DD245596A5 - Vorrichtung zur erzeugung von vibration - Google Patents

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Vibrationen zu schaffen, deren axiale Laenge beliebig gross sein kann, ohne dass der Arbeitskoerper blockiert. Ferner soll nicht die Notwendigkeit der Parallelitaet der aneinander stossenden Oberflaechen bestehen. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung weist ein zylindrisches Gehaeuse mit einer koaxialen, feststehenden Welle auf, an welcher ein buchsenfoermiger Arbeitskoerper befestigt ist, der von einem komprimierten Medium angetrieben wird, um eine Vibrations-/Rollbewegung auszufuehren. Das freie Ende der hohlen Welle ist zu einer zylindrischen Manschette erweitert, wodurch das Innere des Gehaeuses in eine zusaetzliche und eine Hauptarbeitskammer geteilt wird, zwischen welchen mittels eines Ringkanals eine Verbindung vorgesehen ist, welcher sich auf der Manteloberflaeche der Manschette befindet. Die darueberliegenden radialen Oberflaechen der Manschette und der Umhuellung des Gehaeuses, welche die Hauptarbeitskammer in ihrer axialen Richtung kennzeichnen, sind kegelfoermig. Fig. 1

Description

Überraschenderweise wurde gefunden, daß der Arbeitskörper nicht genau durch seine vorderen Oberflächen geführt zu werden braucht, die dazu dienen, daß die Energie des komprimierten Mediums in optimaler Art und Weise ausgenutzt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, sorgt die Erfindung für die Einführung des Mediums axial durch die zentrale feststehende Welle in eine zusätzliche Kammer des Gehäuses, wobei diese Kammer von der Hauptarbeitskammer des Vibrators durch das Ende des zylindrischen Manschettenteils der Welle getrennt sind, welches in das Gehäuse des Vibrators gepreßt wird. Außerdem ist auf der Manteloberfläche des genannten Manschettenteils vorzugsweise eine Ringnut vorgesehen, mittels welcher die Verbindung zwischen den beiden Kammern des Gehäuses wiederhergestellt wird. Das in die Zusatzkammer geleitete komprimierte Medium kann sich deshalb durch die Ringnut in die Arbeitskammer entladen, welches in der Richtung der Ausdehnung der Ringnut eintritt, d. h. spiralförmig. Um den spiralförmigen Eintritt des Mediums in die Hauptkammer zu unterstützen, ist die innere radiale Oberfläche der Manschette kegelförmig. Dieses Merkmal regt den Arbeitskörper ebenfalls dazu an, daß er zuverlässig an der zentralen Welle suspendiert ist.

Unter den oben erläuterten Bedingungen wird das eintretende, wirbelnde Medium in einen ersten Teil, der außerhalb des , Arbeitskörpers strömt, und in einen zweiten Teil, der im Innern des Arbeitskörpers strömt, geteilt. Entlang des Arbeitskörpers werden die beiden Wirbel des Mediums mehr und mehr axial verstärkt, bis sie durch die Entladungsbohrungen in der reinen axialen Richtung aus dem Gehäuse entladen werden. Da der Arbeitskörper innerhalb der Arbeitskammer frei beweglich ist, ziehen sich die äußeren Endabschnitte desselben derart zusammen, daß der Arbeitskörper in keiner Lage mit der zylindrischen Oberfläche der Arbeitskammer zusammentrifft.

Um die zuverlässige Aufhängung des Arbeitskörpers an der zentralen Welle zu unterstützen, ist die Innenfläche der Abdeckplatte des Gehäuses, in welchem die Entladungsbohrungen vorgesehen sind, so gut wie kegelförmig.

Ausführungsbeispiel₁

Die Erfindung wird nachstehend im Detail in Verbindung mit einer abgebildeten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1: eine Längsschnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und Fig.2: einen Querschnitt entlang der Linie H-Il der Fig. 1.

Die Hauptkonstruktionselemente des vorgeschlagenen Vibrators sind ein Gehäuse 1, eine Welle 2, ein Arbeitskörper 3 und eine Ummantelung 4. Im Inneren setzt sich das Gehäuse 1 ausfolgenden rotierenden Konstruktionsabschnitten zusammen: eine untere Kammer 1 a, einen unteren Zylinderabschnitt 1 b, einen unteren verbreiterten Abschnitt 1 c, einen zylindrischen Abschnitt 1 d und einen oberen, sich zusammenziehenden Abschnitt 1 e.

Die Welle 2 besteht aus den folgenden Hauptkonstruktionsdetails:einer zentralen Bohrung 2a, einer oberen Manschette 2 b, einer Rolloberfläche 2c und einer unteren Manschette 2d.

Auf der äußeren zylindrischen Oberfläche der unteren Manschette 2d ist ein zylindrischer spiralförmiger Kanal 2 e vorgesehen, und die obere Oberfläche der Manschette 2 d ist als eine kegelförmige Oberfläche 2f ausgebildet.

Der Arbeitskörper 3 ist als eine Muffe geformt, die die folgenden Hauptdetails aufweist:

einen unteren zusammengezogenen Abschnitt 3c und eine Rolloberfläche3d. Sämtliche erwähnten Details des Arbeitskörpers 3 sind wechselseitig koaxial.

Die Umhüllung 4 besteht aus den folgenden Konstruktionsdetails: den Zuführungsbohrungen 4a und einer kegelförmigen Oberfläche 4b.

Mittels ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche ist die untere Manschette 2 d der Welle 2 in dem unteren zylindrischen Abschnitt 1 b des Gehäuses 1 verstärkt. In dem zusammengebauten Zustand bilden die Welle 2 und das Gehäuse 1 eine nicht trennbare Arbeitseinheit, wobei die Achsen aller Kammerabschnitte des Gehäuses 1 wie auch der Welle 2 in einer Linie angeordnet sind. Von oben ist die Arbeitskammer des Vibrators durch die Umhüllung 4 verschlossen, gegen welche die obere Manschette 2b der Welle 2 dicht abschließend stößt. Andererseits grenzt die Umhüllung 4 durch ihre äußere zylindrische Oberfläche dicht abschließend an das Gehäuse 1 an.

Der Eintritt des komprimierten Arbeitsmediums beginnt an der Stelle F, an welcher der Vibrator mit einer Quelle des Arbeitsmediums verbunden ist. Hierauf strömt das Medium entlang der inneren Bohrung 2 a der Welle 2 bis zu der unteren Kammer la des Gehäuses 1, welches bei F-i eintritt. Von der genannten unteren Kammer strömt das Medium durch den zylindrischen spiralförmigen Kanal 2 e der Welle 2, und entlang dieses Kanals wird es von dem Eintritt F2 des Kanals bis zu seinem Austritt F₃ beschleunigt, wo sich das Medium in unmittelbarer Art und Weise bei großer Geschwindigkeit in den unteren verbreiterten Abschnitt 1 c des Gehäuses 1 entlädt.

Zusätzlich expandiert der Mediumstrom, der sich aus dem zylindrischen spiralförmigen Kanal 2a der Welle 2 in Form einer intensiven Tangentialkomponente entlädt, und strömt beschleunigt innerhalb des unteren verbreiterten Abschnittes 1 c des Gehäuses 1, wo er einen starken Wirbel erzeugt, welcher durch eine gleichzeitige Verstärkung der axialen Komponente der Strömung zunimmt, die innerhalb des oberen, sich verengenden Abschnittes 1 e des Gehäuses 1 stabilisiert wird, aus dem sich das genutzte Medium durch die Zuführungsbohrungen 4a der Umhüllung 4 entlädt.

Der genannte Wirbel des Mediums in dem Gehäuse 1 zieht den Arbeitskörper 3 radial zu dem Umfang an, bis er anstößt, und zwar durch seine Rollfläche 3d, die Rollfläche 2c der Welle 2. Von diesem Moment an wird der Arbeitskörper 3 bis zu einer Grenzgeschwindigkeit des Kreislaufes beschleunigt, der eine planetare Bewegung durch das Rollen auf der Rollfläche 2c der Welle 2 ausführt. Während dieses Vorganges bewegt sich der Arbeitskörper 3 axial frei, indem er sich an die Rollfläche 2 c der Welle 2 anpaßt, wobei die Oberfläche länger als die.totale axiale Länge des Arbeitskörpers 3 für die Ausdehnung eines axialen Arbeitsspaltes ist. Da der Druck des Wirbels auf den unteren, sich verengenden Abschnitt des Arbeitskörpers 3 größer ist als der Druck des Wirbels in dem Bereich des oberen, sich verengenden Abschnittes 3 c des Arbeitskörpers 3, ist gewährleistet, daß sich der Vibrator in der normalen vertikalen Arbeitsstellung befindet, wobei die Druckdifferenz der Wirbel zu einer Hebung des Arbeitskörpers 3 und zum Neutralisieren seines Gewichts neigt, so daß der Arbeitskörper 3 schwebt, ohne die Nachbarelemente durch seine Stirnfläche anzustoßen. Bei allen anderen möglichen Zuständen und Arbeitsstellungen des Vibrators,

beispielsweise beim Starten, dem Beschleunigen, der normalen Arbeitsweise und dem Stopvorgang übt der Arbeitskörper jedoch ein Minimum an Widerstand aus, um sich auf den Stirnflächen zu bewegen, weil er immer entweder mittels der kegelförmigen Oberfläche 2f der Welle 2 oder mittels der kegelförmigen Oberfläche 4b der Umhüllung 4 auf der RoIIf lache 2c der Welle 2 bewegt wird, wobei in diesem Fall praktisch keine Berührung zwischen den Stirnflächen des Arbeitskörpers 3 und den benachbarten Stirnelementen mehr auftritt.

Im Verlaufseiner planetaren Bewegung dreht sich der Arbeitskörper 3 sowohl um seine eigene Achse als auch um die Achse der Welle 2 in einem Abstand e. Durch den genannten Umlauf erzeugt der Arbeitskörper 3 eine Rotationserregungskraft, welche durch die Rollfläche 3d des Arbeitskörpers 3 auf die Rollfläche 2c der Welle 2 übertragen wird. Bei dieser Arbeitsweise hält der äußere zylindrische Abschnitt 3 b des Arbeitskörpers 3 durchweg einen Abstand von dem zylindrischen Abschnitt 1 d des Gehäuses 1 in Form eines kennzeichnenden Spaltes z.

Der Arbeitskörper 3 wird von dem beschriebenen Wirbel des Arbeitsmediums wie folgt angetrieben.

In dem unteren verbreiterten Abschnitt 1 c des Gehäuses 1 wird die Strömungsbildung geteilt: ein Strom zirkuliert, treibt und zieht den Arbeitsköper 3 um die Außenseite, und der andere Strom passiert die Bohrung des Arbeitskörpers 3 und zieht und treibt die zylindrische Rollfläche 3d des Arbeitskörpers 3. Beide kinetischen (dynamischen) Komponenten des Wirbels erzeugen eine Einweg-Rotationsbewegung (d. h. einen dikinetischen Zieheffekt) des Arbeitskörpers 3, d. h. von der Außen- zur Innenseite.

Fig. 2 zeigt schematisch den charakteristischen Vorgang der drei Wirbelströme:

Der Fluß Si fließt durch den Arbeitskörper 3, am Einlaß in den Arbeitskörper 3 zieht er auf der Grundlage der Vakuumwirkung die Rollfläche 3d des Arbeitskörpers 3 an, und unmittelbar danach geht er in die folgende Strömung entlang derselben Rollfläche verzögert und beschleunigt sie.

Der Fluß S2 fließt auf der Außenseite des Arbeitskörpers 3 und treibt und zieht ihn in die Richtung des Spaltes z. Der Fluß S₃ jenseits des Spaltes ζ wird von dem Arbeitskörper 3 getrennt und zieht ihn auf der Grundlage des Vakuums, das dadurch erzeugt wird, an.

Der doppelte, vorwärtstreibende Ziehvorgang des Arbeitskörpers 3, d. h. der Ziehvorgang, der sowohl von der Außen- als auch von der Innenseite erscheint, ist auch eine der Charakteristiken des dikinetischen Vibrators.

Der konstante Fluß des Arbeitsmediums, weicher sowohl unter geringfügigen Widerständen als auch extrem geringen Bewegungswiderständen des Arbeitskörpers 3 realisiert wird, macht es möglich, unter Berücksichtigung des leistungsfähigen doppelten Ziehvorganges mittels des Mediums hohe Frequenzen und hohe Anregungskräfte des Vibrators bei einem minimalen Energieverbrauch des Fluidums zu erreichen.

Das Material des Vibrators hält hohen Anregungskräften relativ gut stand, weil die Anregungskraft mittels vollständiger und großer Rollflächen 2c und 3d oder Welle 2 beziehungsweise des Arbeitskörpers 3 übertragen werden, auf denen die Berührungsbelastung vorteilhaft verteilt wird.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch: .

   1. Vorrichtung zur Erzeugung von Vibrationen, bestehend aus einem Gehäuse kreisförmigen Querschnitts mit einer feststehenden Welle, die koaxial mit diesem verbunden ist, auf welcher stationären WeIIe freitragend ein muffenförmiger Arbeitskörper vorgesehen ist, welcher mittels eines komprimierten Mediums in Schwing-/Roll-Bewegung gebracht wird, wenn er abgesaugt wird und das Innere des Gehäuses in axialer Richtung verläßt, gekennzeichnet dadurch, daß die feststehende Welle (2) als Hohlwelle geformt ist und an ihrem freien Ende mit einem zylindrischen Manschettenabschnitt (2 d) versehen ist, welcher in das Gehäuse (1) gepreßt wird, um dessen Inneres in eine zusätzliche Kammer (1 a)und in eine Hauptarbeitskammer (1 c; 1 d; 1 e) zu teilen, welche Kammern durch mindestens einen Ringkanal (2e) in Verbindung stehen, welcher auf der Manteloberfläche der Manschette (2d) vorgesehen ist, deren innere radiale Oberfläche kegelförmig ist und den Arbeitskörper (3) stimuliert, dessen (axiale) Länge kleiner ist als die der Arbeitskammer (1c; 1 d; 1e), um ihn an der Welle (2) anzuhängen.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Arbeitskammer des Gehäuses (1) aus einem verbreiterten Abschnitt (1 c) in der Nähe der Manschette (2e), einem sich verengenden Abschnitt (1 e) in der Nähe der Umhüllung (4) des Gehäuses (1) und einem zylindrischen Abschnitt (1 d) zwischen den Abschnitten (1 c; 1 e) zusammengesetzt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der Arbeitskörper (3) aus einem zylindrischen Zwischenabschnitt (3 b), begleitet von zusammengezogenen Endabschnitten (3 a; 3 c), besteht.
4. 4. Vorrichtung nach den Punkten 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß auch die innere radiale Oberfläche der Umhüllung (4) kegelförmig ist, welche Kegeligkeit zur Kegeligkeit der Manschette (2d) gegenteilig ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Vibrationen, bestehend aus einem Gehäuse von ringförmigem Querschnitt mit einer feststehenden, koaxial damit verbundenen Welle, aufweicher ein muffenförmiger Arbeitskörper vorgesehen ist, welcher mittels eines komprimierten Mediums in eine Schwingungs-/Roll-Bewegung versetzt wird, das bei Absaugung das Innere des Gehäuses in axialer Richtung verläßt. Die Erfindung betrifft insbesondere Vibratoren, die beispielsweise im Ingenieurbau zur Aktivierung der Komponenten und Zusammensetzungen der Baumischungen verwendet werden, desgleichen für das örtliche Vermischen und Verdichten beim Einbau derselben, oder in Gießereien, chemischen und anderen Industriezweigen zum Beeinflussen der Mischungen, Schmelzen, Legierungen, Suspensionen, Emulsionen und dergleichen.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Vibratoren mit den zuvor erwähnten baulichen Merkmalen sind aus dem schweizerischen Patent 576818 (Erfinder W. Fink u.a.) und dem US-Patent 2960314 (A. G. Bodine) bekannt. Bei beiden Lösungen wird das komprimierte Medium in die zylindrische Arbeitskammertangential zu ihrer inneren Oberfläche eingelassen, wo es auf die Arbeitsmuffe auftrifft, deren vordere Enden die Abdeckplatten der Arbeitskammer dicht berühren, in welchen Abdeckplatte(n) Entladungsöffnungen für das abgesaugte Fluidum vorgesehen sind.

   Infolge der Tatsache, daß der Arbeitskörper die Abdeckplatten der Arbeitskammer dicht berühren muß, wird ein großer Teil der eingeführten Energie durch Reibung in Wärme und Geräusch umgewandelt, was eine Verringerung des Wirkungsgrades der Vibratoren bedeutet. Außerdem bestehen extreme Anforderungen bezüglich der Parallelität zwischen den vorderen Enden des Arbeitskörpers und den inneren Oberflächen der Abdeckplatten, und das Verhältnis zwischen der Länge des Arbeitskörpers und den inneren Oberflächen der Abdeckplatten, und das Verhältnis zwischen der Länge des Arbeitskörpers und dem Außendurchmesser desselben muß genügend klein sein, um das Blockieren desÄrbeitskörperszu verhindern, wenn erzürn Verkanten gegenüber der zentralen Welle neigt.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

   Darlegung des Wesen der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Vibrationen zu schaffen, deren (axiale) Länge beliebig groß sein kann, ohne die Notwendigkeit der oben erwähnten Parallelität der aneinanderstoßenden Oberflächen.