WO2009100543A1 - Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren unwuchten - Google Patents

Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren unwuchten Download PDF

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Ulrich Abdreas Ammann
Kuno Kaufmann
Roland Anderegg
Jochen Hörster
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Ammann Schweiz AG
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Ammann Schweiz AG
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/161—Adjustable systems, i.e. where amplitude or direction of frequency of vibration can be varied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B06B1/167—Orbital vibrators having masses being driven by planetary gearings, rotating cranks or the like

Definitions

  • the invention relates to an unbalance exciter with one or more rotatable imbalances, a machine comprising the unbalance exciter and a method for operating the machine according to the preambles of the independent claims.
  • Unbalance exciters with rotatable imbalances serve to generate time-varying excitation forces and are used in many areas of technology, for example in vibration conveyors, in vibrating screens, in compactors such as vibratory plates and vibratory rollers, in vibratory rams and in vibratory boring and milling machines.
  • the monofrequency imbalance exciters known today, in which all imbalances rotate at the same speed, can basically be classified according to the excitation principle in the circular oscillator and the directional oscillator.
  • Monofrequency circular oscillators produce an exciter force which is temporally variable only with regard to their direction.
  • Monofrequency directional oscillators generate an exciter force, the amount of which changes with time along with its effective direction, such that seen over a full rotation of the imbalance masses two excitation force maxima are formed with opposite directions of action. While the circular oscillator manages with a rotating imbalance mass, the rocker requires system - induced at least two counter - rotating imbalance masses. Since such unbalance exciters generate the same amount of excitation force components in opposite directions of action in each case, the maximum compaction or ramming force that can be provided with them when used in compactors and rams is Limits 2 to 3 times the weight of the machine, depending on whether you need to work in a load operation mode or if operation with temporary lifting of the tool from the work surface is permitted or desired.
  • bifrequente unbalance exciters are known in which the time-varying excitation force is generated by superimposing the excitation force of a rotating at a basic speed first imbalance mass with the excitation force of a phase in phase with twice the speed rotating second imbalance mass. These unbalance exciters generate an exciter force with a single maximum force in a particular direction.
  • a first aspect of the invention relates to an unbalance exciter with one or more roughness usable unbalanced masses for generating a multi-frequency time-varying excitation force.
  • a single imbalance mass it performs several superimposed rotations, which may be rotationally rectified or rotationally opposite, for example.
  • these preferably each perform a single rotation, it being provided that identical and / or opposite rotational directions are used.
  • the excitation force is generated by the superposition of a basic exciter force, which is time-variable with a fundamental frequency, with one or more additional excitation forces which are time-variable with additional frequencies greater than the fundamental frequency.
  • the unbalance exciter is designed such that the phase Läge between the time-varying basic excitation force and at least one of the time-varying auxiliary excitation forces is adjustable, preferably continuously.
  • the inventive multi-frequency unbalance exciters in compactors for soft or highly elastoplastic substrates, such as, for example, Soil and asphalt, by a targeted adjustment of the phase angle between the basic excitation force and the additional excitation forces or depending on the substrate to be compacted, a significant increase in the compaction performance compared to the corresponding compaction equipment can be achieved with today known unbalance exciters. Accordingly, the invention allows for the same compaction performance a significant reduction in the required machine weight, which in turn favors the construction of cheaper and more efficient compactors and makes a reduction in the drive power possible.
  • the phase position between the basic exciter force and at least one of the additional exciter forces during operation can be set, so that a running Adaptation to the respective soil conditions for the purpose of optimizing the compaction performance is possible without the operation having to be interrupted for this purpose.
  • At least one of the additional excitation forces having a supplementary frequency corresponding to an integer multiple of the fundamental frequency is time-variable, preferably with a frequency corresponding to twice the fundamental frequency. It has been shown that at integer frequency ratios the greatest performance gains are possible.
  • the unbalance exciter comprises separate imbalance masses for generating the basic excitation force and the additional exciter forces, which each perform separate rotational movements.
  • Such solutions are based on relatively simple and proven design principles and can also be retrofitted to existing multi-wave unbalance exciters.
  • this has to generate the basic exciter force and at least one of the additional excitation forces on a common imbalance mass, which performs at least two superimposed rotational movements.
  • the unbalance exciter has a counterweight, which reduces the imbalance generated by the imbalance mass in the rotation with the fundamental frequency and thus reduces the basic exciter force. This makes it possible to influence the relationship between the basic exciter force and the or the additional excitation forces by structural measures in many areas.
  • the fundamental frequency and / or the additional frequencies are preferably infinitely adjustable, preferably during operation. Usually their ratio to each other is fixed, ie that a change in the fundamental frequency automatically leads to a corresponding change in the additional frequencies, as is the case with a forced coupling via gears. However, it is also intended to allow variable frequency ratios for specific applications.
  • the amplitude of the basic exciter force and / or the amplitude of one or more of the additional excitation forces are preferably infinitely adjustable, and to advantage during operation.
  • the amplitudes are adjustable independently of the respective excitation frequency, for example by changing the center of gravity distance of the respective imbalance mass from the center of rotation, or by superimposing equally fast and uniformly rotating imbalances.
  • a second aspect of the invention relates to a machine comprising an unbalance exciter according to the first aspect of the invention and a tool for acting on a work surface coupled to the unbalance exciter for vibrational excitation.
  • the machine is preferably a vibration-activated drilling machine, road milling machine or tunneling machine, a vibrating ram or a soil compaction machine, in particular a vibrating plate or a vibrating roller.
  • the machine comprises means for determining the vibration response of the tool to the vibration excitation of the unbalance exciter during normal operation of the machine.
  • Such means typically include acceleration sensors and a computerized computing unit which evaluates the signals provided by the sensors.
  • Means for determining the course of the working surface reaction force during normal operation of the machine which results from a superimposition of the resulting from the vibration response of the tool and its oscillating massratiskraftsverlaufs the tool with the exciter force profile of the exciter and the static weight of the machine.
  • the working surface reaction force is also referred to as the soil reaction force.
  • Such means for determining the progression of the work surface reaction force typically comprise acceleration sensors, positional sensors for rotating imbalances and a computer-aided processing unit which evaluates the signals supplied by the sensors.
  • the machine additionally comprises a machine control, by means of which the phase position between the basic excitation force and the at least one additional excitation force is automatically and preferably continuously adjustable during operation such that a vibration response of the tool or a progression of the working surface reaction force results at which or which the quotient of the maximum amplitude of the vibration response in the tool working direction and the maximum amplitude of the vibration response in the direction opposite to the tool working direction or the quotient of the maximum force of the course of the working surface reaction force in the tool working direction and the maximum force of the course of Work surface reaction force in the direction opposite to the Malawiarbeitsraum for given frequencies and amplitudes of the basic and additional excitation forces is maximum.
  • a machine control by means of which the phase position between the basic excitation force and the at least one additional excitation force is automatically and preferably continuously adjustable during operation such that a vibration response of the tool or a progression of the working surface reaction force results at which or which the quotient of the maximum amplitude of the vibration response in the tool working direction and the maximum amplitude of the
  • the machine comprises a machine control, by means of which the phase position, the frequency and / or the amplitude of the basic exciter force and / or one or more of the additional exciter forces are automatically and preferably continuously adjustable during operation such that a vibration response of the tool or a progression of the work surface reaction force, at or the maximum amplitude of the vibration response in a direction opposite to the pressing of the tool on the working surface or the maximum force of the surface reaction force curve in a direction opposite to the pressing direction of the tool the work surface does not exceed a certain maximum value to prevent temporary loss of contact between the tool and the work surface during normal operation.
  • This is particularly important for vibratory rollers for the compaction of asphalt, which must be operated in on-load operation, since a temporary lifting of the roller from the asphalt surface to be compacted would lead to poor surface quality (chatter marks), which should be avoided.
  • the machine also has means for, in particular, continuous determination of the resonant frequency of the machine-tool-work surface system during normal operation.
  • These means typically comprise acceleration sensors, sensors for position detection of the pathogen (s) and a computer-aided processing unit which evaluates the signals supplied by the sensors and are preferably together with means for determining the vibration response of the tool and / or for determining the course of the working surface. Reaction formed.
