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Vibrator
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soll, und die wirksamen Polgebiete, sowohl auf dem einen wie auch auf dem andern Körper der Reihe nach Nord- und Südpole sein sollen, und wobei der zylinderförmige Körper mittels Lager im rohrförmigen Körper drehbar gelagert ist, wodurch der Statorkörper bei drehendem Rotorkörper eine hin-und hergehende Drehbewegung ausführt.
Einige mögliche Ausführungsformen von Vibratoren gemäss der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Fig. l zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform des Vibrators, Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 1. Fig. 3 eine Vorderansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Fig. 4 ein im Vibrator nach den Fig. 1 - 3 verwendetes Magnetsystem und Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Vibrators im Querschnitt, wobei die Anzahl Magnetsysteme vergrössert ist und überdies die Anzahl Magnetsysteme auf dem Rotorkörper derjenigen auf dem Statorkörper gleich ist.
In Fig. 1 ist mit 1 ein rohrförmiger Körper bezeichnet, in welchem sechs Magnetsysteme angeord- netsind. InFig. 1 sind nur zwei sichtbar. nämlich die Magnetsysteme 2 und 3, wogegen in Fig. 2 auch noch die übrigen vier Magnetsysteme 4,5, 6 und 7 dargestellt sind.
Die Magnetsysteme 2-7 sind am Innenumfang des rohrförmigen Körpers l symmetrisch ver- teilt, so dass sie in einem Winkel von 600 zueinander versetzt sind.
Die Anordnung der Magnetsysteme erfolgt so, dass ihre wirksamen Pole der Reihe nach Nord- (N) und Süd- (S) -pole sind, So ist der wirksame Pol des Magnetsystems 2 ein Nordpol (N), der des Magnetsystems 4 einSüdpol (S), derdesSystems 5 wieder ein Nordpol (N), der vom System 3 einSüdpol (S), der des Systems 6 ein Nordpol (N) und der vom System 7 wieder ein Südpol (S).
Weiters sind auf einem mehr oder weniger zylinderförmigen Körper 8, der im rohrförmigen Kör- per 1 drehbar aufgehängt ist, drei weitere Magnetsysteme 9,10 und 11 angeordnet. Auch diese Magnetsysteme sind am Aussenumfang des Körpers 8 um 1200 zueinander versetzt, aber ihre wirksamen Pole weisen die gleiche Polarität auf ; im vorliegenden Beispiel sind sie alle Nordpole (N). Die Notwendigkeit, die wirksamen Pole der auf dem rohrförmigen Körper 1 angeordneten Magnetsysteme abwechselnd als Nord- (N) und Süd- (S)-pole und die wirksamen Pole des Körpers 8 gleichnamig auszubilden,
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Vibrators ändert sich dadurch nicht.
Der zylinderförmige Körper 8 ist wie schon erwähnt in dem rohrförmigen Körper l drehbar auf- gehängt. Zu diesem Zweck ist an der einen Seite des Körpers l eine Nabe 12 mit einem Lager 13 und an dessen anderer Seite ein Ring 15 mit einem Lager 16 vorgesehen. In diesen Lagern 13,16 sind Wellenstummel 14, 17 gelagert, die links und rechts am Körper 8 angesetzt sind. Der zylinderförmige Körper 8 kann also nur eine Drehbewegung ausführen, ist aber im übrigen fest in dem zy- linderförmigen Körper l gelagert. Dies ist damit, dass der Körper 8 schwingfahig aufgestellt ist, zum Ausdruck gebracht.
