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Anordnung zum Auswuchten von Rotoren auf vertikalen Wellen
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erfordern bezüglich der Form und Lagerung der
Pendel eine hohe Genauigkeit.
Bessere Ausgleichseigenschaften werden durch die Anordnung einer sogenannten Kugelaus- gleichsvorrichtung erzielt. In einem auf einer
Welle elastisch gelagerten zylindrischen Behälter werden zwei oder mehr Metallkugeln vorgesehen, welche bei einer Rotordrehzahl oberhalb der kritischen Drehzahl eine solche Lage einnehmen, dass das Schwingen des Systems vollkommen behoben wird. Falls sich die Ausgleichsvorrichtung in der Schwerpunktebene des Systems befindet, ist dann auch das Fusslager keinem axialen Druck ausgesetzt. Die Empfindlichkeit der Ausgleichsvorrichtung wird durch Wälzreibung herabgesetzt.
Auch bei dieser Vorrichtung besteht jedoch der Nachteil, dass die Vibrationen bei Anlauf des Rotors nicht behoben werden und der Ausgleich erst nach Erreichung einer bestimmten Drehzahl erzielt wird. Der Ausgleich ist lediglich statisch, während die dynamische Unwucht vollkommen ausser acht gelassen wird.
Ein ähnliches Ergebnis kann z. B. mit einer ringförmigen Ausgleichsvorrichtung erzielt werden. Das Wesen bilden Ausgleichringe, die frei auf dem Rotor aufgeschoben sind und deren Durchmesser grösser ist als der Lagerdurchmesser. Bei idealen Bedingungen hat die ringförmige Ausgleichvorrichtung einen sehr guten Wirkungsgrad, jedoch wegen der Reibung zwischen den Ringen ist die Ansprechempfindlichkeit gering.
Weiters sind Anordnungen zum Auswuchten eines Rotors, z. B. von Trommeln in Schleudermaschinen, bekannt, bei welchen der Rotor pendelnd oder radial nachgiebig am Ende einer Zentralwelle lagert, wobei als Zwischenglied zwischen Welle und Trommel z. B. eine Kugel, ein Bolzen, eine nachgiebige kreuzförmige Verbindung, ein glockenförmiger Ausgleicher vorgesehen sind, die zum Teil auch als Kupplung zwischen Welle und Trommel wirksam sind.
Ferner ist bekannt, zwischen Welle und Trommel eine Dämpfung in Form von unter Federdruck stehenden Reibflächen vorzusehen.
Diese bekannten Anordnungen haben alle den gemeinsamen Nachteil, dass sie eine statische Aus-
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Zwecks näherer Erläuterung der erfindunggemässen Anordnung zum Auswuchten eines Rotors ist diese in den Zeichnungen in grundsätzlichen schematischen Bildern und einem konstruktiven Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die Fig. 1 zeigt im Schema eine bekannte elastische Lagerung eines Rotors, Fig. 2 die erfindungsgemässe Anordnung einer Rotorlagerung in schematischer Darstellung, die Fig. 3 und 4 Erläuterungsbilder zu Fig. 2. In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schleudermaschine nach der erfindungsgemässen Anordnung im Vertikal-Mittelschnitt veranschaulicht, wogegen die Fig. 6-9 im Mittelschnitt bzw. Schaubild einige Einzelheiten der Schleudermaschine nach Fig. 5 zeigen.
Die Fig. 1 zeigt das Schema einer bekannten elastischen Lagerung des Rotors 17, z. B. der Trommeln von Schleudermaschinen. Die vertikale Antriebswelle 5 ist schwenkbar in einem Fusslager 4 gelagert. Die Abfederung wird durch ein Führungslager 7 und Federn 8 bewirkt, welche die Welle 5 in der vertikalen Lage zu halten trachten. Das System ist an den Stellen 2 auf dem festen Maschinenrahmen gelagert. Bei unausgeglichenem Rotor 17 führt die Welle 5 eine kreisende Schwingungsbewegung durch.
In Fig. 2 ist ein vollkommenes Schema der Ausführung der erfindungsgemässen Anordnung dargestellt, mit teilweisen Erläuterungsbildern in Fig. 3 und 4.