  • the machine further comprises a machine control with which the fundamental frequency is automatically and preferably continuously adjustable during operation to a frequency slightly above the determined resonant frequency, preferably to a frequency in the range between 105% and 130%. , More preferably between 110% and 120% of the determined resonant frequency.
  • a machine control with which the fundamental frequency is automatically and preferably continuously adjustable during operation to a frequency slightly above the determined resonant frequency, preferably to a frequency in the range between 105% and 130%. , More preferably between 110% and 120% of the determined resonant frequency.
  • a third aspect of the invention relates to a method of operating the machine according to the second aspect of the invention.
  • the machine is operated in such a way that with the unbalance exciter to Vibrations excited tool acts as intended on a work surface, so performs a work as intended.
  • the vibration response of the tool to the vibration excitation of the unbalance exciter and / or the course of the working surface reaction force is determined and this or compared with a desired target vibration response or a desired target working surface reaction force profile. How the vibration response or the working surface reaction force profile can be determined by measurement is known to the person skilled in the art and therefore need not be explained in more detail here.
  • the phase position between the time-varying basic excitation force and at least one of the time-varying additional excitation forces for changing the total excitation force and thus the vibration excitation is set such that a vibration response of the tool or a progression of the working surface reaction force results, which or which an improved and preferably the greatest possible match the desired vibration response or the target work surface reaction force curve has. In this way, an optimization of the movement of the tool or the force exerted by the tool on the work surface and thus the performance of the machine is achieved.
  • the phase position between the time-varying basic excitation force and at least one of the time-varying additional excitation forces is set or changed during operation of the machine, which enables a continuous operation and preferably as an automated control intervention with a new comparison of the resulting vibration response or the resulting course of the work surface reaction force with the desired vibration response or the SoIl work surface reaction force course is carried out.
  • the phase position is adjusted such that a vibration response of the tool or a work surface reaction force curve results, at which or which the quotient of the maximum amplitude of the vibration response of the tool in the tool working direction and the maximum amplitude of the vibration response of the tool in the direction opposite to the tool working direction or the quotient of the maximum force of the working surface reaction force course in the tool working direction and the maximum force of the working surface reaction force course in the direction counter to the tool working direction for given frequencies and amplitudes of the basic and additional exciter forces.
  • the phase position, the frequency and / or the amplitude of the basic excitation force and / or one or more of the additional exciter forces are preferably set independently of one another such that a vibration response of the tool or a progression of the working surface Reaction force at which the maximum amplitude of the vibration response of the tool in a direction opposite to the pressing direction of the tool on the working surface or the maximum force of the working surface reaction force curve in a direction opposite to the pressing of the tool to the working surface does not exceed a certain maximum value, to prevent temporary loss of contact between the tool and the work surface during normal operation.
  • This is, as already mentioned, particularly important for vibratory rollers for the compaction of asphalt, since they must be operated in on-load operation to a temporary Lifting of the roll from the asphalt surface to be compacted safely prevented.
  • the resonant frequency of the machine-tool-work surface system is determined continuously during the intended operation and the fundamental frequency is in particular adjusted continuously to a frequency slightly above the determined resonant frequency, preferably to a frequency typically in the range between 105 % and 130%, preferably between 110% and 120% of the determined
  • the fundamental frequency can be kept selectively in a range slightly above the resonance frequency, which allows a further performance optimization.
  • the determination of the oscillation response and / or the working surface reaction force course and optionally the resonance frequency, the comparison with a desired target oscillation response and / or a target working surface reaction force and the method Adjusting the phase position and optionally the frequency and / or amplitude carried out automatically by means of a machine control, preferably continuously during operation of the machine. This can be ensured at any time operation with optimal operating parameters.
  • FIGS. 1 and 2 show two basic design principles for unbalance exciters according to the invention; 3 shows a perspective basic representation of an imbalance exciter according to the design principle shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a side view of a vibration roller according to the invention
  • 5 shows a perspective top view of the imbalance exciter according to the invention of the vibrating roller from FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through the unbalance exciter from FIG. 5; 7 is a schematic diagram of the phase adjustment of the unbalance exciter from FIGS. 5 and 6; Figures 8a to 8d, the position of the rotating imbalances and the course of the excitation force of the unbalance exciter, the vibration response of the rollers and the course of the floor reaction force in vibration response-optimized operation of the trench roller of Fig. 4; FIGS. 9a to 9d show the phase position of the rotating imbalances and the progression of the exciter force of the imbalance exciter, the oscillation response of the rollers and the profile of the floor reaction force in a soil reaction force optimized operation of the trench roller of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective plan view of an inventive unbalance exciter according to the schematic diagram in FIG. 3;
  • FIGS. 11a and 11b show the position of the imbalance mass of the imbalance exciter from FIG. 10 in different angular positions of the basic rotation in two different phase positions;
  • FIG. 12 is a plan view of the lower part of a vibrating plate equipped with two unbalance exciters according to FIG. 10; FIG. and
  • FIG. 1 Two basic design principles for inventive unbalance exciters are shown in Figures 1 and 2 in a perspective view.
  • the operating principle shown in FIG. 1 is based on the use of two rotating shafts 1, 2 which each carry an imbalance weight 3 and are synchronized about parallel axes of rotation r 1, r 2, eg via a toothed gearing or a toothed belt 4, with different rotational speeds f 1, be driven f2.
  • the phase position between the two rotating shafts 1, 2 is adjustable, for example via a differential gear fifth
  • the operating principle shown in FIG. 2 is based on the use of a single guided mass 3, which performs two superimposed rotations.
  • the mass 3 is at a first speed fl spaced around a first axis of rotation rl rotated, while at the same time with a second speed f2, which is greater than the first speed fl and is synchronized with this, is rotated about a second axis of rotation r2, which in turn rotated at the first speed fl and at a fixed distance about the first axis of rotation rl. Due to the second superimposed rotation, the distance of the mass 3 to the first axis of rotation rl changes continuously.
  • FIG. 3 shows a perspective basic representation of a further developed unbalance exciter according to the construction principle shown in FIG. 2.
  • the unbalance exciter comprises a crankshaft-type main body 8, which is rotatably mounted about two end-mounted bearing pins 10 about a first axis of rotation r 1 and connected to a drive motor 9. is that with which he is drivable with a first speed fl.
  • the crank pin is formed by a shaft 11 which carries an imbalance weight 3.
  • the shaft 11 is rotatably supported at its ends about a second axis of rotation r2. At one end, the shaft 11 has a projection with a pinion 6, which runs on the outer circumference of a fixed and concentric with the rotation axis rl of the main body 8 gear 7.
  • FIG. 4 shows a side view of a trench roller according to the invention with an unbalance exciter according to the invention, which implements the construction principle according to FIG.
  • the trench roller consists of an undercarriage 14 with the rollers 15 and the unbalance exciter 16 and an uppercarriage 17 with the drive motor (not shown), which is isolated in vibration with respect to the undercarriage.
  • FIG. 5 shows a perspective top view of the unbalance exciter according to the invention of the trench roller from FIG. 4.
  • the unbalance exciter 16 has two imbalance shafts (not visible) arranged one above the other, which because they are rotated around their own rotation axes rl, r2.
  • a hydraulic motor 9 is arranged, with which the lower imbalance shaft with the fundamental frequency fl can be rotated about the rotation axis rl.
  • FIG. 5 is shown in FIG.
  • Fig. 7 shows the principle of the toothed belt coupling between the two unbalanced shafts 1, 2 greatly simplified
  • the phase position of the rotations fl, f2 of the two shafts 1, 2 to each other can be adjusted by an arrangement of two Auxiliary pulleys 28a, 28b, whose bearings are connected to each other via a bridge 29, in a direction V transversely to a straight line through the centers of rotation of the lower 18 and the upper toothed belt pulley 19 by means of a drive, for example a hydraulic cylinder 13, is moved.
  • a drive for example a hydraulic cylinder 13
  • the ratio of the free timing belt length between the upper and lower timing pulleys 18, 19 on the load side changes to the free timing belt length between the lower and upper timing pulleys 18, 19 on the load-free side (side on which the auxiliary pulley 28a engages the toothed belt 4), so that the lower and the upper pulley 18, 19 and thus the unbalanced shafts 1, 2 are rotated relative to each other.
