Vibrator. Die Erfindung bezieht sich auf Schüttel vorrichtungen, bei denen eine Drehbewegung in Schwingungsbewegungen umgesetzt wird, wobei letztere beispielsweise eine höhere Fre quenz als die treibende Drehbewegung haben können. Die Drehbewegung der in Rede stehenden Schüttelvorrichtungen kann durch irgend ein geeignetes Mittel, z. B. einen Mo tor, eine motorgetriebene Drehwelle oder dergleichen, erzeugt werden.
Die mit der Be wegungsumwandlung hervorgebrachte me chanische Schwingungskraft kann zum Schütteln von festen Körpern, Flüssigkeiten oder Gasen benutzt werden, und zwar ent weder durch unmittelbare Einwirkung der Schüttelvorrichtung auf jene, oder unter Ver mittlung geeigneter Vorrichtungen, wie bei spielsweise Membranen, Siebe, Formen, Rin nen, Setztischen usw., mit denen die Schüttel vorrichtung verbunden ist.
Insbesondere kön nen diese Schüttelvorrichtungen als Einsteck- Hochfrequenzvibratoren zum Giessen bezw. Verdichten von Beton ausgebildet sein. Die Vorteile und verschiedenen Zwecke der Erfindung respektive einzelner Beispiele derselben sind in der folgenden Beschreibung und den beigegebenen Zeichnungen\ ein gehender dargestellt, in denen: Fig. 1 bis 3 Darstellungen mit einem Diagramm sind, die die mechanischen Grund lagen zeigen, auf denen die Erfindung be ruht;
Fig. 4 zeigt eine Schüttelvorrichtung nach der Erfindung, in der der rotierende Teil sich an der Innenfläche des Schwing körpers abrollt, und Fig. 5 eine ähnliche Vor richtung, bei der der rotierende Teil mit dem Schwingkörper über einen an letzterem her ausstehenden Teil in Verbindung steht.
Die Konstruktionseinzelheiten und Wirkungs weise sind im folgenden eingehender be schrieben; Fig. 6 bis 12 zeigen verschiedene Aus führungsformen von Schüttelvorrichtungen nach der Erfindung. Es ist bereits bekannt, insbesondere für die Zwecke des Schüttelns plastischer Mas sen, wie beispielsweise Betonmischungen und dergleichen, Schwingungen durch mecha nische Mittel hervorzurufen, und zwar mit Hilfe sich drehender Wellen, die an beiden Enden gelagert und mit Gewichten versehen sind,
die fest mit ihr verbunden und deren Schwerpunkte exzentrisch in bezug auf die Wellenachse angeordnet sind. Wenn sich die Welle mit hoher Geschwindigkeit dreht, las sen die exzentrischen Gewichte Schwingun gen in der Einrichtung entstehen. Es ist je doch leicht einzusehen, dass deren Schwin gungszahl auf die Umdrehungszahl der ro tierenden Welle begrenzt ist. indem die Zahl der Schwingungen gleich der Umdrehungs zahl der Welle ist. Insbesondere in Rücksicht auf das Vibrieren von Beton ist es aber sehr erwünscht, Schwingungen sehr hoher Schwin gungszahl zu benutzen.
Die einzig geeignete und bekannte Weise, eine hohe Schwingungs zahl mit mechanischen Mitteln zu bekommen, ist also bisher die gewesen, dass man der sich drehenden Welle mit Hilfe eines Motors eine hohe Umlaufgeschwindigkeit erteilt, wobei der Motor entweder unmittelbar an die Welle oder unter Vermittlung einer zwischen Mo tor und Welle eingeschalteten Getriebevor richtung angeschlossen ist.
Die zuerst er wähnte Einrichtung gestattet eine kräftigere und mehr zuverlässige Konstruktion, aber die maximale Geschwindigkeit, die erhalten wer den kann, entspricht der des Antriebsmotors. Im Falle elektrischer Motoren ist. diese ge wöhnlich durch die Frequenz des elektrischen Stromes gegeben, da nur Wechselstrommo- toren mit einigem Vorteil für diese Zwecke verwendet werden können.
Der Gebrauch von Getrieben anderseits erhöht. die Kosten der Vorrichtung und macht sie empfindlicher, besonders in den Fällen, wo biegsame Wel len zwischen motorgetriebenen Getrieben und dem Schwingteil angewandt werden, und zwar auf Grund der beträchtlichen Haltbar keitsverminderung der Welle bei den extrem hohen Geschwindigkeiten, die in vielen Fäl len erwünscht sind. Die vorliegende Erfindung schafft die Möglichkeit, diese und andere Nachteile zu vermeiden und praktisch genommen jede ge wünschte Schwingungszahl zu erhalten, auch wenn ein Antriebsmotor oder eine Welle mit verhältnismässig niedriger Umlaufgeschwin digkeit angewandt wird.
Gleichzeitig ist die Konstruktion der Schüttelvorrichtung verein facht worden. Dies wird durch die Anwen dung einer Planetenbewegung erreicht, die ein mit derselben Umdrehungsgeschwindig- keit wie der Antriebsmotor oder die trei bende Welle sich drehender Teil besitzt.
Die ser rotierende Teil ist mit einer innern oder äussern Kreisfläche versehen. die mit einer entsprechenden Kreisfläche am sogenannten Schwingteil in Berührung gebracht wird, so dass diese beiden Flächen eine gegenseitige Rollbewegung vollziehen, wenn sie miteinan der in Berührung stehen. Auf diese Weise kann die Drehbewegung es rotierenden Teils, bei gewissen gegebenen Beziehungen zwischen den Durchmessern der beiden Kreis flächen, in eine Anzahl von Impulsen auf das schwingende Glied übertragen werden. so, dass letzteres mit einer höheren Schwin gungszahl als die Umlaufzahl des Rotations teils schwingt.