Der Ring 15 wird durch eine Mutter 19 in seiner Lage gehalten, welche Mutter in den rohrförmigen Körper 1 vermittels des Gewindes 20 eingeschraubt ist. Weiters ist auf dem Wellenstummel 14 eine Schaufel 21 vorgesehen, die, wie noch näher erläutert wird, die von dem Körper 8 ausgeführte Schwingung auf die in Schwingung zu versetzende Masse, z. B. eine Betonmasse, überträgt (Fig. 1). Bei dem Vibrator nach Fig. 1 ist der zylinderförmige Körper 8 der Stator und der rohrförmige Körper 1 der Rotor, der auf der linken Seite, z'B. über das Gewinde 20. mit einemAntriebsmotor gekuppelt ist, der den Rotorkörper 1 in rotierende Bewegung versetzt. Dabei wird der Statorkörper 8 in eine hin- und hergehende Schwingbewegung versetzt, wie nachstehend erklärt wird.
Ausgehend von der Stellung des Rotorkörpers 1 in bezug auf den Statorkörper 8, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird angenommen, dass der Rotorkörper 1 eine rechtsdrehende Bewegung im Sinne des Pfeiles 22 ausführt.
Bei der rotierenden Bewegung des Rotorkörpers 1 wird das Magnetsystem 2 an dem Magnetsystem 9 vorbeigehen, während das Magnetsystem 7 sich dem Magnetsystem 9 nähert. Wie bekannt üben gleichnamige Pole eine abstossende Wirkung und ungleichnamige Pole eine anziehende Wirkung aufeinander aus. Deshalb wird das Magnetsystem 2 eine abstossende Wirkung auf das Magnetsystem 9 ausüben, während das Magnetsystem 7 versucht. das Magnetsystem 9 anzuziehen. Diese Kräfte werden entlang der Verbindungslinie zwischen den genannten Magnetsystemen gerichtet sein, wobei sich die Verbindungslinie entsprechend der Entfernung des Magnetsystems 2 vom Magnetsystem 9 verschieben wird. Ebenso gilt dies für die Verbindungslinie zwischen den Magnetsystemen 7 und 9 im Ausmass der Annäherung des Magnetsystems 7 zum Magnetsystem 9.
Dabei ist es dann so, dass die gegen-
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seitige Kraftwirkung zwischen den Magnetsystemen 9 und 2 anfänglich gross ist und darauf abnehmen wird, während die Kraftwirkung zwischen den Magnetsystemen 7 und 9 anfänglich klein sein wird, aber zunehmen wird, je mehr sich das Magnetsystem 7 dem Magnetsystem 9 nähert. Dies ergibt eine Kraft, die durch die Magnetsysteme 7 und 2 auf das Magnetsystem 9 ausgeübt wird und die durch den Vektor 23 in der Mitte oben der Fig. 2 angegeben ist. Diese Kraft wird zwar nicht eine genau horizontale Kraft sein, sondern auch etwaige vertikale Komponenten aufweisen, die auf den Statorkörper 8 durch die auf das Magnetsystem 9 ausgeübte Kraftwirkung einwirken und durch die Lager 13 und 16 aufgenommen werden.
Gleichzeitig wirken die Magnetsysteme 2 und 7 auf das Magnetsystem 9 und die Magnetsysteme 5 und 4 auf das Magnetsystem 10. Diese Kraft ist rechts unten in Fig. 2 durch den Vektor 24 gekennzeichnet.
Ebenso werden zu gleicher Zeit die Magnetsysteme 6 und 3 ihre Kraftwirkung gemäss dem Vektor 25 auf das Magnetsystem 11 ausüben.
Die Vektoren 24 und 25 können in zwei senkrecht zueinander stehende Vektoren zerlegt werden, u. zw. der Vektor 24 in die Vektoren 26 und 27 und der Vektor 25 in die Vektoren 28 und 29, Da die Winkel zwischen den Vektoren 24 und 26 und zwischen den Vektoren 25 und 28 600 betragen, ergibt sich, dass die Vektoren 26 und 28 halb so gross als die Vektoren 24 und 25 sind. Die durch die Vektoren versinnbildlichten Kräfte stehen im gleichen Verhältnis zueinander. Somit ist also die auf den Statorkörper 8 ausgeübte, durch die den Vektoren 26 und 28 entsprechenden Kräfte gebildete Kraft so gross wie die entlang dem Vektor 23 gerichtete Kraft.