  • additional pulleys 30 are provided here, which also can serve as tension rollers.
  • the bridge 29 as a tensioning element, which in operation additionally forces the two auxiliary belt disks away from one another and against the toothed belt 4 with a certain prestressing force.
  • FIG. 8 a shows the upper and lower unbalance shafts of the unbalance exciter from FIGS. 5 and 6 during rotation with a first phase position relative to one another.
  • the imbalance masses of the two unbalanced shafts 1, 2 in the illustrated situation have a twist angle ⁇ of 105 ° with respect to one another.
  • the unbalanced shafts 1, 2 generate the exciting force profiles shown in FIG. 8b (exciter force Ferr in kN over the time t shown), which together result in the total exciter force curve (not shown).
  • the vibrational response of the rollers resulting from this unbalance exciter on sandy soil is shown in FIG. 4c and the resulting course of the ground reaction force (floor reaction force Frea in kN over time t) in Fig. 8d.
  • FIGS. 9a to 9d show illustrations such as FIGS. 8a to 8d, with the difference that here there is a second phase position of the imbalance shafts, in which the imbalance masses of the two imbalance shafts 1, 2 have a twist angle ⁇ of only 15 ° to one another in the illustrated situation.
  • FIG. 9b shows the courses of the excitation forces Ferr, so that a different total excitation force curve (not shown) results.
  • a vibrational response of the rollers 15 results in this phase position on sandy ground, in which vibration amplitude maxima result practically equally in the working direction of the rollers as well as in opposite directions, while a floor reaction force curve occurs in which the Ratio of the maximum force of the course of the floor reaction force in the working direction to the maximum force of the course of the floor reaction force in the direction opposite to the working direction is maximum.
  • This is therefore a soil reaction force optimized operation of the trench roller.
  • FIG. 10 shows a perspective plan view of an unbalance exciter according to the invention, which implements the construction principle according to FIG. 2 in the conception according to FIG. 3.
  • the main body 8 has two circular disks 20, which can be rotated around its center around a first axis of rotation r 1.
  • the bearings are not visible here.
  • the discs 20 each form a bearing point 21, on each of which one of the ends of an imbalance shaft consisting of a shaft 11 and an imbalance mass 3 is rotatably mounted about a second axis of rotation r 2.
  • the discs 20 counterweights 31 which reduce the imbalance generated by the imbalance masses 3 during rotation with the fundamental frequency around the first axis of rotation rl and thereby deliberately reduce the Grunderregerkraft such that under normal operation, a certain ratio between the basic excitation force and the additional excitation force is present ,
  • the shaft 11 has a pinion 6, which runs on the outer periphery of a stationary during operation, with the rotation axis rl of the main body 8 and with the center of the discs 20 concentric gear 7.
  • the shaft 11 with the imbalance mass 3 attached thereto is rotated at a fixed distance about the axis of rotation r1.
  • the shaft 11 is rotated about the second axis of rotation r2.
  • the shaft 11 rotates here at a speed f2, which corresponds to twice the drive speed fl.
  • FIG. IIa and IIb show schematically the position of the unbalanced mass of the unbalance exciter of Figure 8 in different angular positions with respect to the basic rotation at two different phase positions, wherein Fig. IIa shows a first phase position and Fig. IIb shows a second, compared to the first rotated by 45 ° phasing.
  • the imbalance weight 3 in each case performs a rotation of 180 ° around the second rotation axis r2 at a basic rotation of the exciter of 90 ° around the first rotation axis r1 and a resulting total rotation of 270 °.
  • FIG. 12 shows a schematic plan view of the lower part of a vibrating plate equipped with two unbalance exciters 16 according to FIG. 10.
  • the upper part with the drive motor is not shown.
  • the housing 27 of the exciter assembly is rigidly connected to the work plate 26 of the vibrating plate.
  • the discs 20 of the unbalance exciter 16 are rotatably mounted about the first axis of rotation rl and each unbalance exciter 16 via a central sleeve 22 torsionally rigidly interconnected.
  • One of the two sleeves 22 is penetrated by an axle (not shown), which carries the gear 7 and connects it with an external gear 24.
  • the unbalanced masses 3 of both unbalance exciters 16 are carried by a common shaft 11, which carries the pinion 6 at a central position, which runs on rotation of the unbalance exciter 16 on the circumference of the gear 7.
  • the drive of the unbalance exciter 16 via a pulley 23 and on the other hand, the rotation of the gear 7 for the purpose of adjusting the phase position via a rack 25 which engages the gear 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Road Paving Machines (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Unwuchterreger (16) zur Erzeugung einer bifrequenten zeitveränderlichen Erregerkraft. Die Erregerkraft wird durch die Überlagerung einer Grunderregerkraft, welche mit einer Grundfrequenz (f1) zeitveränderlich ist, mit einer Zusatzerregerkraft (f2), welche mit der doppelten Grundfrequenz zeitveränderlich ist, erzeugt. Dabei ist der Unwuchterreger (16) derartig ausgebildet, dass die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der Zusatzerregerkraft einstellbar ist. Es hat sich gezeigt, dass mit derartigen Unwuchterregern bei Verdichtungsgeräten für weiche bzw. stark elastoplastische Untergründe, wie z.B. Erdboden und Asphalt, eine erhebliche Steigerung der Verdichtungsleistung gegenüber entsprechenden Verdichtungsgeräten mit heute bekannten Unwuchterregern erzielt werden kann. Dies ermöglicht bei gleicher Verdichtungsleistung eine deutliche Reduzierung des Maschinengewichts.

Description

UNWUCHTERREGER MIT EINER ODER MEHREREN ROTIERBAREN UNWUCHTEN
TECHNISCHES GEBIET Die Erfindung betrifft einen Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren Unwuchten, eine Maschine umfassend den Unwuchterreger sowie ein Verfahren zum Betrieb der Maschine gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche .
STAND DER TECHNIK
Unwuchterreger mit rotierbaren Unwuchten dienen der Erzeugung zeitveränderlicher Erregerkräfte und kommen in vielen Bereichen der Technik zum Einsatz, z.B. in Vibrationsförderern, in Schwingsiebmaschinen, in Verdichtungsgeräten wie Rüttelplatten und Vibrationswa.lzen, in Vibrationsrammen und in vibrationserregten Bohr- und Fräsgeräten. Die heute bekannten monofrequenten Unwucht - erreger, bei denen sämtliche Unwuchten mit der gleichen Drehzahl rotieren, lassen sich grundsätzlich nach dem Erregerprinzip einteilen in Kreisschwinger und Richtschwinger. Monofrequente Kreisschwinger erzeugen eine Erregerkraft, welche ausschliesslich hinsichtlich ihrer Richtung zeitlich veränderlich ist. Monofrequente Richtschwinger erzeugen eine Erregerkraft, deren Betrag sich zusammen mit ihrer Wirkrichtung zeitlich verändert, derart, dass über eine volle Drehung der Unwuchtmassen gesehen zwei Erregerkraftmaxima mit entgegengesetzten Wirkrichtungen ausgebildet werden. Während der Kreisschwinger mit einer rotierenden Unwuchtmasse auskommt, benötigt der Rieht - schwinger systembedingt mindestens zwei gegenläufig rotierende Unwuchtmassen. Da solche Unwuchterreger jeweils in entgegen gesetzten Wirkrichtungen dem Betrag nach gleich grosse Erregerkraftkomponenten erzeugen, ist die mit ihnen beim Einsatz in Verdichtungsgeräten und Rammen bereitstellbare maximale Verdichtungs- bzw. Rammkraft auf das 2- bis 3 -Fache des Maschinengewichts begrenzt, je nachdem, ob im Auflastbetrieb gearbeitet werden muss oder ein Betrieb mit vorübergehendem Abheben des Werkzeugs von der Arbeitsfläche zulässig bzw. gewünscht ist.
Neben den weitverbreiteten monofrequenten Un- wuchterregern sind auch bifrequente Unwuchterreger bekannt, bei denen die zeitveränderliche Erregerkraft durch Überlagerung der Erregerkraft einer mit einer Grunddrehzahl rotierenden ersten Unwuchtmasse mit der Erregerkraft einer phasengleich mit der doppelten Drehzahl rotierenden zweiten Unwuchtmasse erzeugt wird. Diese Unwuchterreger erzeugen eine Erregerkraft mit einem einzigen Kraftmaximum in einer bestimmten Richtung.