Der der Erfindung zugrunde liegende Ge danke kann leicht aus den Fig. 1 bis 5 ver standen werden, die besondere Fälle eines und desselben Grundgedankens veranschau lichen. Fig. 1 ist eine Darstellung, welcher die bei einer Einrichtung gemäss Fig. 4 vor kommenden Verhältnisse zugrunde gelegt sind. Der Kreis d entspricht dem Rotations teil 3 und der Kreis B dem zylindrischen Gehäuse 4 in Fig. 4.
Wenn derb Rotations teil 3 und der Welle 1 (Fix. 4) eine Dreh bewegung mit Hilfe der biegsamen Welle 7 erteilt wird und der Teil 3 mit der Fläche 4a in Berührung kommt, so werden ihre gegenseitigen Bewegungen von der in Fig. 1 dargestellten Art 6ein. Die konstruktiven Einzelheiten der Unrichtung und ihre Wir- kungsweise werden im <RTI
ID="0002.0058"> folgenden im Zusam menhang mit einer Erklärung der Fig: 4 bis 12 eingehender beschrieben. Es genügt vor- läufig, die Fig. 1 bis 3 als Darstellung der rein mechanischen Grundsätze zu betrachten, die in den Fig. 4 und 5 enthalten sind.
Vom Kreis A in Fig. 1 (entspricht,dem Rotor 3 in Füg. 4) sei angenommen, dass er <I>eine</I> durch den Pfeil a angedeutete Drehbe wegung ausführt. Er rollt zugleich an dem Kreis<I>B</I> (innere Fläche<I>4a</I> in Fig. 4) ab und beschreibt eine Kreisbewegung wie durch Pfeil b angegeben.
Die Drehkraft, die dem Kreis A erteilt wird, erzeugt indirekt eine Radialkomponente c durch den Berührungs punkt zwischen -den Kreisen A und B. Diese Komponente stellt also eine Kraft dar, die bestrebt ist, den Kreis B in der Richtung des Pfeils c zu bewegen, und zwar zufolge des durch die Trägheit des Kreises A ausgeüb ten Druckes.
Denn der Kreis A wird wäh rend des Abrollens auf der Innenseite von B ununterbrochen gezwungen, von der Geraden abzuweichen ("Zentrifugalkraft"). Während also der Kreis A sich um seinen Schwer punkt dreht, wie durch den Pfeil a ange geben, und die Kreisbewegung (planetarische Bewegung) in bezug auf Kreis B ausführt, wie durch den Pfeil b angegeben, übt erden Druck c radial auf den Kreis B aus, und dieser Druck wird andauernd und radial auf den Kreis B wirken,
während er sich mit dem Krems A längs der Peripherie des Krei ses B bewegt und dabei die Stellungen cl, c2 usw. einnimmt.
Es ist also offenbar, dass die Geschwindigkeit, mit der die Kraft c längs des Kreises B entlang wandert, von der Ge schwindigkeit abhängt, mit der der Kreis A längs des Kreises B sich bewegt (die Bewe gung ist durch Pfeil b angegeben). Diese letztere Geschwindigkeit wird durch zwei Faktoren bestimmt,
nämlich das Verhältnis der Durchmesser der Kreise A und B zuein ander und die periphere Umlaufgeschwindig keit des .ersteren (die Umlaufbewegung ist durch Pfeil a angedeutet). Wenn man die Drehzahl des Kreises A um seinen Mittel punkt (die Bewegung ist durch Pfeil a an gedeutet) mit n bezeichnet, und die Dreh zahl des Mittelpunktes des Kreises A um den Mittelpunkt des Kreises<I>B</I> mit<I>f,</I> so erkennt man, dass f die durch die "Zentrifugalkraft" c des Kreises A hervorgerufene Sehwin- gungszahl ist.
Das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Kreise <I>A</I> und<I>B,</I> wobei die Durchmesser der Einfachheit halber mit A und B bezeÄchnet seien, und .den Bewe gungen des Kreises A (n, f) ist folgendes:
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Es ist leicht zu erkennen, dass wenn der Durchmesser .des Kreises A kleiner als die Hälfte des Durchmessers des Kreises B ist, also das Verhältnis<I>B :
A</I> grösser als 2, der Kreis A mehr als eine Umdrehung um seinen eigenen Mittelpunkt auszuführen hat (die @clurch Pfeil a angedeutete Bewegung), ehe er eine volle Umdrehung längs des Kreises <I>B</I> zurückgelegt hat (die durch Pfeil<I>b</I> ange deutete Bewegung). f nimmt hierbei Werte kleiner als n an.
Mit andern Worten, in allen diesen Fällen wird sich die Kraft c längs der Peripherie des Kreises B bewegen (und radial auf ihn einwirken), und zwar mit ge ringerer Geschwindigkeit als der Kreis A sich um seinen eigenen Mittelpunkt dreht.
Wenn also der Kreis A (Rotor 3 in Fig. 4) ,eine Geschwindigkeit von angenom men 3000 Umdrehungen in der Minute emp fängt, so wird diese in eine Kraft mit einer radial auf den Kreis B wirkenden Kompo nente umgeformt, die den Kreis B in 6chwin- gungen versetzt.
Diese Kraft wird aber in diesen Fällen .sich mit geringerer Geschwin digkeit längs der Peripherie des Kreises B fortbewegen. Mit andern Worten, die Schwingungszahl. des Kreises B (Gehäuse 4 in Fig. 4) wird niedriger als 3000 in der Minute sein.
In ähnlicher Weise erhält man, wenn das Verhältnis der Durchmesser der Kreise B und A wie 2 : 1 .gemacht wird, den besonderen Fall, bei dem der Kreis A eine Umdrehung um seinen Mittelpunkt ausführt, während er eine Umdrehung um den Mittel punkt des Kreises B beschreibt,
da für <I>B - 2 A</I> die Gleichung f - n gilt. In die sem Falle wird also die Schwingungszahl begleich der Umdrehungszahl des Kreises A um seinen eigenen Mittelpunkt werden (die Umdrehungen der treibenden Welle 1 in Fig. 1). Wenn man das Verhältnis der Durch- messer der Kreise<I>B</I> und<I>A</I> kleiner als 2 macht, wird eine Steigerung der Schwin gungszahl erhalten, was aus dem vorher gehenden leicht zu verstehen ist. Dabei nimmt f Werte grösser als n an.
