Schwingungserreger für Maschinen mit vibrierendem Arbeitsbehälter
Maschinen mit vibrierendem Arbeitsbehälter sind beispielsweise Schwingsiebe, Förderrinnen, Gleitschliffmaschinen, Vibrationsmühlen und -mischer. Bei diesen Maschinen wird der Arbeitsbehälter durch eine oder durch mehrere Unwuchtwellen in eine zwei- oder dreidimensionale Schwingung versetzt. Die Schwingung des Arbeitsbehälters erteilt den einzelnen Teilen des darin enthaltenen Füllgutes eine Wurfbewegung, wodurch die ganze Masse in Schwingung gerät und das Gut sich in bezug auf den Behälter bzw. den Transportkanal der Maschine fortbewegt.
Die Arbeitsleistung beim Trennen von Teilen in Siebmaschinen, beim Mischen, beim Mahlen, beim Gleitschleifen oder beim Fördern ist von der Art und der Intensität der Relativbewegungen der einzelnen Teile bezüglich des Behälters abhängig. Sie wird aber auch von der Form des Arbeitsbehälters und von der Charakteristik der Schwingungen beeinflusst.
Die Erfindung will einen Schwingungserreger schaffen, der den Wirkungsgrad der genannten Maschinen erhöht, indem mit ihm wirksamere Relativbewegungen der Teilchen erzeugt werden können.
Der erfindungsgemässe Schwingungserreger weist dazu ein starr mit dem Arbeitsbehälter verbundenes Gehäuse auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens eine motorisch angetriebene Un wuchtwel!lle enthält, deren Unwuchtmasse eine planeten ähnliche Bahn beschreibt, wobei sie um eine zentrale Achse und um die Achse der Unwuchtwelle rotiert.
Mit Hilfe eines solchen Schwingungserregers lassen sich überlagerte Schwingungen erzeugen. In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt:
Fig. 1-4 zeigen Schnitte durch verschiedene Schwingungserreger, in schematischer Darstellung und
Fig. 5 einen Schwingungserreger nach Fig. 1, zusammengebaut mit einer Gleitschliff-Bearbeitungsmaschine, mehr im Detail in grösserem Massstab und teilweise im Schnitt.
Fig. 1 zeigt einen Schwingungserreger mit einem Gehäuse 1 an dessen Boden ein konischer Zahnkranz 2 befestigt ist. Zentrisch in diesem Zahnradkranz ist eine Antriebswelle 3 drehbar gelagert, die in ihrem oberen Teil in einen kreuzförmigen Körper 4 übergeht. Im Körper 4 ist eine Welle 5 drehbar gelagert, die die Antriebswelle 3 senkrecht kreuzt. An einem Ende der Welle 5 ist ein konisches Ritzel 6 und eine Scheibe 7 mit einer Unwucht 8 befestigt. Am anderen Wellenende ist eine Scheibe 9 befestigt, die als Ausgleichsmasse dient.
Ringe 10 fixieren die axiale Lage der Welle 5. Am oberen Teil des kreuzförmigen Körpers 4 ist eine zweite Unwuchtmasse 11 befestigt.
Das Gehäuse 1 wird starr mit dem Arbeitsbehälter der Maschine verbunden. Der Behälter selber ist elastisch gelagert, damit er im Betrieb Schwingbewegungen ausführen kann. Beim Betrieb wird die Welle 3 motorisch angetrieben. Dazu dient beispielsweise ein Elektromotor, der entweder fest mit dem Gehäuse verbunden ist oder die Welle über eine elastische Kupplung treibt. Im erstgenannten Fall macht der Motor die Schwingbewegungen mit, im zweitgenannten Fall kann der Motor am stillstehenden Rahmen der Maschine befestigt sein. Treibt der Motor die Welle 3 an, so dreht sich auch der Körper 4 mit der gleichen Tourenzahl.
Da das Ritzel 6 mit dem stillstehenden Zahnkranz 2 kämmt, dreht sich die Welle 5 ebenfalls, und zwar mit einer durch das Übersetzungsverhältnis gegebenen Tourenzahl (im dargestellten Beispiel mit etwa 2,4facher Geschwindigkeit).