In der Praxis haben sich derartige bifrequente Unwuchterreger in Vibrationsrammen für Spundwände be- währt, wo mit ihnen deutlich grossere Rammkräfte erzeugt werden können als mit vergleichbaren monofrequenten Unwuchterregern. Bei anderen Anwendungen hingegen, insbesondere bei Rüttelplatten und Vibrationswalzen zur Boden- und Asphaltverdichtung, konnten mit den bekannten bifre- quenten Unwuchterregern bisher nur geringe Verbesserungen der Verdichtungsleistung gegenüber monofrequent erregten Vedichtungsgeräten erzielt werden, weshalb im Lichte des deutlich höheren apparatetechnischen Aufwands auf einen Einsatz solcher Unwuchterreger in der Verdichtungstechnik bisher verzichtet wurde.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, einen Unwuchterreger und ein Betriebsverfahren zur Verfügung zu stellen, welche auch bei Verdichtungsgeräten für die Boden- oder Asphaltverdichtung eine deutliche Leistungssteigerung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Demgemäss betrifft ein erster Aspekt der Erfindung einen Unwuchterreger mit einer oder mehreren ro- tierbaren Unwuchtmassen zur Erzeugung einer mehrfrequen- ten zeitveränderlichen Erregerkraft. Bei einer einzigen Unwuchtmasse vollführt diese mehrere überlagerte Rotationen, welche z.B. rotatorisch gleichgerichtet oder rotatorisch entgegengesetzt sein können. Bei mehreren Un- wuchtmassen vollführen diese bevorzugterweise jeweils eine Einzelrotation, wobei es vorgesehen ist, dass gleiche und/oder entgegen gesetzte Rotationsrichtungen zum Einsatz kommen.
Die Erregerkraft wird durch die Überlagerung einer Grunderregerkraft, welche mit einer Grundfrequenz zeitveränderlich ist, mit einer oder mehreren Zusatzerregerkräften, welche mit Zusatzfrequenzen grösser als die Grundfrequenz zeitveränderlich sind, erzeugt. Dabei ist der Unwuchterreger derartig ausgebildet, dass die Phasen- läge zwischen der zeitveränderlichen Grunderregerkraft und zumindest einer der zeitveränderlichen Zusatzerregerkräfte einstellbar ist, bevorzugterweise stufenlos.
Es hat sich gezeigt, dass mit den erfindungs- gemässen mehrfrequenten Unwuchterregern bei Verdichtungs- geraten für weiche bzw. stark elastoplastische Untergründe, wie z.B. Erdboden und Asphalt, durch eine gezielte Einstellung der Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der oder den Zusatzerregerkräften in Abhängigkeit vom zu verdichtenden Untergrund eine erhebliche Steigerung der Verdichtungsleistung gegenüber entsprechenden Verdichtungsgeräten mit den heute bekannten Unwuchterregern erzielt werden kann. Entsprechend ermöglicht die Erfindung bei gleicher Verdichtungsleistung eine deutliche Reduzierung des erforderlichen Maschinengewichts, was wiederum den Bau kostengünstigerer und einsatzfähigerer Verdichtungsgeräte begünstigt und eine Verringerung der Antriebsleistung möglich macht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Unwuchterregers ist die Phasenlage zwischen der Grunderre- gerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte während dem Betrieb einstellbar, so dass eine laufende Anpassung an die jeweiligen Bodenverhältnisse zwecks Optimierung der Verdichtungsleistung möglich ist, ohne dass hierfür der Betrieb unterbrochen werden muss.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Unwuchterregers ist zumindest eine der Zusatzerreger- kräfte mit einer einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz entsprechenden Zusatzfrequenz zeitveränderlich, und zwar bevorzugterweise mit einer Frequenz entsprechend dem Zweifachen der Grundfrequenz. Es hat sich gezeigt, dass bei ganzzahligen Frequenzverhältnissen die grössten Leistungsgewinne möglich sind.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Unwuchterregers weist dieser zur Erzeugung der Grunderregerkraft und der Zusatzerregerkräfte separate Unwuchtmassen auf, welche jeweils separate Rotations- bewegungen vollführen. Derartige Lösungen basieren auf relativ einfachen und erprobten Konstruktionsprinzipien und können zudem auch bei existierenden Mehrwellen-Unwuchterregern nachgerüstet werden.
In einer alternativen Ausführungsform des Unwuchterregers weist dieser zur Erzeugung der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte eine gemeinsame Unwuchtmasse auf, welche zumindest zwei überlagerte Rotationsbewegungen vollführt. Eine derartige Konstruktionsweise weist als potentielle Vorteile eine kompakte Bauweise, eine einfache Phasenlagenverstellung und minimale Lagerdrehzahlen auf .
Dabei kann es bevorzugt sein, dass der Unwuchterreger ein Gegengewicht aufweist, welches die durch die Unwuchtmasse bei der Rotation mit der Grundfrequenz erzeugten Unwucht verringert und somit die Grunderregerkraft reduziert. Hierdurch ist es möglich, das Verhältnis zwischen der Grunderregerkraft und der oder den Zusatzerregerkräften durch bauliche Massnahmen in weiten Bereichen zu beeinflussen. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Unwuchterregers sind die Grundfrequenz und/- oder die Zusatzfrequenzen bevorzugterweise stufenlos einstellbar, bevorzugterweise während dem Betrieb. Üblicherweise ist deren Verhältnis zueinander fix, d.h. dass eine Veränderung der Grundfrequenz automatisch zu einer entsprechenden Veränderung der Zusatzfrequenzen führt, wie sich dies bei einer Zwangkopplung über Zahnräder ergibt . Es ist jedoch ebenso vorgesehen, für spezifische Anwendungen variable Frequenzverhältnisse zu ermöglichen. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Unwuchterregers sind die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder die Amplitude einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte bevorzugterweise stufenlos einstellbar, und zwar mit Vorteil während dem Be- trieb. Zudem ist es weiter bevorzugt, dass die Amplituden unabhängig von der jeweiligen Erregerfrequenz einstellbar sind, z.B. indem der Schwerpunktsabstand der jeweiligen Unwuchtmasse vom Rotationszentrum verändert wird oder durch Überlagerung gleich schnell und gleichsinning ro- tierender Unwuchten.
Durch diese Massnahmen wird eine weitere Optimierung der Verdichtungsleistung möglich, insbesondere fortlaufend und automatisiert während dem Betrieb.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Maschine umfassend einen Unwuchterreger gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung und ein mit dem Unwuchterreger zwecks Schwingungsanregung gekoppeltes Werkzeug zur Einwirkung auf eine Arbeitsfläche.
