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Antriebsvorrichtung für schwingungsfähige in bezug auf Kraft und Masse aus- geglichene Gebilde.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Kraftübertragung in schwingender Form.
Solche Vorrichtungen, in denen ein treibendes oder getriebenes Glie d mit einer elastisch zu beanspruchenden Masse verbunden ist, sind geeignet, in einer ausgesprochenen Eigenschwingung mit variabler Amplitude zu schwingen, derart, dass dieser schwingenden Masse Energie zugeführt bzw. entzogen werden kann, ohne die Eigenschwingung wesentlich zu stören, und in welchen die Periode des antreibenden oder angetriebenen Gliedes und die Eigenschwingung der oszillierenden Masse sich wesentlich in Abstimmung befinden, sind früher beschrieben worden und auch eine Anzahl Arten loser Koppelvorrichtungen, welche geeignet sind, Energie zu übertragen, ohne den Oszillationsprozess zu stören.
Der Gegenstand der gegenwärtigen Erfindung besteht in einer Verbesserung der Vorrichtung der oben beschriebenen Anordnung in der Richtung, dass die Vorrichtung an sich unempfindlich gegen Tourenänderung, unempfindlich gegen Überlastung und in bezug auf Kraft-und Massenwirkung ausgeglichen ist. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an einem Beispiel nachfolgend erläutert.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine antreibende Achse, an deren Ende eine Planscheibe 2 befestigt ist. Die Scheibe 2 ist durch zwei u-formig gebogene Lederriemen oder Stahlfedern 5 mit einer ganz gleichen Planseheibe 11 so nachgiebig verbunden, dass sich die Achsen 1 und 6 der beiden Scheiben beim Rotieren gegeneinander verschieben können. Die Scheibe 11, Achse 6 und Schwunggewicht 4 stellen ein festes Ganzes dar. Das Schwunggewicht 4, das seinerseits ebenfalls als Planscheibe mit einem exzentrisch angebrachten Gewicht ausgebildet sein möge, ist durch Lederriemen 5 mit den beiden Schwunggewichten 7 und 8, die durch Verbindung ihrer Achse 9 untereinander ein festes Ganzes bilden, ebenfalls in der vorbeschriebenen Weise verbunden.
Weiterhin führt von dem Schwunggewicht 7 eine ganz gleiche Verbindung durch Lederriemen oder Feder zum Schwunggewicht 3. Von den Lagern 6 und 10 der Schwunggewichte 3 und 4 führen zwei starre Stangen 12 und 13 zu einem schwingungsfähigen Gebilde, welches aus Masse a2 und den elastischen Mitteln b2 besteht ; ebenso führt von der Achse 9 der Schwunggewicht 7 und 8 eine Stange 14 zu einem zweiten schwingungsfähigen Gebilde, welches aus der Masse a1 und den elastischen Mitteln b b1 besteht.
Nimmt man nun an, dass die schwingungsfähigen Gebilde sowohl als auch die Lager 6, 9und 10in Richtung der Zeichnungsebene zu schwingen vermögen, quer zur Zeichnungcbene aber durch Gelenkhebel oder andere Mittel am Ausschwingen verhindert sind, so ergibt sieh bei Inbetriebsetzung der beschriebenen Vorrichtung folgendes :
Die Welle 1 führt Rotationsbewegungen aus und erzeugt an den Schwunggewiehten 3 und 4 bzw. 7 und 8 Fliehkräfte, die im Tempo der Umlaufzahl auf die schwingenden Systeme einwilken.
Die Schwunggewicht sind so untereinander durch nachgiebige Mittel verbunden, dass sich ihre exzentrischen Massen gegenüberstehen und es wird daher im selben Augenblick, wo die Masse a1 nach auswärts schwingt, auch die Masse a ; s nach auswärts schwingen und umgekehrt, so dass sich die Kräfteund MassenwiIkungen beider Systeme auf der gesamten Unterlage der Vorrichtung gegenseitig aufheben.