Die Grenze B : < -I - 1, die theoretisch unendlich hohe Schwingungszahl der Kraft c bedeutet, ist offenbar praktisch unmöglich zu erreichen; aber eine Steigerung der Rotationsbewegung zu einer Schwingungshäufigkeit im Verhält nis 1 : 5 oder 1 : 10 oder auch noch höher ist auf diese -X\!-eise ohne irgendwelche Schwierigkeiten mechanischer Natur leicht zu verwirklichen.
Dies bedeutet, dass die Schwingungshäufigkeit, wenn man einen Motor oder eine Welle benutzt, die den Ro tor mit der mässigen Geschwindigkeit von --enommen 3000 Umdrehungen in der Mi- # ant, nute antreibt, von der Grössenordnung 15000 bis 30000 Umdrehungen in der Minute oder auch mehr betragen kann.
Die oben besprochene Beziehung zwischen dem Verhältnis der Durchmesser der Kreise B und A und der Frequenz der Drehbewe gung und Schwingbewegung wird durch die Kurve P im Diagramm der F'ig. 3 veran- schauhcht. Wie ersichtlich, wird das Ver hältnis<I>f :
</I> n kleiner als 1 sein (das bedeutet, dass ein Herabgehen der Frequenz der Ur- sprungsbewegung n stattfindet) für Verhält nisse zwischen den Durchmessern <I>B : A</I> grö sser als ?. Dies ist in Übereinstimmung mit dem, was oben dargelegt wurde.
Für B : A - 2 wird das Verhältnis f : n gleich 1. und für alle Werte von B : A kleiner als 2 bis <I>B : A - 1</I> findet eine Steigerung der iSchwingungszahl statt, wie aus der Kurve P ersichtlich ist. In dem Masse, wie A sich in der Grösse B nähert, wächst auch der Grad der Steigerung. Die Kurve P ist in der Tat eine gleichseitige Hyperbel, die asympthotisch zu den Koordinatenaehsen verläuft.
Nachdem nunmehr die allgemeinen Grund lagen dargelegt sind, die bei dem in den Fig. 1 und 4 gezeigten Fall angewendet wer <B>d</B>en, wo das Verhältnis <I>B : A</I> sich von 7. bis 1 bewegt, soll nun ein anderer Spezialfall des gleichen Grundgedankens in Verbindung mit den Fig. 2, 3 und 5 besprochen werden, wo das Verhältnis <I>B : A</I> kleiner als 1 ist.
Dies bedeutet, dass der Kreis A an der Aussenfläche des Kreises B abrollt, statt, wie vorher, an der Innenfläche desselben. Dabei führt er ebenfalls die Drehbewegung um seinen eigenen Mittelpunkt aus, wie durch Pfeil cr angegeben. In diesem Fall berührt der Kreis A auf seiner innern an Stelle seiner äussern peripheren Fläche den schwin genden Teil.
Dieser Teil ist in Fig. 5 als mit einem zylindrischen Vorsprung 4a versehen gezeigt, der dem Kreis B in Fig. 2 ent spricht.
Der Kreis A wird also in diesem Fall eine planetarische Bewegung längs der Peripherie des Kreises B ausführen. Die mathematischen Bedingungen in bezug auf das Verhältnis zwischen der Frequenz der Kraft c und der Umdrehung des Kreises A sind in diesem Fall
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und das Verhältnis zwischen<I>f :
</I> n und<I>B : A</I> ist aus der Kurve Q (Fig. 3) zu ersehen. Die Schwingungszahl, die den Wert unendlich für
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- 1 erreicht, wird also, wenn man längs der Abgzissenachse von höheren zu nie- drigeren Werten <I>B :
A</I> fortschreitet gemäss der Kurve Q fallen, und zwar in dem Mass wie<I>A</I> über<I>B</I> hinauswächst. Die Grenze ist <I>f :</I> n <I>-</I> 1, wenn B sich 0 nähert. Es ist also offenbar, dass die Vorrichtung gemäss Fig. 5 stets eine Steigerung der Umdrehungszahl n auf die Schwingungszahl f im Verhältnis <I>f :
n</I> gemäss der Kurve<I>Q</I> hervorrufen wird. Je mehr die Durchmesser der äussern Kreis fläche des Vorsprunges 4a am schwingenden Teil 4 und der innern Kreisfläche 3a des ro tierenden Teils 3 (Fig. 5) sich in ihrer Grösse nahe kommen, desto mehr wird der Grad der,
Steigerung in derselben Weise wie für die Kurve P anwachsen, -da die Kurven Q und P in bezug auf die Ordinate durch <I>B : A - 1</I> symmetrisch sind.
Nachdem im vorstehenden verschiedene Spezialfälle beschrieben worden sind, die aus einem und demselben Grundprinzip abgelei tet wurden, soll die praktische Verwirk- lichung dieser verschiedenen Fälle eiDgehen- der beschrieben werden, und zwar unter Hin weis auf die Fig. 4 bis 12.
Es ist 3elbstver- ständlich, dass die verschiedenen Einrichtun- gen in rein mechanischer Hinsicht beträcht lich verändert werden können, ohne von dem zugrunde liegenden Prinzip abzuweichen. und dass sie keine Beschränkung der Erfin dung auf die besonderen Fälle bedeuten, die gezeigt und beschrieben werden.
Die Einrichtung nach Fig. 4 besitzt ein Gehäuse 4, zweckmässigerweise in Form eines Rohres oder dergleichen,,las eine innere Zy linderfläche 4a besitzt. Eine starre Welle 1 ist auf Lager 2 drehbar am einen Ende des Gehäuses 4 gelagert.