Das ganze System ist an den Stellen 2 auf dem festen Maschinenrahmen befestigt. Die Welle 5 ist schwenkbar im Lager 4 gelagert und wird z. B. über eine Riemenscheibe 6 angetrieben.
Die Welle 5 führt durch das Führungslager 7,
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die über den Schwerpunkt T des rotierenden Systems nach oben hinaus reicht, ist über eine in einem Lager 51 der Welle 5 abgestützte Spitze 101 punktförmig eine Tragbüchse 13 aufgehängt.
Dieselbe punktförmige Lagerung wäre erreicht, wenn die Welle 5 mit einer Spitze enden würde, die in ein Lager in der Tragbüchse 13 eingreifen würde. Zwischen Wellenende bzw. Lager 51 und der Tragbüchse 13 sind ineinander eingreifende Elemente 12 und 112 vorgesehen, welche das Drehmoment übertragen, jedoch die Bewegung der Tragbüchse 13 um den Aufhängepunkt nicht hindern. Für eine solche Anordnung können z. B. Zapfen oder Zähne vorgesehen werden, welche in geeignet angeordnete Nuten eingreifen.
Die Tragbüchse 13 trägt eine über ihr angeordnete Rotorbüchse 14, an der in der Ebene des Schwerpunktes T des rotierenden Systems der Rotor 17 befestigt ist. In der Ebene des Schwerpunktes T ist zwischen Tragbüchse 13 und Rotorbüchse 14 eine bewegliche Abstützung, vorzugsweise ein sphärisches Lager 20 vorgesehen, das in Fig. 2 als zweireihiges Wälzlager dargestellt ist.
Es ist jedoch vorteilhafter, die bewegliche Abstützung nach Art eines Kardangelenkes auszuführen, das gleichzeitig fähig ist, das Drehmoment von der Tragbüchse 13 Åauf die Rotorbüchse 14 und den Rotor 17 zu übertragen. Der Deckel 18 der Rotorbüchse 14 hat die Form einer Kugelfläche, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der shärischen Flächen des Lagers 20 zusammen- fällt. Gegen den Büchsendeckel. M wird durch die Feder 22 ein Reibungsteller 19 in Form einer dem Deckel 18 entsprechenden Kugelfläche angedrückt, welcher mittels einer axial verschiebbaren Führung mit der Tragbüchse 13 verbunden ist.
Diese Anordnung dient zur Dämpfung der Bewegung der Rotorbüchse 14 gegenüber der Trag-
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büchse 13, wobei die Grösse dieser Dämpfung durch die Vorspannung der Druckfeder 22 geregelt wird. Das ganze so ausgebildete Rota- tionssystem ruht mit dem unteren Ende der Trag- büchse 13 auf dem Arretierglied 25, das auf der
Welle 5 mittels einer Hülse 24 verschiebbar gelagert ist und durch diese sowie die Feder 31 die Tragbüchse 13 am Führungslager 7 abstützt.
Das Arretierglied kann mittels eines hier nicht angedeuteten Hebelsystems heruntergedrückt wer- den, wodurch es dem Rotationssystem ermöglicht wird, um die Punktaufhängung gegenüber der
Antriebswelle 5 auszuschwingen. Es ist noch zu bemerken, dass die Tragfläche des Arretiergliedes 25 die Form einer Kugelfläche besitzt, deren Krümmungsmittelpunkt sich im Aufhängungspunkt am Ende der Welle 5 befindet und dass das Arretierglied sich mit der Welle 5 mitdreht.
Der Massenausgleich des Rotors 17 erfolgt im Ruhezustand durch Senken des Arretiergliedes 25, wodurch der Rotor 17 nur im Aufhängepunkt 10 lagert, wie das vereinfachte Schaubild in Fig. 3 zeigt, so dass der Rotor 17 frei schwingen kann. Falls der Rotor 17 nicht statisch ausgeglichen ist, neigt er sich selbsttätig um den Aufhängepunkt 10 in eine Lage, wo sein Schwerpunkt T mit der Rotationsachse der Welle 5 zusammenfällt. In dieser geneigten Lage wird der Rotor 17 wiederum durch Andrücken des Arretiergliedes 25 gesichert, welches, wie schon erwähnt, mitrotiert.