Da überdies die den Vektoren 27 und 29 entlang gerichteten Kräfte gleiche aber entgegengesetzte Kräfte auf den Statorkörper 8 aus- üben, heben diese Kräfte sich auf, so dass die ganze Kraftwirkung sich zu einem nach links drehenden Kräftepaar resultiert, dessen eine Kraft durch die dem Vektor 23 entlang gerichtete Kraft allein und die andere Kraft durch die zusammen den Vektoren 26 und 28 entlang gerichteten Kräfte gebildet wird.
Dieses sich nach links drehende Kräftepaar ist rechts oben in Fig. 2 dargestellt. Der Arm 30 dieses Kräf- tepaares weist eine Länge r auf, welche Länge durch den Durchmesser des imaginären Kreises bestimmt wird, der nahezu mit dem Umfang des Statorkörpers 8 zusammenfallen wird, weil die Angriffspunkte auf die Magnetsysteme 9, 10 und 11 nahezu auf dem Umfang dieses Statorkörpers liegen werden.
Wenn der Rotorkörper 1 sich um einen Winkel von 600 in bezug auf die in Fig. 2 gezeichnete Stel- lung gedreht hat, so wird das Magnetsystem 7 gerade dem Magnetsystem 9, das Magnetsystem 4 dem Magnetsystem 10 und das Magnetsystem 3 dem Magnetsystem 11 gegenüberliegen. Dadurch werden beim Weiterdrehen des Rotorkörpers l in bezug auf die soeben beschriebene Stellung die auf den Statorkörper 8 ausgeübtenKräfteihreRichtungumkehren. DasMagnetsystem 7 übtnachdem Vorbeigehen an dem Magnetsystem 9 auf dieses eine anziehende Kraft aus, während zwischen den Magnetsystemen 6 und 9 eine abstossende Kraft wirksam ist. Dies ergibt eine Kraft, entsprechend dem Vektor 31 in Fig. 2.
In gleicherWeiseübendieMagnetsysteme 4und2 eine Kraftwirkung auf das Magnetsystem 10 aus, die in eine dem Vektor 32 entlang gerichtete Kraft resultiert (rechts unten in Fig. 2).
Weiter werden die Magnetsysteme 5 und 3 eine Kraft auf das Magnetsystem 11 ausüben, die eine dem links unten in Fig. 2 dargestellten Vektor 33 entlang gerichtete Kraft ergibt.
Auch jeder der Vektoren 32 und 33 kann wie die Vektoren 24 und 25 in zwei gegenseitig senkrecht zueinander stehende Vektoren zerlegt werden, u. zw. in die Vektoren 34 und 35 bzw. in dieVektoren 36 und 37. Auch hier ist wieder die dem Vektor 34 entlang gerichtete Kraft halb so gross als die dem Vektor 32 entlang gerichtete Kraft und die dem Vektor 37 entlang gerichtete Kraft halb so gross als die dem Vektor 33 entlang gerichtete Kraft. Da die den Vektoren 32 und 33 entlang gerichteten Kräfte je der dem Vektor 31 entlang gerichteten Kraft gleich gross sind, werden die den Vek- toren 34 und 37 entlang gerichteten Kräfte zusammen wieder der dem Vektor 31 entlang gerichteten Kraft gleich gross sein.
In ähnlicher Weise wie vorherbeschrieben, entsteht ein Kräftepaar, das aber rechtsdrehend ist und einerseits aus der dem Vektor 31 entlang gerichteten Kraft und anderseits aus den den Vektoren 34 und 37 gerichteten Kräften besteht. Dieses rechtsdrehende Kräftepaar ist links oben in Fig. 2 dargestellt und hat einen Arm 38 mit einer Länge r, ebenso wie der Arm 30 des linksdrehenden Kräftepaares.