Fig. 1 kann dementsprechend als ein in bezug auf Kräfte und Masse vollkommen ausgeglichenes schwingendes System angesehen werden. Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 lediglich durch die Aus führungsform der Koppelvorrichtung. Es sind bei Fig. 2 anstatt vier Schwunggewichten nur zwei solche Organe 3und 4 verwendet, die unter sich durch nachgiebige Mittel 5 verbunden sind und durch die Welle 1
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vollkommen mit derjenigen in F ; g. 1. Fig. 3, bei der die Kopplung identisch ist mit derjenigen in Fig. 2, unterscheidet sich durch die Form des schwingungsfähigen Gebildes.
Während bei Fig. 2 zwei von einander unabhängige sehwingungsfähige Gebilde zur Erzielung einer Massen-und Kräfteausgleichswirkung verwendet werden, ist dieses Ziel in Fig. 3 bei einem einzigen schwingungsfähigen Gebilde, bestehend aus den zwei Massen a, und a2, und dem gemeinsamen elastischen Mittel b, b erreicht worden. Ach hiebei soll angenommen werden, dass sich der Schwingungsvorgang in der Zeichnungsebene abspielt. Die Welle 1 wird in Umlauf gesetzt und nimmt durch Vermittlung der nachgiebigen Verbindungen 5 die beiden Schwunggewicht 3und 4 mit.
Durch die Fliehkräfte der Schwunggewichte, die an einem Ausschwingen quer zur Zeichnungsebene durch entsprechende Vorrichtungen verhindert werden, tritt eine periodische Verschiebung der Lager 6 und 9, je nach der momentanen Lage der exzentrischen Massen nach links oder rechts ein, so dass die Massen a1 und a2 des schwingungsfähigen Gebildes mit 1800 Phasenverschie bung gegeneinander bewegt werden. Hie durch werden abwechselnd die beiden elastischen Mittel des schwingungsfähigen Gebildes gespannt bzw. entspannt, so dass ein regelrechter Schwingungsvorgang entsteht, bei dem, wie beabsichtigt, keine Kräfte- und Massenwirkung auf die Unterlage übertragen wird.
In den Fig. 4-6 ist ein schwingungsfähiges Gebilde zur Darstellung gebracht, welches eine spezielle Arbeit erfüllen, nämlich zwei Freiläufe F und betätigen soll, u. zw. stellt Fig. 4 die Seitenansicht, Fig. 5 die Draufsicht und Fig. 6 einen Querschnitt durch den mittleren Teil bei A-B in Fig. 4 dar. In diesem Falle werden, wie in Fig. 2, durch die Schwunggewicht 3 und 4 zunächst auf direktem Wege die Massen aj und a2 mit 1800 Phasenverschiebung in Schwingung versetzt. Da das Schwunggewieht 3 mit seiner Achse 6 an einem Umkehrhebel 7 und das Schwunggewicht 4 durch seinen Zapfen 9 mit einem Umkehrhebel 8 verbunden ist, so werden gleichzeitig die Massen a3 und a4 mitbewegt, u. zw. so, dass a, und % 3ich gleichzeitig nach rechts bewegen, wenn a2 und a4 nach links bewegt werden.
Hiebei werden abwechselnd die elastischen Mittel b1 und b2, die im vorliegenden Falle als Gummibälle ausgebildet sind, auf Druck beansprucht. Das mittlere Widerlager der-Bälle befindet sich an der Masse a1 und die beiden äusseren an der Masse und sind in baiden Fällen in diagonaler Richtung nach der Masse aS bzw. a4 geführt, wo sie mit Rücksicht auf die eintretende Verkürzung beweglich gelagert werden.