Das Lager ist so kon- struiert, -dass es eine unbehinderte Kreisbewe gung ges andern Wellenendes innerhalb der durch den Durchmesser der Fläche 4a und die Grösse des Gewichtes 3 an der Welle ge gebenen Grenzen gestattet, wie aus dem fol genden hervorgeht. Dass innere Ende der Welle trägt ein zylindrisch gestaltetes Ge wicht 3, zum Beispiel von der Form einer mehr oder weniger kugeligen Riemenscheibe oder dergleichen.
Die Welle 1 ist für ihre Drehung um ihre Achse mit einer biegsamen Welle 7 oder dergleichen verbunden,,die mit irgend einer geeigneten Antriebsvorrichtung verbunden ist, zum Beispiel mit einem elek- trischen Motor oder einer ähnlichen (nicht dargestellten) Vorrichtung.
Die Welle 1 ist zweckmä,ssigerweise hohl ausgeführt, um das Gewicht des Apparates zu vermindern und das Drehmoment auf das rotierende Ge wicht 3 an der Welle 1 zu konzentrieren. Wenn :die Antriebsvorrichtung angelassen und folglich die Welle 1 zum Drehen um ihre Achse gebracht wird, beginnt das Ge wicht 3 Oder sogenannte Rotationsteil), nach- dem es nur wenig aus seiner Ruhelage Uer- aue@gebracht ist, wie ein konisches Pendel zu kreisen.
Das Gewicht ist in einer gelenkigen resp. selbsttätig einstellbaren Lagervorrich tung 2 pendelnd gelagert, damit es die Wand des Gehäuses 4 berühren kann.
Wenn, das Gewicht .damit in Berührung kommt, wird es zuerst an ,der innern .Zylinderfläche 4a des Gehäuses 4 (dem sogenannten Schwing- oder Vibrierteil) entlanggleiten, bis seine 7entri- fugalkraft, nachdem das Gewicht an Dreh moment gewonnen hat, eine solche Grösse er reicht hat, dass es in allen Lagen in Berüh rung mit der Fläche 4a bleibt. .Sobald dies .stattfindet, beginnt das Gewicht 3 an der Oberfläche 4a zu rollen, wie oben in Zu sammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.
Es ist also ersichtlich, @dass ,dass Gewicht 3 als seine eigene Reibungskupplung dient und nur gradweise in Wirksamkeit gebracht wird, in dem Masse nämlich, wie es an Ge schwindigkeit und Moment gewinnt.
Dies ist von grosser Wichtigkeit für die Verhütung unzulässiger Beanspruchung an den mecha- nis chen oder elektrischen Antriebsteilen, wenn die Schüttelvorrichtung angelassen wird.
In Abhängigkeit von .der UmdTehunb - geschwindigkeit der Welle 1 und dem Ver- häItnis zwischen den Durchmessern des Ge- wichtes 3 und der innern Zylinderfläche 4a des Schwingteils 4 wird die gesamte Vor richtung mit einer Frequenz schwingen, deren Grösse durch die Kurve P, Fig. 3, be stimmt isst.
Die Vorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, hat eine etwas abgeänderte Konstruktion. Das Gewicht 3 ist in ,fiesem Falle mit einer Aussparung versehen, die eine kreis%ringför- mag gestaltete Fläche 3a besitzt. Der Schwingteil ist entsprechend mit einem Vor sprung 4a versehen, der eine äussere Um-- drehungssfläche hat.
Das Gewicht 3 ist also fähig, mit seiner Fläche 3a auf der Fläche 4a in Übereinstimmung mit dem Prinzip ab zurollen, das in Zusammenhang mit Fig. 2 bezeigt und beschrieben wurde. Die Wir kungsweise ist die gleiche wie die der Vor- riehtung gemäss Fig. 4.
Die Bedingungen für eine Überführung der kreisenden Bewegung der Welle 1 in Schwingungen der Vorrich- tung sind bereits in Zusammenhang mit der Kurve Q der Fig. 3 beschrieben und erklärt worden.
Die Vorrichtung .gemäss FRg. 6 ist eine Abänderung der Vorrichtung gemäss Fig. 4. Die Welle 1 ist mit einer Universalkupplung 2a versehen, die ihr freie Pendelbewegung gestattet. 6 stellt einen eingekapselten Motor dar.
Fig. 7 ist eine allgemeine Ansicht einer Schüttelvorrichtung ähnlich derjenigen ge mäss Fig. 4 und 5. Die Welle 1 wird in die sem Fall durch den Motor 6 und die bieg same Welle 7 angetrieben. Die Vorrichtun gen gemäss Fig. 4 bis 7 sind besonders gut für das Giessen und Verdichten von Ze ment geeignet. Das äussere Gehäuse 4
ist rohrförmig gestaltet, um unmittelbar in den Zement für dessen Vibration eingesetzt zu werden.
Fig. 8 zeigt eine @Schüttelvorrichtung ge- mäss der Erfindung, die besonders für das Schütteln grosser Flächen wie Strassenober- flächen usw. geeignet ist.
Der Motor 6 ist mit Hilfe von Universalkupplungen 8 an die Wellen 1 angeschlossen. Gewichte 3 rollen in den kreisrunden Teilen 9 in der gleichen Weiee, wie in Zusammenhang mit Fig. 1, 4 und 6 beschrieben wurde. Die gesamte Schüttelvorrichtung ist auf einer flachen Grundplatte angebracht, die durch die Wir kung der rollenden Gewichte 3 auf die ring förmigen Teile 9 zu Vibration gebracht wird.
Die Teile 9 sind fest mit der Grund- platte verbunden, welche angehoben und auf jeden beliebigen Platz mit Hilfe der Hand griffe 10 gestellt werden kann.
Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung, die zur Vibration kleiner Oberflächen, wie zum Bei spiel Böden in Gebäuden geeignet ist. Der Motor 6 ist ähnlich wie bei der Einrichtung nach Fig. 8 durch Universalkupplung mit der Welle 1 verbunden. Die Zusammenarbeit der Teile 3 und 9 lässt die Vorrichtung vi brieren, wie bereits in Zusammenhang mit Fig. 1, 3, 4 bis 6 und 8 beschrieben wurde.
Handgriffe 10 dienen zur beliebigen tewe- gung der Vorrichtung.
Fig. 10 ist eine Ansicht einer Schüttel- vorrichtung für Schüttelsiebe, Rinnen, For men, ,Setztische (Jiggerplatten) usw. Die Arbeitsweise ist genau dieselbe wie früher beschrieben. Die Walze 3 verursacht Sehwin- gungen das Schwingteils 9,
die auf den Ap parat 12, der geschüttelt werden soll, nach Massgabe der Grundsätze übertragen wer den, die in Zusammenhang mit Fig. 1 ge schildert und erklärt worden sind. Das am einen Ende des Pendels vorhandene gelenkige Pendellager ist in diesem Fall von dem mit dem andern Ende des Pendels zusammen- wirkender @Schwingungskörpers 9,
12 frei- stehend angeordnet, wobei das Pendel zu- gleich in solcher Weise verschiebbar ange ordnet sein könnte,
dass das Durchmesser verhältnis zwischen den zusammenwirkenden Flächen am Umdrehungskörper und am Schwingkörper verändert werden )tann, <B>z.
B.</B> in denselben Weise, wie unten in Zusammen- hang mit Fig. 11 beschrieben ist, um nöti- genfalls Resonanz zwischen der Drehzahl der rotierenden Pendelbewegung und der Eigen- schwingungszahl des Schwingkörpers 9,
12 herstellen zu können.
Aus dem Vorstehenden sollte ersichtlich geworden sein, dass die gegenseitige AnoTd- nung des Rotationsteils 3 und des Schwing teils 9, die in F'ig. 8 bis 1(1 gezeigt und die gleiche wie in Fig. 1, 4 und 6 ist,
ebenso gut gleich jener sein kann, die in Fig. 2 und 5 dargestellt sind. Es ist hauptsächlich eine Konstruktionsfrage, welche dieser Anord nungen für den betreffenden Apparat ausge wählt werden soll.
Wie aus den Kurven P und Q in Fig. 3, sowie auch aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, ändern diese Abweichungen im mechanischen Aufbau in keiner Weise den grundsätzlichen Gedanken der Erfindung.
Fig. 11 zeigt eine Schüttelvorrichtung von derselben allgemeinen Konstruktion wie in Fig. 4. Diese Konstruktion ist besonders geeignet, die allgemeinen Grundsätze für eine regelbare Schwingungshäufigkeit darzu legen.
Die miteinander arbeitenden Flächen :3a und. <I>4a</I> des Rotationsteils 2 und -des Schwingbeils 4 sind in .diesem Falle konisch ausgeführt. Mit Hilfe einer Buchse 11 oder einer andern geeigneten Einrichtung- kann der Teil 3 auf verschiedene Zonen der koni schen Fläche 4a verschoben' werden. Diese Zonen stellen verschieden grosse Durchmesser des Weges dar, auf dem der Teil 3 abrollt.
Da., wie in Zusammenhang mit Fig. 1 und 3 erklärt wurde, das Verhältnis zwischen Aden Durchmessern .der Flächen 3a und 4a ein Faktor ist, der, so lange andere Bedingungen gleich -bleiben, die Schwingungszahl des Schwingteils bestimmt, so kann leicht einge sehen werden, dass diese Einrichtung eine Regelung !der Schwingungszahl gestattet.
Diese Einrichtung kann in Verbindung mit irgendeiner der in Fig. 4 bis 10 dargestell ten Vorrichtungen benutzt werden, was aus dem vorher Angegebenen erhellen dürfte. An statt :der konischen kann den Flächen auch jede andere geeignete Form gegeben werden; um die gewünschte Veränderlichkeit im Ver hältnis der Durchmesser hervorzubringen.
Fig. 12 zeigt eine etwas, abgeänderte Konstruktion der Berührungsflächen der Rolle 3 und des Schwingkörpers 4. Diese sind im vorliegenden Fall schräg ausgeführt, um eine .gewisse Keilwirkung zu bekommen. Dabei wird auch die Berührung zwischen Rolle und erhöht.
Die in Fig. 11 und 12 gezeigten Einzelheiten kön nen natürlich in verschiedener Weise abge ändert werden, ohne,dass ,dabei von der allge meinen Grundidee abgewichen wird, so dass sie also auch in Übereinstimmung mit den allgemeinen konstruktiven Grundsätzen, die in F'i:g. 2 und 5 dargestellt worden sind, ge baut sind.
Die oben in. Zusammenhang mit Fig. 4 bis 12 dargestellten und erläuterten Kon- struktionen sind, wie dort ersichtlich, nur Sonderfälle eines und desselben Grundgedan- kens, und es ist offensichtlich, dass die prak tische Verwirklichung ,dieses Prinzips auf einer Reihe von Wegen herbeigeführt wer den kann, ohne vom Grundgedanken abzu weichen.
Es muss besonders beachtet werden, dass die Erfindung in keiner Weise an die besonderen Formen gebunden ist, die in den Zeichnungen wiedergegeben sind. Es ist zum Beispiel nicht notwendig, ,die Kraft,dem Ro tationsteil (Gewicht 3) unter Vermittlung einer Welle zuzuführen, ,da es in vielen Fäl len möglich ist,
den Motor selbst als Teil des Rotationsgliedes zu verwenden, das heisst, da.ss man den Motor selbst die erforderlichen Bewegungen für das Hervorbringen von Schwingungen in der Schüttelvorrichtung ausführen lässt. Dies wird besonders leicht dann ver%Y,-irklicht, wenn man den Rotations- teil als einen elektrisch oder durch Druck luft, Dampf oder ein flüssiges Medium ge: triebenen Motor ausgeführt.