SomitwirdaufdenStatorkörper 8 abwechselndeinlinksdrehendes Kräftepaarund darauf ein rechtsdrehendes Kräftepaar ausgeübt, jedesmal nachdem der Rotorkörper 1 eine Winkeldrehung um 600 erfahren hat. Dadurch wird eine Schwingbewegung entstehen, indem der durch die links-und rechtsdrehenden Kräftepaare getriebene Statorkörper 8 hin-und herschwingt. EinePeriodedieserSchwingbewegung
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entspricht einer Winkelverdrehung um 120u des Rotorkörpers 1, so dass eine ganze Umdrehung desRotorkörpers 1 um 3600 drei Perioden der durch den Statorkörper 8 ausgeführten Schwingbewegung entspricht.
Daraus folgt, dass die Schwingungszahl der durch den Statorkörper 8 ausgeführten Schwingbewegung dreimal so hoch ist, als die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotorkörpers 1.
Dies ist eine Folge der Anordnung von drei Magnetsystemen auf dem Statorkörper 8.
Es ist klar, dass, falls mehr Magnetsysteme auf dem Statorkörper 8 und dem Rotorkörper 1 angeordnet sind, auch die Schwingungszahl zunimmt. Die Schwingungszahl ist nämlich gleich der Anzahl der auf dem Statorkörper vorgesehenen Magnetsysteme multipliziert mit der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotorkörpers.
So kann man an Stelle von sechs Magnetsystemen auf dem Körper 1 und drei auf dem Körper 8 auch acht Magnetsysteme auf dem Körper 1 und vier auf dem Körper 8 anordnen, oder zwölf und sechs, usw., wobei jedoch immer gilt, dass die Anzahl der Magnetsysteme auf dem Aussenkörper zweimal so gross ist als die auf dem Innenkörper und die wirksamen Polgebiete auf dem Aussenkörper der Reihe nach Nord- (N) und Süd- (S)-pole sind.
Selbstverständlich ist es naheliegend, die grössere Anzahl von Magnetsystemen auf dem Innenumfang des Aussenkörpers anzuordnen, weil der Innenumfang des Aussenkörpers grösser ist als der Aussenumfang des Innenkörpers.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung hervorgeht, ist die abwechselnde Nord- (N) und Südpolung (S) derwirksamenPolgebiete der auf dem Rotorkörper angeordneten Magnetsysteme bei gleicher Polarität der wirksamen Pole auf dem Statorkörper notwendig bei einer Anzahl von Magnetsystemen auf dem Rotorkörper, die zweimal so gross ist als die auf dem Statorkörper, weil andernfalls nicht die Bedingung erfüllt werden kann, dass die Kräftepaare ihre Drehrichtung umkehren, wenn der Rotorkörper eine bestimmte Winkelverdrehung ausgeführt hat.
Da die Schaufel 21 fest mit der Welle 14 verbunden ist, die einen Teil des Statorkörpers 8 bildet, wird bei der hin- und hergehenden Bewegung des Statorkörpers 8 die Schaufel 21 mitgenommen. Diese Schaufel führt dadurch ebenfalls eine hin-und hergehende Bewegung aus, die durch die Pfeile 39 und 40 in Fig. 3 angezeigt ist. Diese Figur zeigt eine Stirnansicht des Statorkörpers 1 und der Schaufel 21.
Die Schaufel 21 wird in die in Schwingung zu setzende Masse gesteckt. Diese Masse übt den Widerstand aus, der notwendig ist, damit der Statorkörper 8 beim Anfahren des Rotorkörpers 1 nicht ganz mitgenommen wird. Übrigens verhindert auch das Massenträgheitsmoment des Statorkörpers 8 dessen Mitnahme beim Anfahren, wenn auch die Magnetsysteme 4,3 und 7, derenwirksamePoleSüdpole sind, eine Mitnahme vermuten lassen sollten. Wenn jedoch die Schaufel in die in Schwingung zu versetzende Masse, z. B. in eine Betonmasse gesteckt wird, so besteht keine Gefahr des Mitnehmens.