Die Masse der Ausgleichsscheibe 9 ist so gewählt, dass sie die Fliehkräfte des Ritzels 6, der Scheibe 7 und der Unwuchtmasse bezüglich der Welle 3 ausgleicht, damit die Lagerung der Welle 5 keine axialen Kräfte aufzunehmen braucht. Die Unwuchtmasse 8 beschreibt beim Betrieb des Schwingungserregers eine planeten ähnliche Bahn, indem es mit einer Tourenzahl N um die Welle 3 und mit einer Tourenzahl 2,4 N um die Welle 5 rotiert.
Die Unwuchtmasse 11 rotiert lediglich um die Welle 3. Die mit verschiedenen Tourenzahlen umlaufenden Unwuchtmassen beschreiben verschiedene Bahnen mit unterschiedlichen Tourenzahlen. Die dadurch erzielten dreidimensionalen Schwingungen überlagern sich und ergeben einen erhöhten Wirkungsgrad der Maschine.
In Fig. 1 und in den folgenden schematischen Figuren sind die Unwuchtmassen der Deutlichkeit halber mit schwarzen Flächen angedeutet.
In Fig. 2 sind beispielsweise vier Unwuchtmassen dargestellt, die mit verschiedenen Tourenzahlen laufen und verschiedene Bahnen beschreiben. Dazu enthält das Gehäuse 20 einen fest darin angeordneten konischen Zahnkranz 21 und einen zweiten fest angeordneten Zahnkranz 22. Die Antriebswelle 23 ist oben bei 24 und unten zentrisch im Zahnkranz 21 gelagert. Zwischen den beiden Lagerstellen enthält die Antriebswelle einen Doppelkreuzkörper 25 etwa in der Form eines Lotharingischen Kreuzes. Die unteren Kreuzarme 25' bilden das Lager für eine Welle 26. Die oberen Arme 25" enthalten an ihren Enden Lagerstellen 27, 28 für kurze, vertikal angeordnete Wellen 29, 30.
Die auf der Welle 26 angeordneten Teile 6'-1 0' entsprechen den Teilen 6-10, wie bei Fig. 1 beschrieben. Die Lagerstellen 27 und 28 weisen unterschiedliche Abstände von der Mitte der Antriebsachse 23 auf.
Die Zahnräder 31, 32 haben daher verschiedene Teilkreisdurchmesser und weisen verschiedene Zähnezahlen auf. Die Zähne beider Räder kämmen mit den Zähnen des fest im Gehäuse 20 angeordneten Zahnkranzes 22.
Oben auf den Wellen 29, 30 sind Scheiben 33, 34 angeordnet, die je eine Unwuchtmasse 35, 36 tragen.
Schliesslich ist auch der Körper 25 mit einer Unwuchtmasse 11' versehen.
Beim Betrieb beschreiben die Unwuchtmassen 8', 35 und 36 planetenähnliche Bahnen. Nennen wir die Tourenzahl der Antriebswelle 23 gleich N, so beschreiben:
Unwucht 8' eine Bahn um Welle 23 und um Welle 26 mit Tourenzahlen N bzw. 2,4 N,
Unwucht 35 eine Bahn um Welle 23 und um Welle 29 mit Tourenzahlen N bzw. 9N,
Unwucht 36 eine Bahn um Welle 23 und um Welle 30 mit Tourenzahlen N bzw. 4 N,
Unwucht 11' eine Bahn um Welle 23 mit einer Tourenzahl N.
Sämtliche durch diese Unwuchten erzeugten Schwingungen überlagern sich.
Fig. 3 zeigt einen einfacheren Schwingungserzeuger mit nur zwei Unwuchtmassen, der demjenigen nach Fig. I ähnlich ist. Der Unterschied liegt darin, dass die Tourenzahlen, mit denen die beiden Unwuchten betrieben werden. variabel sind. Der Deutlichkeit halber sind gleiche Teile gleich wie bei Fig. 1 bezeichnet. Das Gehäuse 40 enthält ein konisches Zahnrad 41, das aussen mit einer zusätzlichen geraden Verzahnung 42 versehen ist. Das Zahnrad 41 ist für sich drehbar auf der Antriebswelle 3' gelagert. Letztgenannte ist drehbar in Lagern 43 und 44 gelagert.