Nach dieser durch blosses Niederdrücken und folgendes Freilassen eines das Arretierglied 25 steuernden, nicht gezeichneten Hebels durchgeführten Einstellung wird der Rotor 17 durch die Antriebswelle 5 in Drehung versetzt, wobei seit Beginn der Drehung kreisende Schwingungen ausgeschlossen sind, welche sonst bei bekannten Systemen wegen der anfänglichen Unwucht entstehen. Nach Erreichung einer gewissen Drehzahl komt eine etwaige dynamische Unwucht des Rotors 17 zur Wirkung.
Im Falle einer dynamischen Unwucht wirkt auf den Rotor ein Kräftepaar bzw. das Moment der Unwucht. Erfindungsgemäss wird dieses Moment selbsttätig durch eine Neigung des Rotors um die Achse der beweglichen Abstützung 20, welche durch den Schwerpunkt T des rotierenden Systems führt, behoben. Dieses Prinzip ist deutlich aus dem vereinfachten schematischen Schaubild in Fig. 4 ersichtlich. Bei jeder Neigung der Trommel, die z. B. bei statischem Ausgleich des Rotors durch dynamische Unwucht entsteht, fallen die Rotationsachse und die Hauptträgheitsachse des Rotors nicht zusammen.
Soweit das Trägheitsmoment zur Trommelachse grösser ist als das diametrale Trägheitsmoment, kommt es schon bei sehr niedriger Drehzahl zu einem Zusammenfallen beider erwähnter Achsen, so dass weder auf den Rotor noch auf seine Lagerung etwaige, von unausgeglichenen Beharrungskräften stammende Momente übertragen werden. Die relative Bewegung des Rotors 17 gegenüber der Tragbüchse 13 wird durch den Bremsreibungsteller 19 gedämpft, der durch die Feder 22 gegen den Deckel 18 der Rotorbüchse 14 gedrückt wird. Die Grösse dieser Dämpfung wird durch die Grösse der Andrückkraft der Feder 22 auf den Bremsteller 19 eingestellt, die in weitem Bereich gemäss den Erfordernissen des Betriebes geändert werden kann.
Durch praktische Versuche wurde bestätigt, dass die erfindungsgemässe Anordnung nach dem grundsätzlichen Schema in Fig. 2 den praktischen Erfordernissen für den betriebsmässigen Ausgleich von Rotoren mit vertikalen Wellen voll entspricht. Bei verschiedener Belastung und verschiedener Rotordrehzahl wurde immer ein ruhiger Gang der Rotorwelle ohne kreisende Schwingungen erzielt ohne zusätzliche Kräfte auf das Fusslager.
Selbstverständlich kann nach der schematischen Anordnung gemäss dem Schaubild in Fig. 2 der
Aufbau der Anordnungen für verschiedene Ver- wendungszwecke nach mannigfachen konstruk- tiven Lösungen erfolgen, welche je nach den Anforderungen des Betriebes im einzelnen ver- schieden ergänzt oder vereinfacht werden können.
Nach den durchgeführten Versuchen eignet sich die erfindungsgemässe Anordnung insbesondere für den Massenausgleich von Schleudermaschinen. Im folgenden ist noch ein Beispiel einer konstruktiven Ausführung einer vertikalen Schleudermaschine beschrieben, deren Zusammenstellung in Fig. 5 im axialen Längsschnitt dargestellt ist. Die entsprechenden Bestandteile besitzen dieselben Bezugszeichen wie in den vorangehenden Figuren.
Gemäss Fig. 5 ist die Schleudermaschine auf einem Ständer 1 angeordnet, der einen zylinderförmigen Rahmen 2 trägt, in dessen Boden 3 ein zweireihiges sphärisches Wälzlager 4 vorgesehen ist, in dem die Antriebswelle 5 schwenkbar lagert, die unterhalb des Wälzlagers 4 eine Riemenscheibe 6 für den Riemenantrieb der Welle 5 aufweist, deren Keilnutmittelebene in der Mittelebene des Wälzlagers 4 liegt. Es ist jedoch auch möglich, einen direkten Antrieb durch einen Motor vorzusehen. Im oberen Teil des Rahmens 2 weist die Antriebswelle 5 ein Führungslager 7 auf, welches z. B. durch vier Federn 8 und Stellschrauben 9 elastisch gelagert ist. Mittels der Stellschrauben 9, welche im Rahmen 2 einge- schraubt sind, kann die Welle 5 in ihrer vertikalen Lage eingestellt werden.
