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Schwingendes System
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halten, wobei die Steifheit der elastischen Elemente durch die Bedingung gegeben ist, dass die Amplituden der benachbarten Massen entgegengesetzte Richtung haben.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die auf die angetriebene Masse einwirkende Kraft eine im wesentlichen konstante Richtung besitzt, welche gegen die Verbindungslinie der einzelnen Massen geneigt ist, die restlichen Massen im wesentlichen parallel zu dieser Richtung geführt sind, die Angriffspunkte der die Schwingungen übertragenden Kräfte bzw. die Summe dieser Kräfte in den Schwerpunkten dieser Massen liegen und die Grösse der schwingenden Massen, das Verhältnis ihrer Amplituden und die Entfernungen ihrer Schwerpunkte der Bedingung entsprechen, dass die Summe der Massenkräfte und die Summe der Momente der Massenkräfte gegenüber einem beliebigen Punkt Null ist. Dabei können praktisch alle schwingenden Massen voll ausgenützt werden, da Gegengewichte und sogenannte tote Massen erübrigt werden.
Durchführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, wo in Fig. 1 schematisch ein aus drei schwingenden Massen bestehendes System dargestellt ist, in Fig. 2 ein System mit fünf . schwingenden Massen und in Fig. 3 und 4 eine Ansicht und Grundriss eines aus drei Teilen bestehenden schwingenden Siebes, das entsprechend der Fig. 1 ausgeführt ist.
Das in Fig. 1 dargestellte System, das vorteilhaft als langes schwingendes Sieb Verwendung finden kann, besteht aus einem wesentlich waagerecht angeordnetem Siebrahmen 1 und zwei an ihn an beiden Seiten aneinandergereihten Rahmen 7 und 8. Alle drei Siebrahmen werden durch im wesentlichen parallele Stützen 6 getragen, welche selbst auf dem festen Maschinenrahmen oder dem Fundament 4 gelagert sind. Das Sieb 1 wird mittels eines Paares von parallelen Stangen 2, welche an Kurbeln 13 der Kurbelwelle 3 angelenkt sind, in Schwingungsbewegung ver-
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setzt. Die Kurbelwelle ist auf dem Maschinenrahmen 4 entweder fest oder elastisch gelagert und z. B. durch einen Elektromotor angetrieben. Die Siebe 7 und 8 sind mit dem Sieb 1 lediglich über elastische Elemente 9 verbunden, die in den verlängerten Seitenstücken 11 des Siebrahmens 1 angeordnet sind.
Die Achsen der elastischen Elemente 9 sollen praktisch in einer Ebene liegen, die durch den Schwerpunkt der betreffenden angetriebenen Masse führt.
Die benachbarten Massen sollen, wie an sich bekannt, mit Amplituden von entgegengesetzter Richtung schwingen, es ist deshalb erforderlich, die richtige Steifheit der elastischen Elemente 9 zu wählen, um das richtige Phasenverhältnis zu erzielen.
Falls das Sieb 7 die Masse m, besitzt, und seine Amplitude x ist, die Amplitude des Siebes 1 y und die Steifheit des elastischen Elementes 9 c, dann gilt die folgende Differentialgleichung, falls sich das elastische Element 9 mit einem Ende gegen die Masse m, lehnt und das andere Ende in Schwingungen y= yocosMt versetzt wird :
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(x-VjjCos < o t) == 0hängt deshalb nicht von der Grösse der Amplitude ab, so dass ein einmal ausgeglichenes System für alle Amplituden in Gleichgewicht ist, vorausgesetzt, dass die Amplituden aller Massen proportional geändert werden.
Wenn das System in Schwingungen gerät, werden durch Bewegung der Massen m,, m, und m, der Siebrahmen 1, 7 und 8 Kräfte P"P, und P, hervorgerufen. Für ihr Gleichgewicht muss die folgende Bedingung erfüllt werden : P,-rP, +P, =O wo (1)
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=m, r, M', P, = -mr" r, und r, Amplituden der Schwingungen der betreffenden Massen und to die Winkelgeschwindigkeit der Schwingungen ist.
