmomente einer Rotationsachse unterschiedlicher Gruppen­ zugehörigkeit sind bezüglich ihrer Drehpunkte koaxial auf der Achse an­ geordnet,
• - wenigstens bei der mittleren Achse sind die Teil-Unwuchtkörper auf der Achse derart aufgeteilt, daß der Teil-Unwuchtkörper der einen Unwucht­ körpergruppe in zwei Teil-Teilunwuchtkörper aufgeteilt ist, welche mit ei­ nem dazwischen liegenden Zwischenraum koaxial angeordnet sind, wobei in dem Zwischenraum der andere Teil-Unwuchtkörper der anderen Unwucht­ körpergruppe koaxial untergebracht ist, und wobei die beiden Teil-Teilun­ wuchtkörper einerseits und der andere Teil-Unwuchtkörper andererseits relativ zueinander verdrehbar sind.
• - beide Unwuchtkörpergruppen weisen die gleiche Rotier-Richtung auf,
• - die zwecks Veränderung des resultierenden Fliehmomentes M_Res aller Teil-Fliehmomente durchführbare Verstellung des Relativ-Stellwinkels β ist dadurch bewirkt, daß die koaxial angeordneten Zahnräder der Zahnrads­ träge zweier unterschiedlicher Unwuchtkörpergruppen mit einem Verdreh­ winkel relativ zueinander verstellt sind.

2. Rammvibrator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,

• - wenigstens bei der mittleren Achse sind die die Fliehkräfte der Teil-Un­ wuchtkörper auf das Vibratorgehäuse übertragen den Lager Rollen-Wälzla­ ger,
• - wenigstens beim Erreichen eines Minimalstellungs-Anschlages ist wenig­ stens für die Lager der mittleren Achse eine auf die Lager wirkende Min­ dest-Radialkraft F_R,M erzeugt, und zwar entweder durch die Fliehkraft ei­ nes Rest-Fliehmomentes M_Res,An, < 0, oder durch eine radial über ein Hilfslager auf die Lagerwelle aufgebrachte Hilfskraft,
• - der Minimalstellungs-Anschlag ist entweder durch mechanische Anschlag­ kräfte innerhalb der Verstelleinrichtung für die Verstellung des Relativ- Stellwinkels β oder zwischen zwei gemeinsam auf einer der Achsen rotie­ renden Bauteilen herbeigeführt oder durch von hydraulischen Drücken bei hydraulischen Positioniervorgängen erzeugten Kräften herbeigeführt.

3. Rammvibrator nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalstellungs-Anschlag durch einen hydrauli­ schen Positioniervorgang eines Hydraulikzylinders einer Verstelleinrichtung an einer zwischen zwei Kolben-Endstellungen liegenden vorbestimmten dritten Position herbeigeführt ist.

4. Rammvibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verstellung des Relativ-Stellwinkels β bewirkt ist durch ein Überlagerungsgetriebe, dessen Eingang mit einem Zahnradstrang der einen Unwuchtkörpergruppe und dessen Ausgang mit einem Zahnradstrang der anderen Unwuchtkörpergruppe drehmomentübertragend verbunden ist.

5. Rammvibrator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstellung des Relativ-Stellwinkels β bewirkt ist durch wenigstens zwei hydraulische Stell- und Antriebsmotoren, deren einer Mo­ torrotor mit einem Zahnradstrang der einen Unwuchtkörpergruppe und de­ ren anderer Motorrotor mit einem Zahnradstrang der anderen Unwuchtkör­ pergruppe drehmomentübertragend verbunden ist.

6. Rammvibrator nach Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Minimalstellungs-Anschlag durch einen hydraulischen Positioniervorgang unter Mitwirkung zweier mit ihren Roto­ ren stets mitumlaufenden Stell- und Antriebsmotoren herbeigeführt ist.

7. Rammvibrator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das bei Erreichen des Minimalstellungs-Anschlages eingestellte Rest-Fliehmoment M_Res,An ca. 5% oder mehr des maximal vorhandenen Fliehmomentes M beträgt.

8. Rammvibrator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die im Leerlauf des Rammvibrators bei Erreichen des Minimalstel­ lungs-Anschlages sich einstellende Rest-Schwingamplitude ca. 5% oder mehr der bei gleicher dynamischer Masse bei eingestelltem maximalen Fliehmo­ ment M sich einstellenden Schwingamplitude beträgt.

9. Rammvibrator nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das bei Erreichen des Minimalstellungs-Anschlages vorhandene Rest-Fliehmoment M_Res,An in Abhängigkeit von der dabei gefahrenen Dreh­ zahl der Unwuchtkörper eingestellt ist.

10. Rammvibrator nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens an der mittleren Achse das Rest-Fliehmoment M_Res,An dadurch erzeugt ist, daß das Teil-Fliehmoment der einen Un­ wuchtkörpergruppe größer ist als das Teil-Fliehmoment der anderen Un­ wuchtkörpergruppe.

11. Rammvibrator nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gesamt-Fliehmoment M_G,1 und M_G,2 beider Unwuchtkörpergruppen zur Hälfte auf die Teil-Unwuchtkörper der mittle­ ren Achse und zu je einem Viertel auf die äußeren Achsen aufgeteilt ist.