Da immer einer der beiden Freiläufe vorwärtsbewegt wird und Arbeit leistet, während der andere eine Rückwärts- bewegung (Leerlauf) ausführt, und an diesen Bewegungen durch die beschriebene Kreuzschaltung beide
Schwunggewicht und beide Massengruppen in gleichem Masse teilnehmen, so findet auch in diesem Falle ein restloser Massen-und Kräfteausgleich statt.
In den Fig. 7-12 ist zum Unterschied von den oben dargestellten schwingungsfähigen Gebilden, die in der Hauptsache eine hin und her gehende Bewegung ausführen, eine Vorrichtung für Kreisschwingung zur Darstellung gebracht, d. h. es werden hier Systeme beschrieben, bei denen zwei Schwingungbewegungen mit 900 Phasenverschiebung gleichzeitig auf jedes der vorhandenen schwingungsfähigen
Gebilde einwirken. Jeder Punkt des schwingungsfähigen Gebildes führt somit eine Bewegung auf einem
Kreisbogen oder, falls die Amplitude in der einen Richtung kleiner als in der andern gewählt wird, eine
Bewegung auf einer elliptischen Kurve aus.
Entsprechend dem der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Gedanken soll auch diese Bewegungsart, die insbesondere bei SiebvolTichtungen besonderen Vorteil bietet, in bezug auf Massenund Kräftewirkung ausgeglichen werden.
In Fig. 10,11, 2 weisen die Siebe 1 und 2 auf jeder Seite je zwei Lager 3, 4, 5, 6 auf, durch welche zentrisch die Achsen 7 und 8 gelegt sind, die durch elastische Mittel 9, 10 gehalten werden. Jedes der beiden Sieb3 kann unabhängig vom andern Schwingungen ausführen, die bei entsprechenden antreibenden Mitteln'kreisförmig sein können. Solche antreibende Mittel bestehen aus einer antreibenden Achse 16, an deren einem Ende eine Riemenscheibe und an deren anderm Ende eine Planseheibe 18 befestigt ist, die ihrerseits durch eine nachgiebige Verbindung vermittels eines Mitnehmerstiftes 19 mit einer ähnlichen
Scheibe 20, die mit Schlitz versehen ist, gekuppelt ist. Die Scheibe 20 ist mit der Achse 21, die an ihrem andern Ende ein Schwunggewicht 15 trägt, verbunden.
Die Scheibe 20, die Achse 21 und das Schwunggewicht 15 stellen ein festes Ganzes dar. Die Verbindung ist derartig, dass die Achsen 16 und 21 sich während des Umlaufes gegeneinander versetzen können. Das Schwunggewicht 15, welches ein exzentrisch befestigtes, auf-und abschraubbares Gewicht trägt, ist in der oben beschriebenen Weise durch Stift und Schlitz mit dem-Schwunggewicht 14 verbunden, welches seinerseits an der Welle 23 befestigt ist.
Die Welle 21 läuft in einem an dem Sieb 2 angebrachten Lager 25 um, während die Welle 21 in einem am Sieb 1 angebrachten Lager 24 umläuft. Die genannten Schwunggewichtglieder, die als lose Kopplungen im Sinne der Schwingungstechnik wirken, und die beiden Siebe bilden ein schwingungsfähiges
System, das durch die Arme 11, die ihrerseits an dem Bock 12 drehbar angeordnet sind, getragen wird.
Dieses System kann schräg geneigt und durch die Feststellvorrichtung 13 arretiert werden.
Wenn die hierin beschriebene Vorrichtung in Tätigkeit gesetzt wird, tritt das Folgende ein.