Bevorzugterweise handelt es sich bei der Ma- schine um eine vibrationsaktivierte Bohrmaschine, Stras- senfräse oder Tunnelfräse, eine Vibrationsramme oder eine Maschine zur Bodenverdichtung, insbesondere eine Vibrationsplatte oder eine Vibrationswalze. Bei solchen Maschinen treten die Vorteile der Erfindung besonders deut- lieh zu Tage. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Maschine Mittel zur Ermittelung der Schwingungsantwort des Werkzeugs auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers beim bestimmungsgemässen Betrieb der Maschine. Solche Mittel umfassen typischerweise Beschleuni- gungssensoren und eine computergestützte Recheneinheit, welche die von den Sensoren gelieferten Signale auswertet. Hierdurch wird es möglich, die Auswirkungen einer Veränderung der Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der mindestens einen Zusatzerregerkraft, welche zu einer Veränderung der resultierenden Gesamterregerkraft führt, auf die Schwingungsantwort des Werkzeugs, also auf dessen Bewegungsverlauf, objektiv zu beurteilen und so gezielt Einfluss auf diesen wichtigen Betriebsparameter durch gezieltes Verstellen der Phasenlage zu nehmen. Noch bevorzugter ist es, dass die Maschine
Mittel zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen- Reaktionskraft beim bestimmungsgemässen Betrieb der Maschine, welcher sich aus einer Überlagerung des aus der Schwingungsantwort des Werkzeugs und dessen schwingender Masse sich ergebenden Bewegungskraftverlaufs des Werkzeugs mit dem Erregerkraftverlauf des oder der Erreger und der statischen Gewichtskraft der Maschine ergibt. Bei Maschinen zur Bodenverdichtung wird die Arbeitsflächen- Reaktionskraft auch als Bodenreaktionskraft bezeichnet. Solche Mittel zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft umfassen typischerweise Be- schleunigungssensoren, Sensoren zur Positionserfassung der rotierenden Unwuchten und eine computergestützte Recheneinheit, welche die von den Sensoren gelieferten Signale auswertet. Hierdurch wird es möglich, die Auswirkungen einer Veränderung der Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der mindestens einen Zusatzerregerkraft, welche zu einer Veränderung der resultierenden Gesamterregerkraft führt, auf die vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche ausgeübte Kraft objektiv zu beurteilen und so eine Optimierung dieser Kraft und damit der Arbeits- leistung der Maschine durch gezieltes Verstellen der Phasenlage vorzunehmen.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Maschine zusätzlich eine Maschinensteuerung umfasst, mittels welcher die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und der mindestens einen Zusatzerregerkraft automatisch und bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb derart einstellbar ist, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Werk- zeugarbeitsrichtung und der maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Ma- schine jederzeit in einem guten Bereich oder im optimalen Bereich betrieben wird, d.h. immer eine relativ grosse bzw. die maximal mögliche Kraft vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche übertragen werden kann.
Weiter ist es von Vorteil, dass die Maschine eine Maschinensteuerung umfasst, mittels welcher die Phasenlage, die Frequenz und/oder die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte automatisch und bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb derartig einstellbar sind, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei der oder dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche oder die maximale Kraft des Arbeits- flächen-Reaktionskraftverlaufs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontaktverlusts zwischen dem Werkzeug und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb. Dies ist insbesondere bei Vibrationswalzen für die Verdichtung von Asphalt wichtig, welche im Auflastbe- trieb betrieben werden müssen, da ein zeitweilige Abheben der Walze von der zu verdichtenden Asphaltoberfläche zu einer schlechten Oberflächenqualität (Rattermarken) führen würde, was es zu vermeiden gilt.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführ- ungsform weist die Maschine zudem Mittel zur insbesondere fortlaufenden Ermittlung der Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb auf. Diese Mittel weisen typischerweise Beschleunigungssensoren, Sensoren zur Positionserfassung des oder der Erreger und eine computergestützte Recheneinheit auf, welche die von den Sensoren gelieferten Signale auswertet, und sind bevorzugterweise gemeinsam mit Mitteln zur Ermittlung der Schwingungsantwort des Werkzeugs und/oder zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktions- kraft ausgebildet.
Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die Maschine zudem eine Maschinensteuerung umfasst, mit welcher die Grundfrequenz automatisch und bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz einstellbar ist, und zwar bevorzugterweise auf eine Frequenz im Bereich zwischen 105% und 130%, noch bevorzugter zwischen 110% und 120% der ermittelten Resonanzfrequenz. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Grundfrequenz fortlau- fend in einem Bereich geringfügig oberhalb der Resonanzfrequenz gehalten werden kann, was eine weitere Leistungsoptimierung ermöglicht .
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb der Maschine gemäss dem zweiten As- pekt der Erfindung. Erfindungsgemäss wird die Maschine derartig betrieben, dass das mit dem Unwuchterreger zu Schwingungen angeregte Werkzeug bestimmungsgemäss auf eine Arbeitsfläche einwirkt, also eine bestimmungsgemässe Arbeit ausführt. Dabei wird die Schwingungsantwort des Werkzeugs auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers und/oder der Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ermittelt und diese bzw. dieser mit einer angestrebten Soll -Schwingungsantwort bzw. einem angestrebten Soll- Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf verglichen. Wie die Schwingungsantwort bzw. der Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf messtechnisch ermittelt werden kann, ist dem Fachmann bekannt und muss deshalb hier nicht genauer erläutert werden.
Weiter wird die Phasenlage zwischen der zeitveränderlichen Grunderregerkraft und zumindest einer der zeitveränderlichen Zusatzerregerkräfte zur Veränderung der Gesamterregerkraft und damit der Schwingungsanregung derart eingestellt, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, welche oder welcher eine verbesserte und bevorzugterweise grösstmögliche Übereinstimmung mit der Soll -Schwingungsantwort bzw. dem Soll-Arbeitsflächen-Re- aktionskraftverlauf aufweist. Auf diese Weise wird eine Optimierung der Bewegung des Werkzeugs bzw. der vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche ausgeübten Kraft und damit der Arbeitsleistung der Maschine erzielt. In einer bevorzugten Ausführungsform des er- findungsgemässen Verfahrens wird die Phasenlage zwischen der zeitveränderlichen Grunderregerkraft und zumindest einer der zeitveränderlichen Zusatzerregerkräfte während dem Betrieb der Maschine eingestellt bzw. verändert, was einen unterbruchsfreien Betrieb ermöglicht und bevorzugterweise als automatisierter Regeleingriff mit einem erneuten Vergleich der resultierenden Schwingungsantwort oder des resultierenden Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft mit der Soll -Schwingungsantwort bzw. dem SoIl- Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf erfolgt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Phasenlage derartig eingestellt, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Werkzeugarbeitsrichtung und der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeits- richtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in Werkzeugarbeits- richtung und der maximalen Kraft des Arbeitsflächen-Reak- tionskraftverlaufs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist . Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Maschine jederzeit in einem guten bzw. im optimalen Bereich betrieben wird, also immer eine relativ grosse bzw. die maximale Kraft vom Werkzeug auf die Arbeitsfläche übertragen wird.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Phasenlage, die Fre- quenz und/oder die Amplitude der Grunderregerkraft und/- oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte bevorzugterweise unabhängig voneinander derartig eingestellt, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei der oder dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche oder die maximale Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontakt- verlusts zwischen dem Werkzeug und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb. Dies ist, wie bereits erwähnt wurde, insbesondere bei Vibrationswalzen für die Verdichtung von Asphalt wichtig, da diese im Auflastbetrieb betrieben werden müssen, um ein zeitweiliges Abheben der Walze von der zu verdichtenden Asphaltoberfläche sicher zu verhindern.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungs- gemässen Betrieb insbesondere fortlaufend ermittelt und die Grundfrequenz insbesondere fortlaufend auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz eingestellt, bevorzugterweise auf eine Frequenz typischerweise im Bereich zwischen 105 % und 130 %, be- vorzugterweise zwischen 110 % und 120% der ermittelten
Resonanzfrequenz. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Grundfrequenz gezielt in einem Bereich geringfügig oberhalb der Resonanzfrequenz gehalten werden kann, was eine weitere Leistungsoptimierung ermöglicht. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Ermitteln der Schwingungsantwort und/oder des Arbeitsflächen-Reaktionskraft - Verlaufs und gegebenenfalls der Resonanzfrequenz, das Vergleichen mit einer angestrebten Soll-Schwingungsant- wort und/oder einem Soll -Arbeitsflächen-Reaktionskraft - verlauf und das Einstellen der Phasenlage und gegebenenfalls der Frequenz und/oder Amplitude automatisiert mittels einer Maschinensteuerung durchgeführt, und zwar bevorzugterweise fortlaufend während dem Betrieb der Maschine. Hierdurch kann zu jederzeit ein Betrieb mit optimalen Betriebsparametern sichergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwen- düngen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen: die Figuren 1 und 2 zwei grundlegende Konstruktionsprinzipien für erfindungsgemässe Unwuchterreger; Fig. 3 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines Unwuchterregers gemäss dem in Fig. 2 gezeigten Konstruktionsprinzips;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäs- sen Vibrationswalze; Fig. 5 eine perspektivische Draufsicht auf den erfindungsgemässen Unwuchterreger der Vibrationswalze aus Fig. 4;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Unwuchterreger aus Fig. 5; Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der Phasenverstellung des Unwuchterregers aus den Figuren 5 und 6; die Figuren 8a bis 8d die Position der rotierenden Unwuchten und den Verlauf der Erregerkraft des Unwuchterregers, die Schwingungsantwort der Walzen sowie den Verlauf der Bodenreaktionskraft beim schwingungsant- wortoptimierten Betrieb der Grabenwalze aus Fig. 4; die Figuren 9a bis 9d die Phasenlage der rotierenden Unwuchten und den Verlauf der Erregerkraft des Unwuchterregers, die Schwingungsantwort der Walzen sowie den Verlauf der Bodenreaktionskraft bei einem bodenreak- tionskraftoptimierten Betrieb der Grabenwalze aus Fig. 4; Fig. 10 eine perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Unwuchterreger gemäss der Prinzipdarstellung in Fig. 3; die Figuren IIa und IIb die Position der Unwucht - masse des Unwuchterregers aus Fig. 10 in verschiedenen Winkelpositionen der Grundrotation bei zwei verschiedenen Phasenlagen;
Fig. 12 eine Draufsicht auf das Unterteil einer mit zwei Unwuchterregern gemäss Fig. 10 ausgerüsteten Vibrationsplatte; und
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Zwei grundlegende Konstruktionsprinzipien für erfindungsgemässe Unwuchterreger sind in den Figuren 1 und 2 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Das in Fig. 1 gezeigte Funktionsprinzip beruht auf der Verwendung zweier rotierender Wellen 1, 2, welche jeweils ein Unwuchtgewicht 3 tragen und um parallele Rotationsachsen rl , r2 herum synchronisiert, z.B. über ein Zahnradgetriebe oder einen Zahnriemen 4, mit un- terschiedlichen Drehzahlen fl, f2 angetrieben werden. Dabei ist die Phasenlage zwischen den beiden rotierenden Wellen 1, 2 einstellbar, z.B. über ein Differentialgetriebe 5.