Eine zweite Antriebswelle 45 ist mit einem Ritzel 46 versehen, dessen Zähne mit der Verzahnung 42 des Zahnrades 41 kämmen. Welle 45 ist in einem Lager 47 drehbar gehalten.
Steht beim Betrieb die Welle 45 still und wird Welle 3' mit einer Tourenzahl N getrieben, so macht die Welle 5 : 2,6 N U.iMin. Das Unwuchtgewicht 11 macht dabei nur N U./Min. Unter Beibehaltung dieser Umdrehungszahl der Antriebswelle 3' kann man nun zusätzlich Welle 45 in der einen oder anderen Richtung (Drehsinn) treiben, so dass das Zahnrad 42 sich um die Welle 3' in der einen oder der anderen Richtung dreht. Je nach der Drehrichtung wird dadurch die Tourenzahl der Welle 5 und damit der Unwuchtmasse 8 grösser oder kleiner. Auf diese Weise lassen sich die Tourenzahlen der Unwuchten 11 und 8 und damit die erzeugten, sich überlagernden Schwingungsfrequenzen unabhängig voneinander regulieren.
In Fig. 4 ist ein Schwingungserzeuger dargestellt, bei dem sich die Antriebswelle und die Sekundärwelle nicht senkrecht, sondern schräg kreuzen. Ferner trägt die, die Ausgleichsmasse für das konische Ritzel bildende Scheibe selber ein Unwuchtgewicht. Als Variante ist hier ein Kegelrad 50 fest im oberen Teil eines Gehäuses 51 angeordnet und die Antriebswelle 52 ist sowohl oben in diesem Rad als unten in einem Lager 53 drehbar gelagert. Die Balken des kreuzförmigen Körpers 54 kreuzen sich schräg. 55 ist ein Ritzel, dessen Zähne mit dem festen Kegelrad 50 kämmen, 56 sind Fixierungsringe für Welle 57 und 58 ist eine Scheibe, die die Masse des Ritzels 55 ausgleicht. Die Scheibe 58 trägt eine Unwuchtmasse 59 und Körper 54 ist mit einer Unwuchtmasse 60 versehen.
Das Übersetzungs- verhältnis ist hier 1: 2; macht die Antriebswelle N U./Min., so macht Welle 57 2 N U./Min.
Es dürfte klar sein, dass durch andere Anordnung der Teile noch viele Varianten von derartigen Schwingungserzeugern möglich sind. Es können ausserdem noch weitere Unwuchtgewichte angebracht oder auch weggelassen werden. Bei der Ausführung nach Fig. 1 kann man beispielsweise das Unwuchtgewicht 11 weglassen. Man kann auch den Massenausgleich durch die Scheibe 9 unvollständig machen, womit ein ähnlicher Effekt erreicht wird wie mit der Masse 11. Allerdings werden dann die Lager der Welle 5 zusätzlich axial belastet. Bei der Ausführung nach Fig. 2 kann man beispielsweise sämtliche Teile 28, 30, 32, 34, 36 weglassen.
Es ist auch möglich, die Antriebswelle 3 und die Sekundärwelle 5 kreuzend anzuordnen, so dass sie nebeneinander verlaufen. Dies bedingt dann allerdings eine teurere Hypoidverzahnung.
In Fig. 5 ist ein Schwingungserzeuger nach dem Schema von Fig. 1 dargestellt, der fest mit der Rüttelmulde einer Gleitschliff-Maschine verbunden ist. Die Maschine umfasst einen auf dem Boden stehenden Rahmen 70 auf dem eine Rüttelmulde 71 auf Federn 72 elastisch gelagert ist. Die Mulde 71 bildet den Arbeitsbehälter in dem die zu bearbeitende Ware 73 zusammen mit Bearbeitungskörpern (s. g. Chips) und Zuschlagstoffen enthalten sind. Im Rahmen 70 ist ein Antriebsmotor 74 mit einer verstellbaren Keilriemenscheibe 74' verschiebbar gelagert und damit die Tourenzahl der Antriebswelle 75 des Schwingungserzeugers 76 regulieren zu können. Ein Keilriemen 77 treibt einen fest im Rahmen 70 gelagerten Wellenstummel 78 mit einer Keilriemenscheibe 79. Wellenstummel 78 und Welle 75 des Schwingungserzeugers sind durch die flexible Kupplung 80 miteinander verbunden.