Der erfindungsgemässe Vibrator ist auch geeignet, Wasser in Schwingung zu versetzen, z. B. zwecks Reinigung von in diesem Wasser befindlichen Kleidungsstücken od. dgl. Auch andere Anwendungen sind möglich, wie das Sortieren von Materialien mittels mehreren Sieben mit verschieden grossen Maschenweiten.
Es ist nicht unbedingt notwendig, dass immer der Aussenkörper als Rotor und der Innenkörper als Stator wirkt, sondern man kann die Funktionen der beiden Körper vertauschen, so dass der Körper 8 durch einen Motor angetrieben wird und der Körper 1 als Stator arbeitet, wobei dann die Schwingbewegung durch den Statorkörper 1 ausgeführt wird.
Wenn auf die Forderung verzichtet wird, dass die Anzahl der Magnetsysteme auf einem der beiden Körper, in diesem Falle auf dem Innenkörper, alle die gleiche Polarität aufweisen sollen (die in dem Beispiel nach Fig. 2 Nordpole sind), so kann eine gleiche Anzahl Magnetsysteme auf dem Aussen- und Innenkörper angeordnet werden. Ein solches Ausführungsbeispiel des Vibrators ist in Fig. 5 dargestellt. In diesem Falle müssen die Magnetsysteme auf dem Statorkörper 1 wie auch die auf dem Rotorkörper 8 alle der Reihe nach Nord- (N) und Südpole (S) und damit die Anzahl der Magnetsysteme auf dem einen wie auch auf dem andern Körper gerade sein. Der Vorteil dieses Vibrators ist eine Vergrösserung der Kraftwirkung, da sich gegenüber jedem Magnetsystem des Rotorkörpers 1 ein Magnetsystem des Statorkörpers 8 befindet.
Die Frequenz oder die Schwingungszahl der erzeugten Schwingbewegung wird damit jedoch nicht vergrössert und ist in diesem Falle gleich der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotorkörpers l multipliziert mit der halben Anzahl der Magnetsysteme auf dem Statorkörper 8. In Fig. 5 sind auch eine Anzahl Vektoren dargestellt, wobei die auf den Statorkörper 8 ausgeübten Kräfte diesen Vektoren entlang gerichtet sind.
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Bei diesem Vektor nach Fig. 5 kann allerdings nur eine kleine Anzahl von Magnetsystemen auf den beiden Körpern vorgesehen werden, die sich nach dem zur Verfügung stehenden Umfang des Statorkörpers 8 richtet, wobei aber mindestens vier Magnetsysteme verwendet werden müssen. Im Zusammenhang mit dem obenstehenden ist es deshalb in vielen Fällen vorteilhaft, die Anzahl der Magnetsysteme auf dem Statorkörper 8 halb so gross als die auf dem Rotorkörper 1 zu wählen. Dies gilt umso mehr, weil die Kraftwirkung zwischen den Magnetsystemen auch mit Hilfe einer Verstärkung des magnetischen Feldes jedes gesonderten Magnetsystemes gesteigert werden kann.
Eine Möglichkeit zur Verstärkung des Magnetsystems ist in Fig. 4 dargestellt. Es wird bemerkt, dass diese Magnetsysteme bereits bei dem in den Fig. 1 - 3 dargestellten Vibrator verwendet sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht.
Die Verstärkung dieses Magnetsystems findet in der folgenden Weise statt. In Fig. 4 stellt 41 den Hauptmagnetdar. Dieseristaufeinem Träger 42 aus Eisen oder anderem geeigneten Material mit einer grossen magnetischen Permeabilität angeordnet. Das bedeutet, dass der Träger 42 eine grosse Durch- lässigkeit für die magnetischen Kraftlinien besitzt. Der Träger 42 weist einen etwa dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei der Scheitel Ci des Dreieckes dem Hauptmagnet 41 gegenüberliegt. Weiter ist im Träger 42 eine Nut ausgefräst, in welcher der Hauptmagnet 41 eingesetzt ist. Dabei ragt der wirksamePol, z.