Das in Fig. 2 gezeigte Funktionsprinzip be- ruht auf der Verwendung einer einzigen geführten Masse 3, welche zwei überlagerte Drehungen vollführt. Die Masse 3 wird mit einer ersten Drehzahl fl beabstandet um eine erste Rotationsachse rl rotiert, wobei sie gleichzeitig mit einer zweiten Drehzahl f2 , welche grösser ist als die erste Drehzahl fl und mit dieser synchronisiert ist, um eine zweite Rotationsachse r2 rotiert wird, welche ihrerseits mit der ersten Drehzahl fl und mit einem festen Abstand um die erste Rotationsachse rl rotiert. Aufgrund der zweiten überlagerten Rotation ändert sich der Abstand der Masse 3 zur ersten Rotationsachse rl laufend. Die Rotation um die zweite Rotationsachse r2 wird dadurch hervorgerufen, dass ein die Masse 3 tragendes und um die zweite Rotationsachse r2 rotierbares Bauteil mit einem Zahnrad 6 im Eingriff mit einem feststehenden, konzen- trisch zur ersten Rotationsachse rl angeordneten Zahnrad 7 steht und an dessen Aussenumfang abrollt. Die Phasenlage zwischen der ersten und der zweiten Rotation kann durch ein Verdrehen des mit der ersten Rotationsachse rl konzentrischen Zahnrads 7 verändert werden. Fig. 3 zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung eines weiterentwickelten Unwuchterregers gemäss dem in Fig. 2 gezeigten Konstruktionsprinzip. Wie zu erkennen ist, weist der Unwuchterreger einen kurbelwellenartigen Hauptkörper 8 auf, der um zwei endseitig angeordneten La- gerzapfen 10 rotierbar um eine erste Rotationsachse rl herum gelagert ist und mit einem Antriebsmotor 9 verbun- den ist, mit welchem er mit einer ersten Drehzahl fl antreibbar ist. Der Kurbelzapfen wird von einer Welle 11 gebildet, die ein Unwuchtgewicht 3 trägt. Die Welle 11 ist an ihren Enden rotierbar um eine zweite Rotationsachse r2 gelagert. An einem Ende weist die Welle 11 einen Überstand mit einem Ritzel 6 auf, welches am Aussenumfang eines feststehenden und mit der Rotationsachse rl des Hauptkörpers 8 konzentrischen Zahnrads 7 abläuft. Wie zu erkennen ist, wird bei einer Rotation des Hauptkörpers 8 um die erste Rotationsachse rl herum die Welle 11 mit der daran befestigten Unwuchtmasse 3 mit einem festen Abstand um die Rotationsachse rl herum rotiert. Dabei wird infolge des Ablaufens des Ritzels 6 am Umfang des Zahnrads 7 die Welle 11 gleichzeitig um die zweite Rotationsachse r2 rotiert, so dass das Unwuchtgewicht 3 eine Bewegung aus zwei überlagerten Rotationen vollführt. Infolge der unterschiedlichen Umfange von Ritzel 6 und Zahnrad 7 rotiert die Welle 11 hier mit einer Drehzahl f2, welche grösser ist als die Antriebsdrehzahl fl des Hauptkörpers 8. Zur Verstellung der Phasenlage zwischen den beiden Rotationen um die Rotationsachsen rl , r2 herum kann das Zahnrad 7 mittels eines Betätigungshebels 12 und eines zugeordneten Antriebs, z.B ein Hydraulikzylinder 13, um sein Zentrum und damit um die erste Rotationsachse rl herum um einen bestimmten Winkel a verdreht werden. Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungs- gemässen Grabenwalze mit einem erfindungsgemässen Unwuchterreger, welcher das Konstruktionsprinzip gemäss Fig. 1 verwirklicht. Die Grabenwalze besteht aus einem Unterwagen 14 mit den Walzen 15 und dem Unwuchterreger 16 und einem Oberwagen 17 mit dem Antriebsmotor (nicht gezeigt) , welcher gegenüber dem Unterwagen schwingungsmäs- sig isoliert ist.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf den erfindungsgemässen Unwuchterreger der Grabenwalze aus Fig. 4. Der Unwuchterreger 16 weist zwei übereinander angeordnete Unwuchtwellen (nicht sichtbar) auf, welche je- weils um eigene Rotationsachsen rl , r2 rotiert werden. An einem Ende des Unwuchterregers 16 ist ein Hydromotor 9 angeordnet, mit welchem die untere Unwuchtwelle mit der Grundfrequenz fl um die Rotationsachse rl rotiert werden kann. Ein Längsschnitt durch den Unwuchterreger aus
Fig. 5 ist in Fig. 6 gezeigt. Wie hier zu erkennen ist, sind die beiden Unwuchtwellen 1, 2 des Unwuchterreger 16, welche die Unwuchtmassen 3 tragen, über ein Zahnriemengetriebe umfassend eine untere Zahnriemenscheibe 18, eine obere Zahnriemenscheibe 19 und einen Zahnriemen 4 rotatorisch miteinander gekoppelt, derart, dass die obere Unwuchtwelle 2 bei Rotation der unteren Unwuchtwelle 1 mit der Grundfrequenz fl zwangssynchron und gleichsinnig mit einer Frequenz f2 , welche der doppelten Grundfrequenz fl entspricht, angetrieben wird.
Wie in Zusammenschau mit Fig. 7 ersichtlich wird, welche das Prinzip der Zahnriemenkopplung zwischen den beiden Unwuchtwellen 1, 2 stark vereinfacht zeigt, kann die Phasenlage der Rotationen fl, f2 der beiden Wellen 1, 2 zueinander dadurch verstellt werden, dass eine Anordnung aus zwei Hilfsriemenscheiben 28a, 28b, deren Lagerstellen über eine Brücke 29 miteinander verbunden sind, in einer Richtung V quer zu einer Geraden durch die Rotationszentren der unteren 18 und der oberen Zahnriemen- scheibe 19 mittels eines Antriebs, z.B. eines Hydraulikzylinders 13, verschoben wird. Durch diese Verschiebung ändert sich das Verhältnis von der freien Zahnriemenlänge zwischen der oberen und der unteren Zahnriemenscheibe 18, 19 auf der Lastseite (Seite, an welcher die Hilfsriemen- scheibe 28b am Zahnriemen 4 angreift) zu der freien Zahnriemenlänge zwischen der unteren und der oberen Zahnriemenscheibe 18, 19 auf der lastfreien Seite (Seite, an welcher die Hilfsriemenscheibe 28a am Zahnriemen 4 angreift) , so dass die untere und die obere Riemenscheibe 18, 19 und damit die Unwuchtwellen 1, 2 relativ zueinander verdreht werden. Damit der Zahnriemen 4 einen mög- liehst grossen Umschlingungswinkel an der unteren und der oberen Riemenscheibe 18, 19 bildet, was wünschenswert ist um die Zahnbelastung möglichst gering zu halten, sind hier zusätzlich Umlenkrollen 30 vorgesehen, welche zudem auch als Spannrollen dienen können. Ebenso ist es aber auch vorgesehen, die Brücke 29 als Spannelement auszubilden, welches im Betrieb zusätzlich die beiden Hilfsrie- menscheiben mit einer bestimmten Vorspannkraft voneinander weg und gegen den Zahnriemen 4 drückt .