Die Kupplung ist genügend flexibel, um dem Schwingungserzeuger eine Schwingung zu erlauben.
Der Schwingungserzeuger, der als Ganzes mit 76 bezeichnet ist, ist mittels der ringförmigen Scheibe 81 und den Platten 82 starr mit der Rüttelmulde 71 ver bunden. Das Gehäuse des Schwingungserzeugers ist zweiteilig und enthält einen unteren Teil 83 mit einem Deckel 84. Die Antriebswelle 75 ist oben und unten mittels Rollenlagern 85 im Gehäuse gelagert. Eine Sekundärwelle 86 ist mittels Kugellagern 87 im erweiterten, kubischen Mittenteil 88 der Welle 75 drehbar gelagert.
Die Sekundärwelle trägt eine Ausgleichsscheibe 89 mit einer Unwuchtmasse 90 und einem Zahnritzel 91.
Dieses kämmt mit dem fest im Gehäuse 83 angeordneten Zahnkranz 92. Oben in die Welle 75 ist eine zweite Unwuchtmasse 93 eingeschraubt. Die Welle ist dazu mit vier Gewindebohrungen 94 versehen, so dass die Unwuchtmasse in vier verschiedenen Lagen eingeschraubt werden kann.
Die beweglichen Teile des Schwingungserzeugers werden durch einen Ölnebel geschmiert. Dazu ist ein Pumpaggregat 95 vorgesehen, welches durch die flexible Leitung 96 dem oberen Lager 85 Öl zuführt. Das aus dem Lager austretende Öl wird herumgeschleudert und vernebelt und tritt zum Schluss beim unteren Lager 85 wieder aus dem Gehäuse aus. Hier gelangt es auf die Schleuderscheibe 97, die es in den ringförmigen Fangbehälter 98 bringt und das darin gesammelte Öl fliesst durch die Leitung 99 zum Pumpaggregat 95 zurück.
Vibration exciter for machines with a vibrating work tank
Machines with a vibrating work tank are, for example, vibrating screens, conveyor troughs, vibratory grinding machines, vibratory mills and mixers. In these machines, the working container is set into two- or three-dimensional oscillation by one or more unbalance shafts. The vibration of the working container gives the individual parts of the product contained therein a throwing motion, whereby the whole mass starts to vibrate and the product moves in relation to the container or the transport channel of the machine.
The work done when separating parts in sieving machines, when mixing, grinding, vibratory grinding or conveying depends on the type and intensity of the relative movements of the individual parts with respect to the container. But it is also influenced by the shape of the working container and the characteristics of the vibrations.
The invention aims to create a vibration exciter which increases the efficiency of the machines mentioned by making it possible to generate more effective relative movements of the particles.
The vibration exciter according to the invention has a housing rigidly connected to the working container and is characterized in that the housing contains at least one motor-driven imbalance shaft, the imbalance mass of which describes a planet-like path, being rotated around a central axis and the axis of the The unbalance shaft rotates.
With the help of such a vibration exciter, superimposed vibrations can be generated. Some exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing:
Fig. 1-4 show sections through various vibration exciters, in schematic representation and
5 shows a vibration exciter according to FIG. 1, assembled with a vibratory finishing machine, more in detail on a larger scale and partly in section.
Fig. 1 shows a vibration exciter with a housing 1 on the bottom of which a conical ring gear 2 is attached. A drive shaft 3, which merges into a cross-shaped body 4 in its upper part, is rotatably mounted in the center of this ring gear. In the body 4, a shaft 5 is rotatably mounted, which crosses the drive shaft 3 perpendicularly. At one end of the shaft 5 a conical pinion 6 and a disk 7 with an unbalance 8 are attached. A disk 9 is attached to the other end of the shaft and serves as a balancing mass.