Das obere Ende der Welle 5 (siehe auch Fig. 6) weist in einer kugelförmigen Erweiterung 52 ein Lager 51 auf, in welchem ein kegelförmiger Aufhängebolzen 101 mit seiner Spitze lagert. Der Aufhängebolzen 101 ist im Deckel 11 der Tragbüchse 13 mit seinem Schaft 101 a befestigt. In die kugelförmige Erweiterung 52 sind Mitnehmerzapfen 12 eingesetzt, welche in entsprechende Nuten im Deckel 11 der Tragbüchse 13 eingreifen. Diese Verbindung überträgt das Drehmoment von der Welle 5 auf die Tragbüchse 13, ermöglicht jedoch gleichzeitig eine Kippbewegung der Tragbüchse 13 um den Aufhängebolzen 101.
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Auf der Tragbüchse 13 ist mittels einer sphäri- schen Abstützeinrichtung 20 eine Rotorbüchse 14 beweglich abgestützt, welche an ihrem unteren
Flansch 15 die Trommel 17 der Schleuderma- schine trägt, die mittels Schrauben 16 befestigt ist. Die Abstützeinrichtung 20 ist hier als Kardan- gelenk ausgebildet, welches gleichzeitig das Dreh- moment von der Tragbüchse 13 auf die Rotor- büchse 14 und damit auf die Trommel 17 der
Schleudermaschine überträgt.
Diese Abstützen- richtung 20 wird durch einen Ring gemäss Fig. 7 gebildet, in dessen kreuzweise gegenüberliegende
Nuten vier Tragzapfen 211 bzw. 212 eingreifen, von denen zwei 211 in der Tragbüchse 13 und zwei 212 in der Rotorbüchse 14 befestigt sind.
Eine Bedingung, um einen richtigen Ausgleich zu erzielen, ist, die Abstützeinrichtung 20 ungefähr in der Ebene des Schwerpunktes T der gefüllten Trommel 17 vorzusehen.
Die Rotorbüchse 14 ist an ihrem oberen Ende durch einen eingeschraubten Deckel 18 verschlossen, dessen innere Oberfläche die Form einer Kugelfläche mit dem Mittelpunkt in der Achse der Abstützeinrichtung 20 besitzt. Gegen die Innenfläche dieses Deckels 18 wird mittels der Feder 22 der Reibungsbremsteller 19 von entsprechender Kugelform angedrückt, der auf der Tragbüchse 13 bzw. dem Schaft des Aufhängebolzens 101 axial verschiebbar angeordnet ist. Die Grösse der Dämpfung zwischen der Tragbüchse 13 und der Rotorbüchse 14 kann durch grösseres oder geringeres Einschrauben des Büchsendeckels 18 eingestellt werden. In der Mitte des Deckels ist koaxial zum Aufhängebolzen 101 ein Stellzapfen 23 vorgesehen, welcher in die Gleitbohrung des Reibungstellers 19 eingreifen kann.
Dadurch wird zwischen der Tragbüchse 13 und der Rotorbüchse 14 eine feste Verbindung bewerkstelligt, die die Abstützeinrichtung 20 fixiert.
Die Tragbüchse 13 ist in verschiedenen Einhängelagen durch eine Arretiervorrichtung einstellbar, welche durch die Feder 31 gegen das
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Lage durch eine Sicherungsschraube 32 gesichert werden.
In der Tragbüchse 13 sind ferner noch Be- grenzungsschrauben 33 eingeschraubt, welche den
Ausschlag der Tragbüchse 13 gegenüber der
Welle 5 begrenzen und gleichzeitig ein mögliches
Herausspringen der Spitze des Aufhängebolzens
101 aus dem Wellenlager 51 infolge der Wirkung der Druckfeder 31 verhüten. Zu einem solchen
Herausspringen könnte es z. B. beim Entleeren der Trommel der Schleudermaschine kommen, falls die Andrückkraft der Druckfeder 31 das Gewicht des auf ihr ruhenden Rotationssystems über- winden würde.