Vibrator. The invention relates to shaking devices in which a rotary movement is converted into vibratory movements, the latter for example having a higher frequency than the driving rotary movement. The rotary movement of the shakers in question may be effected by any suitable means, e.g. B. a Mo tor, a motor-driven rotary shaft or the like can be generated.
The mechanical vibratory force produced by the conversion of motion can be used to shake solid bodies, liquids or gases, either through the direct action of the shaking device on them, or by means of suitable devices, such as membranes, sieves, molds, Gutters, seating tables, etc., with which the shaking device is connected.
In particular, these shaking devices can BEZW as plug-in high-frequency vibrators for casting. Compaction of concrete be designed. The advantages and various purposes of the invention and individual examples thereof are illustrated in detail in the following description and the accompanying drawings, in which: FIGS. 1 to 3 are representations with a diagram showing the mechanical bases on which the invention is based be rests;
Fig. 4 shows a shaking device according to the invention, in which the rotating part rolls on the inner surface of the oscillating body, and Fig. 5 shows a similar device before, in which the rotating part is connected to the oscillating body via an outstanding part on the latter stands.
The design details and effects are described in more detail below be; Fig. 6 to 12 show various forms of execution from shaking devices according to the invention. It is already known, especially for the purpose of shaking plastic mass, such as concrete mixes and the like, to cause vibrations by mechanical means, with the help of rotating shafts that are mounted at both ends and provided with weights,
which are firmly connected to it and whose centers of gravity are arranged eccentrically with respect to the shaft axis. When the shaft rotates at high speed, the eccentric weights cause vibrations in the device. However, it is easy to see that the number of vibrations is limited to the number of revolutions of the rotating shaft. by the number of oscillations is equal to the number of revolutions of the shaft. In particular, with regard to the vibration of concrete, it is very desirable to use vibrations with a very high number of vibrations.
The only suitable and known way to get a high number of vibrations by mechanical means has so far been that the rotating shaft is given a high rotational speed with the help of a motor, the motor either directly to the shaft or through a The gearbox device switched on between the motor and the shaft is connected.
The device first mentioned allows a more powerful and reliable construction, but the maximum speed that can be obtained corresponds to that of the drive motor. In the case of electric motors is. this is usually given by the frequency of the electric current, as only AC motors with some advantage can be used for this purpose.
The use of gears on the other hand increases. reduces the cost of the device and makes it more sensitive, particularly in those cases where flexible shafts are used between motorized gears and the oscillating member, due to the considerable reduction in durability of the shaft at the extremely high speeds that are desirable in many cases . The present invention provides the possibility of avoiding these and other disadvantages and practically speaking any desired number of vibrations to be obtained, even if a drive motor or a shaft with a relatively low Umlaufgeschwin speed is used.
At the same time, the construction of the shaker has been simplified. This is achieved through the use of a planetary motion, which has a part rotating at the same speed of rotation as the drive motor or the driving shaft.
This rotating part is provided with an inner or outer circular area. which is brought into contact with a corresponding circular surface on the so-called oscillating part, so that these two surfaces perform a mutual rolling movement when they are in contact with one another. In this way, the rotational movement of the rotating part, with certain given relationships between the diameters of the two circular surfaces, can be transferred to the vibrating member in a number of pulses. so that the latter oscillates with a higher number of vibrations than the number of revolutions of the rotary part.
The underlying Ge of the invention can easily be understood from FIGS. 1 to 5, which illustrate the special cases of one and the same basic idea. FIG. 1 is an illustration on which the conditions prevailing in a device according to FIG. 4 are used. The circle d corresponds to the rotary part 3 and the circle B to the cylindrical housing 4 in FIG. 4.
When the rotary part 3 and the shaft 1 (fix. 4) are given a rotary movement with the aid of the flexible shaft 7 and the part 3 comes into contact with the surface 4a, their mutual movements are of the type shown in FIG 6a. The constructive details of the device and its mode of operation are described in the <RTI
ID = "0002.0058"> the following in connection with an explanation of Fig: 4 to 12 described in more detail. For the time being, it is sufficient to consider FIGS. 1 to 3 as a representation of the purely mechanical principles contained in FIGS. 4 and 5.
It is assumed from the circle A in Fig. 1 (corresponds to the rotor 3 in Füg. 4) that it executes a rotation indicated by the arrow a. At the same time, it rolls along the circle <I> B </I> (inner surface <I> 4a </I> in FIG. 4) and describes a circular movement as indicated by arrow b.
The turning force imparted to circle A indirectly generates a radial component c through the point of contact between circles A and B. This component thus represents a force which tends to move circle B in the direction of arrow c according to the pressure exerted by the inertia of circle A.
Because the circle A is continuously forced to deviate from the straight line while rolling on the inside of B ("centrifugal force"). So while the circle A rotates around its center of gravity, as indicated by the arrow a, and executes the circular motion (planetary motion) with respect to circle B, as indicated by the arrow b, it exerts the pressure c radially on the circle B. off, and this pressure will act continuously and radially on circle B,
while he moves with the Krems A along the periphery of the circle B and thereby assumes the positions c1, c2, etc.
It is obvious that the speed with which the force c moves along the circle B depends on the speed with which the circle A moves along the circle B (the movement is indicated by arrow b). This latter speed is determined by two factors,
namely the ratio of the diameter of the circles A and B zuein other and the peripheral Umlaufgeschwindig speed of the .ersteren (the orbital movement is indicated by arrow a). If you denote the speed of the circle A around its center point (the movement is indicated by arrow a) with n, and the speed of the center of the circle A around the center of the circle <I> B </I> with <I > f, </I> you can see that f is the number of visual vibrations caused by the "centrifugal force" c of circle A.