Rings 10 fix the axial position of the shaft 5. A second unbalanced mass 11 is attached to the upper part of the cross-shaped body 4.
The housing 1 is rigidly connected to the working container of the machine. The container itself is elastically mounted so that it can perform oscillating movements during operation. During operation, the shaft 3 is driven by a motor. For example, an electric motor is used for this purpose, which is either permanently connected to the housing or drives the shaft via an elastic coupling. In the former case, the motor takes part in the oscillating movements, in the latter case the motor can be attached to the stationary frame of the machine. If the motor drives the shaft 3, the body 4 also rotates with the same number of revolutions.
Since the pinion 6 meshes with the stationary ring gear 2, the shaft 5 also rotates, namely with a number of revolutions given by the transmission ratio (in the example shown, with about 2.4 times the speed).
The mass of the compensating disk 9 is chosen so that it compensates the centrifugal forces of the pinion 6, the disk 7 and the unbalanced mass with respect to the shaft 3, so that the bearing of the shaft 5 does not have to absorb any axial forces. The unbalanced mass 8 describes a planet-like path during the operation of the vibration exciter, in that it rotates around shaft 3 with a number of revolutions N and around shaft 5 with a number of revolutions of 2.4N.
The unbalanced mass 11 rotates only around the shaft 3. The unbalanced masses rotating with different numbers of revolutions describe different paths with different numbers of revolutions. The resulting three-dimensional vibrations are superimposed and result in an increased efficiency of the machine.
In Fig. 1 and in the following schematic figures, the unbalanced masses are indicated with black areas for the sake of clarity.
In Fig. 2, for example, four unbalanced masses are shown, which run with different numbers of revolutions and describe different paths. For this purpose, the housing 20 contains a conical toothed ring 21 fixedly arranged therein and a second fixedly arranged toothed ring 22. The drive shaft 23 is supported at the top at 24 and centrally in the toothed ring 21 at the bottom. Between the two bearings, the drive shaft contains a double cross body 25 approximately in the form of a Lotharingian cross. The lower cross arms 25 'form the bearing for a shaft 26. The upper arms 25 ″ contain bearing points 27, 28 for short, vertically arranged shafts 29, 30 at their ends.
The parts 6'-10 'arranged on the shaft 26 correspond to the parts 6-10, as described in connection with FIG. The bearings 27 and 28 have different distances from the center of the drive axle 23.
The gears 31, 32 therefore have different pitch circle diameters and have different numbers of teeth. The teeth of both wheels mesh with the teeth of the toothed ring 22 fixedly arranged in the housing 20.
Disks 33, 34 are arranged on top of the shafts 29, 30 and each carry an unbalanced mass 35, 36.
Finally, the body 25 is also provided with an unbalanced mass 11 '.
During operation, the unbalanced masses 8 ', 35 and 36 describe planet-like orbits. If we call the number of revolutions of the drive shaft 23 equal to N, describe it as follows:
Unbalance 8 'a path around shaft 23 and around shaft 26 with numbers of revolutions N or 2.4 N,
Imbalance 35 a path around shaft 23 and around shaft 29 with numbers of revolutions N or 9N,
Imbalance 36 a path around shaft 23 and around shaft 30 with numbers of revolutions N or 4 N,
Imbalance 11 'a path around shaft 23 with a number of revolutions N.
All vibrations generated by these imbalances are superimposed.
FIG. 3 shows a simpler vibration generator with only two unbalanced masses, which is similar to that of FIG. The difference is that the number of revolutions with which the two unbalances are operated. are variable. For the sake of clarity, the same parts are identified in the same way as in FIG. 1. The housing 40 contains a conical gear wheel 41 which is provided on the outside with additional straight teeth 42. The gear 41 is rotatably mounted on the drive shaft 3 '. The latter is rotatably mounted in bearings 43 and 44.
A second drive shaft 45 is provided with a pinion 46, the teeth of which mesh with the teeth 42 of the gear 41. Shaft 45 is rotatably held in a bearing 47.