Fig. 8a zeigt die obere und die untere Unwucht - welle des Unwuchterregers aus den Figuren 5 und 6 bei der Rotation mit einer ersten Phasenlage zueinander. Wie zu erkennen ist, weisen die Unwuchtmassen der beiden Unwuchtwellen 1, 2 in der dargestellten Situation einen Verdrehwinkel φ von 105° zueinander auf. Bei dieser Pha- senlage erzeugen die Unwuchtwellen 1, 2 die in Fig. 8b dargestellten Erregerkraftverläufe (Erregerkraft Ferr in kN über der Zeit t dargestellt) , welche zusammen den Ge- samterregerkraftverlauf (nicht dargestellt) ergeben. Die sich bei entsprechendem Betrieb der Grabenwalze gemäss Fig. 4 mit diesem Unwuchterreger auf sandigem Boden ergebende Schwingungsantwort der Walzen (Schwingungsamplitude der Walzen Amp in mm über der Zeit t dargestellt) ist in Fig. 8c dargestellt und der sich ergebende Verlauf der Bodenreaktionskraft (Bodenreaktionskraft Frea in kN über der Zeit t) in Fig. 8d.
Wie zu erkennen ist, ergibt sich bei dieser Phasenlage auf sandigem Boden eine Schwingungsantwort der Walzen 15, bei welcher der Quotient aus der maximalen Amplitude Amp der Schwingungsantwort der Walzen in Ar- beitsrichtung (hier Schwerkraftrichtung) zur maximalen
Amplitude Amp der Schwingungsantwort der Walzen in Richtung entgegen der Arbeitsrichtung maximal ist. Es handelt sich also um einen schwingungsantwortoptimierten Betrieb der Grabenwalze, bei welchem im vorliegenden Fall, wie aus Fig. 8d hervorgeht, ein Bodenreaktionskraftverlauf resultiert, der sowohl in Arbeitrichtung der Walzen als auch entgegengesetzt etwa gleich grosse Kraftmaxima aufweist .
Die Figuren 9a bis 9d zeigen Darstellungen wie die Figuren 8a bis 8d mit dem Unterschied, dass hier eine zweite Phasenlage der Unwuchtwellen vorliegt, bei der die Unwuchtmassen der beiden Unwuchtwellen 1, 2 in der dargestellten Situation einen Verdrehwinkel φ von lediglich 15° zueinander aufweisen. Wie aus einem Vergleich von Fig. 9b mit Fig. 8b zu erkennen ist, sind die Verläufe der Erregerkräfte Ferr entsprechend verschoben, so dass ein anderer Gesamterregerkraftverlauf (nicht gezeigt) resultiert .
Wie aus den Figuren 9c und 9d zu erkennen ist, ergibt sich bei dieser Phasenlage auf sandigem Boden eine Schwingungsantwort der Walzen 15, bei welcher sowohl in Arbeitrichtung der Walzen als auch entgegengesetzt praktisch gleich grosse Schwingungsamplitudenmaxima resultieren, während sich ein Bodenreaktionskraftverlauf einstellt, bei welchem der Quotient aus der maximalen Kraft des Verlaufs der Bodenreaktionskraft in Arbeitsrichtung zur maximalen Kraft des Verlaufs der Bodenreaktionskraft in Richtung entgegen der Arbeitsrichtung maximal ist. Es handelt sich hier also um einen bodenreaktionskraftopti- mierten Betrieb der Grabenwalze.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Unwuchterreger, welcher das Konstruktionsprinzip gemäss Fig. 2 in der Konzeption gemäss Fig. 3 verwirklicht. Wie zu erkennen ist, weist hier der Hauptkörper 8 zwei kreisrunde Scheiben 20 auf, welche um ihr Zentrum herum um eine erste Rotationsachse rl herum rotiert werden können. Die Lagerstellen sind hier nicht sichtbar. An einer Position an ihrem Umfang bilden die Scheiben 20 jeweils eine Lagerstelle 21, an welcher jeweils eines der Enden einer Unwuchtwelle bestehend aus einer Welle 11 und einer Unwuchtmasse 3 ro- tierbar um eine zweite Rotationsachse r2 gelagert ist. An diesen Lagerstellen gegenüberliegenden Umfangspositionen weisen die Scheiben 20 Gegengewichte 31 auf, welche die durch die Unwuchtmassen 3 bei der Rotation mit der Grundfrequenz um die erste Rotationsachse rl erzeugten Unwucht verringern und dadurch gezielt die Grunderregerkraft derart reduzieren, dass bei bestimmungsgemässem Betrieb ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Grunderregerkraft und der Zusatzerregerkraft vorliegt.
An einem ihrer Enden weist die Welle 11 ein Ritzel 6 auf, welches am Aussenumfang eines im Betrieb feststehenden, mit der Rotationsachse rl des Hauptkörpers 8 bzw. mit dem Zentrum der Scheiben 20 konzentrischen Zahnrads 7 abläuft. Wie zu erkennen ist, wird beim Rotieren des Hauptkörpers 8 um die erste Rotationsachse rl herum die Welle 11 mit der daran befestigten Unwuchtmasse 3 mit einem festen Abstand um die Rotationsachse rl herum ro- tiert. Gleichzeitig wird infolge des Ablaufens des Ritzels 6 am Umfang des Zahnrads 7 die Welle 11 um die zweite Rotationsachse r2 rotiert. Infolge der unterschiedlichen Umfange von Ritzel 6 und Zahnrad 7 rotiert die Welle 11 hier mit einer Drehzahl f2 , welche der doppelten Antriebsdrehzahl fl entspricht. Zur Verstellung der
Phasenlage zwischen den beiden Rotationen um die Rotationsachsen rl, r2 herum kann das Zahnrad 7, z.B. mittels einer Zahnstange (nicht gezeigt) , um sein Zentrum und damit um die erste Rotationsachse rl herum verdreht wer- den.
Die Figuren IIa und IIb zeigen schematisch die Position der Unwuchtmasse des Unwuchterregers aus Fig. 8 in verschiedenen Winkelpositionen bezüglich der Grundrotation bei zwei verschiedenen Phasenlagen, wobei Fig. IIa eine erste Phasenlage zeigt und Fig. IIb eine zweite, gegenüber der ersten um 45° verdrehte Phasenlage. Wie zu erkennen ist, vollführt das Unwuchtgewicht 3 jeweils bei einer Grundrotation des Erregers von 90° um die erste Rotationsachse rl herum eine Rotation von 180° um die zweite Rotationsachse r2 herum und eine resultierende Gesamtrotation von 270°. Fig. 12 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Unterteil einer mit zwei Unwuchterregern 16 gemäss Fig. 10 ausgerüsteten Vibrationsplatte. Das Oberteil mit dem Antriebsmotor ist nicht dargestellt. Das Gehäuse 27 der Erregeranordnung ist starr mit der Arbeitsplatte 26 des Vibrationsplatte verbunden. Die Scheiben 20 der Unwuchterreger 16 sind rotierbar um die erste Rotationsachse rl gelagert und je Unwuchterreger 16 über eine zentrale Hülse 22 drehsteif miteinander verbunden. Eine der beiden Hülsen 22 ist von einer Achse (nicht gezeigt) durchsetzt, die das Zahnrad 7 trägt und dieses mit einem aussen liegenden Zahnrad 24 verbindet. Die Unwuchtmassen 3 beider Unwuchterreger 16 werden von einer gemeinsamen Welle 11 getragen, welche an zentraler Position das Ritzel 6 trägt, welches bei Rotation der Unwuchterreger 16 am Umfang des Zahnrads 7 abläuft . Auf einer Seite der Anordnung erfolgt der Antrieb der Unwuchterreger 16 über eine Riemenscheibe 23 und auf der anderen Seite erfolgt die Verdrehung des Zahnrads 7 zwecks Verstellung der Phasenlage über eine Zahnstange 25, die in das Zahnrad 24 eingreift .