The ratio between the diameters of the circles <I> A </I> and <I> B, </I> where the diameters are denoted by A and B for the sake of simplicity, and the movements of the circle A (n, f ) is following:
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It is easy to see that if the diameter of circle A is smaller than half the diameter of circle B, the ratio <I> B:
A </I> greater than 2, circle A has to complete more than one revolution around its own center point (the movement indicated by @click arrow a) before it has completed a full revolution along circle <I> B </I> (the movement indicated by arrow <I> b </I>). Here f assumes values smaller than n.
In other words, in all these cases the force c will move along the periphery of the circle B (and act on it radially) at a slower speed than the circle A rotates around its own center.
So if the circle A (rotor 3 in Fig. 4), a speed of assumed men 3000 revolutions per minute, it is converted into a force with a component acting radially on the circle B, which turns the circle B into 6 oscillations offset.
In these cases, however, this force will move along the periphery of circle B at a slower rate. In other words, the number of vibrations. of circle B (housing 4 in Fig. 4) will be less than 3000 per minute.
Similarly, if the ratio of the diameters of circles B and A is made 2: 1, the particular case in which circle A makes one revolution around its center while making one revolution around the center of the circle is obtained B describes
since for <I> B - 2 A </I> the equation f - n applies. In this case, the number of vibrations will settle the number of revolutions of the circle A around its own center point (the revolutions of the driving shaft 1 in Fig. 1). If the ratio of the diameters of the circles <I> B </I> and <I> A </I> is made smaller than 2, an increase in the number of vibrations is obtained, which is easy to understand from the preceding. Here f takes values greater than n.
The limit B: <-I - 1, which theoretically means an infinite number of vibrations of the force c, is obviously practically impossible to achieve; but an increase in the rotational movement to a frequency of oscillation in the ratio of 1: 5 or 1:10 or even higher can easily be achieved in this way without any difficulties of a mechanical nature.
This means that if a motor or a shaft is used that drives the rotor at a moderate speed of 3000 revolutions per minute, the frequency of oscillation is of the order of 15,000 to 30,000 revolutions per minute or can be more.
The relationship discussed above between the ratio of the diameters of the circles B and A and the frequency of the rotary motion and oscillatory motion is indicated by the curve P in the diagram in FIG. 3 illustrated. As can be seen, the ratio <I> f:
</I> n must be less than 1 (this means that the frequency of the original movement n is decreasing) for ratios between the diameters <I> B: A </I> greater than?. This is in accordance with what has been set out above.
For B: A - 2 the ratio f: n is equal to 1. and for all values from B: A less than 2 to <I> B: A - 1 </I> there is an increase in the number of vibrations, as shown in the curve P can be seen. As A approaches in size B, the degree of increase also increases. Curve P is in fact an equilateral hyperbola that is asympthotic to the coordinate axes.
Now that the general principles have been set out which are used in the case shown in FIGS. 1 and 4, where the ratio <I> B: A </I> differs from 7. to 1, another special case of the same basic idea will now be discussed in connection with FIGS. 2, 3 and 5, where the ratio <I> B: A </I> is less than 1.
This means that the circle A rolls on the outer surface of the circle B instead of, as before, on the inner surface of the same. He also performs the rotary movement around his own center point, as indicated by arrow cr. In this case, the circle A touches the oscillating part on its inner instead of its outer peripheral surface.
This part is shown in Fig. 5 as being provided with a cylindrical projection 4a which corresponds to the circle B in Fig. 2 ent.
In this case, the circle A will execute a planetary movement along the periphery of the circle B. The mathematical conditions relating to the ratio between the frequency of the force c and the revolution of the circle A are in this case
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and the relationship between <I> f:
</I> n and <I> B: A </I> can be seen from curve Q (Fig. 3). The number of vibrations that has the value infinite for
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- 1 is reached, if one moves along the abscissa axis from higher to lower values <I> B:
A </I> progresses according to curve Q, to the extent that <I> A </I> grows beyond <I> B </I>. The limit is <I> f: </I> n <I> - </I> 1 as B approaches 0. It is therefore evident that the device according to FIG. 5 always increases the number of revolutions n to the number of vibrations f in the ratio <I> f:
n </I> according to the curve <I> Q </I>. The more the diameter of the outer circular surface of the projection 4a on the vibrating part 4 and the inner circular surface 3a of the rotating part 3 (Fig. 5) come close in size, the more the degree of
Increase increase in the same way as for curve P, since curves Q and P are symmetrical with respect to the ordinate by <I> B: A-1 </I>.
After various special cases have been described in the foregoing, which were derived from one and the same basic principle, the practical implementation of these various cases will now be described in detail, with reference to FIGS. 4 to 12.
It goes without saying that the various devices can be changed considerably from a purely mechanical point of view without deviating from the underlying principle. and that they are not intended to limit the invention to the particular cases shown and described.
The device according to FIG. 4 has a housing 4, expediently in the form of a tube or the like, which has an inner cylinder surface 4a. A rigid shaft 1 is rotatably supported on bearings 2 at one end of the housing 4.
The bearing is designed in such a way that it allows unhindered circular movement of the other shaft end within the limits given by the diameter of the surface 4a and the size of the weight 3 on the shaft, as follows. That inner end of the shaft carries a cylindrically shaped Ge weight 3, for example in the form of a more or less spherical pulley or the like.
The shaft 1 is connected to a flexible shaft 7 or the like for its rotation about its axis, which is connected to any suitable drive device, for example to an electric motor or a similar device (not shown).
The shaft 1 is expediently made hollow in order to reduce the weight of the apparatus and to concentrate the torque on the rotating weight 3 on the shaft 1. If: the drive device is started and consequently the shaft 1 is made to rotate about its axis, the weight 3 or so-called rotating part) begins to circle like a conical pendulum after it has only been moved a little from its rest position Uerau @ .
The weight is in an articulated resp. automatically adjustable Lagervorrich device 2 mounted pendulum so that it can touch the wall of the housing 4.
When the weight comes into contact with it, it will first slide along the inner cylinder surface 4a of the housing 4 (the so-called oscillating or vibrating part) until its 7entrifuge force after the weight has gained torque Has reached the size that it remains in contact with the surface 4a in all positions. As soon as this takes place, the weight 3 begins to roll on the surface 4a, as was described above in connection with FIG.