If shaft 45 stands still during operation and shaft 3 'is driven with a number of revolutions N, then shaft 5 makes: 2.6 N rpm. The imbalance weight 11 makes only N U./Min. While maintaining this number of revolutions of the drive shaft 3 'you can now additionally drive shaft 45 in one direction or the other (sense of rotation) so that the gear 42 rotates around the shaft 3' in one direction or the other. Depending on the direction of rotation, the number of revolutions of the shaft 5 and thus the unbalanced mass 8 is greater or smaller. In this way, the number of revolutions of the unbalances 11 and 8 and thus the generated, overlapping oscillation frequencies can be regulated independently of one another.
In Fig. 4, a vibration generator is shown in which the drive shaft and the secondary shaft do not cross perpendicularly, but obliquely. Furthermore, the disk forming the balancing mass for the conical pinion itself carries an imbalance weight. As a variant, a bevel gear 50 is fixedly arranged in the upper part of a housing 51 and the drive shaft 52 is rotatably mounted both above in this wheel and below in a bearing 53. The bars of the cross-shaped body 54 cross at an angle. 55 is a pinion whose teeth mesh with the fixed bevel gear 50, 56 are fixing rings for shaft 57, and 58 is a washer that balances the mass of the pinion 55. The disk 58 carries an unbalanced mass 59 and the body 54 is provided with an unbalanced mass 60.
The transmission ratio here is 1: 2; If the drive shaft makes N rpm, shaft 57 makes 2 N rpm.
It should be clear that many variants of such vibration generators are still possible by arranging the parts differently. In addition, further imbalance weights can be attached or omitted. In the embodiment according to FIG. 1, the imbalance weight 11 can be omitted, for example. You can also make the mass balancing by the disk 9 incomplete, with which a similar effect is achieved as with the mass 11. However, the bearings of the shaft 5 are then also axially loaded. In the embodiment according to FIG. 2, for example, all parts 28, 30, 32, 34, 36 can be omitted.
It is also possible to arrange the drive shaft 3 and the secondary shaft 5 to cross so that they run next to one another. However, this then requires a more expensive hypoid toothing.
In Fig. 5, a vibration generator is shown according to the scheme of Fig. 1, which is firmly connected to the vibrating trough of a vibratory finishing machine. The machine comprises a frame 70 standing on the floor on which a vibrating trough 71 is elastically mounted on springs 72. The trough 71 forms the working container in which the goods to be processed 73 are contained together with processing bodies (see chips) and aggregates. A drive motor 74 with an adjustable V-belt pulley 74 ′ is mounted in the frame 70 so as to be displaceable, and thus the number of revolutions of the drive shaft 75 of the vibration generator 76 can be regulated. A V-belt 77 drives a stub shaft 78, which is fixedly mounted in the frame 70, with a V-belt pulley 79. The stub shaft 78 and shaft 75 of the vibration generator are connected to one another by the flexible coupling 80.
The coupling is flexible enough to allow the vibrator to vibrate.
The vibration generator, which is designated as a whole with 76, is by means of the annular disc 81 and the plates 82 rigidly with the vibrating trough 71 a related party. The housing of the vibration generator is in two parts and contains a lower part 83 with a cover 84. The drive shaft 75 is mounted in the housing above and below by means of roller bearings 85. A secondary shaft 86 is rotatably supported by means of ball bearings 87 in the expanded, cubic central part 88 of the shaft 75.
The secondary shaft carries a compensating disk 89 with an unbalanced mass 90 and a pinion 91.
This meshes with the ring gear 92 fixedly arranged in the housing 83. A second unbalanced mass 93 is screwed into the shaft 75 at the top. For this purpose, the shaft is provided with four threaded bores 94 so that the unbalanced mass can be screwed in in four different positions.
The moving parts of the vibration generator are lubricated by an oil mist. For this purpose, a pump assembly 95 is provided, which supplies oil to the upper bearing 85 through the flexible line 96. The oil emerging from the bearing is thrown around and atomized and finally exits the housing again at the lower bearing 85. Here it reaches the centrifugal disk 97, which brings it into the ring-shaped collecting container 98 and the oil collected therein flows back through the line 99 to the pump unit 95.