Wenn wir diese Werte in Gleichung (1) einsetzen, bekommen wir m, r, M -m M-m, rtM2 = 0 (2)
Gleichzeitig muss die Summe der Momente der schwingenden Massen gegenüber einem beliebigen Punkt Null sein, falls Gleichgewicht bestehen soll. Wenn wir annehmen, dass die Kraft P7 in der Entfernung a von der Kraft P, und die Kraft P in einer Entfernung b von der Kraft P, einwirkt, haben wir die folgende Gleichung für Gleichgewicht gegenüber dem Schwerpunkt der Masse 7 : m, r) 02-msre - = 0 (3) In beiden Gleichungen (2) und (3) können wir zut eliminieren, das wir für alle Massen gleich annehmen, so dass wir zwei Gleichungen mit acht Werten haben, von denen wir sechs beliebig wählen können.
Falls die Masse jedes der beiden äusseren Siebrahmen 7 und 8 die Hälfte der Masse des mittleren Siebrahmens 1 beträgt und ihre Schwerpunkte g'eich entfernt sind vom Schwerpunkt des Siebrahmens 1, wird das System ausgeglichen sein, falls die Amplituden r, und 1'8 gleich und in entgegengesetzter Richtung gegenüber r, sind.
Es ist jedoch auch möglich, ein Gleichgewicht des Systems für verschiedene Massen m7 und ma, für verschiedene Amplituden oder für verschiedene Entfernungen a und b zu erzielen. Wir haben so die Möglichkeit, z. B. dem Siebrahmen 7 eine grössere Amplitude zu geben als dem Siebrahmen ? und gleichzeitig dem Siebrahmen 8 eine kleinere Amplitude, was oft vorteilhaft beim Sondern von manchem Material ist und dabei das ganze System, was die Kräfte und Momente betrifft, in Gleichgewicht zu erhalten. Gleichfalls ist es möglich, innerhalb der Grenzen der beiden Hauptgleichungen die Massen und Entfernungen ihrer Schwerpunkte zu wählen, so dass das System den bestehenden Verhältnissen leicht angepasst werden kann.
Da die Steifheit der elastischen Elemente 9 so gewählt wurde, dass die Amplituden der benachbarten Massen eine entgegengesetzte Richtung und die richtige Grösse haben, werden durch die parallelen Stangen 2 dem Betriebsmechanismus, bzw. dem Fundament nur Reaktionen übermittelt, die den passiven Widerständen des ganzen Systems entsprechen.
Es ist zu bemerken, dass das System oberhalb der kritischen Schwingungszahl mit Bezug auf die Massen 7 und 8 arbeitet, und es ist also erforderlich, beim Anlassen und Einstellen der Maschine die Schwingungen zu dämpfen, die während der Beschleunigung aus dem Ruhestand auf die Betriebsschwingungszahl entstehen. Das kann durch an sich bekannte Dämpfer bewerkstelligt werden, wie es in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt ist.
Der Umstand, dass das System oberhalb der kritischen Schwingungszahl mit Bezug auf die Massen 7 und 8 arbeitet, hat den Vorteil, dass kleinere Änderungen der Massen oder anderer Werte des Systems keine besonderen Kräfte ode.'Schwingungen hervorrufen.
Das erfindungsgemässe System kann je-
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dcch auf Betriebsschwingungszahl auch ohne Dämpfer gebracht werden, ohne dass dabei unerwünschte Schwingungen erscheinen, falls die Kurbelwelle 3 auf volle Drehzahl mit einer
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ohnebenötigte Amplitude erreicht ist. Die Regelung der Exzentrizität während des Betriebes kann Ruf eine der bekannten Weisen, z. B. durch gegenseitige Verdrehung zweier exzentrischer Scheiben geschehen. Auf ähnliche Weise kann das Anlassen und Stillegen des ganzen Systems erzielt werden, wenn ein anderer Antrieb als Kurbelantrieb verwendet wird.