So it can be seen that weight 3 serves as its own friction clutch and is only brought into effect gradually, to the extent that it gains speed and torque.
This is of great importance for the prevention of inadmissible stress on the mechanical or electrical drive parts when the shaker is started.
Depending on the rotation speed of the shaft 1 and the ratio between the diameters of the weight 3 and the inner cylinder surface 4a of the oscillating part 4, the entire device will oscillate at a frequency, the magnitude of which is indicated by the curve P, Fig 3, sure eats.
The device shown in Figure 5 has a somewhat modified construction. In this case, the weight 3 is provided with a recess which has a surface 3a designed in the shape of a circle. The oscillating part is accordingly provided with a protrusion 4a, which has an outer surface of revolution.
The weight 3 is thus able to roll with its surface 3a on the surface 4a in accordance with the principle that has been shown and described in connection with FIG. The manner of operation is the same as that of the device according to FIG. 4.
The conditions for converting the circular movement of the shaft 1 into vibrations of the device have already been described and explained in connection with the curve Q in FIG.
The device according to FRg. 6 is a modification of the device according to FIG. 4. The shaft 1 is provided with a universal coupling 2a which allows it to move freely. Figure 6 illustrates an encapsulated engine.
Fig. 7 is a general view of a shaker similar to that according to FIGS. 4 and 5. The shaft 1 is driven by the motor 6 and the same flexible shaft 7 in this case. The Vorrichtun gene according to FIGS. 4 to 7 are particularly suitable for casting and compacting cement. The outer housing 4
is tubular designed to be inserted directly into the cement for its vibration.
8 shows a shaking device according to the invention, which is particularly suitable for shaking large areas such as road surfaces etc.
The motor 6 is connected to the shafts 1 with the aid of universal couplings 8. Weights 3 roll in the circular parts 9 in the same way as was described in connection with FIGS. 1, 4 and 6. The entire shaking device is mounted on a flat base plate which is caused to vibrate by the action of the rolling weights 3 on the ring-shaped parts 9.
The parts 9 are firmly connected to the base plate, which can be raised and placed in any desired place with the aid of the handles 10.
Fig. 9 shows a device which is suitable for the vibration of small surfaces, such as for example floors in buildings. The motor 6 is connected to the shaft 1 by a universal coupling, similar to the device according to FIG. The cooperation of parts 3 and 9 allows the device to brieren, as already described in connection with FIGS. 1, 3, 4 to 6 and 8.
Handles 10 are used to move the device as desired.
10 is a view of a shaking device for shaking screens, chutes, molds, jig tables, etc. The mode of operation is exactly the same as described earlier. The roller 3 causes visual oscillations of the oscillating part 9,
on the Ap parat 12, which is to be shaken, transferred in accordance with the principles who have been described and explained in connection with FIG. The articulated self-aligning bearing at one end of the pendulum is in this case from the vibrating body 9 that interacts with the other end of the pendulum,
12 arranged free-standing, whereby the pendulum could at the same time be arranged displaceably in such a way that
that the diameter ratio between the interacting surfaces on the body of revolution and on the vibrating body are changed) tann, <B> z.
B. </B> in the same way as is described below in connection with FIG. 11, if necessary to achieve a resonance between the speed of the rotating pendulum movement and the natural frequency of the oscillating body 9,
12 to be able to produce.
From the above it should be evident that the mutual anoTd- ning of the rotating part 3 and the oscillating part 9, which is shown in FIG. 8 to 1 (1 shown and the same as in Figures 1, 4 and 6,
may as well be the same as those shown in FIGS. 2 and 5. It is mainly a question of design which of these arrangements should be selected for the apparatus in question.
As can be seen from the curves P and Q in FIG. 3 and also from FIGS. 1 and 2, these deviations in the mechanical structure in no way change the basic concept of the invention.
Fig. 11 shows a shaker of the same general construction as in Fig. 4. This construction is particularly suitable for setting out the general principles for a controllable frequency of oscillation.
The surfaces that work together: 3a and. <I> 4a </I> of the rotating part 2 and of the swinging ax 4 are conical in this case. With the help of a socket 11 or some other suitable device, the part 3 can be moved to different zones of the conical surface 4a '. These zones represent different diameters of the path on which part 3 rolls.
Since, as was explained in connection with FIGS. 1 and 3, the ratio between the diameters of the surfaces 3a and 4a is a factor which, as long as other conditions remain the same, determines the number of oscillations of the oscillating part you will see that this device allows regulation of the number of vibrations.
This device can be used in conjunction with any of the devices illustrated in FIGS. 4 to 10, as should be evident from the foregoing. Instead of: the conical, the surfaces can also be given any other suitable shape; to bring about the desired variability in the ratio of the diameter.
Fig. 12 shows a somewhat modified construction of the contact surfaces of the roller 3 and the oscillating body 4. In the present case, these are designed at an angle in order to achieve a certain wedge effect. The contact between roller and is also increased.
The details shown in FIGS. 11 and 12 can of course be changed in various ways without deviating from the general basic idea, so that they are also in accordance with the general constructional principles set out in FIG :G. 2 and 5 have been shown, ge are built.
The constructions illustrated and explained above in connection with FIGS. 4 to 12 are, as can be seen there, only special cases of one and the same basic idea, and it is obvious that the practical implementation of this principle in a number of ways can be brought about without deviating from the basic idea.
It must be particularly noted that the invention is in no way bound to the particular forms shown in the drawings. For example, it is not necessary to apply the force to the rotating part (weight 3) through the intermediary of a shaft, as it is possible in many cases to
to use the motor itself as part of the rotating member, that is to say that the motor itself can perform the necessary movements for producing vibrations in the shaking device. This is particularly easy to achieve if the rotating part is designed as a motor driven electrically or by compressed air, steam or a liquid medium.