B. derNordpol (N), etwas über den Träger 42 vor. Gegenüber dem Hauptmagnet sind zweiHilfsmagnete 43 und 44 angeordnet, u. zw. derart, dass, wenn der Südpol (S) des Hauptmagneten 41 in der Nut des Trägers 42 liegt, die Nordpole (N) der Hilfsmagnete 43 und 44 am Träger aufliegen und die Südpole (S) vom Träger abgewendet sind. Es ist deshalb möglich, dass die magnetischen Kraftlinien, von denen zwei durch die Linien 45 und 46 dargestellt sind, sich von dem Nordpol (N) des Hauptmagneten 41 nach den Südpolen (S) der Hilfsmagnete 43 und 44 schliessen.
Durch die Anordnung von Hilfsmagneten wird das Feld des Hauptmagneten in vorteilhafter Weise ver- stärkt, Es ist klar, dass diese Verstärkung umso grösser ist, wenn eine grosse Anzahl von Hilfsmagneten verwendet wird, und wenn die wirksame Oberfläche dieser Hilfsmagneten gross ist. Dabei ist aber erforderlich, dass ein Teil des Kraftlinienfeldes durch die Luft verläuft.
Alle diese Bedingungen sind bei dem in Fig. 4 dargestellten Magnetsystem erfüllt. Dadurch, dass der Träger 42 einen dreieckförmigen Querschnitt besitzt, ist es möglich, zwei Hilfsmagnete 43 und 44 beiderseits des Scheitelwinkels a anzuordnen. Würde ein flacher Träger verwendet werden, so könnte nur ein Hilfsmagnet dem Hauptmagnet 41 gegenüber angeordnet sein. Weiter ist die wirksame Oberfläche der Hilfsmagnete 43 und 44 grösser als wenn sie kantenweise beiderseits des Trägers 42 befestigt wären. Überdies ist es auf diese Weise möglich, nicht nur die Hilfsmagnete 43 und 44 vorzusehen, sondern gegebenenfalls noch weitere Hilfsmagnete anzuordnen, wie die strichpunktiert dargestellten Hilfsmagnete 47 und 48, so dass das magnetische Feld noch weiter verstärkt wird.
Das Anordnen weitererHilfsmagnetekann natürlich am Platzmangel scheitern, wie aus Fig. 2 hervorgeht, wo jedes Ma- gnetsystem nur mit zwei Hilfsmagneten versehen ist. Dies schliesst jedoch nicht aus, dass bei grösseren Vibratoren der Statorkörper 8 und der Rotorkörper 1 grösser sein und mehr Magnetsysteme enthalten können und zugleich auch Platz für das Anbringen von mehr als zwei Hilfsmagneten vorhanden ist. Das stärkste Magnetfeld wird erhalten, wenn der Scheitelwinkel et zwischen 30 und 450 liegt, wobei weiter höchstens sechs Hilfsmagnete unterhalb des Trägers 42 angeordnet werden können. Die Anordnung von mehr Hilfsmagneten hat keine weitere Verstärkung des Feldes mehr zur Folge.
Es ist vorteilhaft, zwischen den Magnetsystemen des Stator- und des Rotorkörpers gleiche Abstände vorzusehen. Man erreicht dann, dass die Übernahme der Kraftwirkung von dem einen Magnetsystem durch das andere Magnetsystem am glattesten ist. Da der Innenumfang des Aussenkörpers grösser ist als derAussenumfang des Innenkörpers, kann diese Forderung dadurch erfüllt werden, dass der Innenumfang des Aussenkörpers zweimal so gross als der Aussenumfang des Innenkörpers ist und die Anzahl Magnetsysteme auf dem Aussenkörper zweimal so gross wird als die auf dem Innenkörper.
Ein Vibrator, bei dem die Anzahl Magnetsysteme auf dem Aussenkörper grösser ist, als die auf dem Innenkörper ist deshalb vorteilhaft, weil abgesehen von der besseren Raumausnutzung durch die glatte Übernahme der Kraftwirkung eine regelmässige Schwingung erhalten wird.
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