Der Schaft 16 läuft um und erzeugt in den Schwunggewichtgliedern 14, 15 zentrifugale Kräfte, welche auf die oszillierenden Einheiten entsprechend ihrer Umlaufszahl einwirken. Da die Schwung-
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gewichtglieder untereinander durch nachgiebige Mittel in der Weise verbunden sind, dass ihre exzentrischen Massen diametral entgegengesetzt angeordnet sind, wird in demselben Augenblick, als die Masse 1 (oberes Sieb) nach einer Seite ausschwingt, die Masse 2 (unteres Sieb) auch nach der andern Richtung (180 ) ausschwingen oder umgekehrt, so dass sowohl die Kraft-und Massenwirkung beider Einheiten als auch die der Schwunggewichtsglieder in bezug auf die gemeinsamen Befestigungspunkte der Vorrichtung ausgeglichen sind,
wobei die nachgiebige Verbindung 19 nur so lange verschoben wird, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat, da dann eine Mativverschiebung der Systeme untereinander, wie dies bei den Ausführungsformen 1-5 der Fall ist, nicht mehr eintritt.
Die beschriebene Vorrichtung erzeugt Kreisschwingungen, d. h. sie stellt Systeme dar, in welchen zwei schwingende Bewegungen mit einer Phasenverschiebung von 900 zusammenwirken. "
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Je nach Art der verwendeten akkumulierenden elastischen Mittel verläuft die Schwingungbewegung der oszillierenden Masse harmonisch oder pseudoharmonisch. Pseudoharmonisch verläuft eine Schwingung dann, wenn die rückführende Kraft dem Ausschlag aus der Ruhelage nicht proportional ist. Die Folge davon ist, dass die Schwingung nicht rein sinusförmig verläuft. Dies ist z. B. auch bei der gewöhnlichen Pendelschwingung der Fall, bei der die bekannte Formel für die Schwingung-
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sehlag, u. zw. wird sie z.
B. bei einem Pendel mit zunehmendem Ausschlag grösser, bei mechanischen Systemen, bei denen die rückführende Kraft mit dem Ausschlag aus der Ruhelage rascher als linear zunimmt, wird sie mit zunehmendem Ausschlag kleiner, die Resonanzsehwingungszahl daher grösser, während bei harmonischer Schwingung die Resonanzfrequenz von der Amplitude ganz unabhängig ist.
Wird also die Tourenzahl der Vorrichtung geändert, so wird dem schwingenden System dadurch zunächst eine grössere Energie zugeführt. Die grössere Energie bedingt einen grösseren Ausschlag (Amplitude) und der grössere Ausschlag bzw. die grössere Amplitude bedeutet eine Erhöhung der Resonanzlage, so dass innerhalb eines grösseren Bereiches die Resonanzlage vor der Erregertourenzahl vorauseilt und nicht überschritten werden kann. Die praktische Folge hievon ist, dass die Maschine gegen Tourenschwankungen unempfindlich wird, d. h. bei ganz verschiedenen Touren denselben guten Wirkungsgrad aufweist. Als geeignetes elastisches Mittel für diesen Zweck hat sich auch die Vollgummilagerung erwiesen, bei der noch durch besondere Formgebung die pseudoharmonische Wirkung beeinflusst werden kann.
Es liegt im Wesen der pseudoharmonischen Wirkung, dass mit zunehmender Amplitude der Widerstand des elastischen Mittels so rasch ansteigt, dass eine Beschädigung durch Überlastungen nicht zu befürchten ist.
Die Schaufelwurfwirkung kreisender Systeme macht die zu Fig. 10-12 beschriebene Ausführungsform für Siebvorrichtungen besonders geeignet, bei denen ein Verstopfen befürchtet werden muss.
Während in den Fig. 10-12 die Aussenlager an den schwingenden Massen, den Sieben selbst, und die Achsen am Fundament befestigt werden, ist bei den Fig. 7 und 8 diese Anordnung in umgekehrter Weise dargestellt. Die Siebe a1 und as weisen in diesem Falle auf jeder Seite je zwei Lager auf, an denen Rollen befestigt sind, die Pneumatikreifen nach bekannter Art tragen. Da der Pneumatikreifen nach Art des Gummiballes als elastisches Mittel in schwingungsfähigen Gebilden verwendet werden kann, und die Annehmlichkeit hat, pseudoharmonische Schwingungen auszuführen, eignet er sich ganz besonders für den vorliegenden Zweck. Je nach Bedarf können solche Gummirollen in festsitzenden Lagern, Fig. 14, verwendet werden, wobei ihre elastische Wirkung ausgenutzt wird oder in denen sie umlaufen können.