Die Schleudermaschine der beschriebenen Ausführung wird allen Anforderungen gerecht, welche die beschriebene erfindungsgemässe Anordnung gemäss dem prinzipiellen Schema nach Fig. 2 anführt. Das Auswuchten erfolgt bei der Schleudermaschine nach Fig. 5 in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach Fig. 2.
Ausserdem ist es jedoch möglich, das Ausgleichsystem der Schleudermaschine den augenblicklichen Anforderungen des Betriebes anzupassen.
In Fällen, wo kein Auftreten von grösseren Kräften durch dynamische Unwucht droht, ist es möglich, die Bewegung in der Abstützeinrichtung 20 durch Verschieben des Stellzapfens 23 im Büchsendeckel 18 in die Zentrieröffnung im Reibungsteller 19 zu fixieren, wie schon früher in der Beschreibung erwähnt wurde. Die Schleudermaschine arbeitet dann lediglich mit statischem Ausgleich, der vor der Einleitung der Drehbewegung durchgeführt wird.
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unter die Ständerfüsse). Nach dem Füllen der Trommel 17 mit dem zu schleudernden Material wird die Arretierung durch Niederdrücken des Hebels 27 gelöst. Die punktförmig frei aufgehängte Schleudertrommel samt Inhalt nimmt selbsttätig eine statisch ausgeglichene Lage ein, in welcher sie wieder durch Arretierung nach Loslassen des Hebels 27 gesichert wird.
Dabei darf es zu keiner relativen Bewegung zwischen der Tragbüchse 13 und der Rotorbüchse 14 kommen, was vorher
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durch geeignete Einstellung der Andrückkraft auf den Bremsteller 19 gesichert wird. Für einen statischen Ausgleich ist es nötig, konstruktiv die
Möglichkeit eines Ausschlages der Trommel 17 zu sichern, der der maximalen Unwucht bei vorausgesetzten Betriebsbedingungen entsprechen würde. Nach statischem Ausgleich von Hand im
Ruhezustand ist es möglich, die gefüllte Trommel der Schleudermaschine ohne Gefahr von Vibra- tionen in Rotation zu versetzen, da ihr dynami- scher Ausgleich während der Rotation selbsttätig vor sich geht.
Es ist möglich, die Stabilität und den ruhigen Gang der Schleudermaschine mit dem erfindungsgemässen Ausgleichssystem für verschiedene Betriebsbedingungen mittels Einstellorganen zu sichern, wie beschrieben wurde.
Aus dem erwähnten Beispiel ist ersichtlich, dass die erfindungsgemässe Anordnung zum Auswuchten verhältnismässig einfach ist, in der Erzeugung und im Betrieb keine besonderen Anforderungen besitzt und namentlich bei Schleudermaschinen innerhalb sehr verschiedener Betriebsbedingungen anwendbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Auswuchten eines Rotors, z. B. einer Schleudertrommel od. dgl., die auf einer vertikalen Welle angeordnet ist, welche in einem Spurlager läuft, das gegenüber der in einer elastischen Führung gehaltenen Welle ein Schwenken derselben ermöglicht, wobei der Rotor oberhalb seines Schwerpunktes am oberen Ende der Welle hängend gelagert und mit ihr durch gegen- über der Wellenachse verschwenkbare Übertragungsglieder gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die bewegliche Aufhängung und Ankupplung des Rotors (17) über seinem Schwerpunkt (T) eine vorzugsweise zylindrische Tragbüchse (13) vorgesehen ist, die in der Höhe des Schwerpunktes des Rotors diesen trägt und auf dem oberen Ende der Antriebswelle (5) in einem Spitzenlager (51,
101) hängt, das im Ruhezustand ein selbsttätiges Ausschwenken des ruhenden Rotors (17) gegenüber der Welle (5) in die statisch ausgewuchtete Lage erlaubt, in welcher der Schwerpunkt (T) in der Rotationsachse liegt und dass die Tragbüchse (13) durch eine auskuppelbare Sperrvorrichtung (24, 25, 31) blockierbar ist, so dass der Rotor im Ruhezustand in der jeweiligen statisch ausgewuchteten Lage von der Sperrvorrichtung fixiert und nach dem Auskuppeln derselben wieder frei beweglich ist.