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Unwuchterreger mit einer oder mehreren rotierbaren Unwuchten (3) zur Erzeugung einer mehrfrequen- ten zeitveränderlichen Erregerkraft, welche durch Über- lagerung einer mit einer Grundfrequenz (fl) zeitveränderlichen Grunderregerkraft und einer oder mehrerer mit Zusatzfrequenzen (f2) grösser als die Grundfrequenz zeitveränderlichen Zusatzerregerkräften gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte insbesondere stufenlos einstellbar ist.
2. Unwuchterreger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte während dem Betrieb einstellbar ist.
3. Unwuchterreger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Zusatzerregerkräfte mit einer einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz (fl) entsprechenden Zusatz- frequenz (f2) zeitveränderlich ist, insbesondere mit einer Frequenz (f2) entsprechend dem Zweifachen der Grundfrequenz .
4. Unwuchterreger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Grunderregerkraft und der Zusatzerregerkräfte separate Unwuchtmassen (3) vorhanden sind, welche jeweils separate Rotationsbewegungen vollführen.
5. Unwuchterreger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte eine gemeinsame Unwuchtmasse (3) vorhanden ist, welche zumindest zwei überlagerte Rotationsbewegungen vollführt .
6. Unwuchterreger nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (16) ein Gegengewicht
(31) aufweist, zur Verringerung der durch die Unwuchtmasse (3) bei der Rotation mit der Grundfrequenz (fl) erzeugten Unwucht.
7. Unwuchterreger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz (fl) und/oder die Zusatzfrequenzen (f2) insbe- sondere stufenlos und insbesondere während dem Betrieb einstellbar sind.
8. Unwuchterreger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder die Amplitude einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte insbesondere stufenlos und insbesondere während dem Betrieb einstellbar sind, insbesondere unabhängig von der jeweiligen Frequenz.
9. Maschine umfassend einen Unwuchterreger (16) nach einem der vorangehenden Ansprüche und ein mit dem Unwuchterreger zwecks Schwingungsanregung gekoppeltes Werkzeug (15, 26) zur Einwirkung auf eine Arbeitsfläche.
10. Maschine nach Anspruch 9, des Weiteren umfassend Mittel zur Ermittlung der Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers (16) beim bestimmungsgemässen Betrieb der Maschine .
11. Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis
10, des Weiteren umfassend Mittel zur Ermittlung des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft beim bestimmungs- gemässen Betrieb der Maschine.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis
11, weiter umfassend eine Maschinensteuerung mittels welcher die Phasenlage zwischen der Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte automatisch und insbesondere fortlaufend während dem Betrieb derart einstellbar ist, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein Verlauf der Arbeitsflächen-Reaktionskraft ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs zur maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeits- richtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Werkzeugarbeitsrichtung zur maximalen Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen (fl, f2) und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist.
13. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, weiter umfassend eine Maschinensteuerung mittels welcher die Phasenlage, die Frequenz (fl, f2) und/oder die Amplitude der Grunderregerkraft und/oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte automatisch und insbesondere fortlaufend während dem Betrieb derartig einstellbar sind, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein Verlauf der Arbeitsflächen- Reaktionskraft ergibt, bei der oder bei dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs oder die maximale Kraft des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs (15, 26) an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontaktverlusts zwischen dem Werkzeug (15, 26) und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb .
14. Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, des Weiteren umfassend Mittel zur insbesondere fortlaufenden Ermittelung der Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb .
15. Maschine nach Anspruch 14, weiter umfas- send eine Maschinensteuerung mittels welcher die Grundfrequenz (fl) automatisch und insbesondere fortlaufend während dem Betrieb auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz einstellbar ist, insbesondere auf eine Frequenz im Bereich zwischen 105 % und 130 %, insbesondere zwischen 110 % und 120 % der ermittelten Resonanzfrequenz.
16. Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Bohrmaschine, eine Strassenfrase, eine Tunnelfräse, eine Ramme oder eine Maschine zur Bodenverdichtung ist, insbesondere eine Vibrationsplatte oder eine Vibrationswalze.
17. Verfahren zum Betrieb der Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 16, gekennzeichnet durch die Schritte a) Betreiben der Maschine derartig, dass das mit dem Unwuchterreger (16) zu Schwingungen angeregte Werkzeug (15, 26) bestimmungsgemäss auf eine Arbeitsfläche einwirkt; b) Ermitteln der Schwingungsantwort des Werkzeugs auf die Schwingungsanregung des Unwuchterregers (16) oder des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft beim bestimmungsgemässen Betrieb; c) Vergleichen der ermittelten Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) mit einer angestrebten Soll -Schwingungsantwort oder des ermittelten Arbeits- flächen-Reaktionskraftverlaufs mit einem angestrebten Soll-Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf ; und d) Einstellen der Phasenlage zwischen der
Grunderregerkraft und zumindest einer der Zusatzerregerkräfte zur Veränderung der Schwingungsanregung derart, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) ergibt, welche eine verbesserte, insbesondere grösstmög- liche Übereinstimmung mit der Soll -Schwingungsantwort aufweist oder dass sich ein Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf ergibt, welcher eine verbesserte, insbesondere grösstmögliche Übereinstimmung mit dem Soll-Arbeits- flächen-Reaktionskraftverlauf aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage während dem Betrieb eingestellt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage derartig eingestellt wird, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein Arbeitsflächen-Reaktions- kraftverlauf ergibt, bei welcher oder welchem der Quotient aus der maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs zur maximalen Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs in Richtung entgegen der Werkzeugar- beitsrichtung oder der Quotient aus der maximalen Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in Werkzeugarbeitsrichtung zur maximalen Kraft des Arbeitsflächen- Reaktionskraftverlaufs in Richtung entgegen der Werkzeugarbeitsrichtung für gegebene Frequenzen (fl, f2) und Amplituden der Grund- und Zusatzerregerkräfte maximal ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage, die Frequenz (fl, f2) und/oder die Amplitude der Grunderreger- kraft und/oder einer oder mehrerer der Zusatzerregerkräfte insbesondere unabhängig voneinander derartig eingestellt werden, dass sich eine Schwingungsantwort des Werkzeugs (15, 26) oder ein verlauf der Arbeitsflächen- Reaktionskraft ergibt, bei der oder bei dem die maximale Amplitude der Schwingungsantwort des Werkzeugs oder die maximale Kraft des Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlaufs in einer Richtung entgegen der Anpressrichtung des Werkzeugs (15, 26) an die Arbeitsfläche einen bestimmten Maximalwert nicht übersteigt, zur Verhinderung eines zeitweiligen Kontaktverlusts zwischen dem Werkzeug (15, 26) und der Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis
20, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz des Systems Maschine-Werkzeug-Arbeitsfläche beim bestimmungsgemässen Betrieb insbesondere fortlaufend ermittelt wird und die Grundfrequenz (fl) insbesondere fortlaufend auf eine Frequenz geringfügig oberhalb der ermittelten Resonanzfrequenz eingestellt wird, insbesondere auf eine Fre- quenz im Bereich zwischen 105 % und 130 %, insbesondere zwischen 110 % und 120 % der ermittelten Resonanzfrequenz .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Schwingungsantwort des Werkzeugs oder des Verlaufs der Arbeitsflächen-Reaktionskraft und gegebenenfalls der Resonanzfrequenz, das Vergleichen mit einer angestrebten Soll -Schwingungsantwort oder mit einem angestrebten SoIl- Arbeitsflächen-Reaktionskraftverlauf und das Einstellen der Phasenlage und gegebenenfalls der Frequenz (fl, f2) und/oder Amplitude automatisiert mittels einer Maschinensteuerung durchgeführt wird, insbesondere fortlaufend während dem Betrieb der Maschine.
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