In Fig. 15 ist ein Lager dargestellt, bei dem das elastische Mittel durch einen Weichgummiklotz, der den ganzen Lagerraum ausfüllt, gebildet wird.
In Fig. 13 besteht das elastische Mittel aus radial angeofdneten Federn.
Die in Fig. 9 angewendeten elastischen Mittel sind winkelig gebogene Flachfedern, die an einem Rahmen befestigt und an den Sieben angelenkt sein können oder umgekehrt.
In Fig. 16-23 sind verschiedene Ausführungsformen der Koppelvorrichtung bzw. das Schwunggewicht zur Darstellung gebracht. Fig. 16 stellt die zu Fig. 10-12 beschriebene Koppelvorrichtung in vergrössertem Masstabe dar. In Fig. 17 sind die Scheiben, an denen sieh die exzentrischen Gewichte befinden, möglichst nahe aneinandergerückt, um eine günstige Beanspruchung der Lagerung zu erzielen.
Die nachgiebigen Verbindungselemente 19, die aus einzelnen Stahl-oder Lederlamellen bestehen können, sind unter Verwendung entsprechender Zwisehenlagen mehrschichtig ausgebildet. In Fig. 18 ist eine Schwunggewichteinrichtung dargestellt, bei der die die Schwunggewicht verbindenden nachgiebigen Mittel 19 als Scharniere ausgebildet sind. In Fig. 19 sind die beiden Sehwunggewichte durch ein doppeltes Kardangelenk 19 verbunden, das so konstruiert ist, dass eine Verlängerung und Verkürzung in bekannter Weise möglich ist. In Fig. 20 und 21 ist die Verbindung der beiden Schwunggewicht durch eine biegsame Welle, die ebenfalls verlängerbar sein kann, erzielt.
Schliesslich stellt Fig. 22 die Seitenansicht und Fig. 23 die Draufsicht zweier Schwunggewiehte dar, die durch Lederscheiben M und ein verlängerbares Element miteinander gekoppelt sind. Auch in diesem
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Falle können die Achsen der beiden Schwunggewicht bei gleichzeitiger Übertragung eines Drehmomentes gegeneinander verschoben werden.
Die beschriebenen und dargestellten Ausführungen stellen natürlich nur beispielsweise Aus- führungsformen dar, und es ändert an der vorliegenden Erfindung nichts, wenn zwei koppelnde Organe an zwei oder mehreren gegeneinander verschiebbaren Angriffspunkten des oder der schwingungsfähigen
Gebilden angreifen und diese einerseites zu Schwingungen anregen, anderseits aber durch Dimensionie- rung oder Anordnung ihrer Massen so ausgewuchtet sind, dass sie die gemeinsame Unterlage möglichst nicht erschüttern.
Ferner ist es gleichgültig, welcher Art die schwingenden Bewegungen sind, ob sie auf geschlos- senen oder offenen Kurven verlaufen, bzw. ob sie symmetrische oder unsymmetrische Schwingungen um eine Nullage ausführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Antriebsvorrichtung für schwingungsfähige, in bezug auf Kraft und Masse ausgeglichene Gebilde, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei oder mehreren gegeneinander verschiebbaren Angriffspunkten des oder der schwingungsfähigen Gebilde (b, a, b, Fig. 1 bis 4) koppelnde Organe (3, 4,7, 8, Fig. 1 bis 5) angreifen, die in bezug auf Kraft-und Massenwirkung ausgewuchtet sind, so dass sie diese schwingung- fähigen Gebilde erregen, die gemeinsame Unterlage aber möglichst wenig erschüttern können.