Das erfindungsgemässe schwingende System ist nicht auf drei aneinandergereihte, selbständig schwingende Massen begrenzt. Theoretisch ist es möglich, mehrere solcher Massen aneinanderzureihen, soweit die in Gleichungen (1) und (3) gegebenen Bedingungen erfüllt sind, für die betreffende Zahl der Massen ausgedrückt.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein System von fünf aneinandergereihten schwingenden Massen 1, 7, 8, 17, 18. Die elastischen Elemente 9 sind hier an die verlängerten Seiten 14, 15 oder Siebrahmen 7 und 8 angeschlossen. Die Masse 1 ist wieder die angetriebene Masse. Sonst sind hier dieselben Verhältnisse wie gemäss Fig. 1, mit denselben Möglichkeiten, die Grösse der Massen, Amplituden und Entfernungen der Schwerpunkte zu wäh- len. Es ist nicht erforderlich, die Masse 1 direkt anzutreiben, auf gleiche Weise können die Massen 7 oder 8 den direkten Antrieb erhalten.
Fig. 3 und 4 zeigen in Ansicht und Grundriss eine der möglichen Durchführungen des Erfindungsgegenstandes für ein waagrecht schwingendes Sieb. Die Bezugszeichen, die in Fig. 1 verwendet wurden, treffen hier gleich-
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zu.dämpfer 10 dargestellt, welche die Schwingungen während des Anlaufens und Einstellens dämpfen sollen. Diese Dämpfer können lineare oder nichtlineare Wirkung haben und können entweder wie in Fig. 3 zwischen den elastischen Elementen 9 und der angetriebenen Masse oder zwischen der angetriebenen Masse und dem festen Grundrahmen 4 angeordnet sein.
Das System gemäss der Erfindung kann für verschiedene Installationen Verwendung finden, wie z. B. schwingende Siebe, Schüttelrinnen u. dgl. Die einzelnen Teile können den bestehenden Verhältnissen angepasst werden.
S, - ist es z. B. möglich, die Stützen 6 über Torsionselemente fest mit dem festen Rahmen 4 zu verbinden, die Siebrahmen hängend anzuordnen oder andere, von den örtlichen Verhältnissen abhängige Anordnungen zu treffen.
Da praktisch alle toten schwingenden Mas- sen erübrigt sind, wird eine grosse Gewichtsersparnis des ganzen Systems erzielt, mit der damit zusammenhängenden Ersparnis der Betriebs- und Erhaltungskosten. Zugleich wird eine grosse Verringerung der Beanspruchung des Antriebsmechanismus erzielt, der lediglich die passiven Widerstände des ganzen Systems zu überwinden hat. Da eine praktisch vollkommene Ausgleichung aller Kräfte und Momente erzielt werden kann, werden auf die Fundamente keine nennenswerten Reaktionen übertragen, die den Gebäuden oder anderen Maschinen schädlich sein könnten.
Das System kann entweder in waagrechter, senkrechter oder geneigter Stellung der aneinander angereihten Elemente verwendet werden. Keine besonderen Vorkehrungen sind für den Fall von kleineren Änderungen der Periodenzahl des elektrischen Speisungsnetzes benötigt und kleinere Unregelmässigkeiten in der Zufuhr oder im Durchfall des gesiebten Materials haben keine grösseren Folgen für die Ausgleichung des Systems, da das System oberhalb der Resonanzschwingungszahl der Massen 7 und 8 arbeitet, so dass die Gleichgewichtsbedingungen nicht so peinlich eingehalten werden müssen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schwingendes System aus mindestens drei aneinandergereihten Massen, bei dem die Schwingungsbewegung vom Antrieb lediglich einer dieser Massen übertragen wird, während die anderen Massen ihre Schwingungsbewegung über elastische Elemente von dieser angetriebenen Masse oder über die, über elastische Elemente sekundär angetriebenen Massen erhalten, wobei die Steifheit der elastischen Elemente durch die Bedingung gegeben ist, dass die Amplituden der benachbarten Massen entgegengesetzte Richtung haben, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die angetriebene Masse einwirkende Kraft eine im wesentlichen konstante Richtung besitzt, welche gegen die Verbindungslinie der einzelnen Massen geneigt ist, die restlichen Massen im wesentlichen parallel zu dieser Richtung geführt sind, die Angriffspunkte der die Schwingungen übertragenden Kräfte bzw.
der Summe dieser Kräfte in den Schwerpunkten dieser Massen liegen und die Grösse der schwingenden Massen, das Verhältnis ihrer Amplituden und die Entfernungen ihrer Schwerpunkte der Bedingung entsprechen, dass die Summe der Massenkräfte und die Summe der Momente der Massenkräfte gegenüber einem beliebigen Punkt Null ist.