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Schwingmaschine, insbesondere zum Fördern oder Aufbereiten von Schüttgut
Die Erfindung betrifft eine Schwingmaschine, insbesondere zum Fördern oder Aufbereiten
von Schüttgut, bestehend aus zwei schwingfähig gelagerten Organen, von welchen mindestens
eines zur Förderung bzw. Aufbereitung ausgebildet ist.
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Zur Führung der schwingenden Organe solcher Maschinen wurden bisher
entweder starre Lenker oder elastische Elemente in Gestalt von Lenkerblattfedern
benutzt, so daß die Maschine, kinematisch be.-trachtet, in ihrer einfachsten Form
ein Gelenkviereck darstellte. Außer diesen Führungselementen waren noch besondere
elastische Rückstellmittel vorgesehen.
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Diesen fiel die Aufgabe zu, die Trägheitskräfte der schwingenden Organe
während der Verzögerungsperiode aufzunehmen und die dabei gespeicherte Energie während
der Beschleunigungsperiode wieder abzugeben. Hierfür wurden außer Blattfedern oder
Schraubenfedern vor allem Gummipuffer verwendet.
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Bei einer bekannten Schwingmaschine mit zwei schwingenden Organen
und Gummipuffern als elastische Rückstellmittel sind an den schwingenden Organen
seitliche Knaggen angeordnet. Jede Knagge ist zwischen zwei Gummipuffern eingespannt,
die sich ihrerseits gegen das Fundament abstützen. Die Gummipuffer liegen in Richtung
der Schwingbewegung und werden demgemäß in der Hauptsache nur auf Druck beansprucht.
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Es ist auch eine Schwingmaschine mit einem schwingenden Organ beschrieben
worden. Dieses ist als ebene Fläche ausgebildet und auf Gummifedern gelagert, welche
aus zwei Metallplatten und einem dazwischenliegenden, dauerhaft mit den Metallplatten
verbundenen Gummiteil bestehen. Mittels einer umlaufenden Unwucht wird die Fläche
parallel zu sich selbst zu Kreisschwingungen von sehr hoher Frequenz erregt. Dabei
führt die obere Metallplatte jeder Gummifeder gegenüber der unteren ebenfalls eine
Kreisbewegung aus. Hierdurch wird die Feder auf Schub beansprucht, und zwar so,
daß die Schubbeanspruchung in jeder Bindungsfläche des Gummiteiles mit den Metallplatten
ihrer Richtung nach ständig rotiert und ihrer Größe nach über die ganze Schwingungsperiode
unverändert bleibt. Die Federn sind so bemessen, daß sie den Kreisschwingungen der
Fläche nur einen sehr geringen Widerstand entgegensetzen, d. h. nur eine sehr kleine
Rückstellkraft äußern. Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Schwingmaschine
nur ein schwingendes Organ vorgesehen ist, sind hier lediglich Gummifedern zu dessen
Fiihrung vorhanden, nicht aber Mittel, die als Energiespeicher dienen.
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Ferner ist ein elektromagnetischer Schwingmotor bekannt, welcher
als federgekoppeltes Zweimassen-Schwingsystem ausgebildet ist und als Energiespeicher
vornehmlich auf Schub beanspruchte Gummifedern besitzt. Hierbei handelt es sich
jedoch nur um einen Schwingungserreger, nicht aber um eine Schwingmaschine, die
insbesondere zum Fördern oder Aufbereiten von Schüttgut bestimmt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwingmaschinen mit zwei
schwingenden Organen, von welchen mindestens eines zur Förderung bzw. Aufbereitung
von Schüttgut ausgebildet ist, zu verbessern. Die Lösung besteht in der Vereinigung
folgender Merkmale: a) Zur elastischen Kopplung der schwingenden Organe und zu ihrer
Führung gegeneinander sind vornehmlich auf Schub beanspruchte Gummi federn vorgesehen,
die aus zwei Metallplatten und einem dazwischenliegenden, dauerhaft mit den Metallplatten
verbundenen Gummiteil bestehen. b) Die Richtung der Schwingbewegung verläuft in
an sich bekannter Weise geneigt zur Arbeitsfläche. c) Die Metall-Gummi-Bindungsflächen
der Gummifedern und eine gedachte Verbindungsgerade der Schwerpunkte der schwingenden
Organe verlaufen parallel zueinander. d) Die Eigenschwingungszahl der Schwingmaschine
ist in an sich bekannter Weise so bemessen, daß sie ganz oder annähernd mit der
Antriebsdrehzahl übereinstimmt.
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Die Gummifedern zeigen in Richtung ihrer Metall-Gummi-Bindungsfläche
(Schubrichtung) eine bedeutend größere Nachgiebigkeit als senkrecht dazu (Zug-Druck-Richtung).
Diese Eigenschaft wird bei der Erfindung zur Führung und gleichzeitig zur elastischen
Kopplung der schwingenden Organe benutzt.
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Diese bilden somit zusammen mit den Federn ein mechanisches Schwingungssystem.
Weiterhin übertragen die Gummi federn das Gewicht der schwingenden Organe auf die
Lagerungs- oder Aufhängekonstruktion der Schwingmaschine. Die erfindungsgemäße Schwingmaschine
zeichnet sich daher gegenüber der bekannten, mit zwei schwingenden Organen durch
einen außerordentlich einfachen und betriebssicherer Aufbau aus.
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Dadurch, daß die Richtung der Schwingbewegung in an sich bekannter
Weise geneigt zur Arbeitsfläche liegt, wird das Schüttgut auf ihr gefördert. Weiterhin
ist dadurch, daß die Metall Gummi-Bindungsflächen der Gummi federn parallel zu einer
gedachten Verb in dungsgeraden der Schwerpunkte der schwingenden Organe verlaufen,
dafür gesorgt, daß jeder Punkt der Arbeitsfläche die gleiche Schwingbewegung ausführt.
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Infolgedessen findet über ihrer ganzen Länge eine gleichmäßige Förderung
des Schüttgutes statt. Dies bietet den großen Vorteil, daß die Schwingmaschine ohne
Schwierigkeit mit sehr großer Baulänge, z. B. als Schwingförderer, ausgeführt werden
kann.
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Dadurch, daß die Eigenschwingungszahl der Schwingmaschine in an sich
bekannter Weise so bemessen ist, daß sie ganz oder annähernd mit der Antriebsdrehzahl
übereinstimmt, ist der Kraftbedarf für den Antrieb der Schwingmaschine nur gering.
Um diese Ubereinstimmung zu erzielen, sind die Schubgummifedern so ausgebildet,
daß sie die vollen Trägheitskräfte der schwingenden Organe aufnehmen.
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Vorteilhaft sind je zwei in Gegenphase arbeitende Schubgummifedern
als Paar so angeordnet, daß die Richtungen ihrer Schubkräfte zusammenfallen und
diese demgemäß kein Moment auf die Lagerung oder Aufhängung der Schwingmaschine
ausüben. Ferner sind die beiden Federkonstanten der als Paar zusammengefaßten Schubgummifedern
zweckmäßig so bemessen, daß sie sich so zueinander verhalten wie die Gewichte der
mit ihnen gekoppelten schwingenden Organe. In diesem Fall sind nämlich die einander
entgegengesetzt gerichteten Schubkräfte der zusammenarbeitenden Gummifedern gleich
groß und heben sich auf. Durch die Schwingbewegung werden auf diese Weise keine
Kräfte auf die Lagerung oder Aufhängung ausgeübt.
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Wenn die schwingenden Organe durch einen Kurbel-oder Exzentertrieb
in Bewegung versetzt werden, ist es zweckmäßig, die Antriebskraft im Mittel ungefähr
parallel zu den Metall-Gummi-Bindungsflächen wirken zu lassen.
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Bei der erfindungsgemäßen Schwingmaschine kann die Neigung der Schwingrichtung
zur Arbeitsfläche leicht durch entsprechende Ausrichtung der Bindungsflächen der
Gummi federn dem jeweiligen Verwendungszweck der Schwingmaschine angepaßt werden.
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Fördern und Sieben verlangen eine schräg nach aufwärts gerichtete
Schwingbewegung. Soll jedoch auf das Gut vornehmlich eine Rüttelbewegung ausgeübt
werden, so kann die Schwingungsrichtung auch lotrecht zur Arbeitsfläche liegen.
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Weiterhin können durch eine entsprechende Anordnung der Gummifedern
hinsichtlich ihrer Nachgiebigbreit (Schubrichtung) oder durch eine besondere Gestalt
derselben außer linearen Schwingbewegungen auch
Drehschwingungen oder Schraubschwingungen
der Organe erzielt werden. Um z. B. eine Schraubschwingung um eine Achse zu erhalten,
können Gummifedern in gleichmäßiger Verteilung so angeordnet werden, daß die Schubflächen
auf Schraubflächen gleicher Steigung liegen, wie am Beispiel eines Schwingwendelförderers
noch gezeigt wird.
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In der Zeichnung zeigen die Fig. t und 2 zwei bekannte Arten von
Schwingmaschinen und Fig. 3 die erfindungsgemäße Schwingmaschine im Schema, die
Fig. 4 und 5 zwei Beispiele aus der großen Anzahl an sich bekannter Ausführungsarten
von gummifedern, wie sie erfindungsgemäß Anwendung finden, während die Fig. 6 bis
9 Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes darstellen.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung zwei bekannte
Arten von Schwingmaschinen in ihrer einfachsten Form. Es bezeichnen 1 und 2 zwei
Organe, von denen mindestens eines als Arbeitsorgan, z. B. als Förderrinne, ausgebildet
ist. Die Teile 3 sind starre Lenker, die zur beweglichen Verbindung und gegenseitigen
Führung der Organe 1 und 2 dienen. In Fig. 2 besorgen diese Aufgabe die Lenkerblattfedern
3' mit dem kinematisch gleichen Effekt. Die Pfeile 4 und (4) deuten die Richtung
der relativen Schwingbewegungen von Teil 1 gegen Teil 2 an. Man erkennt, daß diese
beiden Bauarten, kinematisch betrachtet, Gelenkvierecke darstellen. Auf eine dieser
beiden Grundformen lassen sich alle bisher bekannten Schwingmaschinen dieser Art
zurückführen.
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Den davon verschiedenen Aufbau der erfindungsgemäßen Schwingmaschine
veranschaulicht im Schema Fig. 3. Kinematisch betrachtet handelt es sich um ein
Schiebepaar. Zur gegenseitigen reibungslosen Parallelführung der beiden schwingenden
Organe 1 und 2 dienen die aus Gummi bestehenden Elemente 5, die bei den Schwingbewegungen
auf Schub beansprucht werden, wie dies die Pfeile 4 andeuten (Schubrichtung). Diese
Gummifedern 5 koppeln die beiden Organe 1 und 2 zu einem mechanischen Schwingsystem.
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An Stelle von einfachen Schubgummifedern können auch Kombinationen
von solchen, also hintereinander oder parallel geschaltete Schubgummifedern, verwendet
werden, etwa dann, wenn entweder der Schwinghub oder die elastische Rückstellkraft
auf mehrere Gummifedern aufgeteilt werden soll.
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In Fig. 4 ist eine einfache ebene Schubgummifeder dargestellt. Mit
6 sind zwei ebene Metallplatten bezeichnet, zwischen welchen ein Gummiteil 5 liegt,
der mit den beiden Metallplatten 6 durch ein geeignetes Haftverfahren, z. B. durch
Vulkanisieren, dauerhaft verbunden ist. Die mit den Metallplatten 6 verbundenen
Schraubenbolzen 7 dienen zur Befestigung der Gummifeder. Bei einer gegenseitigen
Parallelverschiebung der Metallplatten 6 im Sinne der Pfeile 4 (Schubrichtung) wird
der Gummiteil 5 auf Schub beansprucht.
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Eine Verschiebung der Platten 6 ist bei dieser Ausführung in jeder
beliebigen Richtung parallel zur Ebene dieser Platten möglich.
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Zum Unterschied davon zeigt Fig. 5 eine im Querschnitt winkelförmige
Schubgummifeder, bei der eine gegenseitige Verschiebung der ebenfalls winkelförmigen
Metallplatten 8 nur in der einen Richtung möglich ist, die durch die Pfeile 4 angedeutet
wird. In jeder anderen Richtung zeigt diese Gummifeder keine nennenswerte Nachgiebigkeit.
Schubgummifedern mit U-förmigem Querschnitt erfüllen denselben Zweck,
desgleichen
die für die Erfindung ebenfalls verwendbarren Schubgummifedern in Gestalt von zylindrischen
lßüchsen, die außer einer Verschiebung in der Achsenrichtung bei Bedarf auch noch
eine Drehschwingung um diese Achse gestatten.
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Fig. 6 zeigt als Ausführungsbeispiel einen erfindungsgernäß ausgebildeten
Doppelrinnen-Schwingförderer. Die schwingfähig gelagerten Organe sind die obere
Förderrinne 1 und die darunterliegende Förderrinne 2. Die Schubgummifedern 5 sind
jeweils mit einer ihrer Metallplatten an einer Förderrinne 1 bzw. 2 und mit ihrem
anderen Metallteil auf der Lagerungskonstruktion 9 befestigt und dienen einerseits
zur Parallelführung und elastischen Kopplung der beiden gegensinnig schwingenden
Förderrinnen und andererseits zur Übertragung der Gewichte der Förderrinnen auf
die Lagerungskonstruktion 9. Eine Schubgummifeder der Oberrinne 1 und eine der Unterrinne
2 sind jeweils als Paar so angeordnet, daß die Richtungen ihrer Schubkräfte zusammenfallen.
Weiterhin verhalten sich die Federkonstanten der Gummifedern so zueinander wie die
schwingenden Massen, mit welchen sie verbunden sind, so daß sich die Schubkräfte
der Gummifedern aufheben und kein Moment auf die Lagerungskoustruktion ausüben.
Die Anordnung ist so getroffen, daß die durch die Pfeile 4 gekenuzeichneten Richtungen
der Schubbewegungen der Gummifedern und die gedachte Verbindungsgerade der Schwerpunkte
S1 und S2 der beiden Förderrinnen zueinander parallel sind.
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Die periodisch auf die Förderrinnen 1 und 2 gegensinnig wirkenden
Antriebskräfte P, die zur Erregung der Schwingbewegungen nötig sind, werden in diesem
Beispiel von einem Exzentertrieb erzeugt. Dieser besteht aus der auf der Oberrinne
1 gelagerten Exzenterwelle 10, die an ihren beiden Enden Exzenter besitzt, an welchen
die beiden Schubstangen 11 (die sich in der Zeichnung decken) angreifen. Das andere
Ende der Schubstangen greift an der Unterrinne2 an. Die Exzenterwelle 10 wird mittels
eines Riementriebes von einem Elektromotor 12 angetrieben. Die Wirkungslinie der
Antriebskraft P liegt im Mittel ungefähr parallel zur Schubrichtung 4 der Gummifedern
5.
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Fig. 7 zeigt den Querschnitt durch einen Doppelrhmen-Schwingförderer
mit an den Rinnen V-förmig angeordneten ebenen Schubgummifedern 5. Durch diese Anordnung
wird eine seitliche Schwingung der Rinnen unterbunden. Fig. 8 stellt den Querschnitt
durch eine Schwingmaschine dar, bei der die übereinander angeordneten schwingenden
Organe als Rahmen 13 ausgebildet sind die mit den Sieben 14 und 15 bespannt sind.
Die an den Rahmen seitlich befestigten Schubgummifedern 5 haben winkelförmigen Querschnitt
und übertragen auch die Gewichte der Schwingrahmen auf das Maschinengestell 9.
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Als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht Fig.
9 den grundsätzlichen Aufbau
eines Schwingwendelförderers. Es ist dies eine Schwingmaschine
zum Aufwärts fördern von Schüttgut, bei der die schwingenden Organe durch schraubengangartig
gewundene Förderrinnen, die Förderwendeln 1 und 2, gebildet werden. Die Bewegung
derselben besteht in einer Schraubschwingung um die Achse A-A, wie dies die Pfeile
4 andeuten, wobei die beiden Wendeln gegensinnig schwingen, so daß ihre Drallsumme
stets Null ist. Die Schraubbewegung wird durch die Schubgummifedern 5 erzwungen,
die so angeordnet sind, daß die Richtungen 4 ihrer Metall-Gummi-Rindungsflächen
auf Schraubenflächen liegen, deren Steigung größer als die Schraubensteigung der
Wendel ist.
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Wegen der Kleinheit des Schwingungsausschlages im Vergleich zum Krümmungsradius
der Wendel können ebene Schubgummifedern an Stelle von gekrümmten verwendet werden.
Das bereits früher bezüglich Anordnung und Bemessung der Schubgummifedern und der
Lagerung Gesagte gilt sinngemäß auch für diesen Fall. Der zur Erregung der Schwingungen
nötige Antrieb ist der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt, zumal er für den
Erfindungsgegenstand